混煤燃烧优化项目设计方案.docVIP

火电机组掺煤燃烧优化系统设计方案华北电力大学能源动力与机械工程学院目 录1、前言51.1 项目背景51.2 现状和问题61.3 本方案优势62、技术要求72.1规范与标准72.2系统设计技术要求83、技术选用114、系统概述114.1系统建设目标114.2系统总体架构124.3 系统结构组成125、业务应用设计135.1 智能掺配135.1.1自动智能掺配135.1.2掺配人工干预145.1.3掺配记录查询145.1.4输入与输出145.2 上煤监视155.2.1煤仓料位监视155.2.2 煤质监视165.2.3 输入与输出175.3 燃烧优化175.3.1制粉优化175.3.2给煤机优化175.3.3 燃烧器优化185.3.4 输入与输出185.4 锅炉燃烧监测195.4.1安全数据195.4.2运行数据205.4.3性能数据205.4.4环保数据205.4.5 输入与输出205.5 购煤建议205.6 对比分析216、业务流程设计227、系统管理设计248、项目实施计划249、项目组成员及项目投资预算251、前言1.1 项目背景在已知各种能源资源中，煤炭资源最为丰富。2007年探明中国煤的保有量为11800亿吨，占全世界的13.5%，可开采200年以上。2011年中国能源消费总量超过34亿吨标准煤，其中原煤产量35.2亿吨。火力发电是我国的用煤大户，且用煤比例逐年增加。在我国能源消费总量中，煤炭占70%以上，比世界平均水平高40个百分点。而电力行业煤炭消费量占总消费量的50%以上。按2011年发电量4.7万亿千瓦时，火力发电占69%，6千kW以上发电机组平均供电煤耗329克/kWh计算，一年所需煤量约为10.669亿吨。经济要发展，电力要先行。然而，发电需求增大，势必煤炭消耗增大，形成资源竞争；发电效率不高，则能源利用率不高，能量损失严重，如电厂的供电煤耗：2011年日本达到接近300克/kWh , 我国为329克/kWh；污染排放量大，治理压力和代价大，技术投入紧迫，燃煤污染物占全国排放比例：SO2占85%，CO2占85%，NOX占60%，粉尘占70% 。目前，火电企业70%80%的发电成本用来买煤，所以在市场经济的环境下，实现控制燃煤价格是促进电力企业生产良性循环的基本保证。同时，随着市场经济的发展和煤炭供应的变化，无法保证大容量锅炉能够完全燃用设计煤种，因此调配燃煤来降低发电成本并兼顾安全生产已经成为各个地区当前和以后电力燃料管理、运行管理工作的主要任务。如果合理的将不同类、不同性质的煤种按照一定比例进行掺配，在保证机组安全运行的条件下平均下来，可以使煤价降至最低。电厂燃煤锅炉在设计时一般是根据特定的煤种进行设计的。根据设计煤不同，锅炉的炉型、结构、燃烧器以及制粉系统的选择不同，而且投产后锅炉的运行方式也不同。设计煤种作为设计锅炉时的依据，对锅炉的适应性最好。而如果锅炉燃煤的煤质超出设定范围，将会给锅炉运行的安全、经济性带来很大的影响。但是，随着国内电煤供应形势的日益紧张以及国内大型燃煤电厂的不断增多，目前越来越多的电厂在生产运行时很难燃用设计煤种，而且燃煤采购已经从国内延伸到国外。在现有燃煤条件下，为最大限度地保证锅炉燃烧的稳定性、经济性、安全性及环保要求，掺煤掺烧已经成为火电厂的必然选择。1.2 现状和问题目前电站锅炉燃煤特点是： 1）锅炉容量大燃煤量大，一台600MW机组每天烧约5000吨(80多车皮)，约5500大卡/千克的煤 。2）煤炉耦合性强，锅炉设计是基于设计煤种和校核煤种进行的。若燃用设计煤种（或燃煤特性在设计范围内），锅炉有良好的适应性，可保证安全、经济运行，达到环保要求。