燃煤電廠配煤摻燒最大經(jīng)濟效益分析

王志輝 林旭宏 孫華巍 潘衍

摘 要：基于某電廠最大效益摻燒法，以該電廠600MW超超臨界凝汽式汽輪機組為例，根據(jù)實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，應(yīng)用Matlab軟件進行入爐煤熱值、煤耗率、標(biāo)準(zhǔn)煤價、單位燃料成本間的數(shù)據(jù)分析、曲線擬合和數(shù)值計算，研究600MW等級機組在多煤種摻燒方式下的最優(yōu)入爐煤熱值與最低單位燃料成本。該計算方式與鍋爐實際燃燒條件結(jié)合得到最優(yōu)燃燒方案，從而促進電廠降本增效措施有效落實。

關(guān)鍵詞：摻燒;入爐煤熱值;單位燃料成本;標(biāo)準(zhǔn)煤價

Abstract：Taking the600MW ultra-supercritical condensate turbine for example，based on the maximum benefit of the power plant mixed firing analysis and actual production experience，the data analysis，curve fitting and numerical calculation of the calorific value，coal consumption rate，standard coal price and unit fuel cost of the fired coal are carried out by Matlab software to research the optimal calorific value of coal and the lowest unit fuel cost of the600MW capacity unit under the conditions of mixed firing of various coals.This calculation method can obtain the optimal combustion scheme combining with the actual combustion conditions of the boiler，promoting the power plant to reduce costs and increase efficiency measures.

Key words：blending coals combustion;coal calorific value;unit fuel cost;standard coal prices

受當(dāng)前嚴峻的煤炭市場形勢影響，特別是高熱值煤種價格長期處于高位，已無法作為主力煤種單獨入爐燃用，摻燒低價、低熱值煤種成為當(dāng)前形勢下火電廠降低燃料成本的必要手段。本文以“某電廠2012-2013年度最大效益摻燒法”為基礎(chǔ)，探究最佳配煤摻燒比例與最優(yōu)入爐煤熱值，以提升企業(yè)經(jīng)濟效益。單位燃料成本受機組煤耗率與燃煤單價兩方面共同作用，這兩者又同時都受煤種熱值影響，當(dāng)入爐煤熱值升高時，標(biāo)煤單價會相應(yīng)升高，但煤耗率會隨之下降，其間必然會存在一個最優(yōu)入爐煤熱值，使其對應(yīng)的單位燃料成本達到最低。

1 建立數(shù)學(xué)模型

基于“某電廠最大效益摻燒法”，以該電廠二期600MW超超臨界凝汽式汽輪機組為例，收集機組實際運行燃料成本與煤耗歷史數(shù)據(jù)，根據(jù)散點圖建立“配煤摻燒經(jīng)濟性分析數(shù)學(xué)模型”如圖1。在此基礎(chǔ)上，展開分析“入爐煤熱值與供電煤耗關(guān)系、標(biāo)煤煤價與入爐煤熱值關(guān)系”，采用線性回歸的方法，列出回歸方程式，進而確定典型負荷下，單位燃料成本與入爐煤熱值的變化規(guī)律，找出不同負荷條件下的最優(yōu)入爐煤熱值點，指導(dǎo)實際生產(chǎn)，實現(xiàn)配煤摻燒經(jīng)濟效益最大化。

2 入爐煤熱值與供電煤耗關(guān)系

2.1 相關(guān)數(shù)據(jù)提取

根據(jù)“廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)SIS”歷史數(shù)據(jù)，確定典型負荷下不同入爐煤熱值對應(yīng)供電煤耗。統(tǒng)計結(jié)果見表1：

2.2 尋找回歸方程

將不同負荷下入爐煤熱值與供電煤耗繪制散點圖，并利用Matlab軟件尋找不同負荷下的擬合曲線（見圖2），確定回歸方程式如下：

機組運行中，實際供電負荷隨電網(wǎng)AGC調(diào)度而實時變化，少有出現(xiàn)長期穩(wěn)定負荷運行工況。我們根據(jù)負荷預(yù)測曲線，用“正態(tài)分布法”統(tǒng)計不同負荷區(qū)間時長，以典型負荷“入爐煤熱值—供電煤耗關(guān)系”回歸方程為基礎(chǔ)量，計算預(yù)算周期內(nèi)總發(fā)電負荷的加權(quán)平均值，得出預(yù)算周期平均負荷的回歸方程。

