CN110319455A - 一种锅炉混煤掺配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锅炉混煤掺配方法，以煤质作为优化目标，所提供的掺配方法能够从复杂的单煤煤源中找到最接近目标煤质的方案；由于煤中成分较多，掺配得到的混煤煤质不可能与目标煤质完全相同，本发明提供的掺配方案不求与目标煤完全相同，但求与目标煤最为接近；并可通过设定某个成分的期望误差，单独调节混煤中该成分与目标煤的接近程度。这种以目标煤作为掺配优化目标的方案，可在目前煤质普遍下降且无稳定煤源的市场环境中，保证发电机组最大出力要求，不发生锅炉受热面超温和炉膛大面积结焦，且炉膛出口煤粉燃尽度较高，并保证氮氧化物含量和二氧化硫含量等污染物排放满足环保要求。

Description

一种锅炉混煤掺配方法

技术领域

本发明涉及一种锅炉混煤掺配方法，属于火力发电厂锅炉混煤燃烧技术领域。

背景技术

随着煤炭市场紧张，发电厂锅炉燃用煤通常由不同品种的煤按一定比例掺配而成，混煤掺烧能使锅炉在煤质普遍下降且无稳定煤源的环境中，维持煤发热量、挥发分和硫含量等主要指标的相对稳定，保证锅炉安全运行；混煤掺烧还降低了燃料成本，提升发电公司市场竞争力；在政府管理层面上，混煤掺烧优化了煤炭资源利用，提高了劣质煤利用率。混煤燃烧特性不是掺配单煤的简单叠加，通常会发生复杂变化，这给锅炉运行带来难以预料的影响，锅炉热效率下降、受热面腐蚀、火焰不稳定和炉膛结焦等问题在掺烧过程常有发生。

合理掺配是减少混煤掺烧带来不利影响的主要手段。目前，混煤掺配优化被普遍认为是非线性约束条件下的目标函数数学规划问题，所采用的掺配方法通常以经济性作为目标函数，例如已授权的国家发明专利201410417811.1，以净成本作为优化目标、焦炭质量指标作为约束函数，该发明公开了一种适合顶装焦炉的配煤专家系统；对于燃煤电厂，通常在保证混煤成分、发热量、灰熔点、燃尽和环保排放等指标的前提下，追求购煤总费用最低，文献《优化配煤专家系统的研究及应用》以此为基础，开发了发电厂优化配煤专家系统。

以购煤费用作为目标的掺配优化方法在实践中得到广泛应用，但这是一种基于买方市场的掺配方案，该方案认为，电厂可以自由地从市场中选择自己需要的煤炭品种；但随着市场行情从买方市场向卖方市场的转变，电厂对煤炭选择的自主性降低，入厂煤品种繁多，煤质变化大，煤源不稳定，单煤价格随市场波动大，而价格是决定掺配优化方案的关键因素，因此，在新的电力生产环境中，以购煤费用作为目标的传统掺配方法在应用方面受到一定限制。

发明内容

为了解决传统的以购煤费用作为优化目标的掺配方案不适应目前电力生产环境的问题，本发明提出了一种锅炉混煤掺配方法，其能够以煤质作为目标的混煤掺配方案，提高电厂锅炉燃用煤的利用率。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是：

本发明实施例提供的一种锅炉混煤掺配方法，包括以下步骤：

步骤1、确定锅炉混煤掺配所采用的各种单煤煤源，并将单煤的各种成分含量、发热量和灰熔点温度作为已知参数；

步骤2、根据锅炉设计煤种以及掺配单煤成分和发热量，确定能保证锅炉安全、经济和环保要求的目标煤煤质；

步骤3、选择煤的某些成分和发热量作为混煤掺配考虑的因素，并选定这些煤成分含量和发热量的期望偏差；

步骤4、在各掺配单煤质量份额允许的范围内，选定混煤中各种掺配单煤的质量份额，利用单煤成分含量和发热量得到混煤的成分和发热量，并计算混煤和目标煤的煤质偏差平方和；

步骤5、重新设定各种掺配单煤的质量份额，再次计算混煤的成分和发热量，以及混煤和目标煤煤质偏差平方和，并与步骤4中得到的偏差平方和相比较，在这两组不同单煤质量份额的两组掺配方案中，偏差平方和较小的一组作为更好的掺配方案。

