专利名称：一种火电厂燃煤掺配方法
技术领域：
本发明属于火力发电与自动化技术领域，更具体地说涉及一种火电厂燃煤掺配方法。
背景技术：
在我国的火力发电企业中，燃料成本占整个发电企业发电成本的70%以上。因此， 如何降低燃料成本是火力发电企业提高经济效益的主要途径。降低燃料成本主要有两个方面，一方面是降低发电煤耗，一方面是降低入炉煤价格，发电煤耗可以通过提升机组发电效率来降低，而这涉及的面广投入的成本高，同时效果也不是很明显；而降低入炉煤价格，可以通过降低采购价格和燃煤掺烧两种方式达到，但很长时间以来煤炭处于卖方市场，降低采购价格困难重重，而通过配煤掺烧降低入炉煤价格是一种较可行的办法。由于电厂实际用煤与设计煤种严重不符，电厂煤源多，煤质差别大，故几乎都采取多种煤混合掺烧。最初配煤掺烧由煤场运行人员凭经验调配比例，但对运行人员的要求非常高，因为配煤方法既要熟悉煤场各种煤的库存数量，又要考虑热值、挥发分、全水分、灰分、硫分等煤质信息，甚至还要考虑燃煤的价格，所以当煤种划分细的时候，凭经验得到的混配比例随意性大，后来出现了掺配模型，通常采用线性规划的方法，以混配煤价格最低为目标值，以热值、挥发分、全水分、灰分、硫分等煤质信息为约束条件建立掺配模型，这种模型可以得出较合理的计算结果，但也存在以下问题I)传统燃煤掺配方法没有考虑实际煤种存放位置，掺配结果难以实际应用传统燃煤掺配方法只是简单了引入了煤场库存数量，对每种煤的实际堆放位置考虑不周，因为很多煤场实际上是分层堆放的，某种煤虽然存在但往往堆放在底部，这个时候不能把这种煤纳入掺配模型计算，否则会导致掺配结果不能实际应用。解决这种问题有两种方法，一种是把煤场进行标段，严格按煤种平行堆放在指定标段内，但常常煤种过多，这种堆放带来煤场空间上的浪费，另外一种就是煤场分段的同时上下分层堆放(如附图2)， 同时建立一个立体的煤场存煤记录，这种立体的煤场库存信息被纳入掺配模型，可以建立起实用性强的燃煤掺配方法。2)传统燃煤掺配方法没有引入锅炉燃烧参数，难以匹配单台锅炉燃烧特性燃煤掺配的目标是在保证锅炉安全燃烧的前提下有最佳的经济性，所以掺配的前提是锅炉安全，影响锅炉燃烧安全因素有很多，其中很重要的就是保证煤质必须符合该锅炉的设计要求，尤其是很多的电厂锅炉运行参数不一样，所以有必要为每台锅炉建立安全运行的煤质标准，否则掺配结果难以精确符合每台锅炉的运行要求。在燃煤掺配方法中引入每台锅炉的煤质要求，即可提升燃煤掺烧配方的安全性。
发明内容
针对上述背景技术中提到的现有燃煤掺配方法没有引入锅炉燃烧参数、实际应用性差等的不足，本发明提出了一种火电厂燃煤掺配方法。
本发明的技术方案是一种火电厂燃煤掺配方法，其特征是该方法包括以下步骤步骤I :根据煤场库存信息建立煤场库存立体化信息模型数据库；步骤2 :根据每台锅炉对煤质的要求和锅炉自身的影响因子建立锅炉燃烧标准信息库；步骤3 :根据锅炉燃烧标准信息库和煤场库存立体化信息模型数据库生成约束条件，建立燃煤经济性目标函数，得到燃煤掺配模型；步骤4 :根据燃煤掺配模型计算指定锅炉耗用设定数量标准煤时所有的燃煤掺配比例方案，从中选取含有最上层燃煤的方案作为最优方案。所述煤场库存立体化信息模型数据库为X == W-XfXn
Q ==(Q1XXAQ2XX2+..+QiXXi--+QnXXn)/X
V ==(V1XX^V2XX2+-+ViXXi-.+VnXXn)/X
M ==(M1XX^M2XX2+-+MiXXi-.+MnXXn)/X
H ==(H1XX^H2XX2+-+HiXXi-.+HnXXn)/X
