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1、火力发电厂燃料管理 体系的建立,火力发电厂燃料管理是一项复杂的系统工程，涉及燃料订货、采购、接卸、验收化验及车辆管理、费用结算、配煤燃烧、煤场管理、统计核算等一系列工作，而燃料管理体系主要包括燃料的供应、耗用和储存管理三个环节。目前，火力发电厂燃料管理仍较粗放，多数未用系统论的观点来综合考虑三个环节的联系、协调，使得三个管理环节相互脱节，操作无序，组织随意性比较大，直接导致燃烧不经济、损耗增大，针对目前火力发电厂燃料管理及成本分析存在的问题，研究建立和开发燃料管理体系及成本分析优化系统，对实现燃料科学管理，降低发电成本，提高电厂运行的经济性和安全性具有十分重要的意义。,1背景及意义,目前，国内
2、对火力发电厂燃料管理的研究还存在不足：（1）缺乏对建立燃料管理体系的研究，燃料管理中存在的问题未得到系统分析和解决；（2）信息系统建设不够合理，数据的查询和成本分析繁琐、不够深入，不能对燃料的采购、消耗和储存做出灵敏的反映，极易延误燃料管理的决策；（3）燃煤优化的研究未结合火力发电厂的实际条件，给燃料管理及锅炉运行提供经济性指导。上述存在的不足制约着火力发电厂燃料管理效益的提高。研究建立燃料管理体系及成本分析优化系统，研究开发燃料管理信息系统，解决上述存在的不足已成目前燃料管理的一项重要工作。,1.1 课题的提出,（1）分析燃料管理过程，设计燃料管理流程。分析实现燃料管理目标的影响因素和解决方
3、法，研究燃料供应、耗用、储存相互之间独立性、相互作用问题，建立一种管理模式，使之间协调有效工作；根据管理模式设计管理流程。（2）设计储存管理方案 根据锅炉燃烧要求和现有煤源及煤场情况合理划分煤场，确定存储方式；分析安全性生产及经济性对燃煤储存的要求，确定煤场合理的储存量约束。（3）设计耗用管理及供应管理方案 分析燃煤耗用及供应的目标要求，研究以成本优化为核心内容的管理方法。,1.2燃料管理体系的建立的主要工作,2 管理流程设计,首先综合考虑外部环境与现有储存情况制定燃料的储存约束（总储存量及分煤质储存量），再结合矿点计划及煤场储存结果，分别对燃料供应及耗用成本进行优化，最后供应和耗用的结果再指
4、导储存约束的制定。供应及耗用过程优化是程序化、不确定型决策过程，为减少决策的复杂程度提高可操作性，外部环境状态在较短时间内可认为是确定的，即煤矿基本情况、燃煤的采购量、燃煤的耗用量及质量要求是确定的，该时间段的决策采用确定型决策方法。对于不确定因素带来的风险可采用备选方案等手段来防范。储存约束是该管理系统的核心，它所确定的储存量及质量要求是供应及耗用优化的基础，其合理性是系统实现最优的关键。储存约束的制定是不确定型决策，其过程难以量化，主要依靠充分的调查研究和经验来完成的，同时需要系统信息的充分反馈来指导其完善。,2.1 设计思路,物流系统由所处的环境、系统输入、输出、处理等几方面构成，模式为
5、输入-转化-输出。燃料物流系统模式用图2.1所示进行描述：,2.2 系统模式,物质流 信息流 反馈 图2.1 火力发电厂的燃料物流系统模式图,说明：输入信息包括：供应燃料的价格、质量、数量及供煤单位名称等；输出信息包括：耗用的经济性及耗用煤质的稳定性、适应性等情况；系统处理中信息处理包括：煤场储煤数量、质量及价格等统计情况；系统外部环境包括：机组对燃煤的数量质量要求、煤炭生产情况、煤炭市场价格情况、运输情况、煤矿供应能力等。,根据系统动力学，物流系统分为物质流和信息流，其中信息流中信息反馈是形成决策的基本要素。系统实施中不是机械的执行预定方案，而是根据信息反馈的新情况对于原有方案进行及时调整和