若燃用非设计煤种（如劣质煤），会使锅炉燃烧效果变差，运行稳定性下降，低负荷调峰困难，锅炉热效率降低，出现结渣和过热器超温，脱硫系统不适应，污染排放超标，其安全性、经济性、环保性都遭到破坏；同样锅炉若燃用非设计煤种（如优质煤），虽然运行经济性和安全性得到加强，将增加燃煤成本，如果调整不当，锅炉主汽温和再热汽温达不到设计要求。3）来煤现状是：煤炭需求量大，但资源与开采有限，且分布不均；市场紧、调运难，难保设计煤种供应； 煤炭价格飙升，被迫采购和燃用低价、劣质煤；购煤渠道拓宽，多煤种堆存、配烧成为现实。因此，火电厂燃用非设计煤种和多煤种混烧成为必然，且具有普遍性。国内几乎所有电站锅炉都处在掺煤燃烧状态。总之，使用掺煤的主要原因是：1）电站锅炉供煤不稳定。2）发电装机容量增大，煤的耗量增加，因而很难保证烧单一煤3）煤的运输能力不足，不得不混烧。4）为使量大、价低的劣质煤得到利用，往往将其与优质煤混烧。5）实际燃用煤种与设计煤种不符，为了满足运行要求，往往采取混烧措施。由于掺煤的使用日益广泛，掺煤的反应特性可能给锅炉运行带来一系列的问题：诸如燃烧稳定性变差、燃烧效率降低、发电煤耗增加、汽温难控制、锅炉积灰和结渣、炉膛高温腐蚀等。1.3 本方案优势1）拓宽锅炉对煤种的适应范围，提高购煤的灵活性，降低电厂生产成本，为掺煤掺烧工作提供动态优化分析平台；2）从预判结渣、壁温超温、高温腐蚀等方面提供安全性指导，确保掺煤掺烧工作的安全性； 3）考虑锅炉本体以及送、引风机、制粉系统、脱硫、脱硝、除尘等辅机系统的运行特性，在不同工况下分析炉侧、机侧和辅机的综合热经济性能；4）从安全性、经济性、环保性三方面给出最佳运行建议指导。2、技术要求2.1规范与标准此次项目所提供火电机组掺煤燃烧优化系统符合国家和行业、部颁标准以及其他未列出的最新标准和规范，具体如下：GB475商品煤样采取方法GB/T19494.32004 煤炭机械化采样精密度测定和偏倚试验GB/T2152003 煤中各种形态硫的测定方法GB/T2142007 煤中全硫的测定方法GB/T2132008 煤的发热量测定方法 GB 476-2001煤的元素分析方法GB/T 2112007煤中全水份的测定方法GB/T 212-2008煤的工业分析方法GB3797-89电控设备 第二部分 装有电子器件的电控设备GB/T15145-94微机线路保护装置通用技术条件GB1497-85低压电器基本标准DL 5027-93 电力设备典型消防规程DL/T924-2005 火力发电厂厂级监控信息系统技术条件DRZ/T02-2004 火力发电厂厂级监控信息系统实时/历史数据库系统准则测试规范国家经贸委第30号令电网和电厂计算机监控系统及调度数据网络安全防护规定 GB/T 5031-2000 建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范、施工及验收规范GB4208-1993 外壳防护等级（IP代码）GB/T8117 电站汽轮机热力性能验收试验规程GB/T8566 信息技术 软件生存周期过程GB/T8567 计算机软件产品开发文件编制指南GB/T9385 计算机软件需求说明编制指南GB/T9386 计算机软件测试文件编制规范GB/T10184 电站锅炉性能试验规范GB/T12504 计算机软件质量保证计划规范GB/T12505 计算机软件配置管理计划规范GB/T14294 计算机软件配置可靠性可可维护性管理GB/T15853 软件支持环境GB/T17544 信息技术 软件包 质量要求和测试GB/T17859 计算机信息系统 安全防护等级划分准则GB50229-2006 