作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤1中，掺配所采用的单煤煤源为电厂采购的入厂煤煤源。

作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤1中，单煤的各种成分含量为煤的工业分析成分含量，即煤的收到基水分含量、空气干燥基灰分含量、干燥无灰基挥发分含量、空气干燥基固定碳含量和空气干燥基全硫分含量；或单煤的各种成分含量为煤的元素分析成分含量，即收到基碳含量、收到基氢含量、收到基氧含量、收到基氮含量、收到基硫含量、收到基灰分含量和收到基水分含量；发热量是指煤的收到基低位发热量。

作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤2中，所述目标煤煤质满足锅炉最大出力要求，在燃用目标煤时不发生受热面超温和炉膛大面积结焦，炉膛出口煤粉燃尽度高，脱硝、脱硫系统入口的氮氧化物含量、二氧化硫含量能保证污染物排放满足环保要求。

作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤2中，目标煤煤质采用煤的工业分析成分和发热量来表示，或采用煤的元素分析成分来表示。

作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤3中，煤的某些成分可选为所有的工业分析成分，或所有的元素分析成分。

作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤3中，煤成分含量和发热量的期望偏差与目标煤相应成分和发热量的比值在0.05～0.2之间。

作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤4中，各掺配单煤质量份额在0～1之间，且应满足所有单煤质量份额之和等于1。

作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤4中，利用单煤成分含量和发热量，得到混煤的成分和发热量方法是，混煤某种成分含量或发热量等于所有单煤该成分含量或发热量按单煤掺配质量份额的加权平均值。

作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤4中，混煤和目标煤的煤质偏差平方和的定义为：某种成分在混煤和目标煤中的含量之差作为该成分的绝对偏差，所有成分的绝对偏差与它的期望偏差之比的平方和，定义为混煤和目标煤的煤质偏差平方和。

作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤5中，在允许范围内，重新设定各种掺配单煤的质量份额，再次计算混煤的成分和发热量，以及混煤和目标煤煤质偏差平方和，并与步骤4中得到的偏差平方和相比较，在这两组不同单煤质量份额的两组掺配方案中，偏差平方和较小的一组作为更好的掺配方案。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述锅炉混煤掺配方法包括以下具体步骤：

(1)确定掺配所采用的入厂单煤共有m种，对这m种单煤进行化验分析，得到n个每种单煤的成分含量和发热量项目的数据，若第i种(i＝1，2，…，m)单煤成分和发热量j的数据记为w_ij，单煤成分和发热量数据矩阵记为w，则

式中，i＝1，2，…，m；j＝1，2，…，n；m和n为正整数；

(2)考虑掺配单煤成分、发热量以及锅炉设计煤种，在满足锅炉最大出力要求，不发生受热面超温和炉膛大面积结焦，炉膛出口煤粉燃尽度较高，脱硝、脱硫系统入口的氮氧化物含量和二氧化硫含量不给环保排放带来压力的情况下，确定目标煤煤质，该目标煤煤质用步骤(1)中的n个成分含量和发热量项目表示，目标煤煤质矩阵记为W₀，则：

W₀＝[W₀₁ W₀₂ … W_0j] ②

式中W_0j为目标煤各成分含量或发热量，j＝1，2，…，n；

(3)选择与步骤(1)中的n个成分含量和发热量项目作为混煤掺配考虑的因素，第j个项目在混煤中的期望偏差记为σ_j，σ_j与W_0j的比值在0.05～0.2之间，j＝1，2，…，n；

