（管理科学与工程专业论文）火电厂原煤混配经济模型的研究与应用.pdf

华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 近年来，越来越多的火电厂燃用混煤，通过恰当选择煤种进行合理配比，使得 混煤的特性适合电站锅炉的运行，达到提高燃烧效率、降低燃料成本、减少锅炉 磨损、降低污染排放等效果。因此，原煤混配对火电厂的经济效益和安全运营意义 重大，已成为火电厂燃煤管理和经营管理工作的重要内容。 在充分考虑火电厂安全性秘经济性的基础上，对火电厂原煤混配的经济模型进 行了研究；通过对模型求解方法的总结，指出目前电厂配煤求解的难点在于对混煤 煤质的准确预测；建立了基予支持尚量机组合预测的混煤煤质预测模型，实证研究 结果证明了该模型的有效性；最后，对火电厂原煤混配的综合效益进行了系统地分 析。 关键词：火电厂，原煤混配，支持向量机，组合预测，综合效益 a b s t r a c t m o r ea n dm o 糟t h e r 嫩a lp i 口w 嚣p l 勰t sb 瑚般w i 也b l 既i d 她c o a l 也e s ey e a 瑙t h e ys e l e c t m e 襁删a t ec o a l s 龃dm i x 瓠舰掣o p e r l y 弱t om 威eb l 锄翻1 9 a 1 s 舭a l i t i 铺、n 贼曩妇垃垃撇g e s 蹲e c 至磊e d 螽琵辨啊嚣西a 瞰b o i l e 鹅。w e 戤a b l e 埝a c 撼e v e 娃瓣e 敛燃o f i n 肿v i n gc c 咀l b 磷溉o ne 臌d e n c 弘托d u c i ：n gm e lc o s t s ，r e “c i i l gb o i l 盯a _ b r 鹳i o n 觚dl o w e r 耐l 越臻趣砸s s i o 端也露鹾b 鹣瑟b l 蠛l 幽g 弧、碉黟妇礞镪盛垂醣氇ep i 淹斑跹ds 叠是哆o f t h e 姗a lp o w 盯p l 引t s 甜db e c o m e s 嬲：i m p o r t a 吼t 嬲p e c to fb u m i l 峪c o a lm 锄a g e m 铋ta 1 1 d 代捌掷越y 街辍掇誉溅l e 珏t c o 戚d e r i l 塔壤es a f i e 够a n db e n e 6 to ft h 黻m a lp o w 嚣p l 姐t ，搬ee c 饿蝴嫩e 撒o d e lo f 强w c o a lb l e n d i n gi sr 舔e a r c h e d t h r o u g h 洲啷l m 撕z i l l gt h em o d ds o l u t i o nm “h o d ，i ti sp o i i l t e d 跚圭堪燃谂越氆斑l 移主sb w 鼍。删躐坟镪d 以舔s 嚣印田毡| 。g 溅敷毫豌b l e 稚醍羹s p 哟i p c r t y 刚i c 石o nm o d e lb 雒e do ns v mc o m b i i l a t i o nf o r c c 嬲ti s 懿t a ：b l i s h c d ，c x p e r i m e n t 豫矗姆涮黟 董抢e 彘娟v 髓髓so f 瞧em o d e 董。f 遮越鹱糙s y n 饿葩c a 重b e 蠡to f 氇e r m 蠢p o w e f p l 锄t sc o a lb l 翩幽蝎i s 锄a b ，z e d z h a n gx i n g ( m a n a g e m e n ts c i e n c ea n de n g i n e e r i n g ) d i f e c t e db yp s u 觳w 蕊 k e yw o 冀d s ：t h e r l 鞋魏lp o w e rp l 建摊1 i ，r 曩we o 曩lb l e 珏d i 琏g ，s 娃p p o l 嚯v e c 重o rl 珏鑫c h i 娃e ， c o m b i n a t i o np r e d i c t i o n ，s y n t h e t 萱c a lb e n e f i t 华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 近年来，越来越多的火电厂燃用混煤，通过恰当选择煤种进行合理配比，使得 混煤靛特性适合电站锅炉静运行，达到提高燃烧效率、降低燃料成本、减少锅炉 磨损、降低污染排放等效果。因此，原煤混配对火电厂的经济效益程安全运营意义 重大，已成为火电厂燃煤管理和经营管理工作的重要内容。 在充分考虑火电厂安全性秘经济性的基础上，对火电厂原煤混配的经济模型进 行了研究；通过对模型求解方法的总结，指出目前电厂配煤求解的难点在于对混煤 煤质的准确预测；建立了基于支持商量祝组合预测的混煤煤质预测模型，实证研究 结果证明了该模型的有效性；最后，对火电厂原煤混配的综合效益进行了系统地分 析。 