基于多约束条件智能配煤模型的“三优”燃料管理系统的开发与应用

吴星文 李本贤

摘要：本文介绍了某厂开发的“三优”燃料管理系统，该系统基于多个约束条件的智能配煤模型及算法开发实施。“三优”燃料管理系统以优化燃料采购、库存和耗用三个板块的管理工作为主线，以实现燃料管理安全、环保、经济三方面综合优化为宗旨，以精细化配煤采购、掺烧为重点。最终实现对煤场调度合理化管理、多煤种安全经济掺烧和燃煤采购成本的有效控制，达到安全、环保、价格“三优”的高效管理，切实控制发电燃料成本，提高公司的盈利能力和市场竞争力。系统经开发施工后应用效果良好，可为国内同类型单住的燃料管理提供参考。

关键词：智能配煤：三优；燃料管理

1引言

随着我国电力工业的高速发展，电力发电及电网结构日趋复杂，运行方式变化繁多，加强节能减排管理，提高设备经济清洁运行水平，对火力发电的经济、可靠、安全、环保运行的要求越来越高。火力发电的节能减排及配煤掺烧已成为当前各火力发电公司降低成本，逐步增效，带动企业科技进步，实现火力发电经济、可靠、安全、环保运行和科学管理重要技術手段。

广东珠海金湾发电有限公司（以下简称某厂）3、4号机组设计为600MW超临界燃煤直流锅炉，一次中间再热机组。根据某厂生产数字化管理系统的要求，需要整合全厂的生产实时数据，建立全厂统一的生产数据平台，使企业的生产管理人员及时准确地了解与生产相关的各个环节，以提高管理者决策的实时性和准确性。

作为燃煤火电厂，煤是某厂最主要的生产成本，如何做到燃料的优化采购和合理掺烧，将直接影响到机组发电成本和整体经营效益。要做到安全、环保、价格的三优采购，使采购的煤种能和煤场现有煤种安全经济掺烧，既满足机组安全运行和达标排放的基本要求，又在价格上最优，必须通过计算机软件的寻优运算，根据给定的边界条件进行最优化计算，生成采购计划的备选方案。

基于以上目的，某厂开发和实施了基于多约束条件智能配煤模型的“三优”燃料管理系统，该系统以多约束条件的智能配煤模型和算法为基础，克服了以混煤价格最低或某一指标为目标的单一配煤算法带来的弊端，综合考虑配煤方案对电厂安全性、经济性和环保性的影响因素，通过模糊决策方法确定最佳的配比方案。

2多约束条件的智能配煤模型及算法

2.1配煤模型概述

传统的动力配煤可以抽象为一个在一定的约束条件和目标函数下的数学规划问题，通常以锅炉的煤质和燃烧特性指数为约束，以混煤的价格最低为目标。然而，以煤价为单目标的优化结果不能全面地体现出配煤方案的实际意义，在电厂应用中，还希望知道某个配煤方案的安全性和环保性，以便做出综合决策。对现代大型火电厂，应该采用多目标优化的配煤模型，模型中综合考虑配煤方案对电厂安全性、经济性和环保性的影响因素，通过模糊决策方法确定最佳的配比方案。

2.2多约束条件的智能配煤模型及算法

多目标优化问题通常包括一个含有Y个参数（自变量）的集合，一个包含K个目标函数的集合，和一个包含L个约束条件的集合，数学描述如下：

其中，x是自变量向量，y=y1+y2为目标向量，y1中的指标称为负指标，y2中的指标称为正指标，g（x）为约束条件，用来限定可行域。

配煤中的输入参数包括煤质基本特性，主要是工业分析，灰成份及煤价，这些输入参数同时也作为约束条件的一部分。本研究将煤的燃烧特性与煤价一起作为目标函数，构建一个可供选择的目标函数集。

基本参数为：

各单煤的发热量（Qi）、挥发分（Vi）、灰分（Ai）、水分（Mi）、硫分（Si）、灰熔点（STi）、灰成份以及煤价（Pi）.

约束条件包括：

其中，Xi表示第i种单煤的比例，下标A表示指标的下界，下标B表示指标的上界。

3“三优”燃料管理系统的开发

“三优”燃料管理系统的开发和搭建主要包括了多约束条件的智能配煤模型及算法的开发、燃料管理系统软件的安装调试、SIS接口软件的安装调试、皮带秤接口软件的安装调试、数据库服务器的搭建调试、发布服务器的搭建调试、数据库的搭建和基础数据录入、系统整体调试等工序。

某厂“三优”燃料管理系统对燃煤的厂内管理以每一船煤为单元，以一船煤在电厂价值链内的活动轨迹为主线，将每一船煤的采购、库存、掺烧耗用各环节的信息有机串接起来，既便于当前科学有序的管理，也可以科学有序地积累配煤经验，为公司建立可以快捷、有效利用的采购、掺烧基础数据库，进一步实现燃煤采购、库存、掺烧“三优”管理。

4“三优”燃料管理系统的应用

某厂于2013年5月完成“三优”燃料管理系统的开发，系统于2013年6月开始投入应用，经过近3年的运行检验，该系统实际应用效果良好。可在保障机组安全、环保用煤的前提下，最大限度降低燃煤成本，提升公司经营效益。

4.1智能配煤

这是本系统最重要的功能，主要包括燃料计划分析和掺烧分析。在燃料计划阶段，根据现有存煤、在途煤、采购价格、结算价格、二级市场挂牌价、煤种、煤质、电量计划、煤耗参数来分析各种采购方案的经济性，形成最经济的采购计划。并根据煤的实际到港情况，动态分析后续采购计划。

根据煤质分析数据、实验室分析数据和现场实验数据，建立合适的混煤煤质预测模型和混煤燃烧性能预测模型，通过采用合理的优化算法，预测出电厂在不同负荷下面，不同混煤种类的最佳配比，及混煤特性，指导运行人员控制机组以最佳状况运行。既可以一次计算出煤场中所有煤种之间的掺烧配比以及掺烧配比参数，也可以对选定的煤种进行掺烧配比分析。

4.2智能煤仓管理

本燃料管理系统将建立三维煤仓模型，该模型根据已上煤量、当前的实时耗煤流量等数据，可模拟出煤仓内的存煤情况图，清晰地显示出不同煤种的实时分界线，从而可以准确知道不同煤种到达磨煤机的时间。这一功能可以让运行人员预计出各煤种掺烧的具体时间，提前做好风量/煤量配比、温度调整等方面的准备，避免出现爆燃、燃烧不稳定的情况，进而可以在保证机组安全稳定的前提下，多掺烧低价煤种，有效降低发电成本。

此外，三优”燃料管理系统还具有库存管理综合效能分析、合同管理、结算管理、燃料运行管理等功能，与燃料管理相关的所有日常、月度、季度、年度报表均可通过预设自动生成，确保统计口径的归一和数据的准确性。5结束语

本文所述的基于多约束条件智能配煤模型的“三优”燃料管理系统，其算法先进，数学模型较为新颖，有效解决了传统智能配煤专家系统经常面临的安全性、环保性、经济性无法兼顾的问题。

本系统通过掺烧在线分析实现智能配煤，优化原煤采购计划，最终实现对煤场调度合理化管理、多煤种安全经济掺烧和燃煤采购成本的有效控制，达到安全、环保、价格“三优”的高效管理。从而切实控制发电燃料成本，提高公司的盈利能力和市场竞争力。系统经开发施工后应用效果良好，可为国内同类型单位的燃料管理提供参考。