集束式蜂窝型煤场调度优化研究

黄国新 汤利民 陈坚 耿秋莲 朱天宇 王亚萍

（1华能国际电力股份有限公司长兴电厂 浙江长兴 313100 2武汉华中思能科技有限公司 湖北武汉 430074）

0 引言

华能长兴电厂是我国首座高效超超临界、超低排放火力发电厂，工程建设2台国产660 MW高效超超临界燃煤机组。长兴电厂首创集束式蜂窝全封闭储、输煤技术，杜绝扬尘、节能环保，实现上煤系统全自动化运行，无人值守、精准配煤，比常规储煤场节约用地约47%，对推动电厂杜绝原煤粉尘污染及技术创新作用显著［1］。电厂创新的采用了集束式蜂窝型封闭储煤仓，替代了传统的条型煤场及圆形煤场。集束式蜂窝型储煤仓，整个仓体由48个正六边形钢筋混凝土蜂窝结构的小煤仓组成，每行12个、呈4行集束排列。单仓储量约4 000 t，最大可储存约20万t燃煤，可保证2台机组半个月的用煤量。

但如何在实际运用中进一步发挥集束式蜂窝型煤场的效能，提高机组燃煤效率，降低供电煤耗，需要一套高效的配煤掺烧系统，指导煤场调度。通过智能化的方仓配煤系统，发挥方仓对电厂配煤的优势；并通过最大化且合理的掺烧经济煤种，降低电厂的燃料成本，提高全厂的经济效益［2］。

1 煤场概况

长兴电厂蜂窝煤场输煤系统工艺流程图见图1所示。

蜂窝型集束式煤仓与其他储煤方式的比较具备5个优点［3］：①方仓占地面积小、场地利用率高，方仓筒壁可公共使用并且储煤容量大，布置更加紧凑，造价较低；②整个煤仓为全封闭结构，储煤不受气候条件影响，运行时给料更加均匀，能有效减少堵煤现象，保证厂内输煤系统较长时间在额定工况下运行；③采用先进可靠的设备，具有较高的自动化程度，提升了系统堆料、取料作业的可靠性；④封闭式结构可有效避免煤仓内的煤尘外逸造成的环境污染；⑤集束式蜂窝型煤场具有多个方仓，其运行组合方式较多，设备的备用率高，适应混煤，运行更加灵活。

2 调度优化技术思路

2.1 建立三大燃料库

建立适应于长兴电厂的煤质特性数据库、配煤掺烧知识库以及在线寻优知识库。

基于“煤—炉”耦合特性建立长兴电厂适烧的煤种及其混煤的煤质特性数据库，包括煤种的煤质、基本特性、燃烧特性、结渣特性、污染物排放特性等的数据。

在煤质特性数据库的基础上，进一步建立配煤掺烧知识库，包括不同配煤掺烧方式下最佳的燃煤上仓方式，磨煤机运行方式等数据。配煤掺烧知识库应结合现场掺烧试验，经过分析总结得出可靠结论。

在配煤掺烧知识库的基础上，通过SIS数据接口、燃料管理系统数据接口等，在线获取不同工况下不同掺烧方式下的机组掺烧性能数据，通过数据挖掘程序建立机组典型工况的案例库和最佳运行方式的规则库，建立在线寻优知识库。

2.2 建立高效库存管理机制

库存管理模块包括来煤管理、进耗存管理、方仓动态管理、库存量分析以及库存结构分析等内容。

2.2.1 来煤管理

来煤管理应包括装港信息管理、中转信息管理、到厂信息管理三部分。从调运系统中抓取装港信息、中转信息；从燃料系统中自动抓取供应商、船名航次、等到厂时间等信息。部分燃料全过程系统中不全的数据由人工导入。同时支持报表导入、人工录入、人工修改功能。

2.2.2 进耗存统计

自动统计每日入库煤量。通过开发与SIS系统电子皮带秤的数据接口，获取每日入炉煤量，统计月度总耗煤量。将期初库存导入，作为初始库存，通过每日的进煤量减去耗煤量得到库存增量，用前一日库存加当日库存增量得到当日库存量。

