基于多約束條件智能配煤模型的“三優(yōu)”燃料管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

吳星文 李本賢

摘要：本文介紹了某廠開(kāi)發(fā)的“三優(yōu)”燃料管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于多個(gè)約束條件的智能配煤模型及算法開(kāi)發(fā)實(shí)施。“三優(yōu)”燃料管理系統(tǒng)以優(yōu)化燃料采購(gòu)、庫(kù)存和耗用三個(gè)板塊的管理工作為主線，以實(shí)現(xiàn)燃料管理安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)三方面綜合優(yōu)化為宗旨，以精細(xì)化配煤采購(gòu)、摻燒為重點(diǎn)。最終實(shí)現(xiàn)對(duì)煤場(chǎng)調(diào)度合理化管理、多煤種安全經(jīng)濟(jì)摻燒和燃煤采購(gòu)成本的有效控制，達(dá)到安全、環(huán)保、價(jià)格“三優(yōu)”的高效管理，切實(shí)控制發(fā)電燃料成本，提高公司的盈利能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。系統(tǒng)經(jīng)開(kāi)發(fā)施工后應(yīng)用效果良好，可為國(guó)內(nèi)同類型單住的燃料管理提供參考。

關(guān)鍵詞：智能配煤：三優(yōu)；燃料管理

1引言

隨著我國(guó)電力工業(yè)的高速發(fā)展，電力發(fā)電及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，運(yùn)行方式變化繁多，加強(qiáng)節(jié)能減排管理，提高設(shè)備經(jīng)濟(jì)清潔運(yùn)行水平，對(duì)火力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)、可靠、安全、環(huán)保運(yùn)行的要求越來(lái)越高?；鹆Πl(fā)電的節(jié)能減排及配煤摻燒已成為當(dāng)前各火力發(fā)電公司降低成本，逐步增效，帶動(dòng)企業(yè)科技進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電經(jīng)濟(jì)、可靠、安全、環(huán)保運(yùn)行和科學(xué)管理重要技術(shù)手段。

廣東珠海金灣發(fā)電有限公司（以下簡(jiǎn)稱某廠）3、4號(hào)機(jī)組設(shè)計(jì)為600MW超臨界燃煤直流鍋爐，一次中間再熱機(jī)組。根據(jù)某廠生產(chǎn)數(shù)字化管理系統(tǒng)的要求，需要整合全廠的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，建立全廠統(tǒng)一的生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺(tái)，使企業(yè)的生產(chǎn)管理人員及時(shí)準(zhǔn)確地了解與生產(chǎn)相關(guān)的各個(gè)環(huán)節(jié)，以提高管理者決策的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。

作為燃煤火電廠，煤是某廠最主要的生產(chǎn)成本，如何做到燃料的優(yōu)化采購(gòu)和合理?yè)綗?，將直接影響到機(jī)組發(fā)電成本和整體經(jīng)營(yíng)效益。要做到安全、環(huán)保、價(jià)格的三優(yōu)采購(gòu)，使采購(gòu)的煤種能和煤場(chǎng)現(xiàn)有煤種安全經(jīng)濟(jì)摻燒，既滿足機(jī)組安全運(yùn)行和達(dá)標(biāo)排放的基本要求，又在價(jià)格上最優(yōu)，必須通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件的尋優(yōu)運(yùn)算，根據(jù)給定的邊界條件進(jìn)行最優(yōu)化計(jì)算，生成采購(gòu)計(jì)劃的備選方案。

基于以上目的，某廠開(kāi)發(fā)和實(shí)施了基于多約束條件智能配煤模型的“三優(yōu)”燃料管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)以多約束條件的智能配煤模型和算法為基礎(chǔ)，克服了以混煤價(jià)格最低或某一指標(biāo)為目標(biāo)的單一配煤算法帶來(lái)的弊端，綜合考慮配煤方案對(duì)電廠安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性的影響因素，通過(guò)模糊決策方法確定最佳的配比方案。

