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1、火力发电厂燃料管理体系建立的探讨郭跃龙（山西中电燃料有限公司）【摘要】本文应用物流系统工程的思维和方法构建燃料管理体系。应用物流分解协调技术分别对燃料系统供应、耗用、储存子系统进行成本优化及子系统之间的协调。储存约束作为储存子系统管理的核心，是燃料供应及耗用子系统成本优化的基础，接受系统的信息反馈并进行调整以使得系统趋于最优。其次，本文分析了燃料供应、储存及耗用的目标要求及相互联系，并依据成本优化的要求设计管理方案。储存管理方案设计目标为合理制定储存约束，使供应、储存及耗用三个环节保持协调。耗用管理及供应管理要求分别为耗用煤质适应且稳定、燃煤牢靠供应。在满意自身管理要求及储存约束条件基础上，耗
2、用及供应管理方案设计目标为成本最低。后续，本文将探讨燃料成本分析与优化原理及方法，构建燃料成本分析与优化系统，利用计算机及网络工具，选择电厂进行燃料成本分析与优化应用系统的开发。【关键词】火电燃料管理体系探讨一、燃料管理的目标要求燃料管理目标是在保证平安生产基础上追求燃料成本最经济。（一）平安生产要求1、燃料质量要求火力发电厂电站锅炉是依据选定的煤种进行锅炉本体设计和协助设备选型配套的。实际供应的煤种假如偏离设计值过多，就会影响锅炉的平安、经济、稳定运行，甚至给锅炉运行带来难以克服的困难。2002年国家电力公司对40个电厂131台大容量锅炉（锅炉总容量74914吨/小时）燃燥状况进行调查，调查
3、结果表明火力发电厂实际供应煤种与设计煤种差异问题突出。由表1.1实际供应煤种与设计煤种差异状况统计表可看出，在131台被调查锅炉中，仅有41台锅炉供应煤种与设计煤种相符，90台锅炉供应煤种与设计煤种不符。供应煤种与设计煤种不符的55台锅炉影响突出，导致锅炉效率下降，发电煤耗增大；或锅炉受热面超温、结渣，威逼平安运行；或锅炉出力下降，影响供电。表1实际煤种与设计煤种差异状况统计表序号实际煤种与设计媒种差异分类电厂数台数容量（吨/小时）1基本相符1241349042经设备改造与运行调整后能适应1535195803不符合且影响突出135530430依据电站锅炉燃料质量要求，为保障电站锅炉平安稳定运行
4、，一方面应加强供应煤质管理，另一方面要利用煤质可加性，按电站锅炉设计煤质的主要指标，如挥发分、发热量、灰分、水分、硫分、灰融特性等指标，进行多煤种混配掺烧。2、电力生产是连绵不断的过程，必需有足够的燃料保证，为此火力发电厂要有肯定量的燃料储备。供应煤种与设计媒种存在偏差的实际状况还要求不同质量的煤种要有肯定的平安储备量。（二）经济性要求完整的燃料成本包括选购成本、储存成本、经济运用的效能成本，其经济性要求包括燃料及燃烧经济性要求、储存经济性要求。1、燃料及燃烧经济性要求由于各种燃料煤的发热量不同，为了统一计算、比较和分析，各种燃料按其发热量折成为标准煤量。每吨标准煤对应的价格称为标准煤单价。燃
5、煤实际价值应是其标准煤单价而不是原煤价格。燃煤的比质比价，实际是标煤单价的比较。选购燃料除考虑干脆的选购成本即燃料成本外，还应充分考虑经济运用的效能成本，即所选购燃料在运用时其能量是否能够被高效利用，是否能保证锅炉平安稳定燃烧，是否能满意锅炉变负荷的须要等。浙江XX电厂主要燃用兖州煤及神木煤，标煤单价及发供电比较状况详见表1.2和表1.3。神木煤标煤单价比兖州煤标煤单价高，但运用神木煤的发供电成本均比运用兖州煤低。为此，运用最经济的煤种不肯定达到燃烧最经济效果，与锅炉燃烧工况适合的燃煤才能使发电成本最低，才是最经济的煤种。表2燃煤标准煤单价比较状况表发热量全水分K-原煤单价标煤单价（MJZkg
6、）（%）（%）（元/吨）（元/吨）神木26.00HJO547296.30333.5兖州25.716.5013.48276.39314.6差异0.294.608.0119.9118.91表3240MW工况下发、供电成本比较状况表项目单位神木兖州汽轮机热耗KJZkWh8487.808474.91锅炉效率%93.4293.65管道效率%0.990.99发电煤耗GZkWh313.11311.87厂用电率%0.05060.0503供电煤耗G/kWh329.79328.37发电成本元/MWh105.22106.27供电成本元/MWh110.82111.85燃料的品质影响到燃料的价格、机组效率，有时还影响到
