CN105160499A - 一种火力发电厂的燃料分析系统与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种火力发电厂的燃料分析系统，该系统包括生产信息数据库、锅炉性能评估模块、典型煤种数据库、生产成本评估模块、资源数据库、匹配模块以及指导模块。本发明还公开了利用该系统进行燃料分析的方法，通过客户端的指导请求，把资源数据库中的库存煤种信息或市场煤种信息，与典型煤种数据库中的典型煤种相匹配，并根据生产成本对库存煤种或市场煤种进行排序，从而筛选分析出最优燃用策略。通过本发明，在大数据的分析的前提下，对煤种的生产成本进行排序，然后根据客户端的请求，从而给出煤种的燃用指导或者购买指导，通过调整燃用和购买方式两大策略，从而实现了火力发电厂的燃料调度的优化。

Description

一种火力发电厂的燃料分析系统与方法
技术领域
本发明属于火力发电厂的生产调度领域，更具体地，涉及一种火力发电厂的燃料分析系统与方法。
背景技术
中国是以煤炭为主要能源的国家，煤炭资源在中国一次能源结构中占据重要的地位。在中国电力工业构成中，以燃煤为主的火力发电占有80％以上的比重，并且在相当长一段时间，这种结构不会根本性的变化。火力发电厂的锅炉在设计时依据的煤种为设计煤种，是最佳的“适炉”煤种。
然而中国煤炭资源分布不均，煤炭洗选率低，价格波动较大，交通运输压力大，煤炭市场供应形势日益紧张，使得绝大部分火力发电厂无法燃用锅炉的设计煤种，而需要从煤炭市场采购并使用各种煤种。当锅炉燃烧非设计煤种时，各煤质指标偏离设计值，可能会导致运行安全性下降，锅炉效率降低和污染物排放增加，将影响锅炉燃烧的经济性。另一方面，燃料的品质同时还与电厂的安全性和环保性密切相关。
然而，长久以来，电厂的燃料利用、评估和优化都停留在经验阶段，通常采用技术人员在电厂的长期运行过程中根据经验来挑选，这样的方法可靠性较低，且过于依赖技术人员的经验及技术水平，很难对燃煤进行定量的价值评估。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种火力发电厂的燃料分析系统，其目的在于通过生产信息的大数据采集和分析，由此解决火力发电厂的采购和配烧选择的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种火力发电厂的燃料分析系统，包括生产信息数据库、锅炉性能评估模块、典型煤种数据库、生产成本评估模块、资源数据库、匹配模块以及指导模块；
所述生产信息数据库用于接收和统计，一段时间内机组负荷处于稳态下不同煤种的生产信息，并将该生产信息输入锅炉性能评估模块以及生产成本评估模块；
所述锅炉性能评估模块用于根据所述不同煤种对应的煤质信息以及生产信息，获得不同煤种的锅炉性能信息，并输入所述典型煤种数据库，典型煤种数据库用于根据所述锅炉性能信息，选择符合生产要求的煤种，并将其设定为典型煤种；
所述生产成本评估模块用于根据所述生产信息，获得不同煤种的生产成本并进行贮存；
所述资源数据库，用于接收和贮存库存煤种信息以及市场煤种信息，并提供给所述匹配模块；
所述匹配模块用于接收客户端的指导请求，并根据指导请求，将库存煤种信息或市场煤种信息与典型煤种匹配，并把匹配结果输入所述指导模块；
所述指导模块用于根据生产成本，对匹配结果进行排序，并将排序结果提供给客户端。
优选地，所述指导模块还用于根据市场煤种信息对应的采购信息，获得采购成本，并根据生产成本以及采购成本，对匹配结果进行排序，并将排序结果提供给客户端。
优选地，该燃料分析系统还包括燃煤调度模块，所述燃煤调度模块用于根据所述指导模块输出的排序结果，优先选择成本信息较低的煤种进行调度，并把调度结果反馈给所述资源数据库；当资源数据库向匹配模块提供库存煤种信息时，燃煤调度模块用于从库存煤种向电厂进行燃煤调度，反馈结果是使资源数据库中库存煤种的数量减少；当资源数据库向匹配模块提供市场煤种信息时，燃煤调度模块用于从市场煤种向库存煤种进行调度，反馈结果是使资源数据库中库存煤种的数量增加。
