燃煤電廠煤場場損預(yù)測研究

＊郭洪濤 毛國明 楊永紅 黃寅 劉聰 朱天宇

（1.華能國際電力股份有限公司玉環(huán)電廠 浙江 317600 2.武漢華中思能科技有限公司 湖北 430074）

前言

通過連續(xù)監(jiān)測露天煤場和圓形煤場煤堆的煤堆特性指標(biāo)、氣候參數(shù)和煤質(zhì)變化指標(biāo)，找出煤質(zhì)指標(biāo)隨煤堆特性指標(biāo)變化規(guī)律，得出不同煤質(zhì)在不同環(huán)境條件下最佳堆存時(shí)間[1-2]。并且獲得煤炭在露天煤場和圓形煤場儲(chǔ)存過程中煤質(zhì)變化規(guī)律，特別是原煤熱值損耗變化規(guī)律，可對入廠及入爐煤熱值差原因進(jìn)行分析并為改善煤場管理提供依據(jù)[3-4]，為電廠帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益[5-7]。

1.場損預(yù)測模型

可采用不同物理建模以及方法，包括微分方程模型、灰色預(yù)測模型、差分方程預(yù)測、馬爾可夫預(yù)測、插值與擬合、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等，對煤場場損進(jìn)行預(yù)測[8]；實(shí)際使用的模型根據(jù)數(shù)據(jù)源擬合結(jié)果的優(yōu)異進(jìn)行選取。

本文以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型方法，建立預(yù)測模型程[9]，如下：

（1）讀取歷史的煤場場損數(shù)據(jù)；

（2）對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，包括數(shù)據(jù)清洗即歸一化處理；數(shù)據(jù)歸一化為將數(shù)據(jù)按照一定標(biāo)準(zhǔn)變換成無量綱的參數(shù)，常見的做法為歸一化參數(shù)等于參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的商；

（3）生成樣本數(shù)據(jù)庫；

（4）確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)模型，包括卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等；

（5）確定訓(xùn)練模型輸入層、隱藏層即輸出層參數(shù)；

（6）確定樣本數(shù)據(jù)庫中的訓(xùn)練樣本、測試樣本、驗(yàn)證樣本構(gòu)成；

（7）調(diào)整訓(xùn)練模型參數(shù)；

（8）訓(xùn)練模型；

（9）檢查訓(xùn)練誤差是否大于設(shè)定值，若不大于，則輸出訓(xùn)練模型獲得煤場場損預(yù)測jar包；若大于設(shè)定值，則調(diào)整訓(xùn)練參數(shù)，調(diào)整至第7步，直至誤差小于設(shè)定值，最終輸出煤場場損預(yù)測jar包。

模型建立過程如下圖1所示。

圖1 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的煤場預(yù)測模型

2.實(shí)際算例

本文的研究對象為為華能玉環(huán)電廠。玉環(huán)電廠為4×1000MW超超臨界機(jī)組，鍋爐采用П型布置、單爐膛、低NOx-MPM主燃燒器和MACT燃燒技術(shù)、反向雙切圓燃燒。鍋爐采用一次中間再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)，燃用神府東勝煤和晉北煤。

玉環(huán)電廠設(shè)四個(gè)煤場，通過式布置，煤場面積約為2×（200×430m2），單堆煤堆寬度42m，堆高為12m，最多貯煤量約為58.96萬噸。其場損參數(shù)見下表1所示。

表1 場損參數(shù)

其中各數(shù)據(jù)獲取方式如下：

（1）環(huán)境參數(shù)包括空氣濕度、環(huán)境溫度，可通過人工實(shí)時(shí)記錄上傳至系統(tǒng)或者系統(tǒng)自動(dòng)抓取而獲取。

（2）煤堆物理參數(shù)包括煤堆高度、煤堆底部直徑、煤堆總質(zhì)量、煤堆堆密度；其中煤堆高度和煤堆底部直徑通過實(shí)地測量獲得，如盤煤儀掃描或者人工測量后上傳。

（3）煤堆堆密度根據(jù)人工測量獲取，并讀取取樣時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)。

（4）煤堆總質(zhì)量由煤堆體積和煤堆堆密度計(jì)算得出：煤堆體積根據(jù)盤煤儀掃描獲得。

（5）煤質(zhì)特性參數(shù)包括煤堆熱值、收到基水分以及收到基揮發(fā)分，在取樣時(shí)間點(diǎn)取樣后根據(jù)進(jìn)行工業(yè)分析獲得。

（6）煤堆溫度場參數(shù)為煤堆不同位置、深度的溫度值，獲取方法為：在取樣時(shí)間點(diǎn)提供煤堆實(shí)時(shí)溫度場，由程序處理后獲得煤堆內(nèi)各分層平均溫度。

（7）噴淋水量參數(shù)為煤場噴淋水流量，根據(jù)實(shí)時(shí)記錄，噴水量為從堆放開始累積的噴水質(zhì)量。

選取電廠2020年5月20日0點(diǎn)0分為取樣時(shí)間，獲取煤堆各取樣位置和深度的溫度數(shù)據(jù)，如表2所示；煤堆取樣測點(diǎn)位置示意圖如圖2所示。

表2 煤堆各測點(diǎn)溫度

圖2 煤堆測點(diǎn)位置

通過以上預(yù)測模型，得到煤場預(yù)測結(jié)果如下圖所示。經(jīng)過與實(shí)際結(jié)果對比，得出場損預(yù)測結(jié)果精度較高，可滿足實(shí)際場損預(yù)測要求。

圖3 煤場場損預(yù)測結(jié)果

3.結(jié)論

本文對煤場存煤的煤質(zhì)指標(biāo)變化與煤場熱值損耗之間的規(guī)律進(jìn)行深入探究，并有效指導(dǎo)燃煤運(yùn)行人員的煤場管理和配煤摻燒工作，降低煤場熱值損耗，提高入爐煤熱值，減小熱值差，最終提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。由此可指導(dǎo)煤場管理和配煤摻燒工作，降低煤場熱值損耗，減少入場入爐煤熱值差，提高燃料經(jīng)濟(jì)性。