7、机组的平安指标，为此燃料及燃烧的经济性要求作好选购燃煤的燃烧经济性分析。2、储存经济性要求火力发电厂应有肯定的燃料储备。从经济性讲，一般在满意平安生产前提下，储存量低可降低储存损耗和削减流淌资金占用。但在市场价格波动时，储存量增加可能带来更大的经济效益。例如每年夏秋季煤矿生产、铁路运输状况较好时大量储煤，虽然当时占用大量资金、增加储存难度，但到冬季时，可以削减涨价、运输困难带来的被动。储存经济性要求合理评价库存持有成本、订货成本与缺货成本。（三）燃料管理科学性要求燃料管理的科学性体现在系统性、择优性、定量性上。燃料管理的系统性要求分析燃料管理内在的系统特征，管理思维要贯穿全过程。它包括明确的目
8、标，达到目标的程序与方法，良好的信息反馈。择优是决策的核心，是管理的重要和普遍的特征。燃料管理的择优性要求用系统工程的思想和方法，即系统优化的方法求解系统。燃料管理的定量性要求应采纳定量分析，对管理问题建立程序、方程进行求解，使各种定性问题定量化，以便对管理问题进行有效的决策和限制。1、系统论方法应用依据燃料管理系统性与择优性要求,燃料管理应运用系统论的思想和方法寻求系统效益最大化。燃料的供应、存储、耗用是一个步骤连续的过程，三个环节相互关联、相互制约，存在效益悖反现象。如：降低储存成本至肯定程度将威逼耗用的平安；按耗用煤质要求进行选购将可能导致供应成本上升；按最低煤价进行选购可能不符合耗用要
9、求而影响平安生产等。燃料的供应、存储、耗用是一种物流运动，燃料系统可看作是物流系统，本论文应用物流系统工程学观点和方法来分析解决燃料管理效益最大化问题。物流目标是在保证生产的正常进行下，实现物流中各环节的合理连接，并取得最佳的经济效益。物流系统依据功能性质可分为若干子系统。本论文将燃料物流系统分为供应、耗用、储存三个子系统。物流系统工程探讨最常用技术之一是分解协调技术。物流系统包括多个子系统的困难大系统，在分析探讨时分别对子系统进行局部优化，再依据整体利益原则，不断协调子系统相互之间关系，以达到效率高、费用低的目标。除了子系统要协调外，还要把握好系统与外部环境的协调，从更高层次上把握系统的利益
10、。应用分解协调技术，分别对燃料管理的供应、存储、耗用子系统进行局部优化，并在平安生产要求基础上，按系统成本最低的原则，对三个子系统进行协调。针对制约锅炉平安生产及燃烧经济性的燃煤存在多样性、不确定性的主要冲突，煤场储存燃煤的质量分布、数量搭配均达到合理水平，发电的平安、经济性才能得到保障。为此，储存子系统优化的目标应是形成燃煤煤质及煤量的储存约束，该储存约束能满意平安生产及经济耗用的要求。在储存约束基础上进行供应、耗用子系统的成本优化，并依据优化信息的反馈来调整储存约束，将使系统整体趋于最优。2、信息化燃料管理的定量性要求大量的数理统计和分析,信息化使得繁杂的数据收集统计能够刚好、精的确现，使
11、得数学模型能够实际应用成为可能。信息化技术同时还能弥补职能结构缺点。计算机信息化实现资源共享，使得电厂采纳职能制结构横向协调差的冲突有了解决的手段。科学系统的管理方法加上计算机化的共有资源，使得管理环节协调、连续变为可能。二、管理流程设计（一）设计思路首先综合考虑外部环境与现有储存状况制定燃料的储存约束（总储存量及分煤质储存量），再结合矿点安排及煤场储存结果，分别对燃料供应及耗用成本进行优化，最终供应和耗用的结果再指导储存约束的制定。为削减决策的困难程度提高可操作性,供应及耗用过程外部环境状态在较短时间内可认为是确定的，即煤矿基本状况、燃煤的选购量、燃煤的耗用量及质量要求是确定的，该时间段的决
12、策采纳确定型决策方法。对于不确定因素带来的风险可采纳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探讨和阅历来完成的，同时须要系统信息的充分反馈来指导其完善。（二）系统模式物流系统由所处的环境、系统输入、输出、处理等几方面构成，模式为输入-转化-输出。燃料物流系统模式用图1所示进行描述：（物质流信息流反馈图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
13、应性等状况：系统处理中信息处理包括：煤场储煤数量、质量及价格等统计状况：系统外部环境包括：机组对燃煤的数量质量要求、煤炭生产状况、煤炭市场价格状况、运输状况、煤矿供应实力等。依据系统动力学，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，而是依据信息反馈的新状况对于原有方案进行刚好调整和修正。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。依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