(4)对于第i种单煤，其掺配的质量份额为x_i，x_i通常在0到1之间，且应满足如下约束：

式中，i＝1，2，…，m；

当某种单煤灰熔点温度较低，限制该单煤掺配质量份额不高于某一数值ux_i，以防止炉膛和受热面大面积结焦；或当某种单煤的进煤量较多，为保证入厂的该单煤能够全部烧完，需限制单煤掺配质量份额不低于某一数值lx_i，对该单煤掺配份额的约束统一表示为

lx_i≤x_i≤ux_i(i＝1，2，…，m) ④

式中lx_i为掺配份额下限，0≤lx_i≤1，ux_i为掺配份额上限，0≤ux_i≤1；

混煤中各种成分含量和发热量等于单煤成分含量和发热量的质量加权平均，利用矩阵计算表示为：

W＝xw ⑤

式中x为单煤掺配质量份额数组，W为混煤中各种成分含量或发热量的数组，x和W分别为

x＝[x₁ x₂ … x_m] ⑥

W＝[W₁ W₂ … W_n] ⑦

式⑦中W_j为混煤的成分或发热量，j＝1，2，…，n；

由于煤中成分较多，采用单煤掺配得到的混煤，很难保证和目标煤的各种成分完全相同，混煤和目标煤的偏离程度用煤质偏差平方和E表示

(5)采用式⑨求取使E达到最小时的掺配份额x₁，x₂，…，x_m：

采用数学寻优求取上述约束条件下的目标函数最小值，得到掺配份额x₁，x₂，…，x_m，作为使混煤煤质W最接近目标煤质W₀的最佳掺配方案。

步骤(5)中，在各掺配单煤质量份额允许的范围内，即在满足式③和式④的条件下，假定掺配质量份额x_i值，利用式⑤计算W_j，并将W_j代入式⑧计算煤质偏差平方和E；重新假定掺配质量份额x_i值，再一次计算煤质偏差平方和E；寻找使煤质偏差平方和E达到最小时的掺配质量份额x_i，作为最佳掺配方案。

本发明实施例的技术方案可以具有的有益效果如下：

本发明以煤质作为优化目标，所提供的掺配方法能够从复杂的单煤煤源中找到最接近目标煤质的方案；由于煤中成分较多，掺配得到的混煤煤质不可能与目标煤质完全相同，本发明提供的掺配方案不求与目标煤完全相同，但求与目标煤最为接近；并可通过设定某个成分的期望误差，单独调节混煤中该成分与目标煤的接近程度。这种以目标煤作为掺配优化目标的方案，可在目前煤质普遍下降且无稳定煤源的市场环境中，保证了发电机组最大出力要求，不发生锅炉受热面超温和炉膛大面积结焦，且炉膛出口煤粉燃尽度较高，并保证了氮氧化物含量和二氧化硫含量等污染物排放满足环保要求。

附图说明：

图1是根据一示例性实施例示出的一种锅炉混煤掺配方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

图1是根据一示例性实施例示出的一种锅炉混煤掺配方法流程图。如图1所述，本发明实施例提供的一种锅炉混煤掺配方法，包括以下步骤：

步骤1、确定锅炉混煤掺配所采用的各种单煤煤源，并将单煤的各种成分含量、发热量和灰熔点温度作为已知参数；

步骤2、根据锅炉设计煤种以及掺配单煤成分和发热量，确定能保证锅炉安全、经济和环保要求的目标煤煤质；

步骤3、选择煤的某些成分和发热量作为混煤掺配考虑的因素，并选定这些煤成分含量和发热量的期望偏差；

步骤4、在各掺配单煤质量份额允许的范围内，选定混煤中各种掺配单煤的质量份额，利用单煤成分含量和发热量得到混煤的成分和发热量，并计算混煤和目标煤的煤质偏差平方和；

步骤5、重新设定各种掺配单煤的质量份额，再次计算混煤的成分和发热量，以及混煤和目标煤煤质偏差平方和，并与步骤4中得到的偏差平方和相比较，在这两组不同单煤质量份额的两组掺配方案中，偏差平方和较小的一组作为更好的掺配方案。

