一种燃煤发电机组锅炉掺配煤的方法与流程

本发明涉及火力发电领域，具体涉及一种燃煤发电机组锅炉掺配煤的方法。

背景技术：

1、煤质多变是我国燃煤发电企业长期面临的一项重大挑战，在此形势下为保证锅炉安全、稳定、经济运行，发电企业一般选择掺混煤的方法应对煤质多变的问题。但是由于电厂采用的煤质具有来源不稳定性、多样性的特性，如何根据锅炉性能和设计煤种快速确定合适的多煤种掺配比例是掺配煤需要解决的一大难题。cn105894109a提出的掺配煤方法是以混煤成本最低、锅炉效率最大及污染物排放最小为目的，采用多目标模糊数学模型、锅炉nox排放预测模型、锅炉效率计算模型，求解配煤方案；cn110319455a提出的锅炉混煤掺配方法，通过计算混煤成分、发热量与目标煤质相关成分、发热量的偏差平方和，确定最优的掺配方案；cn107238075a提出采用“炉内”和“炉外”相结合的掺配煤方式，其提出在锅炉炉壁上设置不同型式的燃烧器喷嘴，根据煤种燃烧的难易程度，将不同煤种分配给不同的燃烧器，改善难燃煤种及混煤的着火、燃尽特性；cn109376945a提出一种基于多煤种的配煤掺烧优化系统，该专利以配煤综合成本为最小目标，同时提出实时监测锅炉实际运行状态，并进行优化；cn110766336a提出掺配煤方式是通过设定煤种基准参数，构建掺配基准负荷与煤种基准参数对应表，从而得到锅炉在其余各负荷时对应的煤质各指标偏差值，进而指导锅炉配煤掺烧。在上述的专利中，均未考虑锅炉关键特征参数对于选择掺配煤方案的影响。在锅炉的设计过程中，一些炉膛关键特征参数的选取，如容积放热强度，燃烧器区域壁面放热强度，炉膛断面放热强度、燃尽区容积放热强度等一般取决于设计煤种和校核煤种的特性，上述参数确定后，锅炉的结构也基本确定；在机组投产后，上述炉膛关键特征参数则会反作用于锅炉燃用煤质的选择。

技术实现思路

1、本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种综合考虑机组锅炉的设计炉型、炉膛特征参数，以及原始设计煤种、校核煤种的燃烧、结渣特性，能够有效筛选出符合锅炉本身特征的掺配煤方案，避免不合理掺配给锅炉带来的结渣、燃烧不佳现象的方法。

2、本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种燃煤发电机组锅炉掺配煤的方法，包括如下步骤：

4、a)收集燃煤发电机组煤粉锅炉的炉膛特征参数设计值、设计煤种及拟采用掺配煤种的工业分析、发热量和灰成分组分、灰熔融温度；

5、b)通过设计煤种及拟采用掺配煤种的工业分析、灰成分组分、灰熔融温度分别计算得到着火特性指标rb、燃尽指标rj、碱酸比b/a、硅比g、硅铝比sio2/al2o3、煤灰综合结渣判别指标r；通过设计说明书计算得到燃煤发电锅炉的关键炉膛参数设计值；根据dl/t831-2015《大容量煤粉燃烧锅炉炉膛选型导则》确定燃煤发电锅炉的关键炉膛参数的取值上下限；

6、c)根据步骤b)中的参数建立约束条件，求解配煤方案；

7、d)建立偏差评判模型，根据偏差评判模型从满足步骤c)约束条件的配煤方案中选取最优配煤方案。

8、进一步的，步骤a)中收集的燃煤发电机组煤粉锅炉的炉膛特征参数设计值包括：容积放热强度qv、燃烧区域壁面放热强度qb、炉膛断面放热强度qf、燃尽区容积放热强度qm；收集的设计煤种及拟采用掺配煤种的工业分析包括：收到基水分mar、空干基水分mad、空干基挥发份vad、空干基灰分aad、空干基固定碳fcad；收集的灰成分组分包括：二氧化硅、三氧化二铁、氧化钙、氧化钠、氧化钾、二氧化钛、氧化铝、氧化镁。

9、优选的，上述燃煤发电锅炉的关键炉膛参数设计值包括：燃尽区容积放热强度qm,m、燃烧区域壁面放热强度qb,m、炉膛断面放热强度qf,m以及燃尽区容积放热强度qv,m；燃煤发电锅炉的关键炉膛参数的取值上下限包括：燃尽区容积放热强度下限qm,min、燃尽区容积放热强度上限qm,max、燃烧区域壁面放热强度下限qb,min、燃烧区域壁面放热强度上限qb,max、炉膛断面放热强度下限qf,min、炉膛断面放热强度上限qf,max、燃尽区容积放热强度下限qv,min、燃尽区容积放热强度上限qv,max。

10、进一步的，步骤b)中通过公式rb＝fcad/vad计算得到着火特性指标rb，通过公式rj＝2.22+0.17mad+0.016vdaf计算得到燃尽指标rj，通过公式计算得到硅比g，式中sio2为二氧化硅在灰成分中的含量，fe2o3为三氧化二铁在灰成分中的含量，cao为氧化钙在灰成分中的含量，mgo为氧化镁在灰成分中的含量，通过公式计算得到碱酸比b/a，式中na2o为氧化钠在灰成分中的含量，k2o为氧化钾在灰成分中的含量，al2o3氧化铝在灰成分中的含量，tio2为二氧化钛在灰成分中的含量，通过公式r＝1.273×b/a+0.282×sio2/al2o3-0.0023×st-0.0189×g+5.145计算得到煤灰综合结渣判别指标r，式中st为灰熔融温度。

