火电厂配煤掺烧数学模型与经济性分析

火电厂配煤掺烧数学模型与经济性分析

张志迪张晓东张红军

（国电驻马店热电有限公司河南驻马店463000）

摘要：针对火力发电厂目前配煤掺烧煤种选择难、掺配比例确定难、锅炉适应性差等问题，本文重点研究配煤掺烧成本最低时各煤种配比关系的确定以及掺配后的经济性分析，介绍了利用线性规划建立配煤掺烧数学模型，计算多种混煤时的最优比例，经过配煤掺烧试验，通过经济性分析确立最优的掺配方案，从而达到降低燃料成本、提高锅炉效率、保证机组安全环保经济运行的目的。

关键词：配煤掺烧；数学模型；经济性分析；降低成本；

1引言

当前整个电力行业面临着基础电量下调、电力市场竞争加剧、煤价居高不下、环保监控日益严格、火电厂普遍亏损的严峻形势。在当前电煤供应不足的情况下，难以购买完全适应锅炉燃烧的需要的煤种。煤质的变化会直接影响燃料成本，影响锅炉燃烧的调整。煤炭价格持续上涨，煤炭品质如何满足锅炉燃烧的临界值要求、煤种如何进行选择以及煤种如何进行配比成为火电厂面临的重要问题，因此研究配煤掺烧数学模型的建立与经济性分析有利于大幅度的降低发电成本，提高火电厂的经济效益。

2配煤掺烧数学模型的建立

2.1配煤掺烧数学模型建立的目的与原则

配煤掺烧数学模型建立的目的主要是根据公司安全、环保、经济运行需求，对燃管部提出来煤需求，或对入厂（拟入厂）煤种提供技术数据支撑，根据入厂来煤技术指标和锅炉燃烧需求，通过数学模型计算掺配比例，按比例掺配，通过对烟气含硫量、飞灰、炉渣、环保参数等锅炉效率技术指标分析，提出燃烧调整建议，确保锅炉安全和效率。

配煤掺烧的主要原则是在配煤指标完全满足锅炉燃烧需要的前提下，得到成本最优的各种煤的配比关系，从而获得最大的经济效益。

2.2线性规划数学模型方法步骤的确定

2.2.1确定目标函数，建立数学模型

由于煤炭在燃烧过程中的物理、化学反应及其复杂，几种煤质的混合，会导致燃烧过程中的化学反应有较大的变化，因此混煤和单煤之间并不是完全的线性可加关系。但是配煤的主要指标与单煤的线性相加之间，其偏差并不大。

因此以掺配后入炉煤最低成本为目标函数，以单煤的成本、煤质参数和掺配后入炉煤技术指标的临界值为约束条件，建立线性规划数学模型。

式中：

Pmin—掺配后的最低成本；（元/吨）；

Pi—第i种煤的成本；（元/吨）；

Xi—第i种煤掺配的比例；（%）；

Qij—第i种煤的第j个指标；

aj、Aj—掺配后入炉煤第j个指标的临界值；

M—入炉煤煤种数量；

N—煤质参数的个数，包括发热量、挥发份、硫份、空干基灰分等；

2.2.2确定边界条件

表1为330MW机组入炉煤煤质指标临界值，表中发热量、挥发分、全硫、收到基灰份的限定值为电科院配煤掺烧试验确定的临界值，因此以配煤掺烧试验的入炉煤临界值为边界条件。

表1配煤掺烧试验入炉煤临界值

2.2.3求解

运用判断矩阵是否可逆、矩阵的逆矩阵、矩阵乘积等利用EXCEL表格求解四元（五元）一次不等式，从而得出不同煤种在不同边界条件下入炉煤成本最低时的最优掺配比例见表2。

3配煤掺烧经济性分析与最佳配煤方案选定

3.1配煤掺烧经济性分析

以表1中煤质要求作为约束条件进行优化试验，通过5个月的配煤掺烧试验，通过对入炉煤价、机械未完全燃烧损失、环保成本、经济煤种掺配比例进行配煤掺烧经济性分析，根据5个月配煤掺烧试验经济性分析得出4月19日、5月21日、5月24日三天的配煤方案可以完全满足锅炉稳定燃烧的需要，掺配的经济性煤种比例较大，并且锅炉的机械未完全燃烧损失以及环保成本均保持较低的水平，经济性较好，因此将这三天的指标进行对比分析如表3所示。

表2配煤掺烧数学模型求解比例表

表3配煤掺烧经济性分析

3.2最佳配煤方案的确定

根据表3的对比结果可以看出4月19日、5月19日的机械不完全燃烧损失、环保成本均高于5月24日数值，因此5月24日配煤方案为最佳的配煤方案如表4所示。

表45月24日配煤方案

4结语

运用线性规划建立的配煤掺烧模型可以通过EXCEL方便的计算出各种煤种的掺配比例和入炉煤成本，在保证锅炉安全稳定的前提下，得出入炉煤成本最低时的各种不同煤种的最优比例以及最佳的配煤方案，从而达到降低燃料成本，提高锅炉效率，提高火电厂的经济效益的目的。

参考文献：

[1]刘发圣，谈紫星，桂良明.大型电站锅炉混煤掺烧试验研究.[J].发电设备，2015.

[2]邓伟.火电厂配煤掺烧最优方案探讨.[J].科技专论，2016.

[3]张晨瑞.优化煤源结构细化配煤掺烧降低入炉煤标单.[J].山东工业技术，2016.

作者简介：

张志迪（1988—），男，河南洛阳人，热能与动力工程专业，助理工程师，主要从事发电厂集控运行、节能管理工作。

张晓东（1984—），男，河南平顶山人，动力机械及工程专业，工程师，主要从事发电厂运行管理工作。

张红军（1974—），男，河南驻马店人，热能与动力工程专业，助理工程师，主要从事发电厂锅炉运行工作。