電站鍋爐混煤方案研究

朱蘭芳，劉安源，李 娜

(1 中國石油大學(xué)(華東)后勤保障處，山東 東營 257061;2.中國石油大學(xué)(華東)儲運與建筑工程學(xué)院， 山東 青島 266580)

電站鍋爐混煤方案研究

朱蘭芳1，劉安源2，李 娜2

(1 中國石油大學(xué)(華東)后勤保障處，山東 東營 257061;2.中國石油大學(xué)(華東)儲運與建筑工程學(xué)院， 山東 青島 266580)

以某發(fā)電廠三十萬千瓦機組燃煤鍋爐為例，選取3種原煤為基礎(chǔ)，建立了混煤的線性規(guī)劃優(yōu)化模型，并采用單純性法進行了求解。將優(yōu)化后的混煤方案與鍋爐設(shè)計煤種要求進行了比較分析，并對混煤方案進行了經(jīng)濟效益分析，從而為該電廠鍋爐混煤方案的指定提供了科學(xué)依據(jù)。

電站鍋爐；混煤方案；線性規(guī)劃；單純性法

大型電站鍋爐所采用的煤粉燃燒鍋爐對所用燃料的揮發(fā)份、熱值、硫含量、灰分含量及灰熔點等均有一定的要求，但實際電廠所購買的煤種由于受到各種主客觀條件的限制往往并不能滿足實際鍋爐的這些使用要求，因此，工程實際中一般采用將不同特性的幾種煤種進行摻混來滿足鍋爐對燃料的使用要求[1-2]。

某發(fā)電廠2×300MW機組鍋爐是上海鍋爐廠生產(chǎn)的SG1025/17.40-M851型亞臨界壓力中間再熱自然循環(huán)鍋爐，四層WR燃燒器四角切圓燃燒，采用BBD3854型雙進雙出直吹式制粉系統(tǒng)，設(shè)計燃料為山西晉中和山東淄博產(chǎn)劣質(zhì)貧煤。近年來，隨著煤炭供應(yīng)的日趨緊張，該鍋爐實際入爐煤質(zhì)遠遠偏離了設(shè)計煤種，導(dǎo)致鍋爐燃燒穩(wěn)定性和經(jīng)濟性受到威脅。主要存問題有：(1) 鍋爐運行中燃燒穩(wěn)定性較差，主汽壓力波動較大，發(fā)生過滅火事故，影響了機組的安全穩(wěn)定運行；(2) 機組啟停、輔機設(shè)備檢修(特別是磨煤機)或低負荷運行時所需助燃用油量大；(3) 鍋爐飛灰可燃物大，機組的經(jīng)濟性降低。

在這種情況下，指定科學(xué)合理的混燒方案對提高機組的安全性和經(jīng)濟性具有重要的意義。本文根據(jù)該電廠鍋爐所用燃料指標(biāo)的設(shè)計要求，選取了3種原煤來指定配煤方案，并分析了混煤的結(jié)渣及著火性能、配煤方案的靈敏度及經(jīng)濟性等指標(biāo)。

1 煤質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及混煤優(yōu)化模型

該電廠煤粉鍋爐的設(shè)計煤種及用來進行混煤的三種原煤的煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)如表1至表3所示。

表1 煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)

表2 灰熔融性分析數(shù)據(jù)

表3 煤灰成分分析數(shù)據(jù)

本文以混煤成本最低為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，以鍋爐穩(wěn)定安全燃燒對煤種成分、熱值及灰熔點的要求及鍋爐設(shè)計煤種特性參數(shù)作為約束條件，建立了如下的混煤優(yōu)化數(shù)學(xué)模型(式中，X1、X2、X3分別為三種原煤在混煤中的質(zhì)量份額，C1、C2、C3分別為三種原煤的價格)[3-6]：

目標(biāo)函數(shù)：

(1)

約束條件：

配比之間滿足的條件：

(3)

2 模型求解方法

本文所建立的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型為線性規(guī)劃模型，其數(shù)學(xué)模型的一般形式為：

