火电厂多煤种配煤试验研究及优化.pdf

器 麦旦 D o i 1 0 ． 3 9 6 9 4 ． i s s n ． 1 6 7 1 - 1 0 4 1 ． 2 0 1 3 ． 0 1 ． 0 3 1 火电厂多煤种配煤试验研究及优化 日经验窒遵日 武 晓 ， 王东风’ ， 聂益民 ， 陶永俊 1 ．华北电力大学自动化系， 保定 0 7 1 0 0 3 ； 2 ． 国电九江发电 九江 3 3 2 0 0 摘要 本文结合电力系统负荷特点、 九江三期电厂煤场结构、 机组特性等， 从试验角度比较多煤种配煤掺烧方式机组运行的 经济性， 阐述了多煤种煤场集中优化配煤的重要意义， 并建立配比数学模型， 得出了一些有实际意义的结论， 依此指导九江 三期多煤 种配煤的实际应用。 关键词 供电煤耗； 度电成本； 数学模型； 分仓； 分时段 中图分类号 T K9 文献标 志码 B S t ud y o n t he c o al b l e ndi ng oft he r m a l po w e r pl a nt s a nd i t s o p t i m i z a t i o n W U X i a o ’ 。 ,W AN G Do n gf e n g ． N I E Yi -m i n 2 ,T A O Y o n g - j u n 1 ． De p a r t me n t o f Au t o ma t i o n ， No r t h Ch i n a El e c t r i c P o we r Un i v e r s i t y ， Ba o d i n g 0 7 1 0 0 3 ， Ch i n a 2 ． P o we r g e n e r a t i o n u n i t ， Gu o d i a n J i u j i a n g P o we r P l a n t ,J i u j i a n g 3 3 2 0 0 ， Ch i n a Ab s t r a c t Thi s p ap er e l a bo r a t e s t he s i gni f i c an ce o f op t i mi z i ng c oa l bl en di ng i n c oal f i el ds ， e s t a bl i s h es t h e ma t h e ma t ic a l mo d e l s ， a n d d r a ws s o me p r a c t i c a l c o n c l u s i o n s ， t h e n g u i d e s t h e a p p l i c a t i o n o f c o a l b l e n d i n g i n J i u j i a n g Ph a s e t h r e e p o we r pl a n t ． Ke y wor ds c o a l c o n s u mp t i on f or p o we r s u p p l y ； c o s t o f ele c t r i c i t y ； ma t h e ma t i c a l mO d e l s u b war e h 0 u s e；su b p e r I O ds 0 引言 随着我国经济建设飞速发展， 电力需求 日 趋旺盛 ， 煤 炭消耗量日益增加。 另一方面， 电力市场厂网分家， 发电企 业自负盈亏， 煤炭市场竞争加剧， 统矿优质煤价上涨近5 0 8 0 ％， 火电企业发电燃料成本大幅上升， 利润率大幅下滑， 普遍出现亏损， 用煤企业不得不加大劣质煤的使用力度， 燃用2 种或2 种以上组成的混煤。 然而， 由于不同煤种的组 成及特性不同， 掺烧时不同煤质的煤颗粒在燃烧过程中相 互影响、 制约。 混煤掺配合理， 取长补短， 才能在经济上带 来良好效果。 若混煤掺配不当， 会造成燃烧设备运行水平 下降、 着火困难、 燃烧不稳定、 效率降低等问题， 甚至造成 停炉事故。因此， 对多煤种配煤试验的研究具有积极的现 实意义” I 。 1 配煤试验 1 ． 