S ==(S1XX^S2XX2+-+SiXXi-.+SnXXn)/X
P ==(P1XX^P2XX2+-+PiXXi-.+PnXXn)/X其中X为煤的数量；Xi为第i种煤的数量；Q为煤的热值；Qi为第i种煤的热值；V为煤的挥发分；Vi为第i种煤的挥发分；M为煤的全水分；Mi为第i种煤的全水分；H为煤的灰分；Hi为第i种煤的灰分；S为煤的硫分；Si为第i种煤的硫分；P为煤的价格；Pi为第i种煤的价格。所述锅炉自身的影响因子包括热值、挥发分、全水分、灰分和硫分。所述锅炉燃烧标准信息库为Qmin QqiiQmax
Vmiη ( VGn< V 、max
Mmin ^ Mcn^ Mmax
Hffliη ^ Hcn< H 、L Amax
Scr< C I、-' k^max
其中
Qen为第η号锅炉的热值；
Ven为第η号锅炉的挥发分；
Men为第η号锅炉的全水分；
Hen为第η号锅炉的灰分；
Sen为第η号锅炉的硫分。
所述燃煤经济性目标函数为
P1X X^P2XXfHdPiXXr"+Pn X Xn = minK
其中
K为燃煤的成本；
Pi为第i种煤的价格，I ^ i ；
Xi为第i种煤的数量。
本发明建立了最佳经济性的掺配方法，能够确保锅炉安全燃烧的前提下，降低了单位能耗价格，提升了发电企业经济效益。
I.本发明实现了煤场库存立体化信息模型，应用该模型能实时动态掌握煤场库存
情况，精确控制库存煤种类型、数量、堆放位置、质量、价格等，能增强煤场管理水平，为燃料运行和采购提供有用的依据；2.本发明实现了锅炉安全燃烧煤质标准的应用，通过维护锅炉运行煤质要求，可以针对每台锅炉制定不同的掺配方案，在提升燃煤耗用经济性的同时，大大增强了配比方案的可靠性；3.本发明通过在燃煤掺烧模型中引入库存立体化信息模型，能够为锅炉上煤系统提供准确的煤种位置和数量信息，大大提升了燃煤掺烧方案的实用性；4.总之通过本发明的应用大大提升了燃煤掺烧的经济性、可靠性和实用性，提升了燃料运行管理水平。
图I为系统基本业务流程不意图；图2为煤场堆放示意图。
具体实施例方式下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。本发明的技术方案和过程如下所述I.首先建立煤场库存立体化信息模型数据库，利用数据集成平台(可以理解为支持不同系统间数据传递的接口平台)从煤场库存管理系统中获取库存煤的数量信息，可以用X代替，数量信息要细分到煤场、分段号、层级等，每一份用Xn代替；从入炉煤质检系统中获取各个煤种的煤质信息，这些信息包括热值Q、挥发分V、全水分M、灰分H、硫分S等；从燃煤结算中心获取各个库存煤的价格P，最后形成煤场库存立体化信息模型；X = X^X2+-Xi+-Xn(Xi是精确到煤场、分段号、层级的煤种数量)；Q= (Q1XX^Q2XXfHqQiXXrUXn)ZX;
V ==(V1XX^V2XX2+-+Vi X Xi-+VrXXn)/X
M ==(M1XX^M2XX2+-+MiXXi--+MrXXn)/X
H ==(H1XX^H2XX2+..+HiXXi-*+HrXXn)/X
S ==(S1XX^S2XX2+-+SiXXi-.+SrXXn)/X
