一种燃煤机组配煤掺烧计算方法及系统与流程

1.本发明属于动力工程行业，具体涉及一种燃煤机组配煤掺烧计算方法及系统。


背景技术：

2.近两年随着燃煤价格不断攀升，燃煤电厂面临的经营成本压力越来越大，同时由于国内碳交易市场的运行，燃煤电厂也迎来了巨大的碳成本压力。目前燃煤电厂配煤掺烧方案均没有考虑不同掺烧形式导致的碳排放成本变化，致使掺烧方案经济性大大降低。因此，亟需一种更加科学、准确、可靠的燃煤机组配煤掺烧计算方法及系统指导电厂进行燃料采购，降低电厂运营成本，实现全厂经济效益最大化。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种燃煤机组配煤掺烧计算方法及系统，为电厂燃料采购提供数据支撑。
4.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
5.一种燃煤机组配煤掺烧计算方法，包括以下步骤：
6.1)获取可采购煤种基础数据，建立煤种数据库；所述煤种基础数据包括煤种价格以及煤种的元素分析和工业分析数据，其中煤种的元素分析和工业分析数据包含收到基含碳量c
ar
、收到基含硫量s
ar
、收到基灰分a
ar
、收到基水分m
ar
、收到基挥发分v
ar
、收到基低位发热量q
net,ar
、采购煤价；
7.2)采集电网调度曲线和机组运行特征参数；所述采集电网调度曲线包括获取电网调度曲线，计算逐小时平均功率；
8.3)采集碳交易价格信息，对碳交易价格信息进行统计分析，计算未来碳交易价格；所述对碳交易价格信息进行统计分析包括按照电网下发的调度曲线，以调度曲线时间周期为基准统计之前3个周期内碳交易市场的价格变化情况；
9.4)确立配煤掺烧优化算法的约束条件；
10.5)建立配煤掺烧成本最优化模型，计算最优化配煤掺烧方案。
11.本发明进一步的改进在于，步骤2)中，所述机组运行特征参数是指机组的发电煤耗-负荷特性曲线。
12.本发明进一步的改进在于，步骤3)中，所述计算未来碳交易价格具体是指对统计分析的碳交易价格数据进行曲线拟合，根据拟合曲线公式计算得到调度曲线对应未来时间的预测碳交易价格。
13.本发明进一步的改进在于，步骤4)中，所述确立配煤掺烧优化算法约束条件的具体过程如下：
14.确定各煤种掺烧比例的约束条件，配煤掺烧实际过程中考虑到掺烧煤种越多，燃料综合管理成本和机组运行风险越高。
15.本发明进一步的改进在于，当混合煤的煤种数量限定为两种时：
[0016][0017]
式中，x1—原煤的掺烧比例；
[0018]
x2—掺烧煤的掺烧比例；
[0019]
确定混合煤参数的约束条件，根据锅炉厂家提供或锅炉性能试验确定该锅炉型号可长期保持稳定燃烧的各煤质参数上限、下限范围，从而建立混合煤参数的约束条件；
[0020]car,min
≤x1c
ar,1
+x2c
ar,2
≤c
ar,max
ꢀꢀꢀ
(2)
[0021]
式中，c
ar,1
—原煤的收到基含碳量，％；
[0022]car,2
—掺烧煤的收到基含碳量，％；
[0023]car,min
—入炉煤收到基含碳量最小值，％；
[0024]car,max
—入炉煤收到基含碳量最大值，％；
[0025]sar,min
≤x1s
ar,1
+x2s
ar,2
≤s
ar,max
ꢀꢀꢀ
(3)
[0026]
式中，s
ar,1
—原煤的收到基含硫量，％；
[0027]sar,2
—掺烧煤的收到基含硫量，％；
[0028]sar,min
—入炉煤收到基含硫量最小值，％；
[0029]sar,max
—入炉煤收到基含硫量最大值，％；
[0030]aar,min
≤x1a
ar,1
+x2a
ar,2
≤a
ar,max
ꢀꢀꢀ
(4)
[0031]
式中，a
ar,1
—原煤的收到基灰分含量，％；
[0032]aar,2
—掺烧煤的收到基灰分含量，％；
[0033]aar,min
—入炉煤收到基灰分含量最小值，％；
[0034]aar,max
—入炉煤收到基灰分含量最大值，％；
[0035]mar,min
≤x1m
ar,1
+x2m
ar,2
≤m
ar,max
ꢀꢀꢀ
(5)
[0036]
式中，m
ar,1
—原煤的收到基水分含量，％；
[0037]mar,2
—掺烧煤的收到基水分含量，％；
[0038]mar,min
—入炉煤收到基水分含量最小值，％；
[0039]mar,max
—入炉煤收到基水分含量最大值，％；
[0040]var,min
≤x
1var,1
+x
2var,2
≤v
ar,max