6、修正。在燃料物流系统中，供应、耗用、储存子系统都存在信息反馈，子系统之间的信息反馈构成系统的信息反馈。根据燃料管理流程设计思路，储存约束作为系统管理的核心，也是系统信息反馈的核心。储存约束信息输入至系统，系统的信息最终反馈到储存约束，如：某一煤种在特定锅炉燃烧一定时期的绩效表现指导储存约束计划的制定；煤场储存结果及实际进厂煤的情况对储存约束计划的合理性提供反馈信息。储存约束根据系统反馈的信息进行调整，使系统整体趋于最优。系统管理信息流程见图2.2。,2.2 系统模式,2.2 系统模式,图2.2 系统管理信息流程图,储存约束作为系统信息反馈的核心，其形成要随燃料市场、发电市场等外部环境影响的反馈
7、而调整，是动态的、开放的，能反映物流信息功能。该模式将储存约束确定为系统与外部环境结合的切入点，有利于接受外部信息，符合客观实际，使系统的调整优化具有可操作性。,2.2 系统模式,未来发生不确定因素造成系统的风险。该系统中不确定因素主要有两点：外部煤炭市场变化及运输环节出现问题等外部环境不确定因素，即矿点情况多变；发电负荷及电站锅炉健康状况的不确定因素，即燃烧要求多变。对不确定因素的合理处理可降低系统风险。本系统消化这一风险采取方法为：缩短优化周期，随时间的缩短不确定因素将减少；对于含有较多不确定因素的方案要制定备选方案；采用合理的储存管理模式在应对变化时将利于备选方案的调整。,2.3 风险防
8、范,火力发电厂为安全生产都设有储煤场，其目的是：合理储备一定数量的燃料，保证燃料不间断的供应；调剂来煤的余缺，缓解供需的矛盾；上煤混配掺烧后保证煤质符合锅炉的要求；防止外部条件变化应急燃料的储备。,3 燃料储存管理方案,火力发电厂电站锅炉要求燃煤在规定时间内必须着火、必须燃尽，发挥出全部热量，以提高锅炉效率，否则将造成损失。燃煤质量指标包括挥发分、发热量、灰分、水分、灰的熔融特性、硫分，具体指标要求如下：挥发分是煤质重要指标，是判断煤的着火性能、燃烧稳定性的首要指标。挥发分高的煤着火性能好、燃烧稳定。发热量是煤质的另一个重要指标。作为动力燃料，发热量越大经济价值越大。从大量煤质统计规律可知，煤
9、的收到基低位发热量是水分、灰分、挥发分的函数，不是一个独立变量。,3.1 储存燃煤的质量与数量要求,灰分对燃烧的影响首先体现在对着火的影响。煤中含灰量大使火焰传播速度减慢、着火推迟，燃烧稳定性差。灰分大也会使燃烬程度差，机械燃烧热损失增加。灰分增加使受热面污染和磨损加剧，导致锅炉事故率增加。水分大导致部分热量消耗在水分增加和过热，使炉膛燃烧温度水平降低，导致稳定性下降，并使排烟体积增加、排烟温度升高、热损失增加，最终造成锅炉热效率降低、发电煤耗增加。水分过多还将造成原煤流散性恶化，引起原煤斗、给煤机原煤粘结堵塞。,3.1 储存燃煤的质量与数量要求,灰的熔融特性对锅炉运行影响很大。固态排渣煤粉炉
10、在燃烧灰熔点低的煤时，将会结渣。液态排渣炉燃烧灰熔点较高的煤时又不能顺利排渣。硫分虽然是可燃物质，但含量过高会引起锅炉腐蚀和堵灰，并造成大气污染。火力发电厂煤场储煤来源广泛，不同煤种的质量指标各异，燃煤需要进行掺配才能达到燃用要求。为此，煤场储存煤种之间要保持一定的比例，以此保证燃煤掺配的需求。在实际应用中，合理划分煤场，将来煤分类后储存，既能直观体现煤种分布，又能方便耗用中进行掺配。,3.1 储存燃煤的质量与数量要求,火力发电厂燃料储存数量要保证安全生产所需，要求储存控制的方式采用连续观测库存控制系统（固定量系统），即当库存煤量下降至某限度时立即进行补充，以保持一定的储存量。储存量的保持水平