作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤1中，掺配所采用的单煤煤源为电厂采购的入厂煤煤源。

作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤1中，单煤的各种成分含量为煤的工业分析成分含量，即煤的收到基水分含量、空气干燥基灰分含量、干燥无灰基挥发分含量、空气干燥基固定碳含量和空气干燥基全硫分含量；单煤的各种成分含量为煤的元素分析成分含量，即收到基碳含量、收到基氢含量、收到基氧含量、收到基氮含量、收到基硫含量、收到基灰分含量和收到基水分含量；发热量是指煤的收到基低位发热量。

作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤2中，所述目标煤煤质满足锅炉最大出力要求，在燃用目标煤时不发生受热面超温和炉膛大面积结焦，炉膛出口煤粉燃尽度高，脱硝、脱硫系统入口的氮氧化物含量、二氧化硫含量能保证污染物排放满足环保要求。

作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤2中，目标煤煤质采用煤的工业分析成分和发热量来表示，或采用煤的元素分析成分来表示。

作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤3中，煤的某些成分可选为所有的工业分析成分，或所有的元素分析成分。

作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤3中，煤成分含量和发热量的期望偏差与目标煤相应成分和发热量的比值在0.05～0.2之间。

作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤4中，各掺配单煤质量份额在0～1之间，且应满足所有单煤质量份额之和等于1。

作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤4中，利用单煤成分含量和发热量，得到混煤的成分和发热量方法是，混煤某种成分含量或发热量等于所有单煤该成分含量或发热量按单煤掺配质量份额的加权平均值。

作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤4中，混煤和目标煤的煤质偏差平方和的定义为：某种成分在混煤和目标煤中的含量之差作为该成分的绝对偏差，所有成分的绝对偏差与它的期望偏差之比的平方和，定义为混煤和目标煤的煤质偏差平方和。

作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤5中，在允许范围内，重新设定各种掺配单煤的质量份额，再次计算混煤的成分和发热量，以及混煤和目标煤煤质偏差平方和，并与步骤4中得到的偏差平方和相比较，在这两组不同单煤质量份额的两组掺配方案中，偏差平方和较小的一组作为更好的掺配方案。

本发明的一种锅炉混煤掺配方法，具体实施过程如下：

(1)确定掺配所采用的入厂单煤共有m种，对这m种单煤进行化验分析，得到每种单煤的成分含量和发热量等n个项目的数据，若第i种(i＝1，2，…，m)单煤成分和发热量j(j＝1，2，…，n)的数据记为w_ij，单煤成分和发热量数据矩阵记为w，则

(2)考虑掺配单煤成分、发热量以及设计煤种，在满足锅炉最大出力要求，不发生受热面超温和炉膛大面积结焦，炉膛出口煤粉燃尽度较高，脱硝、脱硫系统入口的氮氧化物含量和二氧化硫含量不给环保排放带来压力的情况下，确定目标煤煤质，该目标煤煤质用步骤(1)中的成分含量和发热量等n个项目表示，目标煤煤质矩阵记为W₀，则

W₀＝[W₀₁ W₀₂ … W_0n] ②

式中W_0j(j＝1，2，…，n)为目标煤各成分含量或发热量。

(3)选择与步骤(1)中的成分含量和发热量等n个项目作为混煤掺配考虑的因素，第j个项目在混煤中的期望偏差记为σ_j(j＝1，2，…，n)，σ_j与W_0j的比值在0.05～0.2之间。