1 试验方法 九江电厂煤场煤源广泛， 为保证配煤试验的结果准确 可靠， 前期进行了大量煤场整理工作， 然后综合煤矿出厂 煤质与现场煤质参数数据， 严格区分各煤种的单一性 ] 。 在混煤配比试验环节， 除精确配比比例外， 还要充分 掺混， 确保混煤均匀性， 然后进行单煤种及} 昆煤煤种工业 分析。 根据九江电厂现有煤种及不同比例混煤样， 得到煤质 工业分析数据， 见表l 、 表2 欢迎订阅 欢迎撰稿 欢迎发布产品广告信息 表1 单一煤种工业分析 孝南 巴东 荆门 贵州 鑫 太 煤种 潞安 焦煤 大元 煤泥 富源 焦煤 宏阳 旺东 仁资 丰缘 红洲 KJ ／ K G 2 4 0 0 0 2 6 5 0 0 l 8 0 0 0 1 7 0 0 0 l 8 0 0 0 2 4 0 0 0 1 5 0 00 l 3 8 0 1 2 5 0 0 l 2 5 0 9 2 2 5 0 0 V ％ 1 l 1 4 l 5 7 5 5 8 5 8 7 5 l 2 5 0 9 8 C ％ 5 8 2 3 6 3 0 2 4 3 5 5 4 1 5 5 4 2 5 9 5 6 3 7 3 7 2 6 3 3 6 4 3 0 2 2 2 9 2 6 5 5 9 8 S f ％1 0 4 4 2 7 2 3 8 1 5 3 3 1 _8 O ． 6 0 8 5 l 2 2 8 Af ％1 2 7 4 l 1 8 8 6 3 6 4 4 4 4 1 4 6 7 4 3 O】 1 4 9 0 7 5 4 7 3 5 2 4 5 5 2 6 2 3 1 0 6 Mf 2 9 2 1 4 2 3 0 1 3 5 5 3 6 7 1 7 2 3 8 7 3 5 3 3 9 8 5 2 2 21 6 表2 不同比例混煤煤种工业分析 配 比 O n e t ， a r Q n e t ， tt r 比例 Ma r ％ A a r ％ V a r ％ C a r ％ V 。n e t ． a r ％ K J ／ K G K J ／K G 2 潞 4 孝 2 2 4 9 3 1 7 ．7 7 3 6 1 5 8 7 0 l 4 7 6 0 9 7 0 3 焦 3 巴 4 鑫 3 0 4 3 9 7 5 6 4 6 2 0 l 2 3 l 9 O 5 9 5 O 5 富 2 煤 3 荆 3 2 3 4 0 3 5 5 4 7 2 0 0 5 0 l 9 1 5 2 5 8 3 其中 Q、 V、 C、 S 、 A、 M分别为煤质收到基低位发热 量、 挥发份、 固定碳、 硫份、 灰份和水分实测值； Q’ n e t ， a r KJ ／ K G 为混煤算术加权平均热值； V’ n e t ， a r 为混煤算术加权平均挥发份。 1 ． 2 试验 结果 1 ． 2 ． 1 挥发份及热值 对单一煤种和二组、 三组份混煤 业分析， 用混煤分 析实测数据V a r 、 Q n e t ， a r ， 按其混煤掺配比例及加权平均计 算挥发份、 热值V ’ n e t ， a r 、 Q ’ n e t ， a r 。 作出实测与计算值关系曲线， 发现二者存在一定差 距， 但具有良好的线性关系。经回归计算 ， 得出拟合线性 关系方程如下 V a r 1 0 9 V’ a r - 2 ． 8 ％ 1 EI C V _0 1 ． 20 2 01 3 No ． 1 8 5 日经验童逾日 Q n e t ， a r 0 ．9 4 4 Q ’ n e t ， a r 2 0 1 6 K J ／ K G 2 1 ． 2 ． 2 试验结果分析 从掺配煤泥 、 太红洲 、 荆门旺东、巴东宏阳等低挥 发份、 低热值劣质煤来看， } 昆 煤挥发份下降较多， 最低至 3 ． 6 ％。 配煤不当， 会使混煤的实际挥发份大幅度降低， 造 成着火困难， 锅炉不稳定。发热量要比按加权平均计算值 大， 其增加值随发热量的降低而增大l 3 】 。 1 ． 2 ． 3 试验 结论 1 混煤实际挥发份比按单煤种加权平均计算值要 ／ J 、 。 2 混煤燃烧具有 节能效果。 3 建立配煤场。 2 经济比较 从火电厂生产流程上考虑， 电厂将煤买入， 将热能转 化为机械能， 最终以电能形式发出获取利润。