CN103345213B - 燃煤火电机组煤质多变条件下的燃煤管理及燃烧策略优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种燃煤管理及燃烧策略优化设备和方法。目前还没有一种能够有效解决多变煤质条件对机组产生的安全问题的燃煤管理及燃烧策略优化设备和方法。本发明设备的特点是:包括具有对煤的灰分、水分和发热量进行实时、在线测定功能的煤质在线分析装置,通讯接口,就地监控装置,网络光纤,实时数据库一号接口,实时数据库服务器,实时数据库二号接口,以及燃煤管理及燃烧策略优化系统服务器;煤质在线分析装置通过通讯接口与就地监控装置相连,就地监控装置与实时数据库一号接口相连,实时数据库服务器与燃煤管理及燃烧策略优化系统服务器相连。本发明有效解决了由于煤质多变时运行调整方式不佳引起的机组经济性、安全性下降的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃煤管理及燃烧策略优化设备和方法,尤其是涉及一种燃煤火电机组煤质多变条件下的燃煤管理及燃烧策略优化设备和方法。
背景技术
随着厂网分开的正式实施,电力市场的竞争也越来越激烈,这就要求电厂在保证安全运行的同时,应努力节能降耗,减少发电成本。在电厂发电成本构成中,燃料费是最主要部分,通常占到70%。应该看到,过去由于电力供应紧张,煤价低,我国电厂普遍对燃料(煤)管理的重视不够。近些年来,我国电力事业取得了快速发展,而煤价也成倍增加,致使发电成本大幅上升,电厂的经济效益受到严重影响,因此面对我国电厂普遍存在的来煤煤种多变、煤质不稳的情况下如何实现煤最高效率的利用,是当前电厂需要认真予以重视的问题。
这些年来煤炭市场一直是供小于求,因此许多电厂出现了燃料供应紧张、煤质变差等问题。电厂来煤煤质同样也受到了煤炭市场的很大影响,来煤煤质明显变差,且变化频繁,经常出现来煤煤质明显偏离设计煤种煤质的现象,致使锅炉效率降低,助燃油量大大增加,受热面磨损加剧。由于电厂燃煤主要靠外来煤,且有相当一部分为地方煤,来煤煤质受市场因素的影响将长期存在,因此如何避免因煤质变差和变化频繁等对锅炉运行安全性特别是经济性的影响,是电厂管理和技术人员面临的一个十分现实的问题。事实上,不论煤质多差,运行人员只要能及时掌握入炉煤的煤质信息,就能保证锅炉正常运行,不熄火,而通过合理、科学的混煤,则可保证入炉煤质的稳定,从而实现经济燃烧。但是电厂现有的煤质管理体系难以做到这些。
针对电厂燃料管理的现状,现在也有一些能够计算被测煤粉的发热量、挥发分、灰分和水分参数的方法或装置,如公开日为2013年03月06日,公开号为CN102954971A的中国专利中,公开了一种基于自然伽马谱分析的火电厂煤质在线监测系统,该系统包括自然γ能谱测量系统和煤质辨识系统;自然γ能谱测量系统包括自然γ测量探头、信号放大器和与之相连的稳谱控制系统及电脉冲分析系统,稳谱控制系统和电脉冲分析系统通过数据接口和煤质辨识系统相连;通过实时测量煤的自然γ辐射特征并根据煤质和自然γ辐射特征样本库,辨识入炉煤种及其组分,计算煤质参数;能够快速、准确、连续的对火电厂的煤质进行在线监测,满足目前我国火电普遍煤质变化显著和配煤掺烧条件下自动控制系统对煤质参数的实时监测要求,但是,该在线监测系统的结构复杂,操作不便。又如公开日 为2013年01月30日,公开号为CN102902215A的中国专利中,公开了一种直吹式火电机组煤种混烧控制方法,该方法可用于直吹式火电机组同时燃用不同煤种时的自动控制,实现火电机组煤种混烧时,既能满足电网自动发电控制(AGC)的快速性要求,又能实现主要控制参数的安全、稳定,提高机组对煤质变化的适应能力。本发明是通过对单台磨煤机的控制,实现直吹式火电机组煤种混烧后,机组变负荷能力的提高和机组各主要运行参数的稳定,该方法仅适用于直吹式火电机组中。
