吳星文 李本賢

摘要：本文介紹了某廠開發(fā)的“三優(yōu)”燃料管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于多個約束條件的智能配煤模型及算法開發(fā)實施。“三優(yōu)”燃料管理系統(tǒng)以優(yōu)化燃料采購、庫存和耗用三個板塊的管理工作為主線，以實現(xiàn)燃料管理安全、環(huán)保、經(jīng)濟三方面綜合優(yōu)化為宗旨，以精細化配煤采購、摻燒為重點。最終實現(xiàn)對煤場調(diào)度合理化管理、多煤種安全經(jīng)濟摻燒和燃煤采購成本的有效控制，達到安全、環(huán)保、價格“三優(yōu)”的高效管理，切實控制發(fā)電燃料成本，提高公司的盈利能力和市場競爭力。系統(tǒng)經(jīng)開發(fā)施工后應(yīng)用效果良好，可為國內(nèi)同類型單住的燃料管理提供參考。

關(guān)鍵詞：智能配煤：三優(yōu)；燃料管理

1引言

隨著我國電力工業(yè)的高速發(fā)展，電力發(fā)電及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，運行方式變化繁多，加強節(jié)能減排管理，提高設(shè)備經(jīng)濟清潔運行水平，對火力發(fā)電的經(jīng)濟、可靠、安全、環(huán)保運行的要求越來越高。火力發(fā)電的節(jié)能減排及配煤摻燒已成為當(dāng)前各火力發(fā)電公司降低成本，逐步增效，帶動企業(yè)科技進步，實現(xiàn)火力發(fā)電經(jīng)濟、可靠、安全、環(huán)保運行和科學(xué)管理重要技術(shù)手段。

廣東珠海金灣發(fā)電有限公司（以下簡稱某廠）3、4號機組設(shè)計為600MW超臨界燃煤直流鍋爐，一次中間再熱機組。根據(jù)某廠生產(chǎn)數(shù)字化管理系統(tǒng)的要求，需要整合全廠的生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)，建立全廠統(tǒng)一的生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺，使企業(yè)的生產(chǎn)管理人員及時準確地了解與生產(chǎn)相關(guān)的各個環(huán)節(jié)，以提高管理者決策的實時性和準確性。

作為燃煤火電廠，煤是某廠最主要的生產(chǎn)成本，如何做到燃料的優(yōu)化采購和合理摻燒，將直接影響到機組發(fā)電成本和整體經(jīng)營效益。要做到安全、環(huán)保、價格的三優(yōu)采購，使采購的煤種能和煤場現(xiàn)有煤種安全經(jīng)濟摻燒，既滿足機組安全運行和達標(biāo)排放的基本要求，又在價格上最優(yōu)，必須通過計算機軟件的尋優(yōu)運算，根據(jù)給定的邊界條件進行最優(yōu)化計算，生成采購計劃的備選方案。

基于以上目的，某廠開發(fā)和實施了基于多約束條件智能配煤模型的“三優(yōu)”燃料管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)以多約束條件的智能配煤模型和算法為基礎(chǔ)，克服了以混煤價格最低或某一指標(biāo)為目標(biāo)的單一配煤算法帶來的弊端，綜合考慮配煤方案對電廠安全性、經(jīng)濟性和環(huán)保性的影響因素，通過模糊決策方法確定最佳的配比方案。

2多約束條件的智能配煤模型及算法

2.1配煤模型概述

傳統(tǒng)的動力配煤可以抽象為一個在一定的約束條件和目標(biāo)函數(shù)下的數(shù)學(xué)規(guī)劃問題，通常以鍋爐的煤質(zhì)和燃燒特性指數(shù)為約束，以混煤的價格最低為目標(biāo)。然而，以煤價為單目標(biāo)的優(yōu)化結(jié)果不能全面地體現(xiàn)出配煤方案的實際意義，在電廠應(yīng)用中，還希望知道某個配煤方案的安全性和環(huán)保性，以便做出綜合決策。對現(xiàn)代大型火電廠，應(yīng)該采用多目標(biāo)優(yōu)化的配煤模型，模型中綜合考慮配煤方案對電廠安全性、經(jīng)濟性和環(huán)保性的影響因素，通過模糊決策方法確定最佳的配比方案。

2.2多約束條件的智能配煤模型及算法

多目標(biāo)優(yōu)化問題通常包括一個含有Y個參數(shù)（自變量）的集合，一個包含K個目標(biāo)函數(shù)的集合，和一個包含L個約束條件的集合，數(shù)學(xué)描述如下：

其中，x是自變量向量，y=y1+y2為目標(biāo)向量，y1中的指標(biāo)稱為負指標(biāo)，y2中的指標(biāo)稱為正指標(biāo)，g（x）為約束條件，用來限定可行域。

配煤中的輸入?yún)?shù)包括煤質(zhì)基本特性，主要是工業(yè)分析，灰成份及煤價，這些輸入?yún)?shù)同時也作為約束條件的一部分。本研究將煤的燃燒特性與煤價一起作為目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建一個可供選擇的目標(biāo)函數(shù)集。

基本參數(shù)為：

各單煤的發(fā)熱量（Qi）、揮發(fā)分（Vi）、灰分（Ai）、水分（Mi）、硫分（Si）、灰熔點（STi）、灰成份以及煤價（Pi）.