(4)对于第i种单煤，其掺配的质量份额为x_i(i＝1，2，…，m)，x_i通常在0到1之间，且应满足如下约束：

当某种单煤灰熔点温度较低，应限制该单煤掺配质量份额不高于某一数值，以防止炉膛和受热面大面积结焦；或当某种单煤的进煤量较多，为保证入厂的该单煤能够全部烧完，需限制单煤掺配质量份额不低于某一数值，因此，对该单煤掺配份额的约束统一表示为

lx_i≤x_i≤ux_i(i＝1，2，…，m) ④

式中lx_i为掺配份额上限，0≤lx_i≤1，lx_i为掺配份额上限，0≤ux_i≤1。

混煤中各种成分含量和发热量等于单煤成分含量和发热量的质量加权平均，利用矩阵计算表示为

W＝xw ⑤

式中x为单煤掺配质量份额数组，W为混煤中各种成分含量或发热量的数组，x和W分别为

x＝[x₁ x₂ … x_m] ⑥

W＝[W₁ W₂ … W_n] ⑦

式⑦中W_j(j＝1，2，…，n)为混煤的成分或发热量。

由于煤中成分较多，采用单煤掺配得到的混煤，很难保证和目标煤的各种成分完全相同，混煤和目标煤的偏离程度用煤质偏差平方和E表示

(5)在各掺配单煤质量份额允许的范围内，即在满足式③和式④的条件下，假定掺配质量份额x_i(i＝1，2，…，m)值，利用式⑤计算W_j，将W_j代入式⑧计算煤质偏差平方和E；重新假定掺配质量份额x_i值，再一次计算煤质偏差平方和E；寻找使煤质偏差平方和E达到最小时的掺配质量份额x_i，作为最佳掺配方案。

(6)步骤(5)中，求取使E达到最小时的掺配份额x₁，x₂，…，x_m，就是求如下的数学最优化问题

采用数学寻优求取上述约束条件下的目标函数最小值，得到掺配份额x₁，x₂，…，x_m，作为最佳的掺配方案，该方案能使混煤煤质W最接近目标煤质W₀。

采用以下具体算例对本发明进行验证。

算例是针对某670MW超临界参数直流锅炉的入厂煤源和运行状态，该锅炉是单炉膛、一次再热、四角切圆燃烧、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉，型号为SG-2102/25.4-M954，锅炉设计燃用山西晋中地区贫煤。

该机组在2019年2月份，入厂单煤有17种，对这些单煤工业分析成分含量、收到基低位发热量和灰熔点温度进行了测试，结果见表1，选取表中的收到基水分含量M_ar、空气干燥基灰分含量A_ad、干燥无灰基挥发分含量V_daf、空气干燥基固定碳含量FC_ad、空气干燥基硫分含量S_tad以及收到基低位发热量Q_netar作为掺配方程⑤考虑的因素，因此，式①中m＝17，n＝6，该式所表示的矩阵w中各元素的数据由表1得到，表1还给出了这些单煤成分含量的变化范围以及该锅炉的设计煤成分含量。

单煤的空气干燥基灰分含量A_ad的变化范围为14％～39.73％，干燥无灰基挥发分V_daf在10.87％～28.27％，空气干燥基硫分含量S_tad在1.08％～2.7％，收到基低位发热量Q_netar在16.61～27.93MJ/kg，这些单煤是煤场存煤煤源，总计约11万吨，是单台锅炉20天的燃煤量。由于单煤煤质变化大，若未经掺配即进入锅炉，势必引起燃烧波动，并增加环保设备的运行压力。

表1各种单煤成分和灰变形温度

该锅炉设计煤的含硫量S_tad＝1.2％，而单煤煤源的平均含硫量S_tad＝2.02％，因此，由单煤掺配得到的混煤含硫量无法保持在设计煤附近，综合单煤煤源情况以及锅炉运行中污染物排放要求，选取目标煤煤质见表2。

表2目标煤煤质

表2给出的目标煤质，除含硫量S_tad外，其它成分含量均好于或接近设计煤，锅炉燃用该目标煤，能够满足最大出力要求，保证炉膛出口煤粉燃尽度，不会给脱硫系统运行带来压力，另外，通过对变形温度较低的煤掺配比例的限制，可避免受热面超温和炉膛大面积结焦，详见下文。

