火电站多煤种掺烧数学模型的建立_程亮

火电站多煤种掺烧数学模型的建立 程亮 大唐武安发电有限公司 河北邯郸 摘 要 研究了燃煤电厂多煤种模型组成 建立了火电厂线性多煤种模型 并用实例介绍线性模型的应 用 由于多煤种的灰熔点影响锅炉 结渣 又对线性多煤种模型进行修正 针对有些电厂对煤的灰分 发热量 水分 硫分 灰熔点等各种煤质的要求都非常苛刻时 建立了非线性的多煤种模型 由于电厂多煤种往往要面 对来煤煤质参数的不确定性 可变性以及煤炭价格的波动性问题 建立了不确定性的多煤种模型 火电厂可以 根据实际情况选择不同的模型进行多煤种 关键词 电厂多煤种 线性模型 非线性模型 不确定性 区间规划 当前由于 市场煤 与 计划 电 之间的矛盾 我国燃煤电厂大都采取非设计煤种的多种煤 混合掺烧 满足锅炉安全运行 同时又使多煤种成本最低对火电厂具有重要的现实意义 所谓多 煤种就是根据锅炉设备所需的煤质指标 把不同性质的单种煤按照 一定的 比例混配起来 实现煤 质互补 满足锅炉安全稳定燃烧 多煤种的核心任务就是确定动力多煤种的优化配比 即通过建 立火电厂多煤种的数学模型以确定选定煤种的数量 模型的组成 火电厂模型由目标函数和约束条件组成 建立目标函数 多煤种优化模型是以多煤种的成本最低为目标的 即在满足锅炉安全运行条件下 使多煤种 的成本达到最低的多煤种方案 假设有种单煤进行多煤种 第 种单煤的成本为 其多煤种百分率为 则多煤种的成本价 为 确 定约 束条件 电站锅炉对煤质各项指标的特定技术要求 就是多煤种的基本约束条件 假设有 种单煤 要配制具有个技术指标的多煤种 若第 种单煤 的第个技术指标 为 那么用 种单煤配制出的第个技术指标则为 如适应某 一炉型的第 个技术指标上限为瓜 下限为 则用种单煤配制的第 个技术指标 就必须在之间 由于在 一个单位时间 内如 一月 或 一季 火电厂进行多煤种 可能因缺少某种单煤而影响 多煤 种计划的完成 因此就必须有约束条件来限制短缺煤种的配比 若在 一定时期 计划多煤种量 但第 种单煤量只有礼 为了保证计划的完成 就必须使第 种单煤占多煤种比 不能大于 其资源量札在多煤种中的 比为 此外 根据各电厂的不同情况的其他约束条件 火电厂多煤种模型建立 多煤种的线性模型 建立线性模型 目标函数 种单煤相配 成本最低 种单煤相配 优质煤配比最小 种单煤相配 劣质煤配比最大 约束条件 各单煤的配比不能为负值 算例 表 给出的三种单煤及电厂对校核煤质的各项技术指标要求 通过线性多煤种模型确定最优 配比 使多煤种原料成本最低 表 三种单煤及动力多煤种要求的各项技术指标 各单指标 单煤煤配 匾料成太价 比 样煤 样煤 样煤 电厂多煤种 彡彡彡 最低 根据线性多煤种模型 采用最优方法中循环判断方法 取步长精度为 时 利用计算机软件 求得最佳配比为 根据所得最优配比 计算得多煤种的 乂似为 为为 为 为为 各项指标均符合电厂多煤种要求 原料成本达到最低 为元 线性模型改进 火电厂多煤种燃烧 安全性是电厂首先要考虑的因素 煤的灰熔点是影响电站锅炉结渣特性 的重要因素之 一 尤其是对煤灰熔点要求较高的锅炉 线性模型各项指标中 以灰熔点的误差相 对较大 需要修正灰熔点的约束公式 设有种煤样进行多煤种 即考虑单煤所占比例 又考虑单煤灰分产率大小 建立修正的煤 灰熔点约束条件为 当 高洪阁等人利用三种单煤进行多煤种 实验结果表明 利用修正的煤灰熔点约束公式 计 算值只比实测值平均低 最小仅相差 最大不超过 线性模型分析 火电厂线性多煤种模型 其约束条件中的限制条件是根据线性可加的原则 以单煤的技术指 标和其配比作为基本参数进行加权平均 其优点是模型的建立和求解比较简单 可以用图解和单 纯形法或借助软件来求解 