火力发电厂与变电所设计防火规范DL/T467 磨煤机试验规程DL/T950-2005 电厂标识系统设计导则除上述标准外，还符合下列组织颁布的相关标准或与之相当的其它国际组织相关标准：IEC 国际电工学会AIEE 美国电气工程师协会ANSI 美国国家标准化协会MSS 制造标准化协会ICEA 绝缘电缆工程师协会NEBB 美国国家环保局NEC 美国国家电气标准ISO 国际标准化组织TCP/IP网络通讯协议IEEE802 局域网标准OPC foundation OPC V2.02.2系统设计技术要求1、先进性现代信息技术的发展，是现代科学技术发展中最活跃的领域，新产品、新技术层出不穷。每一个新技术的出现都对我们的工作方式产生极大的影响，对我们工作效率的提高起到极大的推动作用。因此本系统必须采用先进的技术和设备，这一方面反映了系统所具有的先进水平，又使得系统具有强大的发展潜力。所以，在投资费用许可的情况下应当充分利用现代最新技术、最可靠的成果，以使该系统在尽可能长的时间内与社会发展相适应。从长期的观点看，这也是最节省经费的。系统的设计不局限于当前的使用条件和规模，系统设计具有超前意识，可以与已建系统联网兼容，保证系统建成时处于国内先进水平，同时，保留接口，以便于新软件、系统的增添或升级。2、可靠性必须考虑采用成熟的技术与产品，确保设备以及系统的稳定。在设备选型和系统的设计中各方面都尽量减少故障的发生。3、可维护性可维护性是当今应用系统成功与否的很重要的因素。可维护性包含二层含义：低故障率；日常管理操作简便。4、安全性随着科学技术的高速发展和社会进步同时，对系统安全的考虑，应当引起足够重视。如果不采取有效措施，系统的安全将会受到损害。因此，必须采取多种手段防止各种形式与途径的非法破坏。5、整体性该系统作为数字邹电的重要组成部分，涉及到各个方面，对于本系统这样的工程必须对这些因素统筹考虑，以构成一个有机的火电机组掺煤燃烧优化系统。6、开放性为保证各供应商产品的协同运行，同时考虑到投资者的长远利益，本系统必须是开放系统，并结合相关的国际标准或工业标准执行。7、可扩充性本系统考虑今后发展的需要，因而必须具有在系统产品系列、容量与处理能力等方面的扩充与换代的可能，这种扩充不仅充分保护了原有投资，而且具有较高的综合性价比。8、规范性由于本系统是一个综合性系统，在系统设计和建设初期应着手参考各方面的标准与规范，并且应遵从该规范各项技术规定，并做好系统的标准化设计与管理工作。3、技术选用系统软件开发平台选用ASP.NET语言开发。系统计算引擎为鲁能软件ACS计算平台，采用Matlab计算核心。系统数值模拟引擎采用Fluent软件。系统数据库采用PI实时数据库、Microsoft SQL 2005数据库。系统模型编制标准参见2.1条。系统掺煤模型采用华北电力大学混煤燃烧分析模型。4、系统概述4.1系统建设目标该系统作为数字电厂的重要组成部分，要满足生产决策、生产管理、燃料管理以及经济分析的需求，能够实现“横向集成、纵向贯通”，并且能够综合考虑到数字邹电的中长期发展计划，在系统功能、系统结构、系统性能等各个方面适应未来业务发展的需要，最大程度地保护当前的投资。开发建设该系统的具体目标是：1、 提供满足安全、经济、环保需求的多煤种掺配方案；2、 提供支持掺煤煤质的燃烧优化方案；3、 提供满足发电计划的优化煤炭采购建议方案；4、 提供锅炉燃烧调整监视；5、 提供上煤监视；6、 提供数据展示、记录、查询功能。4.2系统总体架构系统总体架构系统架构分为以下几个部分：1、智能掺配模块；2、燃烧监视模块；3、燃烧优化模块；4、上煤监视模块；5、对比分析模块；6、购煤建议模块。