2.2.3 方仓动态管理

方仓动态管理包括对方仓总存煤量、每个方仓的存煤量，以及方仓动态情况的在线监视。

方仓总存煤量：根据实际到厂信息情况与实际耗煤信息情况计算得出方仓库存，进一步计算出中转港库存、在途库存，并对各库存热值、硫份进行分析，生成数量、热值图表。

每个方仓存煤量：开发SIS接口程序，实时抓取方仓料位数据，根据方仓料位以及方仓的“料位—煤量”曲线，计算得出每个方仓的实时存煤量，再结合总存煤量对各方仓存煤量按照存量设置权重进行修正。

方仓动态图：基于上述的方仓料位、方仓存煤量等，开发方仓动态图模块，可视化监视方仓的存煤情况。对方仓内存煤煤种、煤质、煤种结构等进行在线分析。

2.2.4 库存分析

实现库存煤量、库存煤种、煤质等信息的图表和对比分析功能，其中数量图表要求方仓库存、中转港库存、在途库存情况反映在一张图表上。同时，依据“三段库存法”设置“基础库存”、“掺烧库存”和“经济库存”三个库存基准线，分析当前库存所处的位置。

2.2.5 库存结构分析

库存管理的好坏，不仅与“量”有关，也与“质”相关，即库存煤质结构也应该在库存管理中得到充分的体现［4］。提供各方仓的存煤结构状况信息，如存煤煤种、比例，以及存煤的平均热值、硫分、挥发分、水分及灰分信息。对燃料指标进行分析，提高煤种—锅炉掺烧匹配性，增强机组燃烧安全性。

2.3 建立配煤掺烧优化系统

结合机组运行信息，根据煤场存煤情况，煤仓内的存煤情况，以及机组的配煤约束条件和优化目标，自动计算出最佳的煤仓配煤方案和分仓配煤方案，并将上仓指令发给配煤控制系统实现自动配煤［5］。具体为以下两个步骤。

2.3.1 配煤边界的确定

由电厂领导及专业技术人员讨论后得到配煤的边界条件及上煤的优先规则，并输入调度系统的配煤模块。

2.3.2 配煤计算

根据煤场存煤情况，煤仓内的存煤情况，以及机组的配煤约束条件和优化目标（一般为燃煤成本最低），自动计算出最佳煤仓配煤方案和分仓配煤方案，并将上仓指令发给配煤控制系统实现自动配煤。

3 煤场调度优化系统实施

根据电厂专业人员得出的适用于长兴电厂的配煤边界见表1所示，其中，表中权重表示各煤质指标在混煤决策过程中考虑的重要程度，指标类型表示配煤结果对煤质的偏好关系，其中0表示越小越好的指标，1表示越大越好的指标。

表1 配煤边界设定

长兴电厂采用调度系统的原煤仓加仓策略，并得到各原煤仓的加仓信息见表2所示。

掺烧调度的系统画面见图2所示。

通过方仓精细化的燃煤掺烧，主动拓宽煤种，扩大经济煤种掺烧量，2019年全年多掺烧40万t经济 （不低于15 487.65 kJ/kg）煤种，平均每吨节省燃料成本30元。在同等掺烧情况下，通过科学的确定混配方案，减少厂内热值差，减小飞灰含碳量，降低供电煤耗 0.7～1 g/（kW·h）；通过协同优化堆、配、取、烧，降低煤场平均库存量，降低煤场自燃损耗，节省燃料热值。

另外，由于降低了供电煤耗，电厂年度粉尘浓度排放、NOx排放以及SO2排放总量均有所降低，且CO2排放降低，对保护环境起到促进作用。

4 结论

通过有效的煤场调度系统和方法，可有效释放集束式蜂窝型煤场的配煤优势以及存煤优势。根据方仓存煤情况，以及机组的配煤约束条件和优化目标，自动计算出最佳的配煤方案和加仓方案，极大减少了运行人员的工作量，提高了系统的智能化。

调度系统通过最大化且合理的混烧低价煤种，提供最佳的配煤策略、成本精细化寻优等，降低燃煤电厂的燃料成本，提高全厂的经济效益；调度系统提供混烧状态下的优化运行建议，从而保障锅炉混烧的安全，保证排放达标。