式②所示的矩阵W₀中元素由表2数据给出。

由于煤中成分较多，在单煤掺配时，难以保证所得到的混煤中每种成分含量都与目标煤完全相同，选取混煤中各种成分含量与目标煤相应成分含量的期望偏差见表3，σ_Q、σ_S、σ_V、σ_A、σ_M、σ_F分别表示收到基低位发热量Q_netar、空气干燥基硫分含量S_tad、干燥无灰基挥发分含量V_daf、空气干燥基灰分含量A_ad、收到基水分含量M_ar、空气干燥基固定碳含量FC_ad的期望偏差，这些期望偏差与目标煤中相应成分含量的比值在0.05～0.2之间。

表3混煤各种成分的期望偏差σ_j

掺配所采用的17种单煤的质量份额x_i之和等于1，即

为防止避免受热面超温和炉膛大面积结焦，对于表1中的灰变形温度比较低的P、Q两种单煤，限制其掺配质量份额x_i不高于0.2，即式④中的ux_i＝0.2

0≤x_i≤0.2(i＝16，17)

对于其它单煤，式④中的ux_i＝1，lx_i＝0，掺配质量份额x_i的约束为

0≤x_i≤1(i＝1，2，…，15)

根据掺配质量份额x_i以及单煤成分、发热量，混煤的各种成分含量、发热量可利用式⑤计算，然后再利用式计算混煤和目标煤的偏离程度用煤质偏差平方和E。

式中M_ar、A_ad、V_daf、S_tad、FC_ad、Q_netar分别是用式⑤计算的混煤的收到基水分含量、空气干燥基灰分含量、干燥无灰基挥发分含量、空气干燥基硫分含量、空气干燥基固定碳含量以及混煤的收到基低位发热量；M_ar0、A_ad0、V_daf0、S_tad0、FC_ad0、Q_netar0为标准煤的成分含量和发热量，见表2；σ_Q、σ_S、σ_V、σ_A、σ_M、σ_F为期望偏差，见表3。

在满足式⑩～式的情况下，假设不同的掺配质量份额x_i，利用式⑤计算混煤成分和发热量，将计算结果代入式得到煤质偏差平方和E。搜索使E达到最小时的掺配质量份额x_i，就是求解下列求约束条件下的多元函数最小值问题。

根据上述优化方法，采用滚动优化模式进行掺配优化，即先从所有17种单煤中选择最接近目标煤的掺配方案，作为第1轮优化方案，然后，利用剩余的单煤进行第2轮优化计算，得到第2轮掺配方案，同理确定随后各轮的掺配优化方案，直到所有单煤都掺烧完毕，这符合锅炉实际运行状况，表4给出8轮优化的掺配方案、混煤煤质以及混煤和目标煤的煤质偏差平方和E。

表4采用滚动优化得到各轮掺配方案及混煤煤质

从表4可以看出，前3轮优化得到混煤煤质非常接近目标煤，混煤和目标煤的煤质偏差平方和E均小于1，随着掺配单煤煤源的减少，在随后各轮优化中，相对偏差平方和E越来越大，这意味着混煤煤质与设计煤偏离越来越大；虽然E有所增大，但第4轮到第6轮的混煤成分含量和发热量与目标煤的偏差仍在期望偏差范围内；由于单煤煤源的进一步消耗，含硫量低的煤已消耗殆尽，第7轮到第8轮混煤含硫量S_tad的偏差分别为2.22-2＝0.22和2.35-2＝0.35，已超过期望偏差σ_S＝0.2，但其它成分含量的偏差均在期望误差范围内。各轮次得到的掺配方案是该轮现有的单煤煤源状况下的最佳掺配方案，因此，本发明提供的掺配优化方法能够从现有的单煤煤源中找到最接近目标煤质的掺配方案。