11、是在准确分析市场及需求的基础上合理评价储存持有成本、订货成本与缺货成本而确定的不同煤种的储存结构及总量。,3.1 储存燃煤的质量与数量要求,储存方案的设计目标为有利于混配燃烧，减少储煤损失，降低储煤热损和减少流动资金占用，要求确定储存总量及不同煤质的储存量。储存量根据日耗量、季节、市场进行确定，是不确定型决策，主要依靠充分的调查研究和经验完成的。存贮论方法作为国外研究燃料储备量的有效方式，由于我国燃料资源开发布局、交通运输及市场方面原因，在国内应用有一定困难。为便于实施，本论文结合电厂实际经过摸索后采用定量分析结合经验判断的方法进行燃料储备量的确定。,3.2 储存方案的设计,（1）总储存量的确
12、定储存量确定模式以分月耗煤量为依据，参照上一年度资料进行分析计算，并结合影响当期储备煤量的主客观因素确定当月储备量。具体计算方法如表2.4及表2.5所示。该模式可推广应用至周，以确定本周储备量。,3.2 储存方案的设计,3.2 储存方案的设计,表2.4 2003年收耗煤资料统计表,注：平均耗进比=平均日耗量/平均日进量最大耗进比=最大日耗量/平均日耗量不均匀收耗=最大日耗量-最小日进量,3.2 储存方案的设计,表2.5 2004年分月储备煤量计算表,3.2 储存方案的设计,注：平均经常储备量=平均日耗煤量平均耗进比（平均耗进比1时按实际计算）保险储备量=平均日耗煤量保险储备天数最高经常储备量=
13、平均日耗煤量最大耗进比不均匀进煤储备量=最大日耗煤量-最小日进煤量最高储备量=保险储备量+最高经常储备量+不均匀进煤储备量,该储存系统是一个开放系统，是人机系统。根据上述输入计算的结果，综合考虑机组运行要求、煤场情况及煤源状况在保险储煤量与最高储备量之间最终确定储备量。该储存模式能适应市场，首先不是一个常数，而是随着各种影响储煤量的主客观因素而变化；其次注重经济上合理性；它对储备煤量进行分解，有利于实践中检验是否实用。,3.2 储存方案的设计,（2）分煤种储量的确定 在总量确定的同时，储存量要求合理分配各煤种比例结构以确定分煤种量。分煤种约束依据燃烧对煤种要求和对外部市场的分析，通过人为判断来
14、制定，制定依据如下：要保证方便掺配，即按照实际燃用所验证的合理掺配比例储存；要保持各煤种有一定的安全储量，以备突然出现的情况作为应急所需；要把握总体煤质的水平。,4 燃料耗用管理方案,4.1.1 指标要求 煤质指标中与煤种配比成线性关系的为耗用煤质的线性约束条件，其中包括挥发分、发热量、灰分、水分、硫分。挥发分是燃料重要特性，不能低于低极限值以维持低负荷燃烧的稳定，不能高于高极限值以防燃烧器喷口烧坏；发热量是燃料的特征指标，也是锅炉经济性、安全性的重要保证，入炉煤发热量技术低限主要根据燃烧稳定性而制定的否则易造成锅炉结焦；灰分、水分和硫分一般越低越好，不应超过上限值，其中，硫越高酸露点高易腐蚀
15、尾部烟道，增大二氧化硫排放量。,4.1 耗用煤质要求,4.1.2 指标的可加性 火力发电厂燃煤在耗用时要进行掺配，而配煤质量的预测是基于如挥发分和发热量、灰熔融性温度等与单煤间有较好可加性（即可加权平均性）。配煤虽然是一个简单的机械混合过程，但其燃烧特性并不是组分煤种的简单叠加。由于单一煤的组成及特性不同，混合后不同煤质的颗粒在燃烧过程中相互影响、制约，使得混煤的煤质特性比单一煤种复杂37。1994年浙江大学曾为杭州动力配煤场作过配煤挥发分可加性及实测发热量与其单煤加权平均理论值间的关系试验，发现燃煤指标可加性有如下的特点：燃煤挥发分的可加性：配煤挥发分比单煤的理论加权平均值稍低，其偏低值一般