优选地，该燃料分析系统还包括信息采集模块，用于向电厂采集生产信息，并输入所述生产信息数据库。
优选地，所述生产信息为机组负荷、主汽温度、主汽压力、炉膛负压、排烟温度、SO2排放、NOx排放、粉尘排放、总风量、总煤量、烟气浓度、烟气成分、锅炉检修频率以及灰渣状态；所述煤质信息为低位发热量、挥发分、灰分、水分、硫分、灰熔点以及可磨性系数。
作为进一步优选地，所述煤质信息为低位发热量以及硫分。
优选地，所述生产成本为制粉电耗费用、风机电耗费用、排污费用以及烟气净化原料费用。
优选地，所述锅炉性能信息为锅炉效率以及锅炉损耗系数。
作为进一步优选地，所述锅炉损耗系数包括制粉系统安全性影响系数、金属磨损影响系数、高温腐蚀影响系数以及结焦影响系数。
按照本发明的另一方面，提供了一种利用上述系统进行煤种评估的方法，包括以下步骤：
S1.利用生产信息数据库接收并统计一段时间内，电厂机组负荷处于稳态时，不同煤种的生产信息；
S2.锅炉性能评估模块根据所述步骤S1中得到的生产信息进行评估，获得不同煤种的锅炉性能信息并输入典型煤种数据库，典型煤种数据库根据所述锅炉性能信息，把符合生产要求的煤种设定为典型煤种；
同时，生产成本评估模块根据所述生产信息，获得不同煤种的生产成本；
S3.客户端向所述燃料分析系统发送指导请求，然后根据指导请求，匹配模块调用资源数据库中的库存煤种信息或市场煤种信息，并根据煤质信息将所述库存煤种信息或市场煤种信息与典型煤种相匹配，最后指导模块根据成本信息对匹配结果进行排序，并将排序结果输出。
优选地，所述一段时间为1个月以上。
作为进一步优选地，所述一段时间为3个月～6个月。
优选地，所述步骤S3具体为：
S311.客户端向系统发送燃用指导请求；
S312.匹配模块调用资源数据库中的库存煤种信息，并根据煤质信息将所述库存煤种信息与典型煤种相匹配；
S313.指导模块根据生产成本，对匹配结果进行排序，并将排序结果输出。
优选地，所述步骤S3具体为：
S321.客户端向所述燃料分析系统发送采购指导请求；
S322.匹配模块调用资源数据库中的市场煤种信息，并根据煤质信息将所述市场煤种信息与典型煤种相匹配；
S323.针对匹配成功的市场煤种，资源数据库向指导模块提供采购信息，指导模块根据所述采购信息，获得不同市场煤种的采购成本；
S324.指导模块根据生产成本与采购成本之和，对匹配结果进行排序，并将排序结果输出。
优选地，该方法还还包括步骤S4：燃煤调度模块根据所述步骤S3.中输出的排序结果对煤种进行调度，并把调度结果反馈给S3.中所述资源数据库。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于充分利用了生产过程中产生的生产信息大数据，能够取得下列有益效果：
1、通过锅炉性能评估模块、生产成本评估模块、匹配模块以及指导模块等自动化的系统模块，评估了煤种的生产成本以及对锅炉的性能信息，减少了现有技术中繁琐的人工评估步骤；
2、通过信息采集和统计分析，获得生产成本以及锅炉损耗系数等客观的煤种评价指标，根据该指标对煤种进行分析和排序，以及减少了人为因素中由于经验限制带来的不确定性；
3、生产过程中，生产信息数据库不断进行更新，能适应设备改变或老化对燃料分析带来的影响；
4、优选引入燃煤调度模块对煤种进行调度，可以与电厂的实际生产和库存管理相结合，进一步完善了生产和燃料分析的自动化流程。
附图说明
图1是本发明燃料分析系统的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1为按照本发明的一种火力发电厂的燃料分析系统的示意图，包括生产信息数据库、锅炉性能评估模块、典型煤种数据库、生产成本评估模块、资源数据库、匹配模块以及指导模块；