P ==(P1XX^P2XX2+-+PiXXi- +PrXXn)/X其中X为煤的数量；Xi为第i种煤的数量；Q为煤的热值；Qi为第i种煤的热值；V为煤的挥发分；Vi为第i种煤的挥发分；M为煤的全水分；Mi为第i种煤的全水分；H为煤的灰分；Hi为第i种煤的灰分；S为煤的硫分；Si为第i种煤的硫分；P为煤的价格；Pi为第i种煤的价格。2.其次建立锅炉燃烧标准信息库，根据每台锅炉特性从生产控制系统自动获取或手工录入锅炉燃烧时对煤质的要求和影响因子，对锅炉的影响因素包括热值、挥发分、全水分、灰分、硫分等；I)煤的热值也叫热值，即单位质量的煤完全燃烧发出的热量，如果煤的热值低于锅炉设计值，则容易燃烧不稳定甚至熄火，热值太高，导致炉膛温度太高，煤灰熔融造成结渣，所以热值应在一定范围内，用公式表述如下Qmin ( Qen ( Qmax (Gn 代表第 η 号锅炉)2)煤的挥发分即在一定温度下隔绝空气加热后逸出的物质(包括气体和液体)， 对锅炉来说，挥发分过低，造成煤粉着火延后，影响锅炉的稳定运行，挥发分高于上限，会导致燃烧器喷口烧坏或其他事故，用公式表述如下Vfflin ( VGn ( Vfflax3)全水分指的是煤表面附着的水和煤颗粒内部毛细孔附着的水分，水分的升高会降低锅炉效率并影响煤粉着火燃烧的稳定性，水分太低容易导致火口现象影响锅炉正常燃烧，所以全水分应在一定范围内，用公式表述如下Mfflin ( Mcn ( Mmax4)煤的灰分，指的是煤完全燃烧后剩下的残渣，灰分高导致煤中可燃物减少，热值降低，容易引起锅炉结渣，灰分太低导致在导致灰渣太薄容易把炉算烧坏，因此对于锅炉灰分应在一定范围内，用公式表述如下Hmin ≤ Hcn ≤ Hfflax
5)煤中含有的硫分燃烧后形成二氧化硫及三氧化硫是造成大气污染和形成酸雨的主要因素，同时硫分的升高容易腐蚀锅炉内壁并导致结渣，所以硫分越低越好，用公式表述如下SGn ≤ Sfflax其中Qen为第η号锅炉的热值；Ven为第η号锅炉的挥发分；Men为第η号锅炉的全水分；Hen为第η号锅炉的灰分；Sen为第η号锅炉的硫分。3.然后根据锅炉燃烧标准信息库，将指定锅炉燃烧特性和煤场库存立体化信息模型数据库生成约束条件，以燃煤最佳经济性为目标建立目标函数，运用线性规划的方法得到燃煤掺配模型，具体模型如下所示I)线性规划目标函数，燃煤掺配模型以最佳经济性为目标，所以计算的结果是确保成本最低，如果用P代表煤的价格，X代表某种煤的数量，minK是最低成本，则目标函数如下P1Xx^P2XXfHqPiXXrqPnXXn = minK其中K为燃煤的成本；Pi为第i种煤的价格，1≤i≤n;Xi为第i种煤的数量。2)煤种数量约束条件，考虑煤所在煤场号、分段号和层级信息，始终把最上层煤列入计算模型，Xi是某锅炉需耗用第i种煤的数量，L1, L2, -Li,代表各煤种分布在煤场中最上层的数量，X为掺配目标总数量则。X应小于最上层煤总数，每个煤种小于它的上层库存数，所以有如下约束公式X1+X2+...+X"..+Xn = XO ≤ X1 ≤ L1；0 ≤ X2 ≤ L2,0≤Xi ≤ Li, -O ≤Xn ≤ Ln3)热值约束条件公式如下Q1XjQ2X2+... +QiXi…+QnXn ≥ QminXQ1XjQ2X2+…+QiXi …+QnXn ≤QmaxXQi为第i种煤的热值，Qmin/Qmax锅炉燃烧最小/最大要求热值；4)挥发分约束条件公式如下WW…+ViXi …+VnXn ≥ VfflinXWW…+ViXi …+VnXn≤ VfflaxXVi为第i种煤的挥发分，NmJNmax锅炉燃烧最小/最大要求挥发分；5)全水分约束条件公式如下M1X^M2X2+-+MiXi-+MnXn ≥ MfflinXM1X^M2X2+-+MiXi-+MnXn ≤MfflaxXMi为第i种煤的全水分，KinMmax锅炉燃烧最小/最大要求全水分；