4.3 系统结构组成系统结构示意图5、业务应用设计本方案系统业务功能结构简图如下：系统功能结构图5.1 智能掺配该模块分为“自动智能掺煤”、“人工掺配干预”及“掺配记录查询”三个子模块，主要功能描述如下。5.1.1自动智能掺配自动智能掺配程序依据煤场可用存煤、机组运行情况、计划负荷、设定的掺配指标（安全、经济、环保）权重以及相应的约束条件，利用智能寻优算法，以安全、经济、环保为目标，计算最佳的掺配方案。方案分为近期、中期两项，近期方案提供第二天的掺配方案，中期方案提供后7天的掺配方案。方案通过网页页面显示、动态提示框显示。掺配方案内容包括：计划负荷、掺配煤种、存放区域、掺配比例、各掺配煤取用量、掺配总量、掺配前各煤种煤质、掺配后煤质（计算）、取煤时间、掺配煤上煤时间等。近期掺配方案在采用后形成记录（内容见）。如掺配方案未采用，需要填入不采用原因，并产生记录（内容见）。近期掺配方案在每天17点自动生成，如在21点前无操作（采用、弃用），且在无掺配人工干预操作的前提下，自动记录为采用。近期方案在计划负荷发生较大变动时会自动更新，更新后依旧照以上描述流程执行。中期掺配方案每周产生一次，存储时间为7天，滚动存储。只做参考提供，不提供记录查询。中期掺配方案会根据预计7天负荷及煤场现存煤情况提供为满足特定条件的进煤计划。5.1.2掺配人工干预自动智能掺配方案生成后如与最近生产安排相矛盾，或由于某些特定情况需要人工干预方案，可在此进行人工干预设置。在此可以重新设定掺配指标的权重、选取特定某一煤种、重设约束条件等。人工干预完成后系统重新完成掺配优化计算，并出具最终掺配方案。同时系统会自动提供历史相近条件下的掺配方案以供参考。参用人工掺配方案后自动智能掺配方案自动弃用，采用方案产生记录（内容见）。5.1.3掺配记录查询每一次掺配方案采用后都会记录在系统内，并提供查询功能。记录存储时间为3年，滚动存储。采用方案记录内容包括：记录时间、掺配方案内容、方案批准人、批准时间、批准人所用计算机IP、方案执行人、执行时间。未采用方案记录内容包括：记录时间、掺配方案内容、方案废弃人、废弃时间、废弃原因、所用计算机IP。5.1.4输入与输出该功能需要的数据源包括：1、 燃料管理系统数据：可取用存煤煤质、存煤量、存储方位等；2、 锅炉静态数据：燃烧器数据、锅炉尺寸、受热面布置等等；3、 锅炉运行数据；4、 计划负荷数据；5、 设备可靠性数据；6、 生产决策管理数据；7、 环保数据。该功能产出包括：1、 日掺配方案；2、 中期掺配方案；3、 掺配记录；4、 智能掺配功能展示、配置、查询页面。5.2 上煤监视机组正常运行期间应当保持煤位高度以保证运行安全，因此新上的燃煤从进入煤仓到进入炉膛之间有4-8小时（直吹锅炉约4小时，中间储仓约8小时）的滞后。如果同一煤仓中先后上的煤种不同，就会出现分层的情况，进而影响到锅炉的运行；另外由于煤仓煤位和粉仓粉位的变化，造成输煤皮带称测量的入炉煤量与锅炉实际燃烧的煤量不一致，因此平台中提供了煤仓动态监控功能，能实时监测加入煤仓中的各煤种分层情况。5.2.1煤仓料位监视该模块直观展示各煤仓现存煤煤量情况。根据预计负荷、用煤速度以及存煤量，计算该存煤预计用尽时间，提示进行上煤操作以及提示运行人员注意运行控制方式调整。煤仓存煤数据通过煤仓料位计进行校核，校核周期为30分钟（每次上煤前进行一次校核）。显示内容包括：预计负荷、现用煤煤量、现用煤速率、预计烧尽时间、煤仓总煤量等。提供报警功能，在料位低于设定值时进行报警；在现用煤预计烧尽前60分钟提供倒计时提示，参用页面及动态框两种提示模式。该项报警内容只显示，不提供记录查询功能。