所述生产信息数据库用于采集和统计，在时间段Δt内，不同煤种电厂机组负荷处于稳态下的生产数据，并作为生产信息分别输入锅炉性能评估模块以及生产成本评估模块；其中，Δt根据生产要求设置，一般为一个月以上，优选为3个月～6个月；所述生产信息为机组负荷、主汽温度、主汽压力、炉膛负压、排烟温度、磨煤机出口风温、SO2排放、NOx排放、粉尘排放、总风量、总煤量、烟气浓度、烟气成分、锅炉检修频率、以及灰渣状态等信息。
所述锅炉性能评估模块用于根据所述生产信息以及对应煤种的煤质信息，获得不同煤种的锅炉性能信息，如锅炉效率、制粉系统安全性、金属磨损、高温腐蚀和结焦等参数；
其中，锅炉效率为锅炉理想效率-损失率；制粉系统安全性为s＝1-nfwCfw，其中，nfw为超过所述磨煤机出口风温阈值的磨煤机台数，Cfw为根据系统设置的惩罚系数；金属磨损ΔI＝a0+a1WS+a2tS+a3WS 2+a4tS 2+a5WStS，a0、a1、a2、a3、a4、a5分别为与金属材料有关的回归系数，与锅炉设备的结构、材料有关，WS为灰粒子的速度，通常为常数值，tS为金属的温度，可根据生产信息求出；结焦情况为DT+4ST,其中DT为变形温度，ST为软化温度，可根据煤种对应的煤质信息求出。
典型煤种数据库根据不同煤种的锅炉性能信息与设计煤种的锅炉性能信息相除后，得出锅炉损耗系数，如锅炉效率、制粉系统安全性影响系数、金属磨损影响系数、高温腐蚀结焦影响系数等参数，如表1所示，设计煤种则系数都为1.0。
表1
然后，典型煤种数据库根据生产要求，把符合生产要求的煤种作为典型煤种贮存。根据电厂不同的生产要求，标准也不一样。例如，把各影响系数分别设置为s(1)、s(2)、s(3)和s(4)，把各项的权重分别设置为σ1、σ2、σ3和σ4，且σ1+σ2+σ3+σ4，设置锅炉效率为E，令综合评价指数如果煤种对应的S高于某设定的生产要求(如60％以上)，则为典型煤种。
生产成本评估模块用于根据所述生产信息，主要为磨煤机、风机以及净化等方面的生产消耗信息，获得不同煤种的生产成本并进行贮存，如表2所示。
表2
煤种 制粉电耗费用 风机电耗费用 排污费用 烟气净化原料费用
神华煤 0.003982元/kwh 0.00424元/kwh 0.0034元/kwh 0.00326元/kwh
所述资源数据库，用于贮存库存煤种信息和市场煤种信息，并提供给所述匹配模块，同时把市场煤种信息对应的采购信息提供给指导模块；如表3所示为印尼动力煤及其对应的采购信息和煤质信息。
表3
所述匹配模块用于接收客户端的指导请求，并根据指导请求，将库存煤种信息或市场煤种信息与典型煤种进行匹配，匹配的标准为煤种所对应的煤质信息，煤质信息为低位发热量、挥发分、灰分、水分、硫分、灰熔点或可磨性系数中的一种或多种，如表4所示。
表4
煤种 低位发热量 挥发分 灰分 水分 硫分 灰熔点 可磨性系数
神华煤 5600大卡 26.5 8.8 15.55 0.6 1190 55
具体匹配过程如下：典型煤种数据库中通过煤质信息将煤种划分成若干具有典型特征的范围区间，如下表5所示：
表5
煤种 低位发热量 挥发分 硫分 灰分 灰熔点
1号神华煤 5000～5100 20～25 0.6～0.8 10～15 1100～1150
2号神华煤 5100～5200 20～25 0.6～0.8 10～15 1100～1150
3号神华煤 5200～5300 20～25 0.6～0.8 10～15 1100～1150
4号神华煤 5300～5400 20～25 0.6～0.8 10～15 1100～1150
5号神华煤 5400～5500 20～25 0.6～0.8 10～15 1100～1150