综上所述,目前还没有一种能够有效解决多变煤质条件对机组产生的安全问题、运行过程中的经济问题以及电厂人员运行调整问题的燃煤管理及燃烧策略优化设备和方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足,而提供一种结构设计合理,能够有效解决多变煤质条件对机组产生的安全问题、运行过程中的经济问题以及电厂人员运行调整问题的燃煤火电机组煤质多变条件下的燃煤管理及燃烧策略优化设备和方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是:该燃煤火电机组煤质多变条件下的燃煤管理及燃烧策略优化设备的结构特点在于:包括具有对煤的灰分、水分和发热量进行实时、在线测定功能的煤质在线分析装置,通讯接口,就地监控装置,网络光纤,实时数据库一号接口,具有实时数据采集功能的实时数据库服务器,实时数据库二号接口,以及燃煤管理及燃烧策略优化系统服务器;所述煤质在线分析装置通过通讯接口与就地监控装置相连,所述就地监控装置通过网络光纤与实时数据库一号接口相连,该实时数据库一号接口安装在实时数据库服务器上,所述实时数据库服务器通过实时数据库二号接口与燃煤管理及燃烧策略优化系统服务器相连。由此使得本发明有效解决了由于煤质多变时运行调整方式不佳引起的机组经济性、安全性下降的问题,提高了锅炉运行的经济性和安全性。
作为优选,本发明所述煤质在线分析装置的数量为两套,两套煤质在线分析装置分别安装在两条上煤皮带上。
作为优选,本发明所述煤质在线分析装置的灰分测量误差优于1.0%,水分测量误差优于1%,发热量测量误差优于1MJ。
作为优选,本发明所述燃煤管理及燃烧策略优化设备具有煤质信息跟踪、煤质燃烧特性预测、机组经济性评估、机组安全性评估和机组污染物排放特性评估的功能。
一种燃煤火电机组煤质多变条件下的燃煤管理及燃烧策略优化方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:
1)具有对煤的灰分、水分和发热量进行实时、在线测定功能的煤质在线分析装置安装 在输煤皮带上,通过煤质在线分析装置对煤中水分、灰分和发热量的实时分析测量;
2)机组运行参数通过CCS系统导入到燃煤管理及燃烧策略优化系统服务器,厂区局域网实现查询功能;
3)燃料入厂分析后,将煤质及存放信息输入燃煤管理及燃烧策略优化系统服务器;
4)电厂运行人员按照负荷预测和煤质信息通过燃煤管理及燃烧策略优化系统服务器对最优掺烧方式及机组经济、安全性进行预测,确定最优掺烧方式和上煤情况,并通过燃煤管理及燃烧策略优化系统服务器反馈给燃管部门;
5)在燃管部门的上煤过程中,煤质在线分析装置会实时分析上煤煤质情况,并记录在管理系统中;
6)运行人员按照上煤煤质情况通过燃煤管理及燃烧策略优化系统服务器的校核分析,进一步调整锅炉燃烧工况,实现机组安全、经济和高效的运行。
由此使得本发明的工艺简单,能够有效解决由于煤质多变时运行调整方式不佳而引起的机组经济性、安全性下降的问题,提高锅炉运行的经济性和安全性。
作为优选,本发明用于火电机组煤质多变条件下按照煤质变化调整燃煤掺配方式和运行调整,并形成:按照煤质负荷条件预测→发出上煤要求→在线分析煤质→校核分析燃烧工况→提出燃烧调整策略的完整燃煤管理及燃烧策略优化过程。
作为优选,本发明该方法能够实现全厂局域网查询及不同权限的操作设置的功能。
