火電廠燃燒系統(tǒng)設(shè)計計算技術(shù)規(guī)程.doc

5 煤種和煤質(zhì)資料5.1 設(shè)計煤種和校核煤種5.1.1 煤質(zhì)資料依據(jù)新建或擴(kuò)建的燃煤發(fā)電廠，設(shè)計煤種和校核煤種及煤質(zhì)資料是鍋爐和燃燒系統(tǒng)設(shè)計的基本依據(jù)，應(yīng)由主管部門和項目法人在可研階段通過必要的調(diào)查研究和技術(shù)分析論證來確定。對煤種的確定應(yīng)使其能代表長期實際燃用煤種；所提出的煤質(zhì)資料應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確完整，并由發(fā)電廠主體設(shè)計部門進(jìn)行核查確認(rèn)。5.1.2 設(shè)計煤種的確定原則1 應(yīng)該是一種實際煤種。設(shè)計煤種的煤質(zhì)分析資料既要以礦石采樣實際的煤質(zhì)分析為依據(jù)，又要為電廠運行留有適當(dāng)余地，按中間偏低數(shù)據(jù)選用。其代表性煤質(zhì)的復(fù)蓋面宜在60%以上，或使設(shè)計低位發(fā)熱量比加權(quán)平均值偏低0.42MJ/kg（視發(fā)熱量變化幅度大小而定，一般可取偏低1.26MJ/kg左右），相應(yīng)適當(dāng)調(diào)高灰分和水分，但不調(diào)整干燥無灰基揮發(fā)分及空氣干燥基水分。2 對運煤距離較遠(yuǎn)（超過1000km）的發(fā)電廠，宜選用收到基低位發(fā)熱量高于21.0MJ/kg的動力煤。3 設(shè)計煤種的含硫量是環(huán)評工作的主要依據(jù)，也是電廠今后對運行排放控制數(shù)值的依據(jù)。在確定含硫量設(shè)計值及其變化范圍時，應(yīng)當(dāng)考慮煤源硫分隨煤層開挖深度而變化的趨勢，并與環(huán)評工作聯(lián)系起來。對位于兩控區(qū)的發(fā)電廠，應(yīng)當(dāng)滿足環(huán)境保護(hù)對煤種硫分含量，硫氧化物排放濃度，排放量及總量控制的要求。4 當(dāng)有幾個煤源礦點可供考慮時，宜進(jìn)行雙向優(yōu)化選擇，將煤質(zhì)定值（主要是揮發(fā)分、硫含量和結(jié)渣特性）與鍋爐選型兩者聯(lián)系起來。對無煙煤或易結(jié)渣煤種，宜集中供給某些發(fā)電廠燃用。5.1.3 校核煤種的確定方式1 指定煤種法；2 變化范圍法，即為設(shè)計煤種的每項分析數(shù)據(jù)規(guī)定其最大值和最小值；3 列舉煤種法，即列舉幾種可能使用的煤種。對校核煤種或設(shè)計煤種煤質(zhì)變化范圍的確定既要有利于對電廠運行的適應(yīng)性，又要在鍋爐廠設(shè)計的適應(yīng)范圍之內(nèi)。國內(nèi)現(xiàn)行規(guī)定中的煤質(zhì)允許偏離范圍見附錄C1。在選擇校核煤種的確定方式時，除了煤的燃燒特性和結(jié)渣特性外，還應(yīng)同時考慮煤種研磨特性（煤的可磨性系數(shù)及磨損指數(shù)）對燃燒系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響。5.1.4 提供煤樣和煤灰分析對于某些特殊煤種（難燃、易結(jié)焦、爆炸等級難以判斷、研磨特性極差），或在涉外工程的詢價書階段，一般要為每個報價廠商提供5kg煤樣，供試驗之用。該煤樣應(yīng)與編制詢價書階段進(jìn)行，煤、灰分析報告所用的應(yīng)為同一批煤樣。