6)灰分约束条件公式如下H1XJH2X2+…+HiXi …+HnXn 彡 HfflinXH1XJH2X2+...+HiXi…+HnXn ( HfflaxXHi为第i种煤的灰分，Hmin/Hmax锅炉燃烧最小/最大要求灰分；7)硫分约束条件公式如下S1XJS2X2+…+SiXi...+SnXn ( SfflaxXSi为第i种煤的硫分，Sfflax锅炉燃烧最大要求硫分。4.燃料运行人员进入燃煤掺配系统后，首先选择目标锅炉，输入该锅炉计划耗用标准煤数量，然后使用燃煤掺配模型进行配煤计算，得到最优燃煤掺配比例方案；在具体执行燃煤掺配模型时，优先考虑最上层库存煤，因为挖煤机始终是从最上层煤挖起的，这样能保证掺配的结果可以实际应用；为实现火电厂实用型燃煤掺配方法，需要通过四个步骤来实现，图I为系统基本业务流程示意图。首先建立煤场存煤立体化信息模型，其次要建立锅炉燃烧标准信息库，然后建立配煤掺烧模型，最后使用模型计算得到配煤结果，具体实施步骤如下I.首先建立煤场库存立体化信息模型数据库，包括数量、煤质和价格信息；其中数量信息来自煤场库存管理系统，并且数量信息要细分到煤场、分段号、层高等；煤质信息来自入炉煤质检系统，包括热量Q、挥发分V、全水分M、灰分H、硫分S等；燃煤价格信息来自燃煤结算中心，所有这些信息都是通过数据集成平台自动获取，最终形成煤场库存立体化信息模型，形成的数据示例参考下表I。该示例数据显示有两个煤场，每个煤场分为A、B、C等若干段(如图2所示)，煤层按堆放层次分为上下层，每次列入掺配模型计算的都是上层煤种，上层煤种耗用完后，下层煤会变成上层煤，并列入掺配模型计算；该列表中还详细列出了每种煤的名称、价格、热值、 挥发分、全水分、灰分、硫分以及数量等信息，可以看出不同煤种煤质差别特别大，比如热值这块最小的只有3000大卡，而最好的煤却能达到5800大卡，当然价格也相差一倍还多，从中可以看出燃煤掺配对保证机组稳定运行并降低燃料成本具有积极的意义。表I煤场立体库存信息模型
煤场分段煤层煤种名称价格元/味热值大卡/千克全水分(Iar) X灰分(Ad) %S发分(Tdaf) S硫分(ST) %数虽吨#1A上霍林河矿块煤217. 00350027. 5023. 5040. 20O. SB70000#1B上南票洗粉242. SI38007. 503S. 5031. 50O.4870Q0#1B下南票原煤194.81310013. 5060. 0042. 000.4528000SIC上红螺蚬原煤345. 6048002. 5035. QO1T. GDG. T5IDDGO#1C下北票矿气肥煤361. 0047509. 5033. 3531. 000.4530000SID上艾友末煤269. 6838001Ξ. 0045. 0047. GOI. 30350 口 O#1E上阜新原!某Ξ72. 00400012. 5035. 2143. 13I. 3050000#1E下九道岭矿原煤283. 004000S. 6038. 6041. 001.4570000#2A上阜新八道墙末煤191.65300011. 0046. 6547. 50I. 3560000#2A下阜新矿粒缢386. 505Q0012. 5038· 1541. 50O. 8820000#2B上大同原煤469. 715800B. 862Q. 3235. 68I. 0530000#2C上内蒙优质原煤442.40560013. 601Ξ. 5035. 500.42500002.其次建立锅炉燃烧标准信息库，根据每台锅炉特性从生产控制系统自动获取或手工录入锅炉燃烧时对煤质的要求和影响因子，对锅炉的影响因素包括热值、挥发分、全水分、灰分、硫分等；下表列出了某电厂#1锅炉对煤质参数的各项要求范围。