14、燃烧肯定时期的绩效表现指导储存约束安排的制定；煤场储存结果及实际进厂煤的状况对储存约束安排的合理性供应反馈信息。储存约束依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。图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。（三）风险防范将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：外部煤炭市场改变及运输环节出现问题等外部环境不确定因素，即矿点状况多
15、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实行方法为：缩短优化周期，随时间的缩短不确定因素将削减；对于含有较多不确定因素的方案要制定备选方案;采纳合理的储存管理模式在应对改变时将利于备选方案的调整。三、燃料储存管理方案火力发电厂为平安生产都设有储煤场，其目的是：合理储备肯定数量的燃料，保证燃料不间断的供应；调剂来煤的余缺，缓解供需的冲突；上煤混配掺烧后保证煤质符合锅炉的要求；防止外部条件改变应急燃料的储备。（一）储存燃煤的质量与数量要求火力发电厂煤场储煤来源广泛，不同煤种的质量指标各异，燃煤须要进行掺配才能达到燃用要求。
16、为此，煤场储存煤种之间要保持肯定的比例，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，既能宜观体现煤种分布，又能便利耗用中进行掺配。（二）储存方案的设计储存方案的设计目标为有利于混配燃烧，削减储煤损失，降低储煤热损和削减流淌资金占用，要求确定储存总量及不同煤质的储存量。储存量依据日耗量、季节、市场进行确定，是不确定型决策，主要依靠充分的调查探讨和阅历完成的。为便于实施，本论文结合电厂实际经过摸索后采纳定量分析结合阅历推断的方法进行燃料储备量的确定。1、总储存量的确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，并结合影响当期储备煤量的主客观因素确定当月储备
17、量。该储存系统是一个开放系统，综合考虑机组运行要求、煤场状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。随着各种影响储煤量的主客观因素而改变；要注意全局或长期经济上的合理性。储存量的保持水平是在精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。2、分煤种储量的确定在总量确定的同时，储存量要求合理安排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，通过人为推断来制定，制定依据如下：要保证便利掺配，即依据实际燃用所验证的合理掺配比例储存;要保持各煤种有肯定的平安储量，以备突然出现的状况作为应急所需；要把握总体
18、煤质的水平。四、燃料供应管理方案（一）供应的牢靠性要求火力发电厂所需煤炭数量大，而设计库存有限，供煤矿点多，运输环节困难，供运需的链条还很脆弱，其煤炭供应关系还不是一种特别稳定的关系。火力发电厂燃煤供应完全进入市场选购，将难以保证正常的煤炭供应。供应的牢靠性要求选购必需坚持安排为主、市场调整为辅的原则。坚持安排为主，保证煤炭供应的主渠道，使电厂煤炭供应有稳定的基础。在安排为主的前提下，敏捷运用市场渠道作为供煤手段的有效调剂和补充。（二）供应方案的设计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、市场预料工作。市场调查主要内容包括：市场需求调查、市场
19、竞争及发展趋势调查、矿方营销策略调查。市场预料主要内容包括：预料煤炭生产实力、运输实力、需求前景、价格变动趋势。2、其次，要进行燃料供应量及质量保证程度、计量盈亏状况分析。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，导致平安发电保证系数降低。在分析燃料供应量完成状况时要与计量盈亏状况结合，反映燃料数量盈亏及索赔状况。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，依据上述分析及预料结果，运用优化的方法确定选购方案。依据市场预料外部环境状况及储存量约束要求，合理确定本期选购数量及质量,运用优化的方法确定最低选购成本下的分矿选购量。通过历史供应