有這種需要時，在推薦代表性煤種分析資料的同時，還應(yīng)確定可以取到與此相接近煤樣的礦點。5.2 煤質(zhì)分析項目5.2.1 燃燒系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)具有下列關(guān)于煤質(zhì)特性的原始數(shù)據(jù)1 對常規(guī)煤種所必需的煤質(zhì)分析項目如表5.2.1所示。2 對非常規(guī)煤種，或?qū)﹀仩t燃燒/制粉系統(tǒng)設(shè)計存在疑點的煤種，尚需進(jìn)行煤的非常規(guī)特性分析：1） 對難燃煤種，或使用由幾種揮發(fā)分相差很大的煤種組成的混煤時：煤的著火、燃燒和燃盡等特性數(shù)據(jù)包括煤粉氣流著火溫度IT(DL/T 831)，燃盡率指數(shù)Bp(DL/T 831)等。2） 鍋爐設(shè)計中對煤的結(jié)渣傾向敏感時：煤的結(jié)渣特性分析，包括煤灰粘度溫度特性（按DL/T 660），結(jié)渣等級評估報告等。3） 燃燒系統(tǒng)設(shè)計中對煤的粘附傾向敏感時：煤的成球指數(shù)Kc(按DL/T 466)，煤的密度，煤的內(nèi)摩擦角。4） 燃燒系統(tǒng)設(shè)計中對煤的爆炸特性敏感時：煤的爆炸指數(shù)，煤的自燃溫度。5) 鍋爐和燃燒系統(tǒng)、煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計中對煤的有害成分敏感時：煤中含硫量的分項數(shù)據(jù),即全硫(St)、可燃硫(Sc.ar)、硫鐵礦硫（Sp）、有機(jī)硫（So）和灰分中的硫酸鹽硫（Ss）等；煤中氯含量Cl；煤中氟含量F等數(shù)據(jù)。6） 對于頁巖類含有大量碳酸鹽（2%）的燃料：碳酸鹽中二氧化碳的含量(CO2)tsy。3 編制煙氣脫硝裝置的招標(biāo)文件時，需要補(bǔ)充取得煤中對催化劑工作性能有敏感影響的微量元素分析數(shù)據(jù)，如砷As、釩V、氟F、鉀K、鈉Na、氯Cl和灰中的游離氧化鈣CaO等。5.2.2 輸煤系統(tǒng)綜合治理流程中加水作業(yè)對設(shè)計煤質(zhì)數(shù)據(jù)的影響，一般情況下可不予考慮。5.2.3 煤質(zhì)分析項目中的所有數(shù)據(jù)均須對應(yīng)于同一煤樣，包括煤分析與灰分析在內(nèi)的數(shù)據(jù)，必須是配套提供的。5.2.4 對混煤的煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)，原則上可按質(zhì)量加權(quán)法來確定，但下列特性數(shù)據(jù)除外：1） 干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf.m：根據(jù)對各單一煤種及一定比例的混煤所實測的著火溫度曲線ITi=f(Vdaf.i)，按混煤的著火溫度ITm在曲線圖上確定混煤的當(dāng)量揮發(fā)分。見圖5.1所示。2） 灰熔點溫度：須以混煤煤樣的實測數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。3） 可磨性：一般情況下可按質(zhì)量加權(quán)法來確定，但當(dāng)兩種煤的揮發(fā)分、密度和可磨性都有較大的差異時，宜以實測為準(zhǔn)。