为了便于建 立数学模型， 我们仅以燃料成本与发电盈利进行比较， 忽 略人力成本、 设备折旧及检修等成本， 临界条件为机组安 全稳定运行， 下面我们对所需的条件进行分析。 2 ． 1 锅炉效率 锅炉效率指有效利用热量与输入热量比值， 计算公式 如下 n q q 1 0 0 ％一 0 q q q q 。 3 式中 Q 1 为锅炉有效利用热k J ／ k g ， Q 锅炉输入热量k J ／ k g ， g l为锅炉有效利用热占输入热量百分L L ％， q 2 为排烟热 损失％， g 3 为化学未完全燃烧热损失％， g 4 为机械未完全燃 烧热损失％， g 5 为散热损失％， g 6 为灰渣物理热损失％。 2 ． 2 热值与厂用电率之间的关 系 对于热值变化对厂用电率的影响， 对于3 5 0 MW直吹 式机组， 制粉耗电率影响相对小于2 0 0 MW机组， 脱硫机组 脱硫耗电率还会受到影响 。 2 ． 3 综合测算盈利情况 假设热值为2 0 0 0 0 K J ／ K g ， 供电煤耗率为3 3 2 g ／ k w h ， 厂 用电率为5 ． 5 ％， 发电煤耗-3 1 3 ．7 4 ％， 此时累计上 二 网电量1 万度时， 燃料成本为 Y1 1 0000“ 3 32 ／ 1 000 000“ 2000 0／ 4． 1 81 6“ 0． 1 1 “ 2 93 07 ． 6 ／ 200 0 0 2 5 5 9 ． 5 8 元1 发电盈利为 Y 2 1 0 0 0 0 0 “ 0 ． 4 0 4 0 0 0 元 Y 4 0 0 0 2 5 5 9 ． 5 8 1 4 4 0 ．4 2 元1 假设热值为1 6 5 0 0 K J ／ K g ， 供电煤耗率为3 4 0 ． 1 4 g ／ k w h ， 厂用电率为6 ． 0 ％， 发电煤耗率为3 1 9 ． 7 3 ％， 此时累计上网电 量1 万度时， 燃料成本为 Y1 1 00 00“3 40． 1 4／ 1 000000“ 1 6 50 0／ 4． 1 81 6“ 0． 09 *2 93 07 ． 6 ／ 1 6 5 0 0 2 1 4 5 ． 5 4 元1 发电盈利为 Y 2 1 0 0 0 0 0 * 0 ． 4 0 4 0 0 0 0 元 Y 4 0 0 0 2 1 4 5 ． 5 4 1 8 5 4 ．4 6 元1 2 ． 4 三期单机低谷时段燃 用劣质煤效 益比较 根据前面的计算结果， 若以每天低谷期间时段为2 3 8 6 EI C V 0 1 ． 2 0 2 01 3 No ． 1 器 麦 0 0 4 】 ， 平均负荷以1 8 0 MW计算， 燃用劣质煤 热值控制 在1 6 5 0 0 K J ／ K G 所获取效益 为 AY 5 “ 1 8 “ 1 8 5 4 ． 4 6 1 4 4 0 ． 4 2 3 7 2 6 3 ． 8 7 元1 需要 指出的是 ， 对于经济指标而 言， 此 时低 谷段机组 供电煤耗率上升8 g ／ k w h 左右， 预测厂J} } j 电率上升0 ． 5 ％ 主要 为制粉、 送引风、 输煤、 除尘、 输灰、 脱硫等耗电率 升 ， 预计全天供电煤耗上升1 ． 5 2 g ／ k w h ， 综合厂用电率上升 0 ． 1 2 0 ． 1 5 ％。 另外， 该测算中未考虑燃用劣质煤时设备损 耗的增加及机组 现燃烧不稳甚至熄火时的成本 I 。 2 ． 5 三期主要经济参数及综合度电成本 比较 以 期日计划负荷曲线1 0 9 6 万度为例， 将全天负荷分 为高峰、 低谷及腰荷三个负荷时段， 通过相应热值煤种， 进行机组锅炉效率 、 厂用电率 、 供电煤耗等主要参数比 较， 分析收益变化。见表3 、 表4 。 表3 主要经济参数比较 炉效％ △锅炉效 率 △J H { 电 率 △供电煤 热值k i ／ k g l 7 3 3 l 9 0 ． 9 4 0 ． 8 0 ．5 8 3 l 4 2 ．2 7 低谷 排烟温度 C l l 8 灰分 飞灰含碳 4 ．5 热值k j ／ k g 2 0 2 3 6 8 9 ．7 3 2 0 3 4 ． 2 3 灰分 3 3 ．4 4 腰荷 排烟温度 C 1 2 0 飞灰含碳 4 ． 5 热值k j ／ k g 2 2 0 0 0 9 1 ．7 9 0 ． 0 4 0 ． 1 5 0 ． 