火电厂配煤掺烧方案优化技术研究.pdf

34doi:10.3969/j.issn.1009-3230.2023.03.008应用能源技术2023年第3期（总第30 3期）火电厂配煤掺烧方案优化技术研究张宁（国能宁夏石嘴山发电有限责任公司，宁夏石嘴山7 532 0 0)摘要：燃煤作为电厂的主要燃料，约占电厂生产成本的7 0%左右，因此控制好煤炭燃烧成本，对提高电厂经济效益有着重要的作用。配煤掺烧作为当前应用较为广泛的燃烧方式，其在满足发电量及锅炉安全性的前提下，对于降低燃料成本有着重要的意义。文章从优化配煤选择、合理选用掺烧模式、掺烧技术方案优化设计等多个方面，提出了合理进行配煤掺烧措施，使电厂锅炉安全、高效、节能、经济运行。关键词：火电厂；配煤掺烧；掺烧模式；方案优化中图分类号：TM621.2Research on Coal Blending Optimization Technology(Guoneng Ningxia Shizuishan Power Generation Co.Ltd.,Shizuishan 753200,China)Abstract:Coal,as the main fuel of power plants,accounts for about 70%of the production cost ofpower plants.Therefore,controlling the coal combustion cost has an important role in improving theeconomic efficiency of power plants.Coal blending,as a widely used combustion method,has animportant significance for reducing fuel cost under the premise of meeting the power generation andboiler safety.The article proposes reasonable measures for coal blending from multiple aspects,suchas optimizing coal blending selection,reasonably choosing blending mode,and optimizing blendingtechnology scheme design,to make the power plant boiler safe,efficient,energy-saving,andeconomical operation.Key words:thermal power plant;coal blending;blending mode;scheme optimization0引言1?火电厂配煤掺烧概述在火电厂的运作中，采用配煤掺烧的方式，通火电厂配煤掺烧是指在传统的燃煤锅炉中将过将不同质量、种类的燃煤进行混合使用，可以提不同种类的煤炭进行混合燃烧的烧煤方式。这种高对低质量煤种的利用率，达到降低成本、节约优方式不仅可以减少对高质量煤种的使用，降低成质煤资源的效果，因此为了提升火电厂的火力发本,还能有效提高燃煤的利用率,达到节能环保的电运作水平，应积极探索配煤掺烧方案优化策略，目的。一般而言,煤炭的工业成分特性见表1,但以更好地发挥配煤掺烧模式的效能，优化火电厂为保证配煤掺烧的效果顺利达到预期，应确保混的煤炭燃烧发电作业效率。煤煤质参数与锅炉设计煤种的参数偏差在表2 的范围内，由此才能保证配煤掺烧的情况下，火电厂收稿日期：2 0 2 3-0 119 修订日期：2 0 2 3-0 2-19作者简介：张宁（19 9 4），男，本科，助理工程师,研究方向为火电厂燃烧系统的技术管理。文献标志码：Afor Thermal Power PlantsZHANG Ning的正常运作。文章编号：10 0 9-32 30(2 0 2 3)0 3-0 0 34-0 52023年第3期（总第30 3期）表1成分挥发分V灰分A水分M固定碳FC全硫表2混煤参数与设计煤种参数合理偏差表煤种Va褐煤0高挥发分烟煤5低挥发分烟煤5贫煤-2无烟煤-12火电厂配煤掺烧方案优化策略研究2.1优化配煤选择在配煤掺烧方案的编制中，配煤选择是一项首要工作，需结合实际需求，合理选择煤质合适的煤种进行掺和使用，同时也要确保混合后煤的参数与锅炉设计煤种的参数差异被控制在规定的范围内。为此，在方案优化上，需将配煤选择作为优化切入点，并从工业、元素两个层面对煤种进行综合评估，然后基于此，选择合适的配煤掺烧用煤种，以提高混合煤的燃烧质量。