16、不超过2%。,4.1 耗用煤质要求,4.1.2 指标的可加性 燃煤发热量的可加性：发热量是评价配煤质量的首要指标。配煤的热值比单煤的理论加权平均值稍有增高。燃煤熔融性温度、灰分、硫分的可加性：煤灰成分不十分特殊情况下，配煤的灰熔融性温度具有较好的可加性。配煤的灰分、硫分具有较好的可加性。配煤的许多质量指标并不完全具有很好的线性可加性，在掺配时要适当考虑指标可加性的特点，如配煤时挥发分的下限值应比要求值提高才能满足锅炉需要。,4.1 耗用煤质要求,4.1.3 适应性要求 锅炉对煤种的适应性不同。通过若干年的使用，即使同一编号的锅炉，由于实际使用煤种质量不同、锅炉的调整和技术改造，也包括运行人员操
17、作经验习惯的不同，各锅炉对煤种的种类和质量要求不一样。太原第一热电厂对1号炉大修后进行了燃烧调整及效率试验，试验报告见表2.6。试验结果表明，锅炉经过大修后，在相同负荷下耗用煤的热值降低但锅炉效率未降低，由此可见设备健康状况对燃料适应性有影响。,4.1 耗用煤质要求,4.1 耗用煤质要求,表2.6 太原第一热电厂1号炉大修后燃烧调整及效率实验报告,配煤的适应性应通过实际试烧来验证。任何一种方案验证必须经过实际锅炉带满负荷、低负荷稳燃和连续高负荷等运行工况的全面实验，才能对适应性做出评价。,4.1.4 稳定性要求 电站锅炉的灰处理系统、静电除尘器和吹灰器等辅助系统的运行都是以锅炉用煤质量稳定为前
18、提，煤质的不稳定将造成辅助系统的损坏。同时，电厂自动化程度越高对煤种适应范围越窄，只有稳定的煤质才能保证锅炉的安全稳定运行。大多125MW以上机组都应用了DCS，自动化程度大为提高。实现自动控制后就要求煤质必须稳定在一定范围。煤质大幅波动将使的自动控制无法实现，锅炉的安全高效运行就会受到极大的威胁。由于电力市场形成，发电厂需要竞价上网。市场竞争对机组运行的安全稳定性、经济性和可调性提出了更高、更严的要求，要求机组有良好的负荷变化响应特性。稳定的煤质是有良好负荷响应特性的基础。,4.1 耗用煤质要求,4.2.1 耗用目标（1）耗用煤质适应及稳定 在实际运行中电站锅炉以稳燃为主要目标，要求提供适合
19、燃烧的稳定煤质，即要求煤质稳定在要求指标范围内波动。（2）耗用成本最低 在一定的煤质要求下，追求耗用成本最低，即入炉煤标准煤单价最低。,4.2 耗用方案的设计,4.2.2 优化方法 耗煤的最优化问题实际上就是在约束条件下求目标函数的极值问题，具体做法可概括为如下三个步骤：确定约束条件，确定目标函数，求解。采用的数学模型如下：（1）目标函数n种单煤相配，追求配煤的成本最低。（2）约束条件 用n种单煤配制的某个技术指标不能大于配煤技术指标的上限；用n种单煤配制的某个技术指标不能小于配煤技术指标的下限；各种单煤的配比不能为负值。,4.2 耗用方案的设计,（3）求解 当约束条件和目标函数确定后，求解的
20、问题便成了一个纯数学问题，求解的方法可采用单纯形法。（4）条件 上述数学模型是建立在如下假设条件基础之上的：所选定的各煤质指标均具有直线可加性；各指标之间没有交互影响；各种单煤的煤质指标是个常量。根据上述模型假设条件要求，优化应用条件为：指标约束要考虑指标线性可加的特点而确定；准确的度量所掺配煤种的平均质量，并且基本保证其质量的基本稳定。,4.2 耗用方案的设计,4.2.3 实际应用 在实际应用中，为提高可操作性，减少掺烧过程的复杂度，在掺配时主要考虑关键因素，一般主要考虑热值和挥发分的影响。熔融特性、硫、水分、灰分等因素如超标较多影响燃烧时再考虑处理，如煤场煤水分明显超标时需要考虑不掺配或减