圖5.1 混煤的當(dāng)量揮發(fā)分確定方法5.3 煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)的核查和確認(rèn)5.3.1 煤質(zhì)分析的原始數(shù)據(jù)內(nèi)容應(yīng)滿足其換算到各種基質(zhì)的需要（例如工業(yè)分析應(yīng)為收到基；發(fā)熱量和元素分析宜為收到基亦允許為其它基，水分應(yīng)同時有收到基和空氣干燥基）。各種基質(zhì)的換算方法，見附錄C2和C3。5.3.2 對煤質(zhì)資料中可燃硫數(shù)據(jù)的核查方法，參見附錄C4。5.3.3 對煤質(zhì)資料中工業(yè)分析和元素分析數(shù)據(jù)的核查方法，參見附錄C4。5.3.4 對煤質(zhì)資料中發(fā)熱量數(shù)據(jù)的核查方法，參見附錄C5。5.3.5 對煤灰熔融性數(shù)據(jù)的核查方法，參見附錄C6。5.3.6 對煤灰成分?jǐn)?shù)據(jù)的核查方法，參見附錄C7。5.3.7 我國幾個能源基地代表性煤種分析資料，參見附錄C8。5.4 石灰石分析資料5.4.1 對采用循環(huán)流化床鍋爐和加石灰石脫硫燃燒的發(fā)電廠，在確定煤質(zhì)資料的同時應(yīng)通過調(diào)查研究和技術(shù)分析論證工作，明確石灰石的來源和特性。對于中、高硫煤應(yīng)選用高反應(yīng)性的石灰石。5.4.2 石灰石的主要分析數(shù)據(jù)如下：主要成分組成：CaCO3含量Kcaco3.%；或CaO含量KCaO，%；MgCO3含量KMgCO3.%；水分含量KH2O,%；SiO2含量Ksio2.%；石灰石顆粒度mm。石灰石的可磨性HG1，或幫德功指數(shù)Bond Work Index。石灰石的活性。表5.2.1 煤質(zhì)資料的常規(guī)分析項目 序號項 目符號單位依 據(jù)主 要 用 途1工業(yè)分析GB/T211a、燃燒系統(tǒng)熱力計算（Mt.Aar）b、燃煤特性評價（Vdaf，Aar，Mt，F(xiàn)Car）c、選擇煤粉細(xì)度（Vdaf）d、制粉系統(tǒng)熱力計算（Mad、Mt）全水分（收到基）Mt(Mar)%GB/T212固有水分(空氣干燥基)MadMinh%灰分（收到基）Aar%揮發(fā)分（收到基）Var%揮發(fā)分（干燥無灰基）Vdaf%固定碳（收到基）FCar%2發(fā)熱量（收到基）Qnet.arKJ/kgGB/T213a、燃燒系統(tǒng)熱力計算b、耗煤量計算3元素分析GB/T476a、燃燒系統(tǒng)熱力計算b、燃燒產(chǎn)物計算碳（收到基）Car%GB/T214氫（收到基）Har%氧（收到基）Oar%氮（收到基）Nar%全硫硫（收到基）可燃硫St.arSc.ar1)%4研磨特性a、磨煤機(jī)出力計算哈氏可磨性HGI-GB/T2565VTI可磨性KVTI-5磨損指數(shù)a、磨煤機(jī)選型沖刷磨損指數(shù)Ke-DL465旋轉(zhuǎn)磨損指數(shù)AI-GB/T154586灰熔點（弱還原性及氧化性氣氛）GB/T219a、結(jié)渣特性評定b、鍋爐選型及爐內(nèi)熱力計算變形溫度DT軟化溫度ST半球溫度HT流動溫度FT7灰成分分析GB/T1574a、 結(jié)渣特性評定輔助參量b、 除塵器選擇輔助參量c、 磨損特性評定輔助參量二氧化硅SiO2%二氧化二鋁Al2O3%氧化鐵Fe2O3%氧化鈣CaO%氧化鎂MgO%氧化鉀K2O%氧化鈉Na2O%氧化鈦TiO2%三氧化硫SO3%氧化錳MnO2%五氧化二磷P2O5%氧化鋰Li2O%飛灰可燃物Cfa%8灰的比電阻2)a、靜電除塵器選型常溫-cm100100-cm120120-cm140140-cm150150-cm160160-cm180180-cm9煤中游離二氧化硅SiO2%勞動安全和職業(yè)衛(wèi)生設(shè)計資料注：1） 煤中的全硫St為有機(jī)硫So、硫鐵礦硫Sp及硫酸鹽硫Ss含量總和。