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火電廠(chǎng)配煤模型研究

文檔作者：楊圣春文檔來(lái)源： 1．安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2．安徽電力公司培訓(xùn)中心		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年03月11日
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第25卷第1期
2012年1月
廣東電力
GUANGD0NG ELECTRIC PoWER
Vo1．25 No．1
Jan．2O12
火電廠(chǎng)配煤模型研究
楊圣春
(1．安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽合肥230051；2．安徽電力公司培訓(xùn)中心，安徽合肥230022)
摘要：根據(jù)配煤的核心，通過(guò)確定動(dòng)力配煤的優(yōu)化配比，研究了燃煤電廠(chǎng)配煤模型的組成，建立了火電廠(chǎng)線(xiàn)性
配煤模型、非線(xiàn)性配煤模型和不確定性的配煤模型。對(duì)線(xiàn)性模型和非線(xiàn)性模型的目標(biāo)函數(shù)和約束條件進(jìn)行分析，
指出線(xiàn)性模型的建立和求解較簡(jiǎn)單，其實(shí)用性和操作性較強(qiáng)；而非線(xiàn)性模型的精確度雖高，但其糾結(jié)相對(duì)困難。
針對(duì)電廠(chǎng)配煤煤質(zhì)參數(shù)的不確定性、可變性以及煤炭?jī)r(jià)格的波動(dòng)性問(wèn)題，利用區(qū)間規(guī)劃方法對(duì)不確定性的配煤
模型進(jìn)行分析，并通過(guò)算例驗(yàn)證其現(xiàn)場(chǎng)操作性更強(qiáng)。
關(guān)鍵詞： 配煤；線(xiàn)性模型；非線(xiàn)性模型；不確定性； 區(qū)間規(guī)劃
中圖分類(lèi)號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1007．290x(2012)01．0036．04
Study on Blending M odel in Thermal Power Plant
YANG Shengchun ’
(1．Anhui Electrical Engineering Professional Technique College，Hefei，Anhui 23005 1，China；2．Training Center of An—
hui Electric Power Corporation，Hefei，An hui 230022，China)
Abstract：This paper studies on the composite of blending models in thermal power plant and builds linear blending models
with examples illustrating the application of linear models．Due to ash melting point of coal blending influences fouling of
boiler，it amends linear models．Non—linear blending models are established because of requirements for various coals like
coal ash，heating，moisture，sulphur，coal ash melting point in some power plants are very necessary．Uncertain models of
coal blending are established due to parameter uncertainty of coal quality，variability and volatility of the issue price of coa1．
Thermal power plants can choose different model to blend coals according to the actual situation．
Key words：coaling；linear model；nonlinear model；uncertainty；interval planning
當(dāng)前，由于“市場(chǎng)煤”與“計(jì)劃電”之間的矛盾，
我國(guó)的燃煤電廠(chǎng)多數(shù)采取非設(shè)計(jì)煤種的多種煤混合
摻燒的方式。因此，在保證鍋爐安全運(yùn)行的同時(shí)，