11、进一步的，步骤c)中约束条件包括：

12、

13、其中rj,k为校核煤质的燃尽特性指标，rj,m为燃煤发电机组锅炉对应设计煤质的燃尽特性指标，ai为第i号煤种的参配比例，i＝{1,2,…,o}，o为煤种总数，rj,i为第i号煤种的燃尽特性指标，rbi为第i号煤种的着火特性指标，rbm为燃煤发电机组锅炉对应设计煤质的着火特性指标，rbk为校核煤质的着火特性指标，ri为第i号煤种的煤灰综合结渣判别指标，rm为燃煤发电机组锅炉对应的设计煤质的煤灰综合结渣判别指标，rk为校核煤质的煤灰综合结渣判别指标，为第i号煤种的低位发热量，为燃煤发电机组锅炉对应设计煤质的地位发热量，为校核煤质的地位发热量。

14、进一步的，步骤d)包括如下步骤：

15、d-1)通过公式

16、计算得到掺配煤与设计煤相比的燃尽指标rj的期望偏差δrj；

17、d-2)通过公式计算得到掺配煤与设计煤相比的着火特性指标rb的期望偏差δrb；

18、d-3)通过公式计

19、算得到掺配煤与设计煤相比的煤灰综合结渣判别指标r的期望偏差δr；d-4)通过公式δi＝0.2δrj+0.3δrb+0.5δr计算得到第i种参配方案的综合期望偏差，i＝{1,2,...,p}，式中，p为满足约束条件的a1、a2、...、ai、...、ao的取值次数。

20、d-5)通过公式min{δ1，δ2，...，δi，...，δp}求取最小值，得到最优配煤方案。本发明的有益效果是：通过收集电站煤粉锅炉的炉膛特征参数、设计煤种及拟采用的配煤原始煤样的工业分析、灰成分等参数，通过所建立的掺配煤约束条件，即可得到拟采用煤种的掺配方案合集，并可通过评判模型筛选出最优掺配比例。

技术特征：

1.一种燃煤发电机组锅炉掺配煤的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的燃煤发电机组锅炉掺配煤的方法，其特征在于：步骤a)中收集的燃煤发电机组煤粉锅炉的炉膛特征参数设计值包括：容积放热强度qv、燃烧区域壁面放热强度qb、炉膛断面放热强度qf、燃尽区容积放热强度qm；收集的设计煤种及拟采用掺配煤种的工业分析包括：收到基水分mar、空干基水分mad、空干基挥发份vad、空干基灰分aad、空干基固定碳fcad；收集的灰成分组分包括：二氧化硅、三氧化二铁、氧化钙、氧化钠、氧化钾、二氧化钛、氧化铝、氧化镁。

3.根据权利要求2所述的燃煤发电机组锅炉掺配煤的方法，其特征在于，所述燃煤发电锅炉的关键炉膛参数设计值包括：燃尽区容积放热强度qm,m、燃烧区域壁面放热强度qb,m、炉膛断面放热强度qf,m以及燃尽区容积放热强度qv,m；燃煤发电锅炉的关键炉膛参数的取值上下限包括：燃尽区容积放热强度下限qm,min、燃尽区容积放热强度上限qm,max、燃烧区域壁面放热强度下限qb,min、燃烧区域壁面放热强度上限qb,max、炉膛断面放热强度下限qf,min、炉膛断面放热强度上限qf,max、燃尽区容积放热强度下限qv,min、燃尽区容积放热强度上限qv,max。

4.根据权利要求3所述的燃煤发电机组锅炉掺配煤的方法，其特征在于：步骤b)中通过公式rb＝fcad/vad计算得到着火特性指标rb，通过公式rj＝2.22+0.17mad+0.016vdaf计算得到燃尽指标rj，通过公式计算得到硅比g，式中sio2为二氧化硅在灰成分中的含量，fe2o3为三氧化二铁在灰成分中的含量，cao为氧化钙在灰成分中的含量，mgo为氧化镁在灰成分中的含量，通过公式计算得到碱酸比b/a，式中na2o为氧化钠在灰成分中的含量，k2o为氧化钾在灰成分中的含量，al2o3氧化铝在灰成分中的含量，tio2为二氧化钛在灰成分中的含量，通过公式r＝1.273×b/a+0.282×sio2/al2o3-0.0023×st-0.0189×g+5.145计算得到煤灰综合结渣判别指标r，式中st为灰熔融温度。

5.根据权利要求1所述的燃煤发电机组锅炉掺配煤的方法，其特征在于，步骤c)中约束条件包括：

6.根据权利要求5所述的燃煤发电机组锅炉掺配煤的方法，其特征在于，步骤d)包括如下步骤：

技术总结
一种燃煤发电机组锅炉掺配煤的方法，通过收集电站煤粉锅炉的炉膛特征参数、设计煤种及拟采用的配煤原始煤样的工业分析、灰成分等参数，通过所建立的掺配煤约束条件，即可得到拟采用煤种的掺配方案合集，并可通过评判模型筛选出最优掺配比例。

技术研发人员：张利孟,孙加艳,褚衍涛,刘福国,董信光,田春晓,赵中华,张绪辉,刘景龙,刘科,崔福兴,侯凡军,杨兴森
受保护的技术使用者：国网山东省电力公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12