1号印尼煤 3800～4200 35～42 0.1～0.2 2～8 1150～1200
2号印尼煤 4200～4600 35～42 0.1～0.2 2～8 1150～1200
3号印尼煤 4800～5200 35～42 0.3～0.4 2～8 1150～1200
当典型煤种数据库中有完全对应的煤种时，则直接进行匹配并以此进行生产成本的计算，如果典型煤种数据库中没有对应煤种，则根据划分的区间进行匹配，并根据匹配的煤种进行生产成本的计算。
当燃煤资源数据库向匹配模块提供库存煤种信息时，所述指导模块用于根据生产成本，对匹配结果进行排序，并将排序结果提供给客户端；当燃煤资源数据库向匹配模块提供市场煤种信息时，所述指导模块用于根据市场煤种信息对应的采购信息，获得采购成本，并根据生产成本与采购成本之和，对匹配结果进行排序，并将排序结果提供给客户端。
优选地，上述系统还可以包括燃煤调度模块和信息采集模块，所述燃煤调度模块用于根据所述指导模块输出的排序结果，优选成本较低(如生产成本，或者生产成本与采购成本之和)的煤种，从库存煤种向电厂进行调度，或者从市场资源向库存煤种进行调度，调度结果反馈给所述资源数据库，以更新库存煤种信息；信息采集模块则用于采集和更新电厂的生产信息，并把上述信息反馈给生产信息数据库。
本系统的运行过程如下：
S1.电厂开始运行，信息采集模块开始采集生产信息，并输入生产信息数据库；
S2.生产信息数据库对最近一段时间内的生产信息进行统计，得到电厂机组负荷处于稳态时，不同煤种的生产信息；
S3.锅炉性能评估模块根据所述步骤S2中得到的生产信息进行评估，获得不同煤种的锅炉性能信息并输入典型煤种数据库，典型煤种数据库根据所述锅炉性能信息，把符合生产要求的煤种设定为典型煤种；
同时，生产成本评估模块根据所述生产信息，获得不同煤种的生产成本；
S4.客户端向所述燃料分析系统发送指导请求，然后系统根据指导请求，输出排序结果，其中指导请求可能为燃用指导请求或购买指导请求。
当指导请求为燃用指导请求时，步骤S4.的具体过程如下：
S411.客户端向系统发送燃用指导请求；
S412.匹配模块调用资源数据库中的库存煤种信息，并根据煤质信息(如发热量、硫分等信息)将所述库存煤种信息与典型煤种相匹配；
S413.指导模块根据生产成本，对匹配结果进行排序，并将排序结果输出。
当指导请求为采购指导请求时，步骤S4.的具体过程如下：
S321.客户端向所述燃料分析系统发送采购指导请求；
S322.匹配模块调用资源数据库中的市场煤种信息，并根据煤质信息将所述市场煤种信息与典型煤种相匹配；
S323.针对匹配成功的市场煤种，资源数据库向指导模块提供采购信息，指导模块根据所述采购信息，获得不同市场煤种的采购成本；
S324.指导模块根据生产成本与采购成本之和，对匹配结果进行排序，并将排序结果输出。
S5：燃煤调度模块根据所述步骤S4.中输出的排序结果，优先选择成本信息较低的煤种进行调度，并把调度结果反馈给S4.中所述资源数据库中的库存煤种；如果客户端发送的请求为燃用指导请求，成本信息为生产信息，则库存煤种中的对应煤种减少，如果客户端发送的请求为采购指导请求，成本信息为生产成本与采购成本之和，则库存煤种中的对应煤种增加。
S6.如果客户端发送的请求为燃用指导请求，成功调度后，还可以利用S1.中的信息采集模块，对电厂的生产信息进行采集和更新。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种火力发电厂的燃料分析系统，其特征在于，包括生产信息数据库、锅炉性能评估模块、典型煤种数据库、生产成本评估模块、资源数据库、匹配模块以及指导模块；
所述生产信息数据库用于接收和统计，一段时间内机组负荷处于稳态下不同煤种的生产信息，并将该生产信息输入锅炉性能评估模块以及生产成本评估模块；