本发明与现有技术相比,具有以下优点和效果:有效解决由于煤质多变时运行调整方式不佳而引起的机组经济性、安全性下降的问题。为克服由于当前煤质多变对机组安全、经济运行的影响,提供一套由煤质在线分析系统及燃煤管理及燃烧策略优化系统构成的系统装置,本发明解决了由于煤质多变时运行调整方式不佳引起的机组经济性、安全性下降的问题,提高锅炉运行的经济性和安全性。
本发明针对电厂燃料管理的现状,通过建立全面的煤质管理系统,以稳定入炉煤质、指导煤的采购和使用,为锅炉安全、稳定和经济运行提供更为有益的保障,也使煤的购买、利用过程更为科学,并带来发电成本的降低。本发明能够有效的解决多变煤质条件对机组安全、经济以及电厂人员运行调整的影响,提高机组的安全性和经济性。
附图说明
图1是本发明实施例中的燃煤火电机组煤质多变条件下的燃煤管理及燃烧策略优化设备的结构示意图。
图2是本发明实施例中的燃煤火电机组煤质多变条件下的燃煤管理及燃烧策略优化设备的框图示意图。
图3是本发明实施例中磨煤机出力的计算流程图。
图4是本发明实施例中碾磨出力与掺烧比例的关系图。
图5是本发明实施例中磨出力与掺烧比例的关系图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明,以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
参见图1至图5,本实施例中的燃煤火电机组煤质多变条件下的燃煤管理及燃烧策略优化设备包括煤质在线分析装置1、通讯接口2、就地监控装置3、网络光纤4、实时数据库一号接口5、实时数据库服务器6、实时数据库二号接口7和燃煤管理及燃烧策略优化系统服务器8,其中,煤质在线分析装置1具有对煤的灰分、水分和发热量进行实时、在线测定功能;实时数据库服务器6具有实时数据采集功能,如煤场区域分布、原煤仓动态分析、最优化配比、煤质报表、经济性分析等。
本实施例中的煤质在线分析装置1通过通讯接口2与就地监控装置3相连,就地监控装置3通过网络光纤4与实时数据库一号接口5相连,该实时数据库一号接口5安装在实时数据库服务器6上,实时数据库服务器6通过实时数据库二号接口7与燃煤管理及燃烧策略优化系统服务器8相连。
本实施例中的煤质在线分析装置1的数量可以为两套,两套煤质在线分析装置1分别安装在两条上煤皮带上。煤质在线分析装置1的灰分测量误差通常优于1.0%,水分测量误差通常优于1%,发热量测量误差通常优于1MJ。
本实施例中的燃煤管理及燃烧策略优化设备具有煤质信息跟踪、煤质燃烧特性预测、机组经济性评估、机组安全性评估和机组污染物排放特性评估的功能。
本实施例中的燃煤火电机组煤质多变条件下的燃煤管理及燃烧策略优化方法包括以下步骤。
1)具有对煤的灰分、水分和发热量进行实时、在线测定功能的煤质在线分析装置1安装在输煤皮带上,通过煤质在线分析装置1对煤中水分、灰分和发热量的实时分析测量。
2)机组运行参数通过CCS系统导入到燃煤管理及燃烧策略优化系统服务器8,厂区局 域网实现查询功能。
3)燃料入厂分析后,将煤质及存放信息输入燃煤管理及燃烧策略优化系统服务器8。
4)电厂运行人员按照负荷预测和煤质信息通过燃煤管理及燃烧策略优化系统服务器8对最优掺烧方式及机组经济、安全性进行预测,确定最优掺烧方式和上煤情况,并通过燃煤管理及燃烧策略优化系统服务器8反馈给燃管部门。
5)在燃管部门的上煤过程中,煤质在线分析装置1会实时分析上煤煤质情况,并记录在管理系统中。
6)运行人员按照上煤煤质情况通过燃煤管理及燃烧策略优化系统服务器8的校核分析,进一步调整锅炉燃烧工况,实现机组安全、经济和高效的运行。