关键词：火电厂，原煤混配，支持向量机，组合预测，综合效益 a b s t r a c t m o 姐dm o 舱t h 娃m a lp i 唧髅p l a n t sb 啪w i 也b l 铹m i n g a l 也e s ey e a 描田措ys e l e c t m e 即删a t ec o a l s 踟dm i 】【l h 锄辫0 p 甜y 勰t om a ：k eb l 蝴d i n g a l sq u a l i t i 鹪、n 谢蛾也ef 姐寥s 单e c i 氛e d 钕p 铲嚣曩麓lb o i l e 鹅w e 瓣8 麟el o 艇e 赡l l 赡e 攮娥o f i n 靴v i n gc c 煅l b 溉o ne 伍d e n a xr c d u c i n gm e lc o s t s ，衲c i i l gb o i l 盯a _ b r 鹳i o n 觚dl o w e r 薹斌l 毽蠡i l l 捻耐s s i o 糕；霸燃垂宅匿蠢b l e n 幽g 主sv i 鬻y 矗曩p o 锄董b f 趣e 即鑫t 鑫l 逆s 鑫垂i 嘘yo f t h 联m a lp o w 盯p l a n t sa n db e c ( m e sa ni n 驴r t a n t 龋p e c to fb 啦c o a lm a n a g 锄e n ta n d 烈捌m ym 雒a g e m 翰毛 c o f l s i d e f i n gt 1 1 es a f i e 哆越通b e 斑o ft h 锄a lp i 哪e rp l 强t ，m ee c o 霸o m i c 嫩o d e lo fr a w c o a lb l e l ：i d i n gi sr c s e 戤h e d t b r o u g h 驯【m m a d z i l l gm em o d ds o l u t i o nm e t ：h i 讯，i ti sp o i i l t e d o 躐娃滋溉d i 婊砌妙主s 幻w 埝p 痢融b l 鼹蠢e d 鑫l s 婶e 啦a c c 嘲蘸孓b l 鼹d e d 羹s p p e r t y 刚i c d o nm o d e lb 雒e do ns v m 如b i l l a t i o nf o r e c 嬲ti s 骼t a ：b l i s h e d ，e x p e r i m e n t 灏瞄毽v 矗母娃玲霉彘商懈懿s 萌瞧e 激。越f i 魁蠢 董玲s 粥斑蕊c a 薹b 既e 纛to f 也e m 越p o 强材 p l 黼t sc o a lb l e n 幽喀i s 勰a b ，z e d z h a i l gx i n g ( m a n a g e m e n ts c i e n c ea n de n g i n e e r i n g ) d i f e c t e db yp r o s 馘w 承 k e yw o l 毫d s ：t h e r l 娃a lp 蝴r e rp l 捧珏l ，r 鑫wc o 建lb l e 纛d i 珏g ，s 鬏p p o r 謇v e e 重o rl 鞋a e h i 珏e ， c o m b i n a t i o np r e d i c t i o n ，s y n t h e t i c a lb e n e f i t 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文火电厂原煤混配经济模型的研究与应 用，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得 的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 杰公必每 日期：业沙 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期： 狐飨 导师签名： 华北电力大学硕士学位论文 1 1 课题背景 第一章绪论弟一早三百了匕 1 1 1 火电厂实际燃煤与设计煤种不符 进入2 0 0 3 年以后，由于煤炭市场紧俏，出现供不应求的局面。我国火力发电 厂燃煤供应有两个明显的变化趋势：一是煤种多变，电厂进煤来源纷杂；二是煤质 变差，供应电力生产的劣质煤逐年增多n 3 。这两种变化趋势，使到厂煤质远离锅炉 值，如果直接入炉燃烧，对锅炉运行的安全性、经济性及使用寿命都有恶劣的影响， 造成设备事故、停炉、停电的现象时有发生。 众所周知，电厂锅炉是根据特定煤种设计制造的，只有燃用与设计煤种特性相 符的煤种时，锅炉燃烧才能达到最佳效果。实际煤种煤质与设计上的差异给锅炉安 全性、经济性带来的影响大至在以下几个方面：( 1 ) 锅炉出力下降，机组不能满发； ( 2 ) 锅炉效率降低，发电煤耗增加；( 3 ) 煤种多变，煤质劣化，使电厂助燃油量增加； ( 4 ) 炉膛结渣，受热面超温；( 5 ) 燃料费用和发电成本增加；( 6 ) 完善化改造工作量 大，费用高幢1 。 总之，煤种多变、煤质劣化对锅炉及电厂的安全性、经济性影响很大，为了解 决这些问题，许多研究部门和锅炉工作者做了许多工作，较为普遍的措施是调整燃 烧系统的运行，改进燃烧系统，如采用新型燃烧方法和改进锅炉及燃烧器结构等。 