求解線性規(guī)劃模型的成熟方法為單純性法，其迭代的基本思路是：先找出一個基可行解，判斷其是否為最優(yōu)解，若為否，則轉(zhuǎn)換到相鄰的基可行解，并使目標(biāo)函數(shù)值不斷增大，一直找到最優(yōu)解為止。

3 混煤優(yōu)化結(jié)果及分析

3.1 優(yōu)化結(jié)果

采用單純形法對建立的線性混煤優(yōu)化模型進行求解，得出了混煤的最佳配煤方案(煤種1: 煤種2: 煤種3=0.47:0.35:0.18)，同時也得到混煤的各項技術(shù)及經(jīng)濟指標(biāo)。表4為混煤與設(shè)計煤種的各項指標(biāo)對比結(jié)果，可知優(yōu)化后混煤的各項參數(shù)能滿足鍋爐設(shè)計煤種的要求。

表4 混煤與設(shè)計煤種的各項指標(biāo)對比表

3.2 灰熔融溫度判別

工業(yè)上一般用軟化溫度ST作為衡量灰的熔融性的主要指標(biāo)。由表2數(shù)據(jù)可知，煤種1的灰熔融溫度最低，且灰渣的變形溫度DT和軟化溫度ST僅相差63℃，屬于短渣煤。短渣煤具有兩重性，即易于熔化也易于凝固，因此煤種1易于結(jié)渣。同時結(jié)合表4、表5數(shù)據(jù)可知煤種2、煤種3、混煤和設(shè)計煤種為中等結(jié)渣，優(yōu)化后的混煤熔融特性基本符合鍋爐設(shè)計煤種的要求。

表5 變形溫度判別界限

3.3 混煤配煤的經(jīng)濟效益和社會分析

由圖1可以看出，混煤的成本比煤種1、煤種2略高，但遠低于煤種3，因此相比僅燒較好的煤種3燃料成本大幅減少。由此可知，采用燃燒混煤不僅可以合理的利用煤炭資源，充分實現(xiàn)劣質(zhì)煤和優(yōu)質(zhì)煤的摻混燃燒，而且在滿足鍋爐燃燒要求的情況下，經(jīng)濟效益最大。

混煤配煤的社會效益主要體現(xiàn)在：(1)提高了煤炭的利用效率，節(jié)約煤炭資源，有利于我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展；(2)減少了二氧化硫、煙塵等污染物的排放，保護了日益惡化的大氣和生態(tài)環(huán)境。

圖1 混煤成本分析圖

4 結(jié)論

(1)根據(jù)混煤配煤的原理，本文建立了電站煤粉鍋爐混煤方案優(yōu)化的線性規(guī)劃數(shù)學(xué)模型并采用單純性法進行了求解，得到了優(yōu)化的混煤方案并進行了較深入分析。

(2)本文研究表明，混煤配煤的優(yōu)化方案在滿足鍋爐正常燃燒的前提下，能夠降低鍋爐燃料成本，從而提高電廠的經(jīng)濟效益和社會效益。

[1] 孫 云，王長安，劉京燕，等. 混煤燃燒技術(shù)研究進展[J].電站系統(tǒng)工程，2011，27(2)：1-3.

[2] 鐘 海.電站鍋爐混煤燃燒技術(shù)綜述[J].能源研究與信息，2012，28(1)：12-17.

[3] 王運民. 電廠混煤燃燒最優(yōu)摻配比例的確定[J].長沙理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2004，1(2)：53-55.

[4] 王雅勤. 煤質(zhì)變化對鍋爐運行安全性與經(jīng)濟性影響的分析[J].華北電力大學(xué)學(xué)報，1991,3(2)：72-83.

[5] 陳曉玲. 配煤線性規(guī)劃模型的研究[J].煤炭加工與綜合利用，2003，2(5)：34-37.

[6] 王永保.動力配煤優(yōu)化方案的設(shè)計及其應(yīng)用[J].中國煤炭，2003，29(1)：45-49.

2017-09-16

TK224.11

A

1008-021X(2017)22-0082-02

(本文文獻格式：朱蘭芳，劉安源，李娜.電站鍋爐混煤方案研究[J].山東化工，2017，46(22)：82-83.)