由于煤中成分较多，掺配优化通常无法保证混煤的所有成分都与目标煤相同，本发明采用期望误差σ_j表示混煤某种成分j和目标煤的期望偏离程度。根据式⑧，某种成分的期望误差σ_j越小，该成分相对偏差平方[(W_j-W_0j)/σ_j]²在各种成分偏差平方和E中所占的权重越大，掺配模型将优先考虑混煤中该成分与目标煤的偏差，因此，通过改变某成分的期望误差，可调整混煤中该成分与目标煤的接近程度。

传统的混煤掺配方法以购煤费用作为优化目标，由于单煤价格随市场波动较大，这种掺配方法得到的掺配方案也随着市场的波动而处于变化之中。本发明以煤质作为优化目标，所提供的掺配方法能够从复杂的单煤煤源中找到最接近目标煤质的方案；由于煤中成分较多，掺配得到的混煤煤质不可能与目标煤质完全相同，本发明提供的掺配方案不求与目标煤完全相同，但求与目标煤最为接近；并可通过设定某个成分的期望误差，单独调节混煤中该成分与目标煤的接近程度。这种以目标煤作为掺配优化目标的方案，可在目前煤质普遍下降且无稳定煤源的市场环境中，保证发电机组最大出力要求，不发生锅炉受热面超温和炉膛大面积结焦，且炉膛出口煤粉燃尽度较高，并保证氮氧化物含量和二氧化硫含量等污染物排放满足环保要求。

以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视作为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种锅炉混煤掺配方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1、确定锅炉混煤掺配所采用的各种单煤煤源，并将单煤的各种成分含量、发热量和灰熔点温度作为已知参数；

步骤2、根据锅炉设计煤种以及掺配单煤成分和发热量，确定能保证锅炉安全、经济和环保要求的目标煤煤质；

步骤3、选择煤的某些成分和发热量作为混煤掺配考虑的因素，并选定这些煤成分含量和发热量的期望偏差；

步骤4、在各掺配单煤质量份额允许的范围内，选定混煤中各种掺配单煤的质量份额，利用单煤成分含量和发热量得到混煤的成分和发热量，并计算混煤和目标煤的煤质偏差平方和；

步骤5、重新设定各种掺配单煤的质量份额，再次计算混煤的成分和发热量，以及混煤和目标煤煤质偏差平方和，并与步骤4中得到的偏差平方和相比较，在这两组不同单煤质量份额的两组掺配方案中，偏差平方和较小的一组作为更好的掺配方案。

2.根据权利要求1所述的一种锅炉混煤掺配方法，其特征是，在步骤1中，单煤的各种成分含量为煤的工业分析成分含量，即煤的收到基水分含量、空气干燥基灰分含量、干燥无灰基挥发分含量、空气干燥基固定碳含量和空气干燥基全硫分含量；或单煤的各种成分含量为煤的元素分析成分含量，即收到基碳含量、收到基氢含量、收到基氧含量、收到基氮含量、收到基硫含量、收到基灰分含量和收到基水分含量；发热量是指煤的收到基低位发热量。

3.根据权利要求1所述的一种锅炉混煤掺配方法，其特征是，

在步骤2中，所述目标煤煤质满足锅炉最大出力要求，在燃用目标煤时不发生受热面超温和炉膛大面积结焦，炉膛出口煤粉燃尽度高，脱硝、脱硫系统入口的氮氧化物含量、二氧化硫含量能保证污染物排放满足环保要求。

4.根据权利要求1所述的一种锅炉混煤掺配方法，其特征是，在步骤2中，目标煤煤质采用煤的工业分析成分和发热量来表示，或采用煤的元素分析成分来表示。

5.根据权利要求1所述的一种锅炉混煤掺配方法，其特征是，在步骤3中，煤成分含量和发热量的期望偏差与目标煤相应成分和发热量的比值在0.05～0.2之间。

6.根据权利要求1所述的一种锅炉混煤掺配方法，其特征是，在步骤4中，各掺配单煤质量份额在0～1之间，且应满足所有单煤质量份额之和等于1。

7.根据权利要求1所述的一种锅炉混煤掺配方法，其特征是，在步骤4中，利用单煤成分含量和发热量，得到混煤的成分和发热量方法是，混煤某种成分含量或发热量等于所有单煤该成分含量或发热量按单煤掺配质量份额的加权平均值。