20、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。五、燃料耗用管理方案（一）耗用煤质要求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、平安性的重要保证,入炉煤发热量技术低限主要依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尾部烟道，增大二氧化硫排放量。2、指标的可加性火力发电厂燃煤在耗用时要进行掺配，而
21、配煤质量的预料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)。配煤虽然是一个简洁的机械混合过程，但其燃烧特性并不是组分煤种的简洁叠加。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困难。1994年浙江高校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，发觉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，其偏低值一般不超过2%o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
22、、灰分、硫分的可加性：煤灰成分不特别特别状况下，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。配煤的很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意锅炉须要。3、适应性要求锅炉对煤种的适应性不同。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需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试验，才能对适应性做出评价。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协助系统的运行都是以锅炉用煤质量稳定为前提，煤质的不稳定将造成协助系统的损坏。同时，电厂自动化程度越高对煤种
23、适应范围越窄，只有稳定的煤质才能保证锅炉的平安稳定运行。稳定的煤质是有良好负荷响应特性的基础。(二)耗用方案的设计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，要求供应适合燃烧的稳定煤质，即要求煤质稳定在要求指标范围内波动。(2)耗用成本最低在肯定的煤质要求下，追求耗用成本最低，即入炉煤标准煤单价最低。2、的最优化问题事实上就是在约束条件下求目标函数的极值问题，详细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。采纳的数学模型如下：(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
24、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。(3)求解当约束条件和目标函数确定后，求解的问题便成了一个纯数学问题，求解的方法可采纳单纯形法。(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。依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；精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。3、实际应用在实际应用中，为提高可操作性，削减掺烧过程的困难度，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、
25、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须要考虑不掺配或削减掺配量。在实际应用中，为提高掺配的可操作性，削减掺配的盲目性，应对来煤历史状况进行分析。通过对掺配组合进行试验，制定出各种负荷状况下掺配的安排，详细操作时，再依据实际状况对安排进行肯定范围的优化，可避开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肯定工况下燃用，又要避开不同工况下燃用煤质的大幅波动，以防负荷改变时跟踪实力下降和自动限制的失效。工作单位：山西省中电燃料有限公司邮寄地址：山西省太原市五一路197号邮政编码：031000作者简介，郭跃龙，男，现为中电投华北分公司燃料管理部经理，兼任山西中电燃料有限公司总经理，从事燃料管理工作多年。