以2018年12月15日負荷為例（下文計算均以此負荷為例），通過負荷曲線可以大致將負荷分為三個區(qū)間，見表2：

以不同負荷時長為基準(zhǔn)，對全天負荷與入爐煤熱值的回歸方程進行加權(quán)計算，全天負荷率為34.44%，得到日平均負荷供電煤耗的回歸方程式：

3 標(biāo)煤煤價與入爐煤熱值關(guān)系

相關(guān)數(shù)據(jù)提?。焊鶕?jù)近三月燃煤采購計劃及電廠存煤情況獲取入爐煤煤種數(shù)據(jù)（見表3），其中需要注意的是，受不同時期采購條件和燃煤儲量因素限制，存在同熱值不同煤種價格不同，同煤種不同時期采購價格不同及個別高熱值煤種價格低于低熱值煤種價格（極個別情況如華能優(yōu)煤種，單燒最優(yōu)，本文不做贅述）的現(xiàn)象。為保證數(shù)據(jù)線性回歸，此現(xiàn)象需分別計算同熱值不同煤價的煤種參與摻燒時的擬合方程式。

繪制不同煤種標(biāo)煤單價與熱值關(guān)系的散點圖，利用Matlab尋找其擬合曲線，確定回歸方程式：

4 單位燃料成本與入爐煤熱值關(guān)系

4.1 單位燃料成本與入爐煤擬合方程

單位燃料成本計算公式：單位燃料成本C=供電煤耗bg×標(biāo)煤單價P。

同樣以2018年12月15日負荷為例：

根據(jù)廠存煤種熱值與價格，確定Q取值范圍[3300，5500]，求取該式在此區(qū)間內(nèi)的最小值：當(dāng)Q=4393千卡/千克時，Cmin=0.2793元/千瓦時。見圖3。

4.2 煤價波動對單位燃料成本的影響

上文提到受不同時期燃煤采購條件及燃料煤存儲情況限制，可能存在同一熱值不同煤種煤價不同以及煤價隨市場行情影響煤價浮動的現(xiàn)象，為保證數(shù)據(jù)線性回歸，當(dāng)出現(xiàn)同一熱值不同煤價時，需分別計算不同煤價煤種參與摻燒時的擬合方程，再分別計算最佳入爐煤熱值以確定最優(yōu)單位燃料成本。以12月燃煤采購計劃為例，見表4：

廈門國貿(mào)（進口煤）與同煤熱值均為5000千卡/千克，標(biāo)煤煤價分別為841.40元/噸和864.42元/噸，當(dāng)使用熱值為5000千卡/千克的廈門國貿(mào)（進口煤）煤摻燒時擬合方程為：

最佳入爐煤熱值為4390千卡/千克，單位燃料成本為0.2887元/千瓦時。

當(dāng)使用熱值為5000千卡/千克的同煤參與摻燒時擬合方程為：

最佳入爐煤熱值為4238千卡/千克，單位燃料成本為0.2918元/千瓦時。

通過圖4、圖5曲線可以看出，廈門國貿(mào)（進口煤）與同煤在相同熱值時，后者標(biāo)準(zhǔn)煤價更高，在其參與摻燒時對應(yīng)最佳入爐煤熱值更低，相應(yīng)的摻燒比例也需要降低，而單位燃料成本仍有小幅上升。說明當(dāng)高性價比煤種購買量或存儲量有限，需要摻燒低性價比煤種時，應(yīng)該重新求取最佳入爐煤熱值，進而確定新的配煤熱值與配煤比例。

同理可以得出，當(dāng)煤價浮動時，最佳入爐煤熱值也會發(fā)生變化，也應(yīng)適當(dāng)調(diào)整配煤比例，如6月褐煤煤價為748.79元/噸，而12月份為778.48元/噸，同樣帶廈門國貿(mào)（進口煤）進行混燒，得出新的擬合方程式：

