火電機組摻煤燃燒優化系統設計方案目錄1、前言51.1項目背景51.2現狀和問題61.3本方案優勢62、技術要求72.1規范與標準72.2系統設計技術要求83、技術選用114、系統概述114.1系統建設目標114.2系統總體架構124.3系統結構組成125、業務應用設計135.1智能摻配135.1.1自動智能摻配135.1.2摻配人工干預145.1.3摻配記錄查詢145.1.4輸入與輸出145.2上煤監視155.2.1煤倉料位監視155.2.2煤質監視165.2.3輸入與輸出175.3燃燒優化175.3.1制粉優化175.3.2給煤機優化175.3.3燃燒器優化185.3.4輸入與輸出185.4鍋爐燃燒監測195.4.1安全數據195.4.2運行數據205.4.3性能數據205.4.4環保數據205.4.5輸入與輸出205.5購煤建議205.6對比分析216、業務流程設計227、系統管理設計248、項目實施計劃249、項目組成員及項目投資預算251、前言1.1項目背景在已知各種能源資源中，煤炭資源最為豐富。2007年探明中國煤的保有量為11800億噸，占全世界的13.5%，可開采200年以上。2011年中國能源消費總量超過34億噸標準煤，其中原煤產量35.2億噸。火力發電是我國的用煤大戶，且用煤比例逐年增加。在我國能源消費總量中，煤炭占70%以上，比世界平均水平高40個百分點。而電力行業煤炭消費量占總消費量的50%以上。按2011年發電量4.7萬億千瓦時，火力發電占69%，6千kW以上發電機組平均供電煤耗329克/kWh計算，一年所需煤量約為10.669億噸。經濟要發展，電力要先行。然而，發電需求增大，勢必煤炭消耗增大，形成資源競爭；發電效率不高，則能源利用率不高，能量損失嚴重，如電廠的供電煤耗：2011年日本達到接近300克/kWh,我國為329克/kWh；污染排放量大，治理壓力和代價大，技術投入緊迫，燃煤污染物占全國排放比例：SO2占85%，CO2占85%，NOX占60%，粉塵占70%。目前，火電企業70%～80%的發電成本用來買煤，所以在市場經濟的環境下，實現控制燃煤價格是促進電力企業生產良性循環的基本保證。同時，隨著市場經濟的發展和煤炭供應的變化，無法保證大容量鍋爐能夠完全燃用設計煤種，因此調配燃煤來降低發電成本并兼顧安全生產已經成為各個地區當前和以后電力燃料管理、運行管理工作的主要任務。如果合理的將不同類、不同性質的煤種按照一定比例進行摻配，在保證機組安全運行的條件下平均下來，可以使煤價降至最低。電廠燃煤鍋爐在設計時一般是根據特定的煤種進行設計的。根據設計煤不同，鍋爐的爐型、結構、燃燒器以及制粉系統的選擇不同，而且投產后鍋爐的運行方式也不同。設計煤種作為設計鍋爐時的依據，對鍋爐的適應性最好。而如果鍋爐燃煤的煤質超出設定范圍，將會給鍋爐運行的安全、經濟性帶來很大的影響。但是，隨著國內電煤供應形勢的日益緊張以及國內大型燃煤電廠的不斷增多，目前越來越多的電廠在生產運行時很難燃用設計煤種，而且燃煤采購已經從國內延伸到國外。在現有燃煤條件下，為最大限度地保證鍋爐燃燒的穩定性、經濟性、安全性及環保要求，摻煤摻燒已經成為火電廠的必然選擇。1.2現狀和問題目前電站鍋爐燃煤特點是：1）鍋爐容量大燃煤量大，一臺600MW機組每天燒約5000噸(80多車皮)，約5500大卡/千克的煤。2）煤—爐耦合性強，鍋爐設計是基于設計煤種和校核煤種進行的。若燃用設計煤種（或燃煤特性在設計范圍內），鍋爐有良好的適應性，可保證安全、經濟運行，達到環保要求。