21、少掺配量。在实际应用中，为提高掺配的可操作性，减少掺配的盲目性，应对来煤历史情况进行分析。通过对掺配组合进行实验，制定出各种负荷情况下掺配的计划，具体操作时，再根据实际情况对计划进行一定范围的优化，可避免大面积的优化带来运作的无序和繁杂。在实际应用中，针对锅炉对煤种不同的适应性要求，在优化时考虑既要适合一定工况下燃用，又要避免不同工况下燃用煤质的大幅波动，以防负荷变化时跟踪能力下降和自动控制的失效。,4.2 耗用方案的设计,5 燃料供应管理方案,火力发电厂所需煤炭数量大，而设计库存有限，供煤矿点多，运输环节复杂，供运需的链条还很脆弱，其煤炭供应关系还不是一种非常稳定的关系。火力发电厂燃煤供应完
22、全进入市场采购，将难以保证正常的煤炭供应。供应的可靠性要求采购必须坚持计划为主、市场调节为辅的原则。坚持计划为主，保证煤炭供应的主渠道，使电厂煤炭供应有稳定的基础。在计划为主的前提下，灵活运用市场渠道作为供煤手段的有效调剂和补充。,5.1 供应的可靠性要求,（1）首先，要收集煤炭资源产量、品种、规格、质量、价格和市场燃料供应趋势等信息，做好市场调查、市场预测工作。市场调查主要内容包括：市场需求调查、市场竞争及发展趋势调查、矿方营销策略调查。市场预测主要内容包括：预测煤炭生产能力、运输能力、需求前景、价格变动趋势。,5.2 供应方案的设计,（2）其次，要进行燃料供应量及质量保证程度、计量盈亏情况
23、分析。电力生产特点要求不间断的供应燃料，燃料供应量保证程度低将使储备量下降，导致安全发电保证系数降低。在分析燃料供应量完成情况时要与计量盈亏情况结合，反映燃料数量盈亏及索赔情况。同时要对燃料供应质量保证程度进行分析，检查煤矿供煤的质量保证程度。（3）最终，根据上述分析及预测结果，运用优化的方法确定采购方案。根据市场预测外部环境情况及储存量约束要求，合理确定本期采购数量及质量，运用优化的方法确定最低采购成本下的分矿采购量。通过历史供应数量、质量保证程度的分析来评价风险度，对于风险度过高的方案要制定备用方案。,5.2 供应方案的设计,6 结论,我们着重介绍了火力发电厂燃料管理体系的建立，本文的作者
24、在此基础上完成了太原第一热电厂燃料管理体系应用方案、燃料成本分析与优化的方法及太原第一热电厂燃料成本分析与优化应用系统的实现等有实际意义工作，并得出以下结论。（1）燃料供应、耗用及储存相互关联、相互制约，其过程是一种物流活动。因此，燃料系统可看作物流系统，燃料管理体系可应用物流系统的模式和方法来构建。（2）燃料系统可以采用物流分解协调技术实现系统效益最大化的管理目标。应用分解协调技术，需要分别对燃料储存、耗用及供应进行局部优化及相互之间的协调。本论文将储存约束确定为系统管理的核心及信息反馈的核心，使系统协调简便可行，也符合物流信息功能的客观要求。,（3）因素分析法及线形规划方法是成本分析及优化中较好的方法。信息化技术的发展使因素分析法及线形规划法的应用能够实现。成本分析优化信息化系统应用表明：应用因素分析法及线形规划方法可以增强数据分析功能，进一步深入挖掘成本变化的影响因素，有效降低燃料成本。（4）太原第一热电厂燃煤分为三类后按区域进行储存，可以直观体现储存煤种分布，又利于在耗用中掺配。（5）太原第一热电厂的供应和耗用成本优化模型，在考虑实际情况基础上合理地进行了条件简化和假设，使其在实际工作中具有可操作性。,安全生产,谢谢！2023年3月5日,