这些措施虽然取得了一定效果，但只是暂时的，未能从根本上解决问题，而且费用 大，改进后仍存在煤质不适应问题口3 。 火电厂原煤混配就是要发挥各单种煤的特点，相互取长补短，将原本不适合单 烧的煤，经过合理配制，制成一个新煤种，使其煤质与锅炉特点相适应，并能保证混 煤质量有相对的稳定性。因此，原煤混配是解决锅炉煤质适应性问题的一个行之有 效的方法，电厂燃用混煤时，若煤种选择恰当、配比合理、混合均匀，并创造良好 的燃烧条件，就能发挥各煤种的优越性，给锅炉的安全性和经济性带来良好的影响。 1 1 2 厂网分开，竞价上网 随着国家经济的发展及电力体制改革的深入，我国的电力行业已经逐步摆脱粗 放型管理，运行机制也已经逐步由计划经济向市场经济发展，厂网分开、竞价上网 已经开始实施，发电企业面临的竞争日趋激烈，如何降低发电成本，提高机组效率， 直接关系到发电企业的生存与发展。 燃料费用在火力发电厂发电成本中所占比重已达到7 0 8 0 ，是各火电厂值得 l 华北电力大学碛士学位论文 关注的对象。特别是在近年来，电煤价格不断上涨，发电成本随之上升，发电企业 面对的压力增加，迫切希望通过对掺烧的研究，找到对降低燃料成本有利的因素或 方法。 煤炭供应进入市场经济时代后，电厂有可能在保证锅炉安全、经济运行的条件 下，同时选用几个煤种搭配燃烧，以降低燃料费用。燃用优质煤的电厂，也可掺入 部分劣质煤，使总体煤价降低，减少发亩晚太沃| 瞳魇攥湛配县拯高审i 厂兹盏、 增强企业竞争力的有效途径h 焖。 1 1 3 我国煤烟型大气污染严重 我国是以火力发电为主的国家，煤是火力发电的主要燃料。由于大量燃煤，我 匿的大气污染主要是煤烟型污染，总悬浮颗粒物，二氧化硫，氮氧化物是主要污染 物。据统计，由于燃煤而形成的烟尘与二氧化硫，目前分别占全部降尘量及二氧化 硫排放量的7 3 和9 0 。全国已有6 2 3 的城市总悬浮微粒年平均浓度超过国家二级 标准，日平均浓度超过国家三级标准；s 0 。排放量的持续增加使我国酸雨覆盖面积占 国土面积的3 0 ，酸雨污染给森林和农作物造成的损失每年达数百亿元嘲h 1 。 中国大型火电企监应用脱硫设施主要面临着两个闻遂：一是脱硫设施一次性投 资太高，往往占到电厂总投资的2 0 以上，资金压力过大；二是运营成本高，脱硫 装置的运行成本基本上要占发电总成本的l o 左右，每公斤硫的去除成本约为2 元人 民币左右，折合成发电成本合o 0 2 o 0 3 元千瓦时，现在尚没有相应的补贴和政 策倾斜来维护电厂的经济效益，使其无法在竞价上网中获得优势。同时，目前的环 保排硫罚款只有每公斤o 2 元入民币，根本不足以调动企业脱硫的积极镌。因此， 短期内我国环保形势难有显著改观。 在全球寻求经济和环境资源相互发展的今天，解决我国煤炭利用效率低、污染 严重的问题，发展混配煤技术是关键之一。火电厂进行原煤混配，能极大地减少污 染物的排放，显著改善大气质量和周围环境，尤其是添加固硫剂和助燃剂的环保型 混配煤，能使s o 。排放量减少碡e 一5 0 麓以上。 1 1 。4 “十一五 与“十七大节能减排的提出 中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要提出了“十一 五舻期间节能减摊的主要目标：到2 0 l o 年，万元国内生产总值能耗由2 0 0 5 年的1 2 2 吨标准煤下降到王吨标准煤以下，降低2 0 左右；“十一五期间，主要污染物排 放总量减少1 0 ，到2 0 1 0 年，：氧化硫排放量由2 0 0 5 年的2 5 4 9 万吨减少到2 2 9 5 万吨。 这是贯彻落实科学发展观，构建社会主义和谐社会的重大举措；是建设资源节约型、 环境发好型社会的必然选择；是推进经济结构调整，转变增长方式的必由之路；是 2 华北电力大学硕士学位论文 提高人民生活质量，维护中华民族长远利益的必然要求。 当前，实现节能减排墨标面 疆的形势十分严峻。最然2 6 年节麓藏摊王诈取褥 了积极进展，但却没有实现年初确定的万元g d p 能耗降低4 和主要污染物排放减少 2 篱的嚣标，加大7 嚣十一五挣后四年节能减撵工作的难度。更为严峻的是，2 0 0 7 年 一季度，工业特别是高耗能、高污染行业增长过快，占全国工业能耗和二氧化硫排 放近7 0 的电力、钢铁、有色、建材、石油加工、化工等六大行业增长2 0 6 ，两比 加快6 。6 个酉分点。与此同时，各方面工作仍存在认识不到位、责任不暖确、措施 不配套、政策不完善、投入不落实、协调不得力等问题。这种状况如不及时扭转， 不仅2 0 0 7 年节能减捧工作难以取得骧显进展，搿十一五捧节能减摊的总体霉标也将 难以实现。 2 0 0 7 年l o 月1 5 日，胡锦涛同志在中国共产党第十七次全国代表大会上的报告指 出，加强能源资源节约和生态环境保护，增强可持续发展能力。坚持节约资源和 保护环境的基本国策，关系人民群众切身利益和中华民族生存发展。必须把建设资 源节约型、环境友好型李会放在工业化、现代化发展战略的突出位置，落实到每个 单位、每个家庭。要完善有利于节约能源资源和保护生态环境的法律和政策，加快 形成可持续发展体制机制。