ꢀꢀꢀ
(6)
[0041]
式中，v
ar,1
—原煤的收到基挥发分含量，％；
[0042]var,2
—掺烧煤的收到基挥发分含量，％；
[0043]var,min
—入炉煤收到基挥发分含量最小值，％；
[0044]var,max
—入炉煤收到基挥发分含量最大值，％；
[0045]qnet,ar,min
≤x1q
net,ar,1
+x2q
net,ar,2
≤q
net,ar,max
ꢀꢀꢀ
(7)
[0046]
式中，q
net,ar,1
—原煤的收到基低位发热量，kj/kg；
[0047]qnet,ar,2
—掺烧煤的收到基低位发热量，kj/kg；
[0048]qnet,ar,min
—入炉煤收到基低位发热量最小值，kj/kg；
[0049]qnet,ar,max
—入炉煤收到基低位发热量最大值，kj/kg。
[0050]
本发明进一步的改进在于，步骤5)中，对所述的配煤掺烧综合成本的计算过程如下：
[0051]
利用电网提前下发的负荷曲线以及机组发电煤耗-负荷特性曲线计算得到未来逐小时预测发电煤耗；
[0052]
利用预测发电煤耗、混合煤热值计算单位发电量消耗的混合煤量；
[0053]
利用单位发电量消耗的混合煤量和混合煤价格计算单位发电量消耗的燃料价格；
[0054]
利用发电煤耗、混合煤热值、混合煤含碳量、混合煤碳氧化率以及碳价格计算单位发电量产生的碳排放价格；
[0055]
利用计算的单位发电量消耗的燃料价格和产生的碳排放价格计算单位发电量综合成本，结合约束条件建立成本最优化模型，计算得到最优化配煤掺烧方案；
[0056]
将逐小时预测发电煤耗对应计算得的最优配煤掺烧方案分别列出，为机组运行人员提供数据支持。
[0057]
本发明进一步的改进在于，所述预测发电煤耗为：
[0058][0059]
式中：—逐小时平均负荷，mw；
[0060]
b—预测发电煤耗，g/kwh；
[0061]
所述单位发电量消耗的混合煤量为：
[0062][0063]
式中：b
mix
—单位发电量消耗的混合煤量，g/kwh；
[0064]
所述单位发电量消耗的燃料价格为：
[0065][0066]
式中：pe—单位发电量消耗的燃料价格，元/kwh；
[0067]
p
mix
—混合煤单价，元/t；
[0068]
p1—原煤单价，元/t；
[0069]
p2—掺烧煤单价，元/t；
[0070]
所述单位发电量产生的碳排放价格为：
[0071][0072]
式中：pc—单位发电量产生的碳排放价格，元/kwh；
[0073]
of
mix
—混合煤氧化率，％；
[0074]
—碳排放预测价格，元/tco2；
[0075]
所述单位发电量总成本为：
[0076][0077]
由式(8)至(12)可以得到目标函数为：
[0078]
f(x)＝minp
ꢀꢀꢀ
(13)
[0079]
由式(1)至式(7)可得到约束条件为：
[0080][0081]
针对目标函数式和约束条件，采用最速下降法进行最优化计算，求解出最优解(x1,x2)以及目标函数的最优值p
min
，从而给出成本最优化的配煤掺烧方案。
[0082]
一种燃煤机组配煤掺烧计算系统，包括：
[0083]
煤种数据录入模块，用于录入煤种基础数据；所述煤种基础数据包括煤种价格以及煤种的元素分析和工业分析数据，其中煤种的元素分析和工业分析数据包含收到基含碳量c
ar
、收到基含硫量s
ar
、收到基灰分a
ar
、收到基水分m
ar
、收到基挥发分v
ar
、收到基低位发热量q
net,ar
、采购煤价；
[0084]
数据采集通讯模块，用于获取电网调度曲线、机组运行特征参数和碳交易价格信息，对碳交易价格信息进行统计分析，计算未来碳交易价格；所述机组运行特征参数是指机组发电煤耗-负荷特性曲线；
[0085]
约束条件配置模块，用于设置配煤掺烧优化算法的约束条件参数；其中，所述约束条件参数包括入炉煤收到基含碳量、含硫量、水分、灰分、挥发分、低位发热量的最小值和最大值以及掺烧方式；
[0086]
最优化计算模块，用于计算配煤掺烧综合成本，输出最优化配煤掺烧方案；
[0087]
掺烧方案显示模块，用于将电网提前下发的负荷曲线对应的逐小时最优化方案进行展示。
[0088]
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益的技术效果：
[0089]