煤仓料位监视功能示意图5.2.2 煤质监视该功能模块根据掺配方案记录日计划用煤煤质情况、日入炉煤化验煤质情况、日入炉煤反算煤质情况，形成跟踪监视，以趋势图、列表等形式展现。为生产工作分析提供参考依据。展示内容包括：日计划负荷、日计划煤质、入炉反算煤质、煤质对比曲线、煤质对比表等。5.2.3 输入与输出该功能需要的数据源包括：1、 燃料管理系统数据：日入炉化验煤质、日用煤量等；2、 煤/粉仓数据：结构数据、料位数据等；3、 锅炉运行数据；4、 计划负荷数据；5、 设备可靠性数据；6、 生产决策管理数据；该功能产出包括：1、 日入炉煤质对比表；2、 日入炉煤质记录；3、 上煤监视功能展示、配置、查询页面。5.3 燃烧优化智能掺配得到的上煤方案只能具体到煤仓上什么煤种及上煤量，而无法精确到在每个负荷段的燃煤量及如何调整。燃烧优化模块就是为了实现更加精细掺烧这一目标，其主要对给煤机、磨煤机、燃烧器的运行方式进行优化。5.3.1制粉优化以提高磨煤机安全性和经济性为目标，对磨煤机进出口温度、风煤比、煤粉细度进行优化。根据混煤的特性参数，针对制粉系统进行运行优化。主要功能包括：磨煤出力和干燥出力的匹配；给出最优的磨煤机进出口风温要求；根据负荷，匹配相应的通过磨煤机的风量和旁路风量，以获得最优一次风量，目标是在保证一次风管道不积粉的前提下，获得最佳的风粉比；结合磨煤机形式，依据混煤燃烧特性参数，基于煤粉经济细度，给出磨煤机粗粉分离器挡板开度的指示要求。5.3.2给煤机优化负荷一定的情况下，混煤给煤量一定。但可以根据负荷不同，调整不同层燃烧器的投运方式。目的是通过改变火焰中心的位置，达到两个目标优化：一是降低NOx排放；二是尤其针对低负荷情况，减少不完全燃烧热损失；5.3.3 燃烧器优化以提高效率，减少NOx排放为目标，优化燃烧器的配风方式。根据混煤特性及燃烧器类型，并结合负荷等参数，给出各层燃烧器独立调节参数。包括：一二次风量、风速参数；对旋流燃烧器，给出二次风旋流强度建议，包括内外二次风风量的配比，反映为挡板的开度和角度；在给煤机实现优化的基础上，改变上下排燃烧器的给粉量以调节火焰中心的位置。5.3.4 输入与输出该功能需要的数据源包括：1、 燃料管理系统数据：日入炉化验煤质、日用煤量等；2、 锅炉运行数据；3、 计划负荷数据；4、 设备可靠性数据；5、 生产决策管理数据；6、 一二次风（管道、风箱）风量和挡板开度的关系曲线；各燃烧器挡板开度和风量的关系值；磨煤机最佳通风量数据；粗粉分离器性能曲线；7、 给煤机工作特性；8、 磨煤机工作特性；9、 一次风管道的设计要求，如最低一次风速、风粉比等设计值；10、 其他相关数据；该功能产出包括：1、 对应负荷及煤质的调整方案；方案包括参数优化值及建议调整措施。2、 燃烧优化功能展示、配置、查询页面。5.4 锅炉燃烧监测锅炉燃烧监测模块为了实现更加精细掺烧这一目标，其主要对锅炉运行参数及运行状态进行监测。页面显示内容包括：锅炉运行主要数据、性能数据、负荷曲线、环保参数、煤质数据、安全参数等。页面监视内容提供历史回查功能、多参数趋势分析功能，并提供页面打印功能。5.4.1安全数据主要以超限报警的功能形式对存在安全隐患的参数进行报警及记录。超限情况根据具体需求可实现实时报警、后台记录、记录按需查询（时间、班组、范围）等功能。锅炉燃烧监测功能示意图5.4.2运行数据监视每台机组的运行状况，包括锅炉运行数据、辅机运行数据、煤质数据、计划负荷数据等。5.4.3性能数据计算并监视每台机组的性能参数，包括锅炉性能、辅机性能等。5.4.4环保数据监视与环保相关的参数，包括脱硫、脱硝、粉尘等。5.4.5 输入与输出该功能需要的数据源包括：1、 燃料管理系统数据；2、 实时运行数据；3、 计划负荷