表3煤种褐煤长焰煤贫煤在配煤选择方案的优化上，还要注意根据锅炉设计条件和情况，对可选范围内的煤种进行进应用能源技术煤中各工业成特性表特性Vdar（煤的干燥无灰基挥发分）约为30%40%，V含量高，煤的着火温度越低。各类煤的含量大小排序为：褐煤 烟煤 无烟煤，A越高煤的质量越低，A含量高的煤可燃成分少、燃烧速度慢、热值低。Aaa（煤的空气干燥基A含量）约为11%30%M含量高低位发热量越低、燃烧完全度也越低，Mad（煤的空气干燥基M含量）约为1%5%FCa（煤的空气干燥基FC含量）约为30%6 0%煤的空气干燥基全硫含量0.3%1.2%燃煤可以分为动力煤、高炉喷吹煤、炼焦煤这AadMad555-104.545344四种动力煤的元素含量表水分灰分7.24%3.5%5.54%1.94%1.08%2.81%353种，而其中动力煤在火力发电领域属于热值高较的优质煤种，因此,为了提高配煤掺烧方式下，配套方案的应用效果，可考虑将其作为混合煤的配煤煤种,然后将动力煤与其他成本低但性能一般的燃煤进行掺和使用，实现在保障火力发电效果的情况下，降低燃煤成本，优化配煤掺烧方案2 。在此过程中，为了进一步实现降本增效，还要根据元素层面上对动力煤种类的细分，选择使用性能满足要求且成本更低的动力煤种，深入优化配合掺烧的效果，达到深入优化配煤掺烧方案的目的。其中,从元素层面上,动力煤可以被细分为褐煤、长焰煤、贫煤等，相应的元素含量见表3。根据表3,可以看出，褐煤的挥分较高,更容易燃烧，固定碳含量虽然较低，但可以满足火力发电的需求,而且价格低廉,因此,在方案的优化上,可以选择褐煤作为配煤掺烧用煤3。挥分碳元素42.38%72.23%41.89%79.23%13.49%91.31%一步的筛选，以深入优化配煤掺烧的煤种选用方案。一般而言，火力发电通常会使用煤粉炉，此类氢元素5.55%5.42%4.37%氮元素2.05%0.93%1.52%硫元素1.72%0.35%0.78%氧元素2.017%14.17%2.02%36设备要求发热量达到40 0 0 大卡，以免出现炉膛温度不足煤炭燃烧困难或不充分的情况，而挥分是决定燃煤燃烧热量的主要因素，需达到16%30%才能满足粉煤炉的运作需求。此外，如果煤种的灰分过高，就可能会加剧煤炉内部结渣的问题，影响其的运行，所以，需选择灰分在30%以下的煤种，以确保混合煤的燃烧效果顺利达到预期，实现配煤掺烧方案的优化412.2合理选用掺烧模式在火电厂的配煤掺烧方案编制中，掺烧模式的选择是一项首要工作，通过结合实际情况和需求，选择合适的掺烧模式，可以有效规避运行风险，提高配煤掺烧的效果,因此，掺烧模式的合理化运用也是有效的方案优化策略。就目前来看，火力发电厂的配煤掺烧模式主要有三种，即间断掺烧、炉前预混掺烧、分磨人炉掺烧。间断掺烧是指一种先燃烧质量较低的煤，待出现严重的结渣等问题后，再燃烧质量较好的煤，对这些问题进行缓解，如此反复更换煤种，实现配煤掺烧的烧煤方式，这种方式主要适用于烧煤量较小、生产场地规模不大，支持对煤种随到随用的火力发电厂。炉前预混掺烧是指一种使用不同皮带,将各类煤种输送到同一个煤斗中进行炉前预混后进行掺烧的配煤掺烧方法，此方法的配套设施规模较大，需要火电厂具有足够的场地空间,而且要求火电厂的锅炉具有较强的抗渣能力，以免其烧煤过程中形成大量的杂质，影响火力发电运作效果。分磨人炉掺烧是一种借助不同磨煤机，以及燃烧器，将不同的煤种进行点燃燃烧后，使其在煤炉内混合的配煤掺烧模式，这种模式有利于迅速提高煤炉内的温度，适用于煤种质量差异较大的情况。火电厂可以根据实际情况，结合三种配煤掺烧模式优势特点合理选用掺烧模式，以优应用能源技术化方案的实践效果。2.3优化掺烧技术方案优化设计具体的掺烧技术方案是配煤掺烧方案中的重要组成部分，通过合理设计掺烧技术措施，可以优化配煤掺烧方案的实践效果，提升火力发电作业水平。为此,在方案优化上，掺烧技术措施的应用也是一项重点内容。在掺烧技术措施上,应根据之前配好的煤种方案,对掺烧技术措施进行选用，以有效地减少高挥分、高硫、低热值等低质量煤种燃烧时对配煤掺烧落实效果的影响，达到优化配煤掺烧方案的目的。考虑到现阶段，我国火电厂配煤的约束条件如表4所示，应基于此对煤种元素组分、工业特征情况进行综合评估，再立足于此进行技术方案优化。表4约束条件项发热量Q灰份A挥发分V硫分S在掺烧技术方案优化过程中，若煤种选配方案中存在高挥分的煤种时，应将磨煤机的进口温度始终保持在2 9 0 以内，出口温度则相较于常规的7 5 8 5,适当降低510,同时也要适当降低旋转分离器的转速，以规避挥分过高引发的自燃、爆炸风险。如果选配煤种中存在硫分较高的煤种,则需要增加燃烧区域二次风的比例，以减少硫元素反应形成的还原性气氛，减轻硫元素反应生成物对煤炉的腐蚀作用,同时，也要注意将排烟温度保持在110 以上，还要根据实际的含硫量,考虑增设二次风再循环系统,以免空预器出现低温腐蚀的问题，减少高硫含量煤种燃烧对火2023年第3期（总第30 3期）我国火电厂配煤的约束条件表准许值区间20 mg/kgQ30 mg/kgA30%16%V30%S22023年第3期（总第30 3期）力发电作业的影响。