落实节麓减摊工作责任制。开发和推广节约、替代、循 环利用和治理污染的先进适用技术，发展清洁能源和可再生能源，保护土地和水资 源，建设科学合理的能源资源利用体系，提高能源资源利用效率。 为了使燃煤的煤质满足锅炉运行指标范虽，减少污染物排放等，著使火电厂的 经济效益尽可能提高，唯一可行的选择是发展洁净煤技术。原煤混配是符合中豳国 情静洁净煤技术嘲，所以本课题是电力工业燃煤管理和经营管理的重大课题。 1 2 原煤混配的研究概况 。2 。1 国内原煤混配研究概况 在我国，混煤在电厂锅炉上的使用相巍广泛，其主要原因可概述如下：( 王) 发 电装机容量增大，煤的耗量也越来越大，因而很难保证烧单一煤；( 2 ) 我国煤炭分 布与煤炭用户的位置不匹配，北煤南运，从而使煤熙运输能力不足，不得不混烧； ( 3 ) 我国劣质煤的储量很大，为了使这部分煤在电厂中得到使用，往往将其与优 质煤进行掺烧；( 4 ) 一些烧劣质煤的电厂，为了改善其燃烧性能，在其中掺烧一定 的好煤；( 5 ) 很多电厂的实际燃煤与设计煤种不符，出现很多问题，因而往往采用 混烧的方法，以使其能满足锅炉的运行要求蹲1 。 壶于混煤使用的广泛性，我国近年来也开展了混煤的研究工作，如煤炭科学院 北京煤化所、浙江大学、西安热工所、哈尔滨发电设备成套设计研究所、华中理工 华北电力大学硕士学位论文 大学煤燃烧国家重点实验室和株洲洗煤厂等单位对混煤进行了一些研究。 煤炭科学院北京煤化所提出了混煤优化配方的数学模型n 眦1 ，并开发了混煤优 化配方的应用软件n 2 _ 们。但由于混煤的煤质特性与单种煤之间并非简单的线性关系， 线性模型的混煤煤质预测误差通常很大，按线性模型得出的配煤方案进行混配，有 可能造成严重的后果。 浙江大学对混煤煤质指标的线性可加性进行了研究“翮，指出煤的某些煤化指标 是非线性可加的，并把神经网络方法应用予混煤n 蚰n ，探索了混煤的新技术和方法。 但神经网络结构和类型的选择过分依赖于经验的缺陷，降低了其应用和发展的效 果。 薅安热工所在研究劣质煤燃烧和锅炉改造时对电厂混煤特性、结渣特性作过研 究。他们使用热天平、一维火焰燃烧炉等试验装置，研究了晋东南无烟煤及其混煤 的燃烧特性，试验结果表明：阳心无烟煤在2 0 骐鬻及其以上容量锅炉机组燃用时掺 入3 0 潞安贫煤或2 0 黄陵烟煤，其火焰稳定性会得到较大提高，锅炉的机械不完 全燃烧损失吃单烧阳心无烟煤有所减少，但掺入黄陵烟煤对炉内结渣趋势增强，故 实际应用时推荐采用掺潞安贫煤。此外，他们还对混煤的灰渣粘温特性进行了研究， 发现了不同煤种混烧时粘温特性交化的规律。 哈尔滨发电设备成套设计研究所等国内有关单位的专家在大量调查研究舱基 础上就如何掺烧混煤提出了如下看法：( 1 ) 不同煤种掺烧时，煤质特性对燃烧的影 响很大，火电厂应用嚼，必须对其进行溅定；( 2 ) 性质相近的煤种，如褐煤与长烟 煤混合对燃烧可靠性和经济性影响不大，可按任何比例掺烧；( 3 ) 燃烧性能有一定 差异的煤种，如褐煤与焦煤掺烧时，虽可稳定燃烧，僵对经济性及其他参数有影响， 须通过实验确定最佳掺烧比；( 4 ) 燃烧性能相差悬殊的煤种，如褐煤与贫煤混合， 会使经济性大幅度下降，在一般情况下不宜采用；( 5 ) 在煤粉炉中燃用混煤时，为 了消除它们对运行的不利影响，在应用之前应仔细测定煤和灰的特性，并尽可能对 混煤进行燃烧试验。 华中理工大学煤燃烧国家重点实验室对混煤的挥发分析邂规律、混煤的着火特 性、燃烧的燃尽特性、混煤的结渣特性、混煤的硫和氮的析出特性等进行了研究， 建立了混煤燃烧的数学模型，预测混配煤的燃尽度m q 伽。 由此可见，国内对火电厂原煤混配己做了大量的研究工作，但对混煤的煤履指 标与组成该混煤的各单煤相应煤质指标之间的关系尚不太了解，目前混煤煤质预测 方法主要有线性预测方法和神经网络预测方法两种，预测结果均不太理想，不能有 效地反映电厂配煤的实际情况，因此有必要对混煤煤质的非线性特性进行深入研 究，并在此基础上建立优良的混煤煤质预测模型。这怒目前原煤混配领域最急需解 决，也是最困难的问题之一。 4 华北电力大学硕士学位论文 1 2 2 国外原煤混配研究概况 在国外，混煤的概念在六十年代或六十年代以前就有报导。早期的混煤使用， 科学性差。最先的混煤研究，主要是炼焦工业的需要。混煤在锅炉上的使用只是近 几十年的事情，而对其特性研究约始于7 0 年代中期。随着电力工业的迅速发展， 燃煤锅炉越来越多，因而混煤在电站锅炉上的使用日益广泛。 由于混煤的广泛使用，这就促使燃烧领域的研究工作者开始对混煤的特性进行 研究：一方面是通过试验总结出各种规律，为电站锅炉应用混煤提供依据；另一方 面是开发各种混煤燃烧技术和燃烧设备。从事这一研究较早的国家有：美国、德国、 日本、英国、西班牙、荷兰、加拿大等。有关混煤的研究主要包括：混合系统和混 合方法的研究、混煤着火燃烧性能的研究、采用混煤方法减轻结渣的研究、采用混 煤方法降低n o x 及s o x 排放量的研究，混煤燃烧设备及燃烧技术的研究心卜矧。 ( 1 ) 美国 电厂用煤大部分为优质煤，在煤粉炉中燃烧不成问题，而将精力集中于污染物 的控制。对混煤的研究也是如此。