甚至用 就可以得到最优解该模型其精度已经满足大 多数电厂的要求 其多煤种模型在电厂具有很强的实用性和操作性 多煤种的非线性模型 浙江大学热能工程研究所等研究表明 混煤的煤质特性和燃烧特性与各组成单煤之间并不是 简单的线性关系 而是具有复杂的非线性特征 并运用神经网络技术和模糊数学等现代数学方法 建立了非线性的 电厂多煤种模型 目标函数 或其他追求目标 约束条件 发热量 挥发分 硫分 水分 灰分 灰恪点 各单煤的灰成分分析 彡 着火温度 结蜜特性 彡 各单煤的灰成分分析 彡 燃烬特性 该多煤种模型中为单煤配比 为固定炭含量 为硫元素含量 为排放浓度 为单煤发热量 为单煤水分 为单煤灰分 单煤挥发分 模型分析 非线性模型的约束条件方程中 发热量 灰分 水分 挥发分 灰溶点 着火特性 燃辉特 性采用神经网络方法预测 结渣特性采用模糊判别方法 硫分 灰分中 等各成分数据 可用加权形式得到 该模型建立更加严谨 精确度有所提高 但求解相对困难 若电厂对多煤种的硫分 水分 发热量等约束条件有严格的限制 可以利用该模型 不确定性的火电厂多煤种模型 线性和非线性多煤种模型 都假定单煤煤质参数为不变化的常量 然而实际上 由于电厂来 煤种类复杂 煤质差异较大 煤质指标是随机波动的 因此 电厂多煤种往往要面对煤质参数的 不确定性和可变性问题 将各单种煤的煤质指标和煤价看作是区间变化的不确定参数 建立不确定条件下的电厂多煤 种模型 可以在煤质参数发生 一定程度的波动 时 仍能保证多煤种质量满足电厂要求 区 间规划方法 是由首先提出的用于解决模型中含有区间不确定性的数学规划方法 区间数被 定义为是上下界已知 但其概率分布未知的 区间 一 丨彡 彡 其中 为 的上下界 当时 为确定数 不 确定 性的多煤种模型 目标函数 约束条件 挥发份 么 发热量 么 文 文十忠一 水分 灰分 硫分 其中 代表总的多煤种成本 元吨 为单煤 的价格 元 吨 叱为单煤 的年耗 用量 吨 年 分别代表单煤 的挥发份 低位发热量 水分 灰 分和硫分 均为区间变量 奶 分别为挥发份 发热量的上限和下限约束 代表灰分 水分和含硫量的上限约束 低位发热量要满足燃煤电厂生产所需 的热值要求 即年发电量与单位发电热耗量的乘积 为 算例 某燃煤电厂 选取三种单煤进行多煤种 三种单煤煤质特性的变化区间 煤价变化区间 及混煤的约束条件区间如表 所示 根据不确定性的火电厂多煤种模型计算结果见表和表 表 三种单种煤的煤质特性及混煤的约束条件 煤质参数 单煤 单价元 煤 煤 煤 下限 下限 约束条件 上限 上限 上限 一 上限 上限 表 不确 定性电厂动力 多煤种优化模型的运算结果 项目 结果项目结果 年多煤种成本元 煤年耗用量 广夕财站士士 一 单位电厂多煤种成本兀 煤年耗用量 煤年耗用量 表多煤种的混煤的煤质特性 不确定性电厂多煤种模型根据电厂的实际情况 其多煤种方案是 一个区 间段 为决策者提供 了多种选择 现场操作性强 结语 各电厂根据来煤煤种指标以及锅炉实际要求 选择使用不同的多煤种模型 当电厂多煤种对灰分 硫分 发热量等约束条件要求不是很苛刻时 可以近似地认为 具有线性可加性 利用线性多煤种模型来进行多煤种 当对煤的灰溶点有特别的要求时 即对灰溶点要 求苛刻时 可利用修正的线性多煤种 模型 求解 以得到比 较符 合要求的约束条件 当对煤的灰分 发热量 水分 硫分 灰溶点等各种煤质的要求都非常苛刻时 就要 选择非线性的 多煤种模型来达到所需的要求 对于来煤煤种变化较大 且来煤价格波动较大时 可以利用不确定性的 多煤种模型 供决策者和操作者多种选择 参考文献 高飞 秦炜我国能源现状及政策解析 资源与发展 丁海峰 宋兆龙动力多煤种技术及其自动控制系统的设计 清洁煤技术