最佳入爐煤熱值為3300千卡/千克，單位供電成本為02861元/千瓦時。

由此可見，若以6月份價格購買褐煤，在12月進行摻燒，理論上完全燃燒褐煤會使單位燃料成本最低。而以12月實際褐煤煤價采購，按照定量配比使混配煤熱值控制在4390千卡/千克，單位燃料成本達到最低。因此，在褐煤價格升高，優(yōu)質(zhì)煤價格相對下降的背景下，最佳入爐煤熱值升高，并不是所有時期褐煤摻燒比例越大越經(jīng)濟。

4.3 不同負荷下最優(yōu)入爐煤熱值的變化趨勢

將典型負荷標(biāo)準(zhǔn)煤耗方程代入單位燃料成本計算公式中，確認各典型負荷的最優(yōu)入爐煤熱值及單位燃料成本，得到其變化趨勢見圖6：

從圖6可以看出，在近三個月廠存煤結(jié)構(gòu)下，隨負荷變化，最優(yōu)入爐煤熱值在4350千卡/千克附近，雖有小幅波動，但差值極值小于200千卡/千克。說明當(dāng)前情況下，確認某一最優(yōu)入爐煤熱值作為配煤參考熱值時，基本能夠滿足全負荷區(qū)間的燃料經(jīng)濟性。而隨負荷升高，單位燃料成本有明顯下降，主要是負荷率提高，廠用電率下降，單位燃料成本隨之下降。

5 參與摻燒時最佳入爐煤熱值約束條件

前文所提最佳入爐煤熱值確定，均假定此熱值煤種適合鍋爐燃燒，但鍋爐實際燃燒受混配煤種的灰分A、水分M、揮發(fā)分V、硫分S、軟化溫度ST、結(jié)焦量、可磨性等多方面因素影響，實際燃燒必須同時滿足鍋爐除渣、除塵系統(tǒng)能力、鍋爐帶負荷能力、脫硫、脫硝系統(tǒng)能力、制粉系統(tǒng)出力、爐膛安全燃燒能力等多方面要求。需要將所得最優(yōu)摻燒熱值煤質(zhì)的相關(guān)特性進行分析與計算，即需要滿足鍋爐燃燒約束條件：

比較是否符合鍋爐燃燒情況，若不滿足任意一條，需在其允許區(qū)間內(nèi)取最優(yōu)值。本文涉及煤種均適合電廠鍋爐正常摻燒，故未進行此方面影響的計算與修正。

6 結(jié)論

a.預(yù)測機組日負荷需求，根據(jù)單位燃料成本與入爐煤熱值的擬合關(guān)系可以確定最佳入爐煤熱值，將廠存煤種按最佳入爐煤熱值進行配比摻燒，降低單位燃料成本。

b.通過最佳入爐煤熱值的確定，根據(jù)廠存煤結(jié)構(gòu)與當(dāng)前燃料采購價格，為燃料采購計劃的制定提供參考依據(jù)。

c.最佳入爐煤熱值為理論值，受燃料采購價格、燃煤存儲結(jié)構(gòu)、煤種的適燒性等實際條件影響，當(dāng)上述任一條件發(fā)生變化時，需根據(jù)單位燃料成本與入爐煤熱值的關(guān)系曲線重新擬合方程進行計算與調(diào)整。

參考文獻：

[1]王志輝.營口電廠最大效益摻燒法簡介[R].2013.

[2]蔡玉明，劉如鐵，等.燃煤電廠最佳入爐煤熱值的計算[J].河北電力技術(shù)，2013：40-54.

[3]李浩宇.電廠配煤摻燒最優(yōu)摻燒比例確定算法[J].能源科技期刊，2017.04.

[4]國家能源局.電站煤粉鍋爐燃煤摻燒技術(shù)導(dǎo)則[S].北京：中國電力出版社，2015.04.

[5]李青，公維平.火力發(fā)電廠節(jié)能和指標(biāo)管理技術(shù)[M].中國電力出版社，2009.