东部、中部含硫较多，分别为1 8 3 8 和2 5 5 o ，洗选后也在1 5 2 5 和2 o 3 5 ；而西部煤含硫少，约为o 3 1 5 。 东部和中部的电厂须使用西部煤或采用脱硫装置，才能满足s o x 排放要求。采用东 部、中部煤掺烧西部煤，既可以减少运费与脱硫装置，又能满足排放要求。研究表 明，东、中部高硫煤( 含硫3 1 ) 中仅掺烧1 0 的西部低硫煤( 含硫o 3 ) ，比单 烧高硫煤运行费用低6 0 。由此可见，混煤的效果显著。美国在采用混烧降低s o x 的排放方面进行了较深入的研究。与此同时，也考虑了解决其他一些问题，如：用 混煤的办法保证含灰量和发热量稳定。保证煤质稳定，既可降低现役电厂的运行费 用，又可降低新电厂的投资和运行费用。如拉比德( l a b a d i e ) 联合电厂的配煤系 统，用低硫煤与高硫煤相配，限制煤炭硫分的上限，可以节约大量的低硫煤，减少 石灰石吸附剂用量，每年可节约4 8 0 0 万美元；其配煤工艺常采用仓配和堆配。 ( 2 ) 德国 混煤燃烧起于7 0 年代初。当时，一些烧褐煤的电厂因其质量性能常常偏离设 计指标，使电厂无法满负荷运行。因而将褐煤与烟煤混烧，通过混烧来提高低热值 褐煤的利用价值。p t o l e m o s i s 和a 1 i v e r i 电厂的运行情况表明，在褐煤中掺烧一 定量的烟煤，烟煤量为1 5 时，除能满负荷运行外，还取得了以下效果：更高的燃 烧稳定性，粗灰及飞灰中未燃成分降低，出口烟温下降。另外，其进一步的研究指 出，必须加强对煤质特性、煤灰特性的研究，才能保证混煤的有效燃烧。近几年， 德国对混煤的燃烧特性及燃烧混煤的各种燃烧室和燃烧器以及配煤设备进行了较 为深入的研究，如德国的v r k u h u 研究了混煤的着火性和可磨性，并对燃用混煤 5 华北电力大学硕士学位论文 的电站的初投资和运行经济性进行了分析。德国的j z e l k o w s k i 等人研究了不同氧 浓度下不同细度的混煤的着火情况，主要结论如下：混煤的掺混比例对煤的着火点 有一定影响；在低氧环境中，混煤的着火特性随掺混比例变化的趋势是不同的；对 于粗颗粒煤，不同的氧浓度下，掺混比例的变化对着火性的影响明显。 ( 3 ) 日本 日本是一个资源短缺的国家，燃料依赖进口，为了减少运输费用，近几年开始 扩大利用发热量高的无烟煤等低挥发分煤，因而出现了在煤粉锅炉中混烧无烟煤和 石油焦等低挥发分燃料的倾向。然而，传统水平的燃煤锅炉燃烧混煤时会出现各种 各样的问题，这样就促使了日本燃烧界对混煤的特性及燃烧技术进行了深入研究， 有些混煤燃烧的技术已推广应用，例如石川岛播磨重工业公司对原来烟煤和混煤水 平燃烧的锅炉进行了应用反应管的试验和应用燃烧试验炉的试验，充分地掌握了低 挥发分煤混烧时的燃烧特性，在此基础上设计了混烧低挥发分煤的5 3 0 t h 锅炉。 目前，日本针对混烧不同煤种时出现的污染物增加及未燃损失增加等问题正在进行 更深入的研究。 ( 4 ) 其它国家 为防止结渣、沾污和腐蚀，并形成稳定火焰，荷兰常燃用混煤。混烧后的结渣 和腐蚀均降低。 西班牙的劣质煤储量较多。为充分利用这些煤，也采用掺烧方法，西班牙的 j o a q u i ng a n z a l e sb l a s 在研究低挥发分煤燃烧时，也研究了混煤的燃烧特性，西 班牙的一些劣质煤，灰分含量为1 6 5 5 ，平均为4 5 ，研究表明，造成发电设备 可用率下降的主要原因是锅炉结渣和磨煤机磨损，还有一个问题是某些高灰分煤的 挥发分可燃物含量低，因此难以燃烧，可采用高挥发分煤与低挥发分煤的混合燃料 进行锅炉试烧，混合煤的挥发分为1 2 1 6 ，灰分小于4 5 ，结果说明：当采用混 合燃料时，由于燃烧效率和可用率提高，带来了好的经济效益。 加拿大研究了用配煤的方法调节煤的燃烧及飞灰特性，主要结论有，燃用配煤 的煤粉炉可以通过调节配入煤的比例来减少或避免运行中经常遇到的问题；岩相学 和热重法可用于研究配煤的燃尽特性，如果飞灰中的可燃物超过1 2 ，会导致除尘 器效率下降；降低氧化性飞灰中的可燃物，可以配入活性强的高挥发分煤以强化燃 烧。但也有研究表明，测得配煤飞灰含碳量降低仅仅是表明高活性煤的燃尽度较大， 总的飞灰含碳量并未改变。 英国利用配煤燃烧可将燃煤灰分控制在1 7 以下，收到了减轻或消除结渣的良 好效果。 综上所述，国外混煤技术虽己开发应用，但在理论研究方面有待深入，特别是 6 华北电力大学硕士学位论文 原煤混配的经济模型、混配煤的煤化参数( 如煤的发热量、煤的挥发分、煤的灰融 点等) 的准确预测等方瑟的研究迸需进一步加强秘探索。 1 3 论文主要研究内容 ( 1 ) 介绍了火电厂原煤混配的概念、目的和原则、质量控制指标、混配方式、 工艺流程及优越性。 ( 2 ) 对火电厂原煤混配经济模型进行了研究，并介绥了模型的主要求解方法， 指出目前电厂配煤求解的难点在于对混煤煤质的准确预测。 ( 3 ) 根据组合预测和支持向量机的有关理论，建立了基于支持商量祝组合预 测的混煤煤质预测模型： ( 4 ) 为了验证支持向量机组合预测模型的预测效果，对混煤实测数据进行实 证研究； ( 5 ) 对火电厂原煤混配经济模型的应用效果进行了系统地分析。 