所述锅炉性能评估模块用于根据煤质信息以及所述生产信息，获得不同煤种的锅炉性能信息，并输入所述典型煤种数据库，典型煤种数据库用于根据所述锅炉性能信息，选择符合生产要求的煤种，并将其设定为典型煤种；
所述生产成本评估模块用于根据所述生产信息，获得不同煤种的生产成本并进行贮存；
所述资源数据库，用于接收和贮存库存煤种信息以及市场煤种信息，并提供给所述匹配模块；
所述匹配模块用于接收客户端的指导请求，并根据指导请求，将库存煤种信息或市场煤种信息与典型煤种匹配，并把匹配结果输入所述指导模块；
所述指导模块用于根据生产成本，对匹配结果进行排序，并将排序结果提供给客户端。
2.如权利要求1所述的燃料分析系统，其特征在于，所述指导模块还用于根据市场煤种信息对应的采购信息，获得采购成本，并根据生产成本以及采购成本，对匹配结果进行排序，并将排序结果提供给客户端。
3.如权利要求1所述的燃料分析系统，其特征在于，还包括燃煤调度模块，所述燃煤调度模块用于根据所述指导模块输出的排序结果，对煤种进行调度，并把调度结果反馈给所述资源数据库。
4.如权利要求1所述的燃料分析系统，其特征在于，还包括信息采集模块，用于向电厂采集生产信息，并输入所述生产信息数据库。
5.如权利要求1所述的燃料分析系统，其特征在于，所述生产信息为机组负荷、主汽温度、主汽压力、炉膛负压、排烟温度、SO2排放、NOx排放、粉尘排放、总风量、总煤量、烟气浓度、烟气成分、锅炉检修频率以及灰渣状态；所述煤质信息为低位发热量、挥发分、灰分、水分、硫分、灰熔点以及可磨性系数。
6.如权利要求1所述的燃料分析系统，其特征在于，所述锅炉性能信息为锅炉效率以及锅炉损耗系数。
7.一种利用权利要求1-6中任意一项所述系统进行燃料分析的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.利用生产信息数据库接收并统计一段时间内，电厂机组负荷处于稳态时，不同煤种的生产信息；
S2.锅炉性能评估模块根据所述步骤S1中得到的生产信息进行评估，获得不同煤种的锅炉性能信息并输入典型煤种数据库，典型煤种数据库根据所述锅炉性能信息，把符合生产要求的煤种设定为典型煤种；
同时，生产成本评估模块根据所述生产信息，获得不同煤种的生产成本；
S3.客户端向所述燃料分析系统发送指导请求，然后根据指导请求，匹配模块调用资源数据库中的库存煤种信息或市场煤种信息，并根据煤质信息将所述库存煤种信息或市场煤种信息与典型煤种相匹配，最后指导模块根据成本信息对匹配结果进行排序，并将排序结果输出。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：
S311.客户端向所述燃料分析系统发送燃用指导请求；
S312.匹配模块调用资源数据库中的库存煤种信息，并根据煤质信息将所述库存煤种信息与典型煤种相匹配；
S313.指导模块根据生产成本，对匹配结果进行排序，并将排序结果输出。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：
S321.客户端向所述燃料分析系统发送采购指导请求；
S322.匹配模块调用资源数据库中的市场煤种信息，并根据煤质信息将所述市场煤种信息与典型煤种相匹配；
S323.针对匹配成功的市场煤种，资源数据库向指导模块提供采购信息，指导模块根据所述采购信息，获得不同市场煤种的采购成本；
S324.指导模块根据生产成本与采购成本之和，对匹配结果进行排序，并将排序结果输出。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括步骤S4：燃煤调度模块根据所述步骤S3.中输出的排序结果对煤种进行调度，并把调度结果反馈给S3.中所述资源数据库。
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