其中So和Sp為可燃硫Sc；因可燃硫通常占煤中全硫的90%左右，故對一般煤種的可燃硫Sc也可近似地用全硫St來代替。但在精確的計算中，尤其對于高硫煤，宜按本標(biāo)準(zhǔn)附錄C4中的方法來確定可燃硫Sc的含量。（以國外一種瀝青巖煤為例，St=7.37%, Sc=5.02%）。2） 飛灰比電阻與煙溫關(guān)系密切，通常在150左右達(dá)到高峰，故必須測定在設(shè)計排煙溫度10的飛灰比電阻值。附錄C（資料性附錄）C.1 電站鍋爐煤質(zhì)允許偏差變化范圍（見表C.1）表C.1 電站鍋爐煤質(zhì)允許偏差變化范圍煤 質(zhì)干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf收到基灰分Aar收到基水分Mar收到基低位發(fā)熱量Qnet.ar灰熔點無煙煤-1%4%3%10%變形溫度DT1）允許低50；軟化溫度ST2）允許-8%貧煤-2%5%3%10%低揮發(fā)分煙煤5%5%4%10%高揮發(fā)分煙煤5%+5%，-10%4%10%褐煤-5%5%7%注：1 表中揮發(fā)分、灰分、水分及變形溫度DT為與設(shè)計值的絕對偏差；發(fā)熱量、軟化溫度ST為與設(shè)計值的相對偏差值。2 除了上述直接影響爐型選擇的幾種煤質(zhì)變化范圍以外，對煤的含硫量變化范圍、煤的可磨性變化范圍、煤的磨損指數(shù)變化范圍等，也必須加以注意，對可磨性指數(shù)和磨損指數(shù)設(shè)計數(shù)值較高的煤種，應(yīng)有兩個以上的分析數(shù)據(jù)。1） 摘自談判指南。2） 摘自加強(qiáng)大型燃煤鍋爐燃燒管理的若干規(guī)定。C.2 煤質(zhì)分析各種基準(zhǔn)的換算方法C.2.1 不同基的換算公式（低位發(fā)熱量及干燥無礦物質(zhì)基揮發(fā)分除外）。見表C.2-1。表C.2.1 煤質(zhì)分析各種基準(zhǔn)的換算公式已知基所 要 換 算 到 的 基 準(zhǔn)空氣干燥基ad收到基ar干燥基d干燥無灰基daf干燥無礦物質(zhì)基dmmf空氣干燥基ad1收到基ar1干燥基d1干燥無灰基daf1干燥無礦物質(zhì)基dmmf1注：利用表C.2.1進(jìn)行換算的方法是將已知基準(zhǔn)下的參數(shù)乘以與待求的基質(zhì)欄下相應(yīng)的換算系數(shù)，即得到所求基準(zhǔn)下的參數(shù)。例如欲將空氣干燥基的元素分析數(shù)據(jù)換算成收到基狀態(tài)時，將Cad、Had、Oad、Nad、Sad分別乘以換算系數(shù)（100-Mar）/（100-Mad）即可。例如：Car=Cad(100-Mar)/(100-Mad)同理有：C.2.2 礦物質(zhì)基的換算 礦物質(zhì)含量MM與灰分A之間的關(guān)系較為復(fù)雜，常用派爾（Parr）公式來估計：MM=1.08A+0.55S,或 MM=1.1A+0.1St 干燥無礦物質(zhì)基的揮發(fā)分須按下述公式計算（ASTM D388-88）：式中，F(xiàn)C、S、M、A、V均以空氣干燥基來計算。