7 华北电力大学硕士学位论文 第二章火电厂原煤混配概述 2 1 火电厂原煤混配的概念 火电厂原煤混配是以煤化学、煤的燃烧动力学和煤质测试等学科和技术为基 础，将不同类别、不同质量的单种煤通过筛选、破碎、按不同比例混合和配入添加 剂等过程，改变单种煤的化学组成、物理性质和燃烧特性，充分发挥单种煤的煤质 优点，相互取长补短，制成满足锅炉设备要求的新煤种。火电厂原煤混配可达到充 分利用煤炭资源、煤质互补、适应用户燃煤设备对煤质要求、提高燃煤效率和减少 污染物排放的目的乜 。 2 2 火电厂原煤混配的目的和原则 火电厂原煤混配的目的就是要发挥各组分单煤的特点，克服单煤不适应燃烧要 求的缺点，通过合理混配，制成适合锅炉燃烧的混煤，实现合理用煤，提高锅炉运 行的经济性和安全性。为达到此目的，火电厂原煤混配要遵循以下几个原则： ( 1 ) 配制完成的混煤要满足锅炉燃烧的需要，即满足用户的需求。 ( 2 ) 遵循经济效益原则，即在配煤过程中尽量节约价钱昂贵的优质煤，扩大 本地煤和廉价煤的比例，同时，做到在满足锅炉要求基础上，尽量减少参配煤种的 种类，以简化混配工艺和生产成本。通常以三种单煤掺混为佳，一般不超过四种， 条件合适时也可以只用两种。 ( 3 ) 要注意降低混煤的磨损性，延长锅炉的使用寿命，控制混煤硫分在合适 的范围内，并控制其他污染物的生成。 ( 4 ) 遵循运距最短原则，即应尽量减少使用远距离的外地煤量，以减少运输 损失和运输造成的环境污染，这一原则也体现在经济效益原则中。 2 3 火电厂原煤混配的质量控制指标 原煤混配质量控制指标的选取是根据不同煤质对锅炉燃烧及火电厂运行的影 响及不同类型锅炉和火电厂对煤质有不同的技术要求来确定的。火电厂质量控制指 标的选取应遵循如下四个基本原则： ( 1 ) 应能最大限度地反映出煤的燃烧特性； ( 2 ) 测定应简单易行，最好能实现快速检测或在线检测； ( 3 ) 应与有关工业用煤质量国家标准相配套。为确保煤炭的合理利用和对路 8 华北电力大学硕士学位论文 供应，我圈己制定毒有关电厂动力煤质量的国家标准，g b 7 5 6 2 8 7 发电煤粉锅炉 用煤质量，该标准对煤质指标均做出了具体丽明确的规定，g b 7 5 6 2 8 7 ( 发电煤粉 锅炉用煤质量) 规定的煤质指标有：干燥无灰基挥发分；收到基低位发热量；干燥基 灰分；水分；干燥基全硫和煤灰熔融性软化温度。在选取混配煤质量控制指标时， 必须充分考虑上述标准对各项煤质指标的要求。 ( 4 ) 应与电厂燃煤设备对煤质的要求相配套。般电厂锅炉由于种类较多， 对煤质的要求较复杂，目前尚无统一的用煤质量国家标准，必须根据电厂的实际情 况，结合电厂燃煤设备对煤质的要求及煤炭资源特点，选取适宜的混配煤质量控制 制指标。 我国开展原煤混配较早的几个省、市都己根据本地区能够得到的煤炭资源及煤 质特点，制定出各自的质量控制指标。北京市规定的煤质指标有：空气干燥基高位 发热量、空气干燥基挥发分、牢气干燥基灰分、收到基全水分和粒度。天津市规定 的煤质指标有：收到基低位发热量、干燥无灰基挥发分、收到基全水分和粒度。上 海市规定的煤质指标有：收到基低位发热量、干燥无灰基挥发分、收到基全水分、 收到基全硫、焦渣特征和粒度。江苏省规定的煤质指标有：收到基低位发热量、收 到基挥发、收到基全水分、收到基灰分、收到基全硫、露定碳和粒度。 根据上述有关的标准，结合煤的燃烧理论，目前比较普遍采用的煤质指标主要 有：收到基低位发热量、干燥无灰基挥发分、干燥基灰分、干燥基全硫、收到基全 水分和煤灰熔融性啪，。 2 4 火电厂原煤混配方式 电厂采用何种混配方式取决于电厂的实际情况，如煤场设旌、大小、锅炉容量 等。目前，燃煤电厂所采用的配煤方法有体积法和质量法。体积法是将一定体积的 一种煤与特定体积的另一种或几种煤混合；质量法是将一定质量的一种煤与另一种 或几种特定质量的煤配合达到预定比率。配煤方式主要有：仓混式、床混式、带混 式及炉内直接混合方式等汹，。 ( 1 ) 仓混式系统 此种方式是将不同的煤种在混煤仓内混合。混合仓一般采用多室结构，不同煤 储存在不同室内，按预先设置好比侧取出混合。仓混式配煤系统占地面积小，混煤 简单方便，扬尘少，噪声低，但因混煤量少，不适合子大型火电厂。 ( 2 ) 床混式系统 此种方式是在煤场进行。将不同的煤按一定方式分层堆放在一起，然磊由取煤 机纵向取煤。堆煤的层数决定了混煤的均匀性。床混式系统混煤量大，方式简单， 华北电力大学硕士学位论文 不需要特殊设备，均匀性好，可长时闻大燕混煤。对容量大、煤种较固定的火电厂， 这种方式遮常最有效、最经济。最大缺点是对煤质变他的爱应能力差，必须准确地 掌握来煤质量，以便改变煤层中的煤比例。 ( 3 带混式系统 此种方式是在输送带上进行。从两个或多个煤堆上按一定比例取出并置于一条 输送带上其突出优点是煤质易于调节。当煤质变化时，只簧调节不同煤堆的取煤 比铡，就可调节混煤煤震，缺点是系统较复杂，需要多条输送繁； ( 4 ) 炉内直接混合方式 将不同煤按一定缆铡从炉膛的不同位置送入，如在鬻型炉膛中将烟煤从下部一 次风目送入，面将无烟煤从上部温度较高的区域送入幸这样，增加了无烟煤舱着火条 件，保证无烟煤的充分燃烧。