使配煤成本最低，對(duì)火電廠(chǎng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
配煤就是根據(jù)鍋爐設(shè)備所需的煤質(zhì)指標(biāo)，將不同性
質(zhì)的單種煤按照一定的比例混配起來(lái)，實(shí)現(xiàn)煤質(zhì)互
補(bǔ)，滿(mǎn)足鍋爐安全穩(wěn)定燃燒的要求。配煤的核心是
確定動(dòng)力配煤的優(yōu)化配比，即通過(guò)建立火電廠(chǎng)配煤
的數(shù)學(xué)模型來(lái)確定選定煤種的數(shù)量_1-2]。
1 配煤模型的組成
火電廠(chǎng)配煤模型由目標(biāo)函數(shù)和約束條件組成。
收稿日期：2011．09．14
1．1 目標(biāo)函數(shù)
配煤優(yōu)化模型以最低配煤成本為目標(biāo)，即在滿(mǎn)
足鍋爐安全運(yùn)行的前提下使配煤成本最低的配煤方
案。
假設(shè)有 種單煤進(jìn)行配煤，第『種單煤的成
本為cf，其配煤比為 f，則配煤的成本價(jià)
C = CjX j．
1．2 約束條件
電站鍋爐對(duì)煤質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)的特定技術(shù)要求即是
配煤的基本約束條件。假設(shè)有 種單煤，要配制
具有m個(gè)技術(shù)指標(biāo)為丁的配煤，若第 種單煤( =
1，2，3，?，n)的第 個(gè)技術(shù)指標(biāo)(i：1，2，
3，?，m )為丁¨ 則用 種單煤配制出的第
個(gè)技術(shù)指標(biāo)
第1期 楊圣春：火電廠(chǎng)配煤模型研究
T = TqXj．
：1
如適應(yīng)某一爐型的第 個(gè)技術(shù)指標(biāo)的上限為
ai，下限為b ，則用n種單煤配制的第 個(gè)技術(shù)
指標(biāo)一定在a ～b 之間_3]。
由于在單位時(shí)間內(nèi)(如1個(gè)月或1個(gè)季度)火電
廠(chǎng)進(jìn)行配煤時(shí)可能因缺少某種單煤而影響其配煤計(jì)
劃的完成，必須有約束條件來(lái)限制短缺煤種的配煤
比。設(shè)在一定時(shí)期內(nèi)的計(jì)劃配煤量為G，但第
種單煤量只有Hf，為保證計(jì)劃完成，必須使第
種單煤占的配煤比 f不能大于H 在G中的比，即
f≤Hf／G。各電廠(chǎng)的情況不同，其約束條件也不
同。
2 配煤模型建立
2．1 線(xiàn)性模型
2．1．1 建立線(xiàn)性模型
2．1．1．1 目標(biāo)函數(shù)
線(xiàn)性模型的目標(biāo)函數(shù)包括：
a)當(dāng)13,種單煤相配，成本最低，即
cmin=ΣCJXj；
=1
b)當(dāng) 種單煤相配，優(yōu)質(zhì)煤配煤比最小，即
C m{ =X 『；
c)當(dāng) 種單煤相配，劣質(zhì)煤配煤比最大，即
C =X 『．
2．1．1．2 約束條件
線(xiàn)性模型的約束條件為：
Bf≤ Σ 丁 ，≤ ；
=1
Xj≤Hj／G；
ΣX『=100％；
J=1
X > 0．
2．1．2 算例
表1為3種單煤及電廠(chǎng)對(duì)校核煤質(zhì)各項(xiàng)技術(shù)指
標(biāo)的要求。通過(guò)線(xiàn)性配煤模型來(lái)確定最優(yōu)配比，使
配煤原料成本最低。根據(jù)線(xiàn)性配煤模型，采用最優(yōu)
方法中的循環(huán)判斷法，步長(zhǎng)精度取1％時(shí)，利用計(jì)
算機(jī)軟件求得的最佳配煤比分別為：X =0．13、
X =0．11、X3=0．76。根據(jù)所得最優(yōu)配比，計(jì)算
出配煤的干燥無(wú)灰基揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)∞ =
31．78％，收到基低位發(fā)熱量Q =23．182 MJ／ ，
焦渣特征(char residue characteristic，eRe)為3，
溫度t=1 426℃ ，全水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)COM,=4．5％，
可磨性指數(shù)(hardgrove grindability index，HGI)
為55。各項(xiàng)指標(biāo)均符合電廠(chǎng)配煤要求，原料成本
達(dá)到最低，為227．79元／t。
2．1．3 線(xiàn)性模型改進(jìn)
火電廠(chǎng)配煤燃燒的安全性是電廠(chǎng)必須首要考慮
的因素，煤的灰熔點(diǎn)是影響電站鍋爐結(jié)渣特性的重
要原因之一。尤其是對(duì)煤灰熔點(diǎn)要求較高的鍋爐，
其線(xiàn)性模型各項(xiàng)指標(biāo)中，灰熔點(diǎn)的誤差相對(duì)較大，
需要修正灰熔點(diǎn)的約束公式。