本发明提供了一种燃煤机组配煤掺烧优化计算方法及系统，通过采集煤种基础数据建立煤种数据库，采集机组实时经济指标参数和碳交易价格信息，确立配煤掺烧优化算法的约束条件和配煤掺烧综合成本计算方式，从而计算得到最优化配煤掺烧方案。该发明方案综合考虑了燃煤机组运行的燃料成本与碳排放成本，实现了配煤掺烧成本最优化计算，为燃煤电厂经济性运行提供了技术支撑。
附图说明
[0090]
图1为本发明所述的燃煤机组配煤掺烧计算方法的流程图。
[0091]
图2为本发明所述的燃煤机组配煤掺烧计算系统的结构框图。
具体实施方式
[0092]
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0093]
如图1所示，本发明提供的一种燃煤机组配煤掺烧计算方法，包括以下步骤：
[0094]
1)获取可采购煤种基础数据，建立煤种数据库；所述煤种基础数据包括煤种价格以及煤种的元素分析和工业分析数据，其中煤种的元素分析和工业分析数据包含收到基含碳量c
ar
、收到基含硫量s
ar
、收到基灰分a
ar
、收到基水分m
ar
、收到基挥发分v
ar
、收到基低位发热量q
net,ar
、采购煤价。
[0095]
2)采集电网调度曲线和机组运行特征参数；所述采集电网调度曲线包括获取电网调度曲线，计算逐小时平均功率；
[0096]
进一步的，所述机组运行特征参数是指机组发电煤耗-负荷特性曲线。
[0097]
3)采集碳交易价格信息，对碳交易价格信息进行统计分析，计算未来碳交易价格；所述对碳交易价格信息进行统计分析包括按照电网下发的调度曲线，以调度曲线时间周期为基准统计之前3个周期内碳交易市场的价格变化情况；
[0098]
进一步的，所述计算未来碳交易价格具体是指对统计分析的碳交易价格数据进行曲线拟合，根据拟合曲线公式计算得到调度曲线对应未来时间的预测碳交易价格。
[0099]
4)确立配煤掺烧优化算法的约束条件；所述确立配煤掺烧优化算法约束条件的具体过程如下：
[0100]
确定各煤种掺烧比例的约束条件，配煤掺烧实际过程中考虑到掺烧煤种越多，燃料综合管理成本和机组运行安全风险越高，因此一般混合煤的煤种数量限定为两种或三种，下面以两种为例进行说明：
[0101][0102]
式中，x1—原煤的掺烧比例；
[0103]
x2—掺烧煤的掺烧比例。
[0104]
确定混合煤参数的约束条件，根据锅炉厂家提供或锅炉性能试验确定该锅炉型号可长期保持稳定燃烧的各煤质参数上限、下限范围，从而建立混合煤参数的约束条件。
[0105]car,min
≤x1c
ar,1
+x2c
ar,2
≤c
ar,max
ꢀꢀꢀ
(2)
[0106]
式中，c
ar,1
—原煤的收到基含碳量，％；
[0107]car,2
—掺烧煤的收到基含碳量，％；
[0108]car,min
—入炉煤收到基含碳量最小值，％；
[0109]car,max
—入炉煤收到基含碳量最大值，％。
[0110]sar,min
≤x1s
ar,1
+x2s
ar,2
≤s
ar,max
ꢀꢀꢀ
(3)
[0111]
式中，s
ar,1
—原煤的收到基含硫量，％；
[0112]sar,2
—掺烧煤的收到基含硫量，％；
[0113]sar,min
—入炉煤收到基含硫量最小值，％；
[0114]sar,max
—入炉煤收到基含硫量最大值，％。
[0115]aar,min
≤x1a
ar,1
+x2a
ar,2
≤a
ar,max
ꢀꢀꢀ
(4)
[0116]
式中，a
ar,1
—原煤的收到基灰分含量，％；
[0117]aar,2
—掺烧煤的收到基灰分含量，％；
[0118]aar,min
—入炉煤收到基灰分含量最小值，％；
[0119]aar,max
—入炉煤收到基灰分含量最大值，％。
[0120]mar,min
≤x1m
ar,1
+x2m
ar,2
≤m
ar,max
ꢀꢀꢀ
(5)
[0121]
式中，m
ar,1
—原煤的收到基水分含量，％；
[0122]mar,2
—掺烧煤的收到基水分含量，％；
[0123]mar,min
—入炉煤收到基水分含量最小值，％；
[0124]mar,max
—入炉煤收到基水分含量最大值，％。
[0125]var,min
≤x
1var,1
+x
2var,2
≤v
ar,max
ꢀꢀꢀ
(6)
[0126]
式中，v
ar,1
—原煤的收到基挥发分含量，％；
[0127]var,2
—掺烧煤的收到基挥发分含量，％；
[0128]var,min
—入炉煤收到基挥发分含量最小值，％；
[0129]var,max
—入炉煤收到基挥发分含量最大值，％。
[0130]qnet,ar,min
≤x1q
net,ar,1
+x2q
net,ar,2