C.2.3 不同基準(zhǔn)低位發(fā)熱量之間的換算系數(shù)（見表C.2.3）表C.2.3 煤的低位發(fā)熱量不同基準(zhǔn)的換算系數(shù)已知基準(zhǔn)所要換算到的基準(zhǔn)收到基空氣干燥基干燥基干燥無灰基收到基Qnet.arQnet.ad=(Qnet.ar+25.1Mar)Qnet.d=(Qnet.ar+25.1Mar)Qnet.daf=(Qnet.ar+25.1Mar)空氣干燥基Qnet.ar=(Qnet.ad+25.1Mad)Qnet.adQnet.d=(Qnet.ad+25.1Mad)Qnet.daf=(Qnet.ad+25.1Mad)干燥基Qnet.ar=Qnet.dQnet.ad=Qnet.dQnet.dQnet.daf=Qnet.d干燥無灰基Qnet.ar=Qnet.dafQnet.ad=Qnet.dafQnet.d=Qnet.dafQnet.dafC.3 煤質(zhì)資料發(fā)熱量的換算方法C.3.1 相同基準(zhǔn)下高、低位發(fā)熱量的換算相同基準(zhǔn)下高、低位發(fā)熱量之間的差別主要在于煤中的水分和燃燒時產(chǎn)生的水的汽化潛熱這部分?jǐn)?shù)值。高位發(fā)熱量（恒容）是煤在氧彈熱量計內(nèi)燃燒生成的熱量減去硫和氮的修正值后的熱值；低位發(fā)熱量則是高位發(fā)熱量扣除煤（樣）水分和氫燃燒生成水的汽化潛熱后的值。其換算公式為：干燥無灰基（C.3-1）干燥基 （C.3-2）空氣干燥基 （C.3-3）收到基 （C.3-4）式中：、 不同基準(zhǔn)的低位發(fā)熱量、高位發(fā)熱量，MJ/kg或kJ/kg；H-、M- 煤在相應(yīng)基準(zhǔn)下的氫含量和水分，%；a 系數(shù)，發(fā)熱量以MJ/kg為單位時是0.2261，以kJ/kg為單位時是226.1；b 系數(shù)，發(fā)熱量以MJ/kg為單位時是0.0251，以kJ/kg為單位時是25.1。C.3.2 不同基準(zhǔn)下低位發(fā)熱量的換算參見C.2.3。示例1：將其他基準(zhǔn)換算為收到基干燥無灰基： （C.3-5）干燥基： （C.3-6）空氣干燥基： （C.3-7）示例2：其他不同基準(zhǔn)間的換算公式可以從公式（C.3-5）、（C.3-6）和（C3-7）推導(dǎo)得到，以將收到基換算為空氣干燥基為例，由公式（C.3-7）可得到：（C.3-8）式中：b系數(shù)，確定方法見C.3.1。C.3.3 煤水分、灰分變化時低位發(fā)熱量的換算以收到基為例，可利用公式（C.3-9），其他基準(zhǔn)上的換算可以從公式（C.3-9）式及C.3.2的方法得到。 （C.3-9）式中：Qnet,ar,1 相應(yīng)于水分、灰分為Mar.1、Aar,1時的低位發(fā)熱量，MJ/kg或kJ/kg；Qnet,ar 相應(yīng)于水分、灰分為Mar、Aar時的低位發(fā)熱量，MJ/kg或kJ/kg；水分單獨變化時，也可利用（C.3-9）式。