3 8 灰分 2 7 ．7 9 高峰 排烟温度 C l 1 6 飞灰含碳 4 ． 5 综合 1 ． 2 l 0 ． 3 5 5 ． 4 6 表4 掺烧前后度电成本比较 掺烧 前 掺烧后 供电量 万千瓦 3 0 1 ． 6 8 3 0 0 ．3 5 低谷 标煤量 吨 l 0 2 6 ． 6 9 1 0 3 3 皇9 标煤单价 元／ 吨 7 8 1 ． 3 6 4 7 9 ． 1 4 供电量 万千瓦 5 4 1 ．7 9 5 4 0 ．0 8 腰荷 标煤量 吨 1 7 6 0 ． 8 4 l 8 O 0 ． 1 6 标煤单价 元／ 吨 7 8 1 ． 3 7 6 8 7 ． 6 6 供 电量 万千瓦 2 5 1 ．8 6 2 5 l 4 6 高峰 标煤量 吨 7 9 5 ． 8 6 7 9 5 ． 5 9 标煤单价 元／ 吨 7 8 l 3 6 7 8 6 ．4 8 度电成本 元／ 度 o ．2 5 5 5 0 ． 2 4 l 6 在 这里， 度 电成本仪考虑发 1 度 电需 要的燃料成本。 按 照 期全年完成发电量3 6 ． 2 亿测算， 通过实施配煤掺烧， 供 电煤 耗由3 2 9 ． 1 2 5 g ／ k w h ] 2 升． 3 3 4 ． 5 8 g ／ k w g ， 度 电成小下 降0 ． 0 1 3 9 元／ k w h 。 3 煤场配比数学模 型 煤价与热值成比例关系， 日前煤炭市场高热值煤价高 于低热值 煤价 2 3 倍。 通 过配煤 试验及 经济性 比较 ， 加大 低热值煤种掺烧， 对于提高火电厂经济效益意义重大。 但 在具体掺配过程中， 又要受到制粉系统出力大小、 锅炉燃 烧稳定工况 、 烟气含硫、 煤价成本等主要条件的约束 l 。 3 ． 1 约束条件的确立 约束条件对人炉煤的主要指标参数进行限制， 防止煤 器 麦旦 质参数指标过高或过低， 保证机组带高峰负荷和低负荷锅 炉燃烧 稳定 ， 保证炉膛 结渣 、 排 烟温度、 飞灰含碳 、 厂用电 率及s 0 ， 、 N 0 x 排放达到国家标准 l 。 3 ． 1 ． 1 低位发热量Qn e t ， a r 对于配煤的热值应考虑经济和技术两方面的影响。 热 值越低， 制粉电耗加大， 锅炉带不起负荷甚至燃烧不稳； 热 值越高， 则高热值优质煤消耗加大， 发电成本加剧升高。 根据三期机组实际情况， 对于掺配混煤热值约束如下 1 6 0 0 0 X l Q n e t ， a r l X 2 Q n e t ， a r 2 ⋯． X n Q n e t ， a r n 2 5 0 0 0 K J ／ K G 4 3 ． 1 ． 2 挥发份v a r 三期锅炉煤种适应性较广 挥发份过高容易造成燃烧 器喷口烧坏， 太低则煤粉着火困难， 锅炉燃烧不稳， 甚至熄 火事故。 挥发份要求 5 ． 5 ％X l * V a r l X 2 * V a r 2 ⋯． X n V a r n 1 5 ％ 5 3 ． 1 ． 3 硫份S a r 硫份过高， 容易引起锅炉结渣、 脱硫效率下降、 烟道 腐蚀等后果 。 公 式如下 X l * S a r l X 2 * S a r 2 ⋯． X n * S a r n 1 ． 5 ％ 6 3 ． 1 ．4灰．6 } Aa r 灰分过大， 造成锅炉受热面磨损加剧、 空预器堵灰、 炉膛结渣等设备损坏情况发生。 公式如下 Xl * Aa r l X2 Aa r 2 ⋯ Xn * Aa r n 4 0 ％ 7 3 ． 1 ． 5 单煤百分 比％ X1 、 X2 、 X 3 、 ⋯Xn 单煤百分比不能大于1 ， 公式如下 X1 x 2 X3 ⋯ x n l ， 0 X i l X i l ， 2 ， 3 ⋯n 8 3 ． 1 ．6 煤价元 成本最低 煤价元计算公式为 Mi n Z ∑C i Xi 9 式中， z 为成本价格， c i 单煤折算标煤成本。 3 ． 2 配煤数学模型 经过配煤试验， 发现混煤与单一煤种存在一定线性关 系， 可建立煤场数学科学配比模型， 模型函数为 F x f 1 x 1 ， f 2 x 2 ， f 3 x 3 ， ⋯f n x n 1 0 通过数学模型的建立， 再确定各单一煤种价格， 根据 机组 日负荷情况， 在满足各约束条件的前提下， 计算得出 在机组带高峰、 腰荷及低谷负荷时， 入炉煤综合成本最低 的各单一煤种掺比例 。 