8.根据权利要求1所述的一种锅炉混煤掺配方法，其特征是，在步骤4中，混煤和目标煤的煤质偏差平方和的定义为：某种成分在混煤和目标煤中的含量之差作为该成分的绝对偏差，所有成分的绝对偏差与它的期望偏差之比的平方和，定义为混煤和目标煤的煤质偏差平方和。

9.根据权利要求1所述的一种锅炉混煤掺配方法，其特征是，在步骤5中，在允许范围内，重新设定各种掺配单煤的质量份额，再次计算混煤的成分和发热量，以及混煤和目标煤煤质偏差平方和，并与步骤4中得到的偏差平方和相比较，在这两组不同单煤质量份额的两组掺配方案中，偏差平方和较小的一组作为更好的掺配方案。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种锅炉混煤掺配方法，其特征是，所述锅炉混煤掺配方法包括以下具体步骤：

(1)确定掺配所采用的入厂单煤共有m种，对这m种单煤进行化验分析，得到n个每种单煤的成分含量和发热量项目的数据，若第i种单煤成分和发热量j的数据记为w_ij，单煤成分和发热量数据矩阵记为w，则

式中，i＝1，2，…，m；j＝1，2，…，n；m和n为正整数；

(2)考虑掺配单煤成分、发热量以及锅炉设计煤种，在满足锅炉最大出力要求，不发生受热面超温和炉膛大面积结焦，炉膛出口煤粉燃尽度较高，脱硝、脱硫系统入口的氮氧化物含量和二氧化硫含量不给环保排放带来压力的情况下，确定目标煤煤质，该目标煤煤质用步骤(1)中的n个成分含量和发热量项目表示，目标煤煤质矩阵记为W₀，则：

W₀＝[W₀₁ W₀₂ … W_0j] ②

式中W_0j为目标煤各成分含量或发热量，j＝1，2，…，n；

(3)选择与步骤(1)中的n个成分含量和发热量项目作为混煤掺配考虑的因素，第j个项目在混煤中的期望偏差记为σ_j，σ_j与W_0j的比值在0.05～0.2之间，j＝1，2，…，n；

(4)对于第i种单煤，其掺配的质量份额为x_i，x_i通常在0到1之间，且应满足如下约束：

式中，i＝1，2，…，m；

当某种单煤灰熔点温度较低，限制该单煤掺配质量份额不高于某一数值ux_i，以防止炉膛和受热面大面积结焦；或当某种单煤的进煤量较多，为保证入厂的该单煤能够全部烧完，需限制单煤掺配质量份额不低于某一数值lx_i，对该单煤掺配份额的约束统一表示为

lx_i≤x_i≤ux_i(i＝1，2，…，m) ④

式中lx_i为掺配份额下限，0≤lx_i≤1，ux_i为掺配份额上限，0≤ux_i≤1；

混煤中各种成分含量和发热量等于单煤成分含量和发热量的质量加权平均，利用矩阵计算表示为：

W＝xw ⑤

式中x为单煤掺配质量份额数组，W为混煤中各种成分含量或发热量的数组，x和W分别为

x＝[x₁ x₂ … x_m] ⑥

W＝[W₁ W₂ … W_n] ⑦

式⑦中W_j为混煤的成分或发热量，j＝1，2，…，n；

由于煤中成分较多，采用单煤掺配得到的混煤，很难保证和目标煤的各种成分完全相同，混煤和目标煤的偏离程度用煤质偏差平方和E表示

(5)采用式⑨求取使E达到最小时的掺配份额x₁，x₂，…，x_m：

采用数学寻优求取上述约束条件下的目标函数最小值，得到掺配份额x₁，x₂，…，x_m，作为使混煤煤质W最接近目标煤质W₀的最佳掺配方案。