C.4 煤質(zhì)資料工業(yè)分析和元素分析數(shù)據(jù)的核查方法C.4.1 煤中可燃硫的核查程序1 先確定煤中空氣干燥基全硫，空氣干燥基灰分及煤灰中三氧化硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；2 按下式計算煤灰中的硫含量； ； （C.4-1a）3 按下式計算煤中空氣干燥基不可燃硫； ； （C.4-1b）4 按下式計算煤中空氣干燥基可燃硫； （C.4-1c）5 按下式計算煤中收到基可燃硫； （C.4-1d）C.4.2 揮發(fā)分?jǐn)?shù)值應(yīng)大于同一基準(zhǔn)的元素分析H、O、N、S成分之和即V(H+O+N+S)% （C.4-2） C.4.3 審核碳元素準(zhǔn)確性的回歸式：（C.4-1） Cd=35.411-0.341Ad-0.199Vd-0.412St.d+1.632Qgr.d（C.4-3）上式適用于褐煤、煙煤、無煙煤，如實測Cd值與計算Cd值之差超過1.90%時，應(yīng)予以復(fù)查。C.4.4 審核氫元素準(zhǔn)確性的回歸式： Hd=0.00117Ad+0.57+0.1362Qgr.daf-2.806（C.4-4）上式適用于褐煤、煙煤及年輕無煙煤，如計算值與實測值之差超過0.65%，應(yīng)復(fù)查糾正。C.4.5 審核氮元素準(zhǔn)確性的回歸式：1） 褐煤：Ndaf=0.0128Vdaf+1.342） 侏羅紀(jì)煤：Ndaf=0.014Vdaf+0.51（C.4-5）3） 煙煤：Ndaf=0.016Vdaf+0.90如果計算值與實測值之差超過0.51%，應(yīng)復(fù)查糾正。C.4.6 審查煤的空氣干燥基水分Mad的數(shù)值。煤的空氣干燥基水分Mad與揮發(fā)分Vdaf的關(guān)系通常如下：1） Vdaf為25%左右的焦煤Mad為最低，大多0.5%；2） Vdaf為30%的煤，Mad可增高到2%3%以上，焦渣特征序號CRC越小的年輕煤，Mad也越高，最高可達(dá)15%；3） Vdaf37%的褐煤，Mad普遍可達(dá)10%15%以上，對長焰煤，Mad多小于8%；4） Vdaf20%的高質(zhì)煤，Mad隨Vdaf降低而有逐漸增高趨勢，但貧煤的Mad大多不超過2%。C.5 煤質(zhì)資料中發(fā)熱量數(shù)據(jù)的核查方法C.5.1 對國產(chǎn)煤干燥無灰基高位發(fā)熱量Qgr.daf的驗算，可利用元素分析數(shù)據(jù)為參數(shù)的回歸式：對無煙煤和貧煤：Qgr.daf=334.5Cdaf+1338Hdaf+92(Sdaf-Odaf)-33.5(Ad-10) J/g (C.5-1)對于Cdaf95%或Hdaf1.5%的老年無煙煤，第1項Cdaf的系數(shù)改用326.6。對于瘦煤、焦煤、肥煤、氣煤類煙煤：Qgr.daf=334.5Cdaf+1296Hdaf+92Sdaf-104.5Odaf-29(Ad-10) J/g (C.5-2)對于長焰煤、弱粘煤和不粘煤類煙煤： Qgr.daf=334.5Cdaf+1296Hdaf+92Sdaf-109Odaf-18(Ad-10) J/g (C.5-3)對于褐煤：Qgr.daf=334.5Cdaf+1275.5Hdaf+92Sdaf-109Odaf-25(Ad-10) J/g (C.5-4)褐煤、煙煤及無煙煤亦可共用下列校核式：Qgr.daf=334.5Cdaf+1296Hdaf+63Sdaf-104.5Odaf-21(Ad-12) J/g (C.5-5)在式（C.5-5）中，對Cdaf95%或Hdaf1.5%的煤，Cdaf項的系數(shù)取用326.6；對Cdaf77%的煤，Hdaf項的系數(shù)改用1254.5。公式（C.5-1）（C.5-5）的標(biāo)準(zhǔn)誤差見下表：表C.5.1 利用元素分析數(shù)據(jù)核算Qgr.daf公式的誤差公 式C.5-1C.5-2C.5-3C.5-