4结束语 本文对九江三期电厂进行了多煤种配比试验及经济 性 比较， 然后建立煤场配比数学模型， 再将理论研究成果 用于具体实践当中。 九江三期高峰煤、 腰荷煤等优质煤消 耗量得到了较好控制， 高峰负荷出力能够快速响应系统要 求 ， 综合度电成本大幅下降， 取得了较好的经济效益。同 时出现了掺配比例未达要求、 掺配不均及设备出现问题等 方面的不足， 通过严格掺烧制度、 设备改造等一系列措施， 这些问题基本得到了解决。 通过不断总结和摸索， 目前我 欢迎订阅 欢迎撰稿 欢迎发布产品广告信息 日经验窒 日 们已建立了九江三期配煤掺烧日对标体系， 进一步精细化 九江i期多煤种配煤掺烧。口 参考文献 【 1 】黄 新元 电站 锅炉运 行与燃烧 调 整 [ M] ． 北 京 中国电力出版 社， 2 0 0 2 1 0 0 - 1 1 5 『 2 ]2 赵振宁 电站锅炉性能试验原理 方法与计算[ MI ． 北京 电力出版 社 ， 2 0 1 0 6 0 7 0 【 3 1 汪红梅， 张敬生． 电厂燃料【 M1 北京 电力出版社， 2 0 1 1 ， 1 2 2 0 2 5 [4 】 姚 强混 煤 特 性 的 综 合 性 试 验 研 究 【 J] 动 力 工 程， 2 0 0 8 ， 1 2 3 6 8 9 9 2 [ 5 ]中国动力工程学会 火力发电设备技术手册 第三卷一 自动控制 『 M1 北京 机械工业出版社， 2 0 0 0 2 3 2 6 [ 6 ] 刘长 息大机组热工过程动态模型的研究及应用[ D] ．保定 华北 电力大学， 2 0 0 2 f 7 ]王红雨， 刘超， 朱志涛，等 钢 球磨煤机中贮式制粉系统试验及其 节能降耗 【 J J _ 热力发电， 2 0 0 3 ， 8 3 2 3 4 [ 8 ] 樊 泉桂， 阎维平， 闰顺林 ， 等 锅 炉原 理 [ M】 北京 中国电力出版 社 ，2 0 0 8 1 0 9 1 1 6 作者简介 武晓 1 9 7 2 一 ， 男， 在读硕士研究生， 研究方向为燃料优化； 王 东风 1 9 7 1 一 ， 男， 博士， 教授， 研究方向为复 杂热力系统建 模与控制； 聂 益民 1 9 7 3 一 ， 男， 研究方向为电厂运行； 陶永俊 1 9 7 4 一 ， 男， 研究方向为 燃料优化。 收稿日期 2 0 1 2 0 9 2 8 艾默生科里奥流量计提升奥地利 输油管线的能力 奥地利 的密 封输 油管线阿德里亚一 威恩管线 f A WP 用艾默生过程管理的微动作 “ 精英”高容量科里奥 流量计升级了现有的涡轮流量计。 现在， A WP 正在自动化 方面努力采纳最新技术。A WP 的负责人说 “ 考虑到涡轮 流量计在可靠性和维护方面的问题， 我们决定升级到最新 测量技术， 选用艾默生的 ‘ 精英’ 高性能流量计， 因为这种 流量计免于维护， 远超我们的精度需求。 ” A WP 把意大利一 奥地利边境的阿尔卑斯管线的原油送至维也纳附近的施 韦夏特炼油 艾默生提供了两套流量计， 配备多元数字式变送器。 流量计平行安装在炼油厂进油管线上， 这样它们可以单 独设置， 无需终端原油流动。 依照测量仪器指令规范， 同 样安装了罗斯蒙特3 1 4 4 P 温度变送器， 提供精确的管道流 通温度测量。 温度数据用来弥补大流量密闭输送中的温 度效应。科里奥流量计和温度变送器的数据通过RS 4 8 5 Mo d b u s 传至现有的系统。 “ 精英” 高容量科里奥流量计还具备艾默生的智能测 量验证功能， 这是易于使用的自动诊断工具， 可以快速验 证总体测量性能 传感器， 传动和信号过程 ， 无需中断流 量测量或者过程流量， 因而不用把流量计从管线上移除就 能跟踪测量性能。 这样就确保密闭传输的测量精确度。 “ 精英”高容量流量计涵盖十种DN 1 5 0 ～ D N 4 0 0 6 ～ 1 6 英 寸 的传感器模型， 测量流速可达3 ， 2 6 6 吨／ 时， 每立方厘米 的浓度精确度为 0 ．0 0 0 5 克。 EI C Vo 1 ． 2 0 2 01 3 No ． 1 8 7