本发明用于火电机组煤质多变条件下可以按照煤质变化调整燃煤掺配方式和运行调整,并形成:按照煤质负荷条件预测→发出上煤要求→在线分析煤质→校核分析燃烧工况→提出燃烧调整策略的完整燃煤管理及燃烧策略优化过程。本发明中燃煤火电机组煤质多变条件下的燃煤管理及燃烧策略优化方法能够实现全厂局域网查询及不同权限的操作设置的功能。
本发明解决了由于煤质多变时运行调整方式不佳引起的机组经济性、安全性下降的问题,提高锅炉运行的经济性和安全性。机组掺烧褐煤后的供电燃料成本不只是简单的与机组热效率、机组供电煤耗、标煤单价有关,还与褐煤掺烧比例、褐煤的低位热值、褐煤的标煤单价、烟煤的低位热值以及烟煤的标煤单价有关,是一个由多个因素共同影响的变量,下面通过计算示例来进行说明。
1、磨煤机出力的确定。
烟煤锅炉掺烧褐煤,应首先对磨煤机的出力进行校核计算,磨煤机的出力分为碾磨出力与干燥出力,磨煤机改磨其它非设计煤质时,其碾磨能力与干燥能力都有变化,应进行校核计算,以确定其对机组带负荷能力的影响。磨煤机出力的计算流程参见图3。
1.1研磨出力的确定。
当磨煤机的型号选定之后,则其对应的基本出力也就确定了,当这一磨煤机在非基本条件下工作时,则其碾磨出力要根据其基本条件的变化程度进行修正计算,则修正后的碾磨出力为:
BM=BM0fHfRfMfAfgfe (1)
式中:
BM—磨煤机的基本出力,t/h;
fH、fR、fM、fA—分别为可磨性指数、煤粉细度、原煤水分、原煤灰分对磨煤机出力的修正系数;其中:
fg—原煤粒度对磨煤机出力的修正系数,一般取fg=1;
fe—碾磨件碾磨至中后期时磨煤机出力降低系数,一般取fe=0.9。
其中修正系数的计算:
fM=1.0+(12-Mt)×0.0125 (4)
对于低热值煤:Mt≤12%时,fM=1.0; (4-1)
对于高热值煤:fM=1.0+(8-Mt)×0.0125 (4-2)
Mt≤8%时,fM=1.0 (4-3)
煤种的分类见下表1-1。
fA=1.0+(20-Aar)×0.005 (5)
Aar≤20时,fA=1.0 (5-1)
表1煤种分类表
含水无矿物基热值按下式计算:
干燥无矿物基固定碳按下式计算:
式中:
Q——含水无矿物基热值,MJ/kg;
FCdmmf——干燥无矿物基固定碳,%;
Qgr,ar——收到基高位发热量,MJ/kg;
Sar、Mar、Aar、FCar——收到基硫分、水分、灰分和固定碳,%。
FCar=100-(Mar+Aar+Var) (8)
式中:
Var——收到基挥发分,%。
根据以上计算,便可以确定磨改烧其他煤种时的碾磨出力BM。
例:以扬州电厂采用的HP843磨煤机为例,基本出力为45.4t/h(基本条件:HGI=55,R90=23%,Mt=12%(低热值煤)或Mt=8%(高热值煤)Aar≤20%)。
扬州电厂设计煤种以及掺烧的褐煤煤质化验结果见表2。
表2扬州电厂煤质化验结果
名称 | 符号 | 单位 | 设计煤质 | 褐煤 |
收到基硫分 | St,ar | % | 0.81 | 0.86 |
干燥无灰基挥发分 | Vdaf | % | 21.29 | 42.8 |
收到基灰分 | Aar | % | 24.62 | 15.8 |
收到基水分 | Mar | % | 9.26 | 29.7 |
空气干燥基水分 | Mad | % | 1.43 | 8.9 |
收到基低位发热量 | Qnet,ar | MJ/kg | 21.87 | 14.28 |
可磨性系数 | HGI | — | 74 | 56 |
根据公式1-8计算之后,