当所选配煤种中存在低热值煤时,还需要适当提高磨煤机的煤粉磨碎细度，促进其的充分燃烧，以免影响混合煤的整体热值。在掺烧技术方案的优化上，还要注意，配煤掺烧的情况下，高挥度、高硫含量煤种的应用，很容易引发煤炉堵塞、腐蚀等安全风险因素,因此,还要在原有安全防护措施的基础上,加强各类消防设施的部署，以及塌灰事故应对部署,同时，也要做好相关的监控检查工作，并积极运用智能的检测控制系统，对配煤掺烧作业过程中的各项系数进行实时的观测，一旦出现参数异常，需及时查明原因，然后加以处理,由此降低事故发生的几率，达到优化配煤掺烧方案的效果。2.4利用实验进行方案优化配煤掺烧方式与传统的烧煤方式存在显著的差异，尤其是配煤掺烧操作中对低质量煤种，以及其他类型燃料的应用,会引发更多的风险,如飞灰堵塞、煤粉自燃、内壁腐蚀等。为此,可以考虑采用实验的方式，对设计好的方案进行应用实验，然后通过分析、评估实验结果，总结出优化策略，再基于此，优化现有的方案,由此达到更好的配煤掺烧效果。在方案的实验优化中，可以运用上述配煤选择优化策略，制定出几种掺和比例不同的配煤方案，在相同的掺烧技术方案下进行实验，再分析锅炉效率情况，由此得出成本更低、效率更高的配煤方案，实现配煤方案的优化。待得到最佳的配煤方案后，还可以按照上述的掺烧方案优化策略，立足于实际情况和需求，合理选择掺烧模式，然后根据配煤方案中各煤种的元素组分情况，对现有的掺烧技术进行优化，并制定出几套掺烧技术方案，并加以实验，然后通过分析煤炭的利用率，以及发应用能源技术电量情况，对掺烧技术方案进行评估，由此得出更加高效、经济的掺烧技术方案，由此实现从配煤、掺烧技术两个层面对方案的优化，助力火力发电的降本增效。但在此过程中，需要注意,进行掺烧技术优化时，应当考虑到安全方面的投入，并将其计人到成本中，同时也要优先选用安全风险低的掺烧技术。此外,也要重点关注环保层面的因素，并在配煤、掺烧技术两个层面上均要考虑环保因素。在配煤方案上，应尽量选择硫含量较低的煤种，而在掺烧技术上，则应做好相关的技术措施，减少含硫污染物的排放，深入优化火电厂的配煤掺烧方案。2.5运用优化模型进行方案优化除了上述的实验优化以外，还可以建立一个配煤掺烧方案优化模型，利用该模型构建相应的方案优化软件，以利用信息技术求解最优方案，增强方案优化的效率和效果。在优化模型的建设中,从成本,以及后期掺烧操作阶段的安全性、环保性等方面考虑,可以确定出4种目标函数,包括成本最低目标函数、硫分最低目标函数、优质煤占比最小目标函数、水分最低目标函数。其的层次结构如图1 所示。根据该结构层次图,其中,P1Pn为1 n种煤的单价,S1Sn为1n种煤的含硫量，W1Wn是1 n种煤的含水量，Y2表示优质煤的用量。此后，即可使用上述这些目标函数，建设优化模型。然后对这些目标函数进行线性规划，可以得到一组最优解，再将这组最优解构建成为一个系数矩阵,并对该矩阵进行主成分分析,最终即可求得各个目标函数最优解的综合分排序。而上述成本、硫分、优质煤占比、水分对应的目标函数都要求最低，因此,通过选择综合分最低的方案作为最优方案，完成配煤掺烧方案的优化。3738应用能源技术2023年第3期（总第30 3期）选择目标函数目标层F1准则层成本f硫含量f，优质煤使用量f水分fPP,P,PnS,S,S.WW,WWn图1层次结构模型图除了上述方法以外，也可以运用人工智能算法,如遗传算法、粒子群算法等，构建人工智能优化模型,并结合配套操作系统、数据库的应用,构建出一个高效、精准的方案优化系统,由此更快、更有效地获得配煤掺烧方案的最优解，实现配煤掺烧方案的优化。但在此过程中,需要注意,应根据实际情况，选择容易理解、容易实现的人工智能算法,以保证此项方案优化措施的可行性，而且也要做好相关数据参数的收集和检查,为人工智能优化算法的应用提供更好的条件，增强配煤掺烧方案的优化效果。3结束语火电厂通过采取有效的措施，对配煤掺烧方案加以优化，有助于火力发电的降本增效。在火力发电运作中，借助行之有效的方案优化策略，可以让配煤掺烧操作更加科学、合理，攻克这种烧煤方式在实践应用上出现的问题，使配煤掺烧方案在火力发电方面更加可行，从而改善火电厂燃煤方面的成本支出,增强火电厂的运营效果。参考文献【1肖斌.火电厂燃煤配煤掺烧技术研究J.内蒙古煤炭经济,2 0 2 2(16):55-57.2杨茂林,孙利娟，代宾，等.基于深度调峰的火电机组配煤掺烧策略研究J.煤质技术，2 0 2 2,37(5):46-51.3赵振锐，邱国梁.火电厂配煤掺烧经济性评价研究J.山西电力,2 0 2 1(1):51-53.4兰保国，孟庆阳.配煤掺烧技术保证措施及应用分析J.科技视界,2 0 2 0(31);6 2-6 3.