基于多約束條件智能配煤模型的“三優”燃料管理系統的開發與應用

吳星文 李本賢

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

關鍵詞：智能配煤：三優；燃料管理

1引言

隨著我國電力工業的高速發展，電力發電及電網結構日趨復雜，運行方式變化繁多，加強節能減排管理，提高設備經濟清潔運行水平，對火力發電的經濟、可靠、安全、環保運行的要求越來越高。火力發電的節能減排及配煤摻燒已成為當前各火力發電公司降低成本，逐步增效，帶動企業科技進步，實現火力發電經濟、可靠、安全、環保運行和科學管理重要技術手段。

廣東珠海金灣發電有限公司（以下簡稱某廠）3、4號機組設計為600MW超臨界燃煤直流鍋爐，一次中間再熱機組。根據某廠生產數字化管理系統的要求，需要整合全廠的生產實時數據，建立全廠統一的生產數據平臺，使企業的生產管理人員及時準確地了解與生產相關的各個環節，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成本，如何做到燃料的優化采購和合理摻燒，將直接影響到機組發電成本和整體經營效益。要做到安全、環保、價格的三優采購，使采購的煤種能和煤場現有煤種安全經濟摻燒，既滿足機組安全運行和達標排放的基本要求，又在價格上最優，必須通過計算機軟件的尋優運算，根據給定的邊界條件進行最優化計算，生成采購計劃的備選方案。

基于以上目的，某廠開發和實施了基于多約束條件智能配煤模型的“三優”燃料管理系統，該系統以多約束條件的智能配煤模型和算法為基礎，克服了以混煤價格最低或某一指標為目標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、經濟性和環保性的影響因素，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

傳統的動力配煤可以抽象為一個在一定的約束條件和目標函數下的數學規劃問題，通常以鍋爐的煤質和燃燒特性指數為約束，以混煤的價格最低為目標。然而，以煤價為單目標的優化結果不能全面地體現出配煤方案的實際意義，在電廠應用中，還希望知道某個配煤方案的安全性和環保性，以便做出綜合決策。對現代大型火電廠，應該采用多目標優化的配煤模型，模型中綜合考慮配煤方案對電廠安全性、經濟性和環保性的影響因素，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

多目標優化問題通常包括一個含有Y個參數（自變量）的集合，一個包含K個目標函數的集合，和一個包含L個約束條件的集合，數學描述如下：

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

配煤中的輸入參數包括煤質基本特性，主要是工業分析，灰成份及煤價，這些輸入參數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函數，構建一個可供選擇的目標函數集。

基本參數為：

各單煤的發熱量（Qi）、揮發分（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A表示指標的下界，下標B表示指標的上界。

3“三優”燃料管理系統的開發

“三優”燃料管理系統的開發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、燃料管理系統軟件的安裝調試、SIS接口軟件的安裝調試、皮帶秤接口軟件的安裝調試、數據庫服務器的搭建調試、發布服務器的搭建調試、數據庫的搭建和基礎數據錄入、系統整體調試等工序。

某廠“三優”燃料管理系統對燃煤的廠內管理以每一船煤為單元，以一船煤在電廠價值鏈內的活動軌跡為主線，將每一船煤的采購、庫存、摻燒耗用各環節的信息有機串接起來，既便于當前科學有序的管理，也可以科學有序地積累配煤經驗，為公司建立可以快捷、有效利用的采購、摻燒基礎數據庫，進一步實現燃煤采購、庫存、摻燒“三優”管理。

4“三優”燃料管理系統的應用

某廠于2013年5月完成“三優”燃料管理系統的開發，系統于2013年6月開始投入應用，經過近3年的運行檢驗，該系統實際應用效果良好。可在保障機組安全、環保用煤的前提下，最大限度降低燃煤成本，提升公司經營效益。

4.1智能配煤

這是本系統最重要的功能，主要包括燃料計劃分析和摻燒分析。在燃料計劃階段，根據現有存煤、在途煤、采購價格、結算價格、二級市場掛牌價、煤種、煤質、電量計劃、煤耗參數來分析各種采購方案的經濟性，形成最經濟的采購計劃。并根據煤的實際到港情況，動態分析后續采購計劃。

根據煤質分析數據、實驗室分析數據和現場實驗數據，建立合適的混煤煤質預測模型和混煤燃燒性能預測模型，通過采用合理的優化算法，預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，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

本燃料管理系統將建立三維煤倉模型，該模型根據已上煤量、當前的實時耗煤流量等數據，可模擬出煤倉內的存煤情況圖，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計出各煤種摻燒的具體時間，提前做好風量/煤量配比、溫度調整等方面的準備，避免出現爆燃、燃燒不穩定的情況，進而可以在保證機組安全穩定的前提下，多摻燒低價煤種，有效降低發電成本。

此外，三優”燃料管理系統還具有庫存管理綜合效能分析、合同管理、結算管理、燃料運行管理等功能，與燃料管理相關的所有日常、月度、季度、年度報表均可通過預設自動生成，確保統計口徑的歸一和數據的準確性。5結束語

本文所述的基于多約束條件智能配煤模型的“三優”燃料管理系統，其算法先進，數學模型較為新穎，有效解決了傳統智能配煤專家系統經常面臨的安全性、環保性、經濟性無法兼顧的問題。

本系統通過摻燒在線分析實現智能配煤，優化原煤采購計劃，最終實現對煤場調度合理化管理、多煤種安全經濟摻燒和燃煤采購成本的有效控制，達到安全、環保、價格“三優”的高效管理。從而切實控制發電燃料成本，提高公司的盈利能力和市場競爭力。系統經開發施工后應用效果良好，可為國內同類型單位的燃料管理提供參考。