有些电厂则在燃烧器入口处将煤混合，并在入口处将不 犀煤种切换，增加了煤释鳇选择性。采用戴方法需要对聚煤与锅炉豹适庭性佟更深 入研究，以提高运行管理水平。 2 5 火电厂原煤混配工艺流程 不同煤种混粼燃烧时，准确计量、配合均匀以及煤质检测是必须考虑的问题。 动力配煤的工艺原则流程见图2 一圭。一般采焉舞精度电子皮带秤给料，受中心撬房 主电脑控制，并设有测灰的在线检测仪和快速分析相结合的在线检测系统，测出配 煤酶主要参数，鸯动将数据输入主电脑，与设定鑫冬数据对毙，超差时自动调整配院 和控制给料量，这套设施保证了配煤质量的稳定和符合设定的质量指标。此赡，尚 有一套完善的化验设备和现代化商晶煤炭采样装置，以保证各种原料煤和配煤的化 验数据具有正确性和代表性，可作为商品质量检验依据u 。 2 。6 火电厂原煤混配的优越性 火电厂原煤混配是我国合理利用煤炭资源不可缺少的技术工程环节，是节能、 提效、减少燃煤污染的有效措施。其优越性主要表现在以下几个方面豁扣瑚： ( 圭) 提高锅炉热效率，节约煤炭资源 我国电厂锅炉的热效率偏低，其主要原因之一是实际供应锅炉的煤质与锅炉设 计煤质不褶适应，使煤震与炉型严重脱节。过去，以改变炉型去适应多交的煤质， 结果有的锅炉网投产就得改。这种“削足适履”的做法既浪费大量资金，又不能满 足生产需要。原煤混配可以根据电厂锅炉对煤质的要求，扬长避短，优劣匠补，稳 定质量。据统计，烧混配煤魄烧单耪煤的热效率酉提离s 。王甍圭o 。7 罄，锅炉溅力可提 高1 5 3 一3 7 4 6 ，炉渣含硫量可降低6 一1 0 ，节煤在5 以上。因此，采取原煤混配， l o 华北电力大学硕士学位论文 图2 一l 配煤工艺流程 可使煤质满足不同炉型的要求，达到提高锅炉热效率、节约煤炭的目的。 ( 2 ) 减少污染物排放，改善空气质量 我国电厂锅炉由于大量燃用未经处理的原煤，造成的污染特别严重。原煤混配 是成熟可行酶燃蒋鸯羹工技术，弥补了煤炭洗选冤法全露控制与调控煤质指标的不 足，能生产出符合电厂锅炉煤质指标的“新煤种”，可以达到减少二氧化硫、烟尘 等污染物的排放，改善空气质量的目的。经国家环保总局污染控制司对使用混配煤 实测鉴定，烟尘排放量可降低4 l ，二氧化硫排放量可降低2 6 7 ，节煤率可提高 6 8 。由此可见，为了改善当前燃煤现状，控制空气环境污染，发展原煤混配是一 条优先技术途径。 ( 3 ) 充分利用当地煤炭资源，做到物尽其用 充分利用当地现有的煤炭资源，尤其是当地廉价的小矿煤，是我国的一项能源 政策。原煤混配正好可以利用优化配方，取其所长，避其所短，尽量多用当地煤， 既节约运输费用，又可做到物尽其用。 ( 4 ) 低质煤部分代替优质煤使用 对电厂锅炉来说，单烧优质煤“良材劣用”，适当掺烧低质煤( 如褐煤、高获煤 等) ，经优化配方，改善其燃烧性能，可取其所长，减少优质煤用量，正好使煤质 华北电力大学硕士学位论文 适合锅炉设计煤种要求，保证锅炉热效率和出力。这样，原煤混配不仅能合理利用 煤炭资源，充分发挥煤炭的总体效益，也降低了成本，提高了发电企业的经济效益。 可见，原煤混配不仅能节约能源，使煤炭资源得到充分、合理地利用，而且能 极大地减少污染物的排放。霞此，发展与推广原煤混配对持续发展以煤为主髓隰民 经济具有现实和长远的意义。 1 2 华北电力大学硕士学位论文 第三章火电厂原煤混配经济模型及其求解方法 火电厂原煤混配逶常是在满足锅炉安全运行的前提下，充分考虑火电厂经济 性，使配比方案达到最优，用以指导生产实践。因此电厂配煤，实际上是一个多约 束条件下( 对混煤煤质的要求) 的最优规划闻题。本章对火电厂原煤混配的经济模型 进行了研究，并介绍了其主要求解方法。 3 。1 火电厂原煤混配经济模型的建立 3 。1 约束条件 ( 1 ) 混煤的煤质特性约束 锅炉对燃煤的各项煤质指标有特定的要求，不同炉型的锅炉对混配煤的煤质参 数的要求也有所不同。电厂配煤的酋要任务是使配混煤的煤质参数满足燃煤锅炉的 要求a 假设适应某一炉型的第_ 个技术指标i 的上限为4 ，下限为q ，则用拧种单 煤配制的混煤的第歹个技术指标就必须在彳，露f 之间，这就是原煤混配的基本约束 条件舯伽，即 乃芑4 公式( 3 1 ) 霉s 岛 公式( 3 2 ) 根据第二章确定的原煤混配的质量控制指标，锅炉对煤质指标的约束主要包括 以下几方面： l ，发热量 单位重量的煤完全燃烧的热效应，称为煤的发热量或热值。发热量是评价煤质 的一项重要指标。不同炉型的锅炉对煤的发热量要求不同。如果煤的发热量高于锅 炉用煤所要求兹指标，刘因为煤燃烧过旺，有大量烟尘排出，不仅浪费了煤炭，还 污染了环境，发热量过高时，可能会烧坏炉膛，影响生产；如果煤的发热量小于锅 炉用煤所要求的指标，则一方面煤炭燃烧不完全，煤炭燃烧效率低，浪费资源，另 一方面影响锅炉出力。因此，煤种混配时，发热量应满足约束条件： q ksq 煤蠛q k 2 ，挥发分 公式( 3 3 ) 把煤隔绝空气加热到9 0 0 。c 左右，煤中的有机物质和一部分矿物就会分解成 气体或液体逸出，再减去煤中的水分，剩下的就是挥发分。挥发分不是煤中固有物 1 3 华北电力大学硕士学位论文 质，而是煤在特定条件下的热分解产物，所以确切地说，煤中挥发分含量应该叫挥 发分产率。 