約束條件包括：

其中，Xi表示第i種單煤的比例，下標(biāo)A表示指標(biāo)的下界，下標(biāo)B表示指標(biāo)的上界。

3“三優(yōu)”燃料管理系統(tǒng)的開發(fā)

“三優(yōu)”燃料管理系統(tǒng)的開發(fā)和搭建主要包括了多約束條件的智能配煤模型及算法的開發(fā)、燃料管理系統(tǒng)軟件的安裝調(diào)試、SIS接口軟件的安裝調(diào)試、皮帶秤接口軟件的安裝調(diào)試、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的搭建調(diào)試、發(fā)布服務(wù)器的搭建調(diào)試、數(shù)據(jù)庫的搭建和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入、系統(tǒng)整體調(diào)試等工序。

某廠“三優(yōu)”燃料管理系統(tǒng)對燃煤的廠內(nèi)管理以每一船煤為單元，以一船煤在電廠價值鏈內(nèi)的活動軌跡為主線，將每一船煤的采購、庫存、摻燒耗用各環(huán)節(jié)的信息有機串接起來，既便于當(dāng)前科學(xué)有序的管理，也可以科學(xué)有序地積累配煤經(jīng)驗，為公司建立可以快捷、有效利用的采購、摻燒基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，進一步實現(xiàn)燃煤采購、庫存、摻燒“三優(yōu)”管理。

4“三優(yōu)”燃料管理系統(tǒng)的應(yīng)用

某廠于2013年5月完成“三優(yōu)”燃料管理系統(tǒng)的開發(fā)，系統(tǒng)于2013年6月開始投入應(yīng)用，經(jīng)過近3年的運行檢驗，該系統(tǒng)實際應(yīng)用效果良好。可在保障機組安全、環(huán)保用煤的前提下，最大限度降低燃煤成本，提升公司經(jīng)營效益。

4.1智能配煤

這是本系統(tǒng)最重要的功能，主要包括燃料計劃分析和摻燒分析。在燃料計劃階段，根據(jù)現(xiàn)有存煤、在途煤、采購價格、結(jié)算價格、二級市場掛牌價、煤種、煤質(zhì)、電量計劃、煤耗參數(shù)來分析各種采購方案的經(jīng)濟性，形成最經(jīng)濟的采購計劃。并根據(jù)煤的實際到港情況，動態(tài)分析后續(xù)采購計劃。

根據(jù)煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)、實驗室分析數(shù)據(jù)和現(xiàn)場實驗數(shù)據(jù)，建立合適的混煤煤質(zhì)預(yù)測模型和混煤燃燒性能預(yù)測模型，通過采用合理的優(yōu)化算法，預(yù)測出電廠在不同負荷下面，不同混煤種類的最佳配比，及混煤特性，指導(dǎo)運行人員控制機組以最佳狀況運行。既可以一次計算出煤場中所有煤種之間的摻燒配比以及摻燒配比參數(shù)，也可以對選定的煤種進行摻燒配比分析。

4.2智能煤倉管理

本燃料管理系統(tǒng)將建立三維煤倉模型，該模型根據(jù)已上煤量、當(dāng)前的實時耗煤流量等數(shù)據(jù)，可模擬出煤倉內(nèi)的存煤情況圖，清晰地顯示出不同煤種的實時分界線，從而可以準確知道不同煤種到達磨煤機的時間。這一功能可以讓運行人員預(yù)計出各煤種摻燒的具體時間，提前做好風(fēng)量/煤量配比、溫度調(diào)整等方面的準備，避免出現(xiàn)爆燃、燃燒不穩(wěn)定的情況，進而可以在保證機組安全穩(wěn)定的前提下，多摻燒低價煤種，有效降低發(fā)電成本。

此外，三優(yōu)”燃料管理系統(tǒng)還具有庫存管理綜合效能分析、合同管理、結(jié)算管理、燃料運行管理等功能，與燃料管理相關(guān)的所有日常、月度、季度、年度報表均可通過預(yù)設(shè)自動生成，確保統(tǒng)計口徑的歸一和數(shù)據(jù)的準確性。5結(jié)束語

本文所述的基于多約束條件智能配煤模型的“三優(yōu)”燃料管理系統(tǒng)，其算法先進，數(shù)學(xué)模型較為新穎，有效解決了傳統(tǒng)智能配煤專家系統(tǒng)經(jīng)常面臨的安全性、環(huán)保性、經(jīng)濟性無法兼顧的問題。

本系統(tǒng)通過摻燒在線分析實現(xiàn)智能配煤，優(yōu)化原煤采購計劃，最終實現(xiàn)對煤場調(diào)度合理化管理、多煤種安全經(jīng)濟摻燒和燃煤采購成本的有效控制，達到安全、環(huán)保、價格“三優(yōu)”的高效管理。從而切實控制發(fā)電燃料成本，提高公司的盈利能力和市場競爭力。系統(tǒng)經(jīng)開發(fā)施工后應(yīng)用效果良好，可為國內(nèi)同類型單位的燃料管理提供參考。