設(shè)有 種煤樣進(jìn)行配煤，既要考慮單煤所占
的比例，又要考慮其灰分產(chǎn)率的大小，建立修正的
煤灰熔點(diǎn)的約束條件為：
Σ A X t s』
f ≤ }—一≤ f。一．
ΣCoAjXj
J= 1
式中： Al為第 種單煤煤灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；t 為單
煤的煤灰熔點(diǎn)；t。f為第J種單煤的煤灰熔點(diǎn)。
文獻(xiàn)[4]用3種單煤進(jìn)行配煤，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：
利用修正的煤灰熔點(diǎn)約束公式計(jì)算的煤灰熔點(diǎn)值只
比實(shí)測(cè)值平均低18℃ ，最小相差14℃ ，最大不超
過(guò)29℃ 。
2．1．4 線(xiàn)性模型分析
表1 3種單煤及動(dòng)力配煤各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)
第25卷
火電廠(chǎng)線(xiàn)性配煤模型約束條件中的限制條件
是根據(jù)線(xiàn)性可加的原則，以單煤的技術(shù)指標(biāo)及其
配比作為基本參數(shù)進(jìn)行加權(quán)平均。其優(yōu)點(diǎn)是模型
的建立和求解比較簡(jiǎn)單，可以用圖解和單純形法
或借助Lingo軟件來(lái)求解，甚至用Excel就可得
到最優(yōu)解。該模型的精度已經(jīng)能夠滿(mǎn)足多數(shù)電廠(chǎng)
的要求，其配煤模型在電廠(chǎng)具有很強(qiáng)的實(shí)用性和
操作性。
2．2 非線(xiàn)性模型
浙江大學(xué)熱能工程研究所等的研究表明，混煤
的煤質(zhì)特性和燃燒特性與組成的單煤之間并不是簡(jiǎn)
單的線(xiàn)性關(guān)系，而是存在著復(fù)雜的非線(xiàn)性特征，需
要運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和模糊數(shù)學(xué)等現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法建
立非線(xiàn)性電廠(chǎng)配煤模型 -7]。
2．2．1 目標(biāo)函數(shù)
非線(xiàn)性模型的目標(biāo)函數(shù)為
c i = CjXj，( = 1，2，3，? ， )．
』=1
2．2．2 約束條件[3]
非線(xiàn)性模型的約束條件包括：
發(fā)熱量
Qne：， ~f(xj，Qnc【，』， ，
，
， v山 ， 。，)≤ ，b；
干燥無(wú)灰基揮發(fā)分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)
叫
．
~f(xj， Mt，
，
， vd f， ，)≤ vd
，
；
硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)
(S) ≤廠(chǎng)(Xj， (S))≤ (S)b；
全水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)
∞
． 。~f(xj， ” ， ，
，
』， )≤
，
。；
灰熔點(diǎn)
t
， ?！?廠(chǎng)(X ，各單煤的灰成分分析)≤t。 ；
著火溫度
t a~f(Xj，Qnet，J， ， f， vd
，
f ， 7)≤ b；
結(jié)渣特性
尺 ≤廠(chǎng)( ，各單煤的灰成分分析)≤R ；
燃盡特性
Dn~f(Xj，Q net，』， ，CO
，
，
，
， 。
，
)≤D 6·
式中：廠(chǎng)為各量的函數(shù)；Xf為配煤模型中單煤配
比； 為固定碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；cU(S)為硫的質(zhì)量分
數(shù)；Q 為單煤發(fā)熱量； 為單煤揮發(fā)分。
2．2．3 模型分析
非線(xiàn)性模型的約束條件中，發(fā)熱量、灰分、水
分、揮發(fā)分、灰熔點(diǎn)、著火特性、燃盡特性均采用
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法來(lái)預(yù)測(cè)；結(jié)渣特性采用模糊判別法；
硫分、灰分中的氧化鎂(MgO)、二氧化鈦(TiO )
等各成分?jǐn)?shù)據(jù)可利用加權(quán)形式得到 ]。
該模型建立嚴(yán)謹(jǐn)，精確度有所提高，但求解相
對(duì)困難。若電廠(chǎng)對(duì)配煤的約束條件有嚴(yán)格限制，則
可利用該模型。
2．3 不確定性的配煤模型
線(xiàn)性和非線(xiàn)性配煤模型都假定單煤煤質(zhì)參數(shù)為
不變的常量，而實(shí)際上，由于電廠(chǎng)來(lái)煤種類(lèi)復(fù)雜，