挥发分是煤质的重要指标，也是判断煤的着火性能、燃烧稳定性能的首要指标。 不同的锅炉对煤的挥发分要求有所不同，只有当煤的挥发分含量与锅炉设计煤种的 挥发分指标一致时，煤才能稳定燃烧，燃烧效率最高，锅炉出力最好；否则，煤的 燃烧不稳定，燃烧效率低，锅炉出力差，严重时可能导致锅炉熄火，影响正常生产。 对于具体一台煤粉炉，对挥发分适应范围很窄，挥发分不能小于某个低限圪以 维持低负荷燃烧的稳定性和经济性。挥发分也不能高于某个上限圪。，以防止燃烧 器喷口烧坏或其它事故。因此，混配煤时，挥发分应满足约束条件： 矽sp 麓煤sp 二“ 3 ，灰分 煤的灰分是指煤中所有的可燃物完全燃烧， 列分解、化合等复杂反应后剩下的残渣。 公式( 3 4 ) 煤中矿物质在一定温度下产生一系 煤的灰分的高低取决于煤中矿物杂质含量的多少，矿物杂质含量高，煤的灰分 就高，煤的质量就差；反之，煤的灰分则低，煤的质量就好。由于煤在燃烧过程中， 矿物质吸收热量产生分解，因而煤的发热量随煤中灰分的增高而降低。灰分高了， 不仅使煤的热值降低，增加热能的消耗，还会由于灰的结渣而引起操作困难，使锅 炉出力和煤的燃烧效率降低，严重时可能会引起息炉、停电事故。 大多数电厂对灰分含量的要求，是根据设备磨损因素提出的。煤的灰分含量增 加，受热面污染和磨损加剧，输煤、制粉、燃烧器、引风机、除尘器等设备严重磨 损，导致锅炉机组事故率明显增加，检修工作量加大。因此，灰分应满足约束条件： 0 s 彳混煤s l m 舡 公式( 3 5 ) 4 ，水分 水是煤炭的组成部分，燃煤水分增加，因部分热量将消耗在水分的蒸发和过热， 使炉膛燃烧温度降低，导致燃烧稳定性下降，减少煤粉的燃烬程度。燃煤水分增加， 使排烟体积增加，排烟温度提高，排烟热损失增加，锅炉热效率降低，发电煤耗增 加。煤中水分过多，原煤流散性恶化，则引起原煤斗、给煤机、落煤管内原煤粘结 堵塞。当表面水分小于8 时，能保证正常运行；当表面水分大于8 时，即会造成 输煤、给煤系统运行上的麻烦；若表面水分更大，超过1 2 一1 7 ，对于一般电厂设 备，运行的可靠性将受到严重影响，这即为烟煤所允许的上限值。对于褐煤上限值 可提高到2 2 。考虑到上述种种因素，水分不应超过上限值m 。，则约束条件为 o s m 混煤s m 一 公式( 3 6 ) 5 ，硫分 1 4 华北电力大学硕士学位论文 硫在漂燃烧过程中形成二氧纯硫，不仅腐蚀金属设备，箍且还是造成大气污染 的公害。煤作为我罄的主要能源，因其大量燃烧造成对环境酶污染，搜全嚣大 气量煤烟型污染。为此，国家制定了一系列的法律、法规，限制高硫煤的开采和使 震，数保护匿益恶他的大气环境。嚣此，在原煤混配过程孛豢须考虑混配煤骧分戆 高低j 以满足用户和保护环境的需要。可见，煤的硫分是评价混配煤质量的又一煤 覆参数，需满足约束条件： o 篓墨 公式( 3 7 6 ，灰的融熔特性 煤灰嬉融性俗称媒的灰熔点，大体麓说翡煤在锅炉中灰渣酶熔融绪渣特性廿灰 的融熔特性对锅炉运行影响很大。一般固态排渣炉，要求煤的灰熔点愈离愈好，以 避免由于结渣造成操作困难，如许多电厂固态排渣炉要求煤的灰熔点大予1 3 5 0 。 灰熔点低的煤，由于熔渣会包裹住煤丽造成燃烧不完全，从藤增加灰渣含碳量，严 重时会堵塞炉栅，造成排渣困难，甚至造成停炉事故。因此灰熔点应满足约束条件： s 磊蠛 公式( 3 8 ) 以上全面地分析了原煤混配时霹能崽现所有约束条件。对于莱一个电厂，应根 据具体情况，选择其中的一部分作为约束条件。 ( 2 ) 混煤煞燃烧性能约束 混煤的燃烧性能不仅取决于混煤的煤质参数，还取决于鳃成混煤的单种煤的性 质。混煤的燃烧性能预测方法及试验结栗表萌：混煤的煤质参数相同，但其燃烧性 能不一定樵露，甚至存在显著差异。所以，在纂煤混配中，仅使混煤的煤质参数满 足锅炉要求是不够的，还必须保证混煤有较好的燃烧性能。否则，可能造成混煤燃 烧不稳定、着火匿难、燃烧效率低、中途熄火等不良韪莱。所以，在原煤混配经济 模型的约束条件中，必须有混煤燃烧性能的约束条件，保证混煤的燃烧性能在中等 ，激主，使潼煤能稳定地燃烧，有较好靛燃烧效率泓l 。 假设睦挥静单种煤按配比盖，( 歹= l ，2 ，嚣下固) 配制成混煤，各单种煤的燃 料比为巧，椎种单种煤中燃料比的最大值为，最小值为，欲使混煤有较好的 燃浇性能，必须满足絮下条件： 9 5 7 l 公式( 3 9 ) 或者k ，5 7 l ，瓯磊5 7 1 公式( 3 一l o ) 上式孛，嚣是除燃料毖最大的单种煤矫，剩下浆嚣一l 静攀释煤以各蜜原来的配 比配制的混煤的燃料比。 华北电力大学硕士学位论文 拜一| 一乃巧 磊= r 一 巧 j f l l 公式( 3 一羔蔓) ( 3 ) 火电厂自身产量约柬 由于火电厂在一个单位时闻内如一蠲、一月或一季) 可施因缺少某种单煤丽影 响配煤计划的完成，因此就必须有一个约束条件来限制优质稀缺煤耱的配比。假设 在一定时期计划配煤量s ，但第f 种单煤量只有墨，为了保证计划的完成，就必须使第 i 种单煤占配煤比五不麓大予箕资源璧s 在配煤s 中的院，鄂： x t s s 呢 公式( 3 一圭2 ) ( 4 ) 配比数量约柬 撑种单煤的靛比之和必须匝好达劐1 0 0 ，并