≤q
net,ar,max
ꢀꢀꢀ
(7)
[0131]
式中，q
net,ar,1
—原煤的收到基低位发热量，kj/kg；
[0132]qnet,ar,2
—掺烧煤的收到基低位发热量，kj/kg；
[0133]qnet,ar,min
—入炉煤收到基低位发热量最小值，kj/kg；
[0134]qnet,ar,max
—入炉煤收到基低位发热量最大值，kj/kg。
[0135]
5)建立配煤掺烧成本最优化模型，计算最优化配煤掺烧方案；对所述的配煤掺烧综合成本的计算过程如下：
[0136]
利用电网提前下发的负荷曲线以及机组发电煤耗-负荷特性曲线插值计算得到未来逐小时预测发电煤耗；
[0137]
利用预测发电煤耗、混合煤热值计算单位发电量消耗的混合煤量；
[0138]
利用单位发电量消耗的混合煤量和混合煤价格计算单位发电量消耗的燃料价格；
[0139]
利用发电煤耗、混合煤热值、混合煤含碳量、混合煤碳氧化率以及碳价格计算单位发电量产生的碳排放价格；
[0140]
利用计算的单位发电量消耗的燃料价格和产生的碳排放价格计算单位发电量综合成本，结合约束条件建立成本最优化模型，计算得到最优化配煤掺烧方案；
[0141]
将逐小时预测发电煤耗对应计算得的最优配煤掺烧方案分别列出，为机组运行人员提供数据支持。
[0142]
进一步的，所述预测发电煤耗为：
[0143][0144]
式中：—逐小时调度平均负荷，mw；
[0145]
b—预测发电煤耗，g/kwh。
[0146]
进一步的，所述单位发电量消耗的混合煤量为：
[0147][0148]
式中：b
mix
—单位发电量的混合煤消耗量，g/kwh。
[0149]
所述单位发电量消耗的燃料价格为：
[0150][0151]
式中：pe—单位发电量消耗的燃料价格，元/kwh；
[0152]
p
mix
—混合煤单价，元/t；
[0153]
p1—煤种1单价，元/t；
[0154]
p2—煤种2单价，元/t。
[0155]
所述单位发电量产生的碳排放价格为：
[0156][0157]
式中：pc—单位发电量碳排放成本，元/kwh；
[0158]
—碳排放预测价格，元/tco2；
[0159]
of
mix
—混合煤氧化率，％。
[0160]
所述单位发电量总成本为：
[0161][0162]
由式(8)至(12)可以得到目标函数为：
[0163]
f(x)＝minp
ꢀꢀꢀ
(13)
[0164]
由式(1)至式(7)可得到约束条件为：
[0165][0166]
针对目标函数式和约束条件，采用最速下降法进行最优化计算，可求解出最优解(x1,x2)以及目标函数的最优值p
min
，从而给出成本最优化的配煤掺烧方案。
[0167]
如图2所示，本发明提供的一种燃煤机组配煤掺烧计算系统，包括：
[0168]
煤种数据录入模块，用于录入煤种基础数据；所述煤种基础数据包括煤种价格以及煤种的元素分析和工业分析数据，其中煤种的元素分析和工业分析数据包含收到基含碳量c
ar
、收到基含硫量s
ar
、收到基灰分a
ar
、收到基水分m
ar
、收到基挥发分v
ar
、收到基低位发热量q
net,ar
、采购煤价；
[0169]
数据采集通讯模块，用于获取电网调度曲线、机组运行特征参数和碳交易价格信息，对碳交易价格信息进行统计分析，计算未来碳交易价格；所述机组运行特征参数指机组发电煤耗-负荷特性曲线。
[0170]
约束条件配置模块，用于设置配煤掺烧优化算法的约束条件参数；其中，所述约束条件参数包括入炉煤收到基含碳量、含硫量、水分、灰分、挥发分、低位发热量的最小值和最大值以及掺烧煤种数量。
[0171]
最优化计算模块，用于计算配煤掺烧综合成本，输出最优化配煤掺烧方案。
[0172]
掺烧方案显示模块，用于将电网提前下发的负荷曲线对应的逐小时最优化方案进行展示。
[0173]
实施例
[0174]
以内蒙古某电厂330mw机组2021年11月5日12时配煤掺烧优化计算为例进行方案说明，其具体的计算过程如下表所示。
[0175]
[0176][0177]
以该机组为例可估算发明预期收益，15日机组平均负荷率80％，当日发电量约为6336000kwh，由配煤掺烧方案计算结果建议掺烧方案节约成本约为0.0025元/kwh，则15日可节约成本15840元，预期单台机组年可降低成本约500万，从而有效提高了机组运行的经济性，降低电厂经营成本。
[0178]
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。