煤質(zhì)差異較大，煤質(zhì)指標(biāo)是隨機(jī)波動(dòng)的。因此，電
廠(chǎng)配煤往往要面對(duì)煤質(zhì)參數(shù)的不確定性和可變性問(wèn)
題。
將各單種煤的煤質(zhì)指標(biāo)和煤價(jià)看作區(qū)間變化的
不確定參數(shù)，建立不確定條件下的電廠(chǎng)配煤模型，
在煤質(zhì)參數(shù)發(fā)生一定程度的波動(dòng)時(shí)，仍能保證配煤
質(zhì)量滿(mǎn)足電廠(chǎng)要求。
2．3．1 區(qū)間規(guī)劃方法
整數(shù)線(xiàn)性規(guī)劃(interval linear programming，
ILP)是由Huang首先提出的用于解決模型中含有
區(qū)間不確定性的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法。區(qū)間數(shù) 被定義
為上下界已知，但其概率分布未知的區(qū)問(wèn)。 =
[ 一，X ]：[t∈X l ≤ t≤ ]，其中X一和
X 分別為X 的上下界，只有當(dāng)X一=X 時(shí)，
為確定數(shù)_8 91。
2．3．2 不確定性的配煤模型
不確定性模型的目標(biāo)函數(shù)為
min C =ΣC』G十．
式中：Gf為單煤 的年耗量，t／a。
其約束條件包括：
揮發(fā)分
i ≤ ≤ ? ；
厶u i
發(fā)熱量
≤ Q ， ，
∞
叫
f， 鼢
第1期 楊圣春：火電廠(chǎng)配煤模型研究
其中
Σ ‰ G = ；
水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)
．
( (M )G G ≤ (M) ；
』= 1
灰分
(Σw(A，) G )／ΣG ≤ ( ) ；
=1 J：1
硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)
(Σ ( )』 G )／ΣG ≤cU( ) ．
= I J： I
低位發(fā)熱量要滿(mǎn)足燃煤電廠(chǎng)生產(chǎn)所需的熱值要
求，即年發(fā)電量 與單位發(fā)電熱耗量Q 的乘積，
其中Qh=9．3 MJ／(kw·h)t 。
2．3．3 算例
某300 Mw 燃煤電廠(chǎng)選取3種單煤進(jìn)行配煤。
3種單煤煤質(zhì)特性的變化區(qū)間、煤價(jià)變化區(qū)間及混
煤的約束條件區(qū)間見(jiàn)表2。根據(jù)不確定性的火電廠(chǎng)
配煤模型計(jì)算的結(jié)果見(jiàn)表3和表4。
表2 3種單煤的煤質(zhì)特性變化區(qū)間及混煤約束條件區(qū)間
不確定性的電廠(chǎng)配煤模型是根據(jù)電廠(chǎng)的實(shí)際情
況來(lái)定的，其配煤方案是在某一個(gè)區(qū)間段為決策者
提供多種選擇，現(xiàn)場(chǎng)操作性強(qiáng)。
表3 不確定性電廠(chǎng)動(dòng)力配煤優(yōu)化模型的運(yùn)算結(jié)果
表4 配煤的煤質(zhì)特性
3 結(jié)束語(yǔ)
各電廠(chǎng)根據(jù)來(lái)煤的煤種指標(biāo)以及鍋爐的實(shí)際要
求來(lái)選擇使用不同的配煤模型。當(dāng)電廠(chǎng)配煤對(duì)約束
條件的要求不是很苛刻時(shí)，可近似地認(rèn)為具有線(xiàn)性
可加性，利用線(xiàn)性配煤模型來(lái)進(jìn)行配煤。當(dāng)對(duì)煤的
灰熔點(diǎn)有特別要求時(shí)，可利用修正的線(xiàn)性配煤模型
求解，以得到較符合要求的約束條件。當(dāng)對(duì)煤的灰
分、發(fā)熱量、水分、硫分、灰熔點(diǎn)等各種煤質(zhì)的要
求都非?？量虝r(shí)，就要選擇非線(xiàn)性的配煤模型。當(dāng)
來(lái)煤煤種變化較大，且價(jià)格波動(dòng)較大時(shí)，可利用不
確定性的配煤模型，供決策者和操作者做出多種選
擇。
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作者簡(jiǎn)介：王佼(1987)，男，河北保定人。在讀碩士研究生，主要
研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)。
(編輯王夏慧)
和 和 扣 扣扣 和 扣 扣扣和扣 扣和 扣
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作者簡(jiǎn)介：楊圣春(1966)，男，安徽壽縣人。副教授，工學(xué)碩士
從事電廠(chǎng)優(yōu)化運(yùn)行、節(jié)能與環(huán)保研究及高等職業(yè)教育。
(編輯查黎)

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