2多約束條件的智能配煤模型及算法

2.1配煤模型概述

傳統(tǒng)的動(dòng)力配煤可以抽象為一個(gè)在一定的約束條件和目標(biāo)函數(shù)下的數(shù)學(xué)規(guī)劃問(wèn)題，通常以鍋爐的煤質(zhì)和燃燒特性指數(shù)為約束，以混煤的價(jià)格最低為目標(biāo)。然而，以煤價(jià)為單目標(biāo)的優(yōu)化結(jié)果不能全面地體現(xiàn)出配煤方案的實(shí)際意義，在電廠應(yīng)用中，還希望知道某個(gè)配煤方案的安全性和環(huán)保性，以便做出綜合決策。對(duì)現(xiàn)代大型火電廠，應(yīng)該采用多目標(biāo)優(yōu)化的配煤模型，模型中綜合考慮配煤方案對(duì)電廠安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性的影響因素，通過(guò)模糊決策方法確定最佳的配比方案。

2.2多約束條件的智能配煤模型及算法

多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題通常包括一個(gè)含有Y個(gè)參數(shù)（自變量）的集合，一個(gè)包含K個(gè)目標(biāo)函數(shù)的集合，和一個(gè)包含L個(gè)約束條件的集合，數(shù)學(xué)描述如下：

其中，x是自變量向量，y=y1+y2為目標(biāo)向量，y1中的指標(biāo)稱為負(fù)指標(biāo)，y2中的指標(biāo)稱為正指標(biāo)，g（x）為約束條件，用來(lái)限定可行域。

配煤中的輸入?yún)?shù)包括煤質(zhì)基本特性，主要是工業(yè)分析，灰成份及煤價(jià)，這些輸入?yún)?shù)同時(shí)也作為約束條件的一部分。本研究將煤的燃燒特性與煤價(jià)一起作為目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建一個(gè)可供選擇的目標(biāo)函數(shù)集。

基本參數(shù)為：

各單煤的發(fā)熱量（Qi）、揮發(fā)分（Vi）、灰分（Ai）、水分（Mi）、硫分（Si）、灰熔點(diǎn)（STi）、灰成份以及煤價(jià)（Pi）.

約束條件包括：

其中，Xi表示第i種單煤的比例，下標(biāo)A表示指標(biāo)的下界，下標(biāo)B表示指標(biāo)的上界。

3“三優(yōu)”燃料管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

“三優(yōu)”燃料管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和搭建主要包括了多約束條件的智能配煤模型及算法的開(kāi)發(fā)、燃料管理系統(tǒng)軟件的安裝調(diào)試、SIS接口軟件的安裝調(diào)試、皮帶秤接口軟件的安裝調(diào)試、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的搭建調(diào)試、發(fā)布服務(wù)器的搭建調(diào)試、數(shù)據(jù)庫(kù)的搭建和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入、系統(tǒng)整體調(diào)試等工序。

某廠“三優(yōu)”燃料管理系統(tǒng)對(duì)燃煤的廠內(nèi)管理以每一船煤為單元，以一船煤在電廠價(jià)值鏈內(nèi)的活動(dòng)軌跡為主線，將每一船煤的采購(gòu)、庫(kù)存、摻燒耗用各環(huán)節(jié)的信息有機(jī)串接起來(lái)，既便于當(dāng)前科學(xué)有序的管理，也可以科學(xué)有序地積累配煤經(jīng)驗(yàn)，為公司建立可以快捷、有效利用的采購(gòu)、摻燒基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)燃煤采購(gòu)、庫(kù)存、摻燒“三優(yōu)”管理。

4“三優(yōu)”燃料管理系統(tǒng)的應(yīng)用

某廠于2013年5月完成“三優(yōu)”燃料管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)于2013年6月開(kāi)始投入應(yīng)用，經(jīng)過(guò)近3年的運(yùn)行檢驗(yàn)，該系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用效果良好?？稍诒Ｕ蠙C(jī)組安全、環(huán)保用煤的前提下，最大限度降低燃煤成本，提升公司經(jīng)營(yíng)效益。