表3扬州电厂HP843磨煤机碾磨出力计算结果表(基本出力45.4t/h)
修正系数 | 设计煤种 | 褐煤 |
fH | 1.28 | 0.99 |
fR | 1 | 1.07 |
fM | 0.976 | 0.79 |
fA | 0.98 | 1 |
fg | 1 | 1 |
fe | 0.9 | 0.9 |
Bm | 50.0 | 34.2 |
由表3计算结果可以得知:HP843磨煤机磨制褐煤的基本碾磨出力为34.2t/h,当采用烟煤与褐煤的混煤时,磨的碾磨出力介于34.2~50.0t/h之间。通过不同比例下的煤质分析计算得出了不同掺烧比例下HP843磨的碾磨出力,参见图4。
1.2干燥出力的确定。
磨的出力不仅受碾磨出力的限制,同时受干燥出力的限制,磨的实际出力最大值为碾磨出力与干燥出力的较小值。
当确定了磨的碾磨出力后,我们要根据热平衡计算磨的干燥出力,进而确定磨的出力特性,其方法为:
a、当磨的碾磨出力大于磨的干燥出力时,磨的出力主要受制于干燥出力的影响,磨的干燥出力即为磨的最大出力。
b、当磨的碾磨出力小于磨的干燥出力时,磨的出力主要受制于碾磨出力的影响,磨的碾磨出力即为磨的最大出力。
热平衡计算公式:
Qin=BGZ*qout (9)
式中:
Qin—进入磨煤机的热量,kJ/h;
BGZ—磨煤机干燥出力,t/h;
qout—制粉系统磨制1kg煤带出和消耗的总热量,kJ/kg;
其中进入磨煤机的热量Qin:
Qin=Qag1+Qlc+Qs+Qmac+Qrc (10)
式中:
Qag1—干燥剂的物理热,kJ;
Qlc—漏入冷风的物理热,kJ;
Qs—密封风物理热,kJ;
Qmac—磨煤机工作时产生的热,kJ;
Qrc—原煤物理热,kJ;
制粉系统磨制1kg煤带出和消耗的总热量qout:
qout=qev+qag2+qf+q5 (11)
式中:
qev—蒸发原煤中水分消耗的总热量,kJ/kg;
qag2—风粉混合物带出的热量,kJ/kg;
qf—加热燃料消耗的热量,kJ/kg;
q5—设备散热损失,kJ/kg;
则磨的干燥出力计算公式为:
BGZ=(Qag1+Qlc+Qs+Qmac+Qrc)/(qev+qag2+qf+q5) (12)
例:扬州电厂制粉系统为中速磨冷一次风机正压直吹式制粉系统,干燥剂为冷风、热风双介质,取磨入口干燥介质温度为:260℃,磨煤机通风量为18kg/s,磨煤机功率为380kw,煤粉水分为1.5~6%,磨煤机出口温度65℃,原煤初温25℃,
经计算:
a、磨制设计煤种时,HP843的干燥出力极限为48.4t/h;
b、磨制全褐煤时,HP843的干燥出力极限为21.9t/h。
经过计算之后得到掺烧比例与磨的干燥出力的关系,参见图5,由图5可以得出:扬州电厂HP843磨在掺烧褐煤时,随着掺烧比例的提高,磨的碾磨出力与干燥出力都逐渐下降,同时磨的干燥出力一直小于磨的碾磨出力,所以针对扬州电厂的所烧煤种,HP843磨的出力主要受制于干燥出力的限制,磨的干燥出力即为磨的出力。
2、磨的最大掺烧比例的确定。
3、成本分析。
褐煤标煤单价相对烟煤较低,但机组掺烧褐煤后,由于褐煤热值较低,水分、灰分较大的原因,必然带来机组效率的降低以及厂用电率的上升以及供电煤耗的上升,本文结合供电煤耗、掺烧比例、褐煤标煤单价以及烟煤标煤单价综合分析掺烧后对机组经济性的影响,计算过程中暂未考虑因掺烧褐煤带来的设备磨损、维护等成本的增加。
褐煤掺烧比例为:
式中:
K—褐煤掺烧比例,%;
Th—褐煤给煤量,t/h;
T—总燃料量,t/h。
总燃料量为褐煤给煤量与烟煤给煤量的和值即:
T=Ty+Th (14)
式中:
T—总燃料量,t/h;
Ty—烟煤给煤量,t/h;
Th—褐煤给煤量,t/h。
掺烧后的机组供电煤耗中,褐煤所占的量应按褐煤热值占总燃料量热值的比例计算即:
式中:
bkh—供电煤耗中褐煤所占份额,g/(kW·h);
bk—供电煤耗,g/(kW·h);
K—褐煤掺烧比例,%;
T—总燃料量,t/h;
Qy——烟煤低位热值,kJ/kg;
Qh——褐煤低位热值,kJ/kg。
那么,烟煤在供电煤耗中所占的份额为:
式中:
bky—供电煤耗中烟煤所占份额,g/(kW·h)。
那么掺烧之后的供电成本为:
w=bky×py+bkh×ph (17)
式中:
w—供电燃料成本,yuan/(kW·h);
bky—供电煤耗中烟煤所占份额,g/(kW·h);
bkh—供电煤耗中褐煤所占份额,g/(kW·h);
py—烟煤到厂标煤单价,yuan/g;
ph—烟煤到厂标煤单价,yuan/g。
联立式13、14、15、16、17可得:
由式18可知,机组掺烧褐煤后的供电燃料成本不只是简单的与机组热效率、机组供电煤耗、标煤单价有关,还与褐煤掺烧比例、褐煤的低位热值、褐煤的标煤单价、烟煤的低位热值以及烟煤的标煤单价有关,是一个由多个因素共同影响的变量。机组供电燃料成本的分析应结合以上所有因素,旨在找出不同工况下的最佳掺烧比例,提高全厂经济性。
此外,需要说明的是,本说明书中所描述的具体实施例,其零、部件的形状、所取名称等可以不同,本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化,均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种燃煤火电机组煤质多变条件下的燃煤管理及燃烧策略优化方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:
1)具有对煤的灰分、水分和发热量进行实时、在线测定功能的煤质在线分析装置安装在输煤皮带上,通过煤质在线分析装置对煤中水分、灰分和发热量的实时分析测量;
2)机组运行参数通过CCS系统导入到燃煤管理及燃烧策略优化系统服务器,厂区局域网实现查询功能;
3)燃料入厂分析后,将煤质及存放信息输入燃煤管理及燃烧策略优化系统服务器;
4)电厂运行人员按照负荷预测和煤质信息通过燃煤管理及燃烧策略优化系统服务器对最优掺烧方式及机组经济、安全性进行预测,确定最优掺烧方式和上煤情况,并通过燃煤管理及燃烧策略优化系统服务器反馈给燃管部门;
5)在燃管部门的上煤过程中,煤质在线分析装置会实时分析上煤煤质情况,并记录在管理系统中;
6)运行人员按照上煤煤质情况通过燃煤管理及燃烧策略优化系统服务器的校核分析,进一步调整锅炉燃烧工况,实现机组安全、经济和高效的运行。
2.根据权利要求1所述的燃煤火电机组煤质多变条件下的燃煤管理及燃烧策略优化方法,其特征在于:用于火电机组煤质多变条件下按照煤质变化调整燃煤掺配方式和运行调整,并形成:按照煤质负荷条件预测→发出上煤要求→在线分析煤质→校核分析燃烧工况→提出燃烧调整策略的完整燃煤管理及燃烧策略优化过程。
3.根据权利要求1所述的燃煤火电机组煤质多变条件下的燃煤管理及燃烧策略优化方法,其特征在于:该方法能够实现全厂局域网查询及不同权限的操作设置的功能。
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COR | Change of bibliographic data |
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