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表2锅炉对煤质的要求
权利要求
1.一种火电厂燃煤掺配方法，其特征是该方法包括以下步骤步骤I:根据煤场库存信息建立煤场库存立体化信息模型数据库；步骤2 :根据每台锅炉对煤质的要求和锅炉自身的影响因子建立锅炉燃烧标准信息库；步骤3 :根据锅炉燃烧标准信息库和煤场库存立体化信息模型数据库生成约束条件， 建立燃煤经济性目标函数，得到燃煤掺配模型；步骤4 :根据燃煤掺配模型计算指定锅炉耗用设定数量标准煤时所有的燃煤掺配比例方案，从中选取含有最上层燃煤的方案作为最优方案。
2.根据权利要求I所述的一种火电厂燃煤掺配方法，其特征是所述煤场库存立体化信息模型数据库为χ = χι+χ2+...χ +...χη；Q= (Q1XX^Q2XX2+...+Q1XXi--+QnXXn)/XV = (V1XX^V2XX2+-+V1XXi--+V11XXn)/XM= (M1XX^M2XX2+-+M1XXi--+M11XXn)/XH= (H1XX^H2XX2+...+H1XXi--+H11XXn)/XS = (S1XX^S2XX2+-+S1XXi--+S11XXn)/XP = (P1XX^P2XX2+-+P1XXi--+PnXXn)/X其中X为煤的数量；Xi为第i种煤的数量；Q为煤的热值；Qi为第i种煤的热值；V为煤的挥发分；Vi为第i种煤的挥发分；M为煤的全水分；Mi为第i种煤的全水分；H为煤的灰分；Hi为第i种煤的灰分；S为煤的硫分；Si为第i种煤的硫分；P为煤的价格；Pi为第i种煤的价格。
3.根据权利要求I所述的一种火电厂燃煤掺配方法，其特征是所述锅炉自身的影响因子包括热值、挥发分、全水分、灰分和硫分。
4.根据权利要求I所述的一种火电厂燃煤掺配方法，其特征是所述锅炉燃烧标准信息库为Hmin ≤ Hqi1 ≤ HmaxsGn ≤ Smax其中Qen为第η号锅炉的热值；Ven为第η号锅炉的挥发分；Men为第η号锅炉的全水分；Hen为第η号锅炉的灰分；Sen为第η号锅炉的硫分。
5.根据权利要求I所述的一种火电厂燃煤掺配方法，其特征是所述燃煤经济性目标函数为P1X X^P2 X XfHdPiXXr"+Pn X Xn = minK 其中K为燃煤的成本；Pi为第i种煤的价格，I ^ i ；Xi为第i种煤的数量。
全文摘要
本发明公开了火力发电与自动化技术领域中的一种火电厂燃煤掺配方法。本发明首先根据煤场库存信息建立煤场库存立体化信息模型数据库；然后根据每台锅炉对煤质的要求和锅炉自身的影响因子建立锅炉燃烧标准信息库；之后根据锅炉燃烧标准信息库和煤场库存立体化信息模型数据库生成约束条件，建立燃煤经济性目标函数，得到燃煤掺配模型；最后根据燃煤掺配模型计算指定锅炉耗用设定数量标准煤时所有的燃煤掺配比例方案，从中选取含有最上层燃煤的方案作为最优方案。本发明建立了最佳经济性的掺配方法，在确保锅炉安全燃烧的前提下，降低了单位能耗价格，提升了发电企业经济效益。
文档编号G06Q50/06GK102592249SQ20121003064
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月10日 优先权日2012年2月10日
发明者周景, 周蓉, 徐教辉, 成永强, 李为, 李廷顺, 贾静平 申请人:华北电力大学