4.1智能配煤

這是本系統(tǒng)最重要的功能，主要包括燃料計(jì)劃分析和摻燒分析。在燃料計(jì)劃階段，根據(jù)現(xiàn)有存煤、在途煤、采購(gòu)價(jià)格、結(jié)算價(jià)格、二級(jí)市場(chǎng)掛牌價(jià)、煤種、煤質(zhì)、電量計(jì)劃、煤耗參數(shù)來(lái)分析各種采購(gòu)方案的經(jīng)濟(jì)性，形成最經(jīng)濟(jì)的采購(gòu)計(jì)劃。并根據(jù)煤的實(shí)際到港情況，動(dòng)態(tài)分析后續(xù)采購(gòu)計(jì)劃。

根據(jù)煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立合適的混煤煤質(zhì)預(yù)測(cè)模型和混煤燃燒性能預(yù)測(cè)模型，通過(guò)采用合理的優(yōu)化算法，預(yù)測(cè)出電廠在不同負(fù)荷下面，不同混煤種類的最佳配比，及混煤特性，指導(dǎo)運(yùn)行人員控制機(jī)組以最佳狀況運(yùn)行。既可以一次計(jì)算出煤場(chǎng)中所有煤種之間的摻燒配比以及摻燒配比參數(shù)，也可以對(duì)選定的煤種進(jìn)行摻燒配比分析。

4.2智能煤倉(cāng)管理

本燃料管理系統(tǒng)將建立三維煤倉(cāng)模型，該模型根據(jù)已上煤量、當(dāng)前的實(shí)時(shí)耗煤流量等數(shù)據(jù)，可模擬出煤倉(cāng)內(nèi)的存煤情況圖，清晰地顯示出不同煤種的實(shí)時(shí)分界線，從而可以準(zhǔn)確知道不同煤種到達(dá)磨煤機(jī)的時(shí)間。這一功能可以讓運(yùn)行人員預(yù)計(jì)出各煤種摻燒的具體時(shí)間，提前做好風(fēng)量/煤量配比、溫度調(diào)整等方面的準(zhǔn)備，避免出現(xiàn)爆燃、燃燒不穩(wěn)定的情況，進(jìn)而可以在保證機(jī)組安全穩(wěn)定的前提下，多摻燒低價(jià)煤種，有效降低發(fā)電成本。

此外，三優(yōu)”燃料管理系統(tǒng)還具有庫(kù)存管理綜合效能分析、合同管理、結(jié)算管理、燃料運(yùn)行管理等功能，與燃料管理相關(guān)的所有日常、月度、季度、年度報(bào)表均可通過(guò)預(yù)設(shè)自動(dòng)生成，確保統(tǒng)計(jì)口徑的歸一和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。5結(jié)束語(yǔ)

本文所述的基于多約束條件智能配煤模型的“三優(yōu)”燃料管理系統(tǒng)，其算法先進(jìn)，數(shù)學(xué)模型較為新穎，有效解決了傳統(tǒng)智能配煤專家系統(tǒng)經(jīng)常面臨的安全性、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性無(wú)法兼顧的問(wèn)題。

本系統(tǒng)通過(guò)摻燒在線分析實(shí)現(xiàn)智能配煤，優(yōu)化原煤采購(gòu)計(jì)劃，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)煤場(chǎng)調(diào)度合理化管理、多煤種安全經(jīng)濟(jì)摻燒和燃煤采購(gòu)成本的有效控制，達(dá)到安全、環(huán)保、價(jià)格“三優(yōu)”的高效管理。從而切實(shí)控制發(fā)電燃料成本，提高公司的盈利能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。系統(tǒng)經(jīng)開(kāi)發(fā)施工后應(yīng)用效果良好，可為國(guó)內(nèi)同類型單位的燃料管理提供參考。