若燃用非設計煤種（如劣質煤），會使鍋爐燃燒效果變差，運行穩定性下降，低負荷調峰困難，鍋爐熱效率降低，出現結渣和過熱器超溫，脫硫系統不適應，污染排放超標，其安全性、經濟性、環保性都遭到破壞；同樣鍋爐若燃用非設計煤種（如優質煤），雖然運行經濟性和安全性得到加強，將增加燃煤成本，如果調整不當，鍋爐主汽溫和再熱汽溫達不到設計要求。3）來煤現狀是：煤炭需求量大，但資源與開采有限，且分布不均；市場緊、調運難，難保設計煤種供應；煤炭價格飆升，被迫采購和燃用低價、劣質煤；購煤渠道拓寬，多煤種堆存、配燒成為現實。因此，火電廠燃用非設計煤種和多煤種混燒成為必然，且具有普遍性。國內幾乎所有電站鍋爐都處在摻煤燃燒狀態。總之，使用摻煤的主要原因是：1）電站鍋爐供煤不穩定。2）發電裝機容量增大，煤的耗量增加，因而很難保證燒單一煤3）煤的運輸能力不足，不得不混燒。4）為使量大、價低的劣質煤得到利用，往往將其與優質煤混燒。5）實際燃用煤種與設計煤種不符，為了滿足運行要求，往往采取混燒措施。由于摻煤的使用日益廣泛，摻煤的反應特性可能給鍋爐運行帶來一系列的問題：諸如燃燒穩定性變差、燃燒效率降低、發電煤耗增加、汽溫難控制、鍋爐積灰和結渣、爐膛高溫腐蝕等。1.3本方案優勢1）拓寬鍋爐對煤種的適應范圍，提高購煤的靈活性，降低電廠生產成本，為摻煤摻燒工作提供動態優化分析平臺；2）從預判結渣、壁溫超溫、高溫腐蝕等方面提供安全性指導，確保摻煤摻燒工作的安全性；3）考慮鍋爐本體以及送、引風機、制粉系統、脫硫、脫硝、除塵等輔機系統的運行特性，在不同工況下分析爐側、機側和輔機的綜合熱經濟性能；4）從安全性、經濟性、環保性三方面給出最佳運行建議指導。2、技術要求2.1規范與標準此次項目所提供火電機組摻煤燃燒優化系統符合國家和行業、部頒標準以及其他未列出的最新標準和規范，具體如下：GB475商品煤樣采取方法GB/T19494.3－2004煤炭機械化采樣精密度測定和偏倚試驗GB/T2152003煤中各種形態硫的測定方法GB/T2142007煤中全硫的測定方法GB/T2132008煤的發熱量測定方法GB476-2001煤的元素分析方法GB/T2112007煤中全水份的測定方法GB/T212-2008煤的工業分析方法GB3797-89電控設備第二部分裝有電子器件的電控設備GB/T15145-94微機線路保護裝置通用技術條件GB1497-85低壓電器基本標準DL5027-93電力設備典型消防規程DL/T924-2005火力發電廠廠級監控信息系統技術條件DRZ/T02-2004火力發電廠廠級監控信息系統實時/歷史數據庫系統準則測試規范國家經貿委第30號令電網和電廠計算機監控系統及調度數據網絡安全防護規定GB/T5031-2000建筑與建筑群綜合布線系統工程設計規范、施工及驗收規范GB4208-1993外殼防護等級（IP代碼）GB/T8117電站汽輪機熱力性能驗收試驗規程GB/T8566信息技術軟件生存周期過程GB/T8567計算機軟件產品開發文件編制指南GB/T9385計算機軟件需求說明編制指南GB/T9386計算機軟件測試文件編制規范GB/T10184電站鍋爐性能試驗規范GB/T12504計算機軟件質量保證計劃規范GB/T12505計算機軟件配置管理計劃規范GB/T14294計算機軟件配置可靠性可可維護性管理GB/T15853軟件支持環境GB/T17544信息技術軟件包質量要求和測試GB/T17859計算機信息系統安全防護等級劃分準則GB50229-2006火力發電廠與變電所設計防火規范DL/T467磨煤機試驗規程DL/T950-2005電廠標識系統設計導則除上述標準外，還符合下列組織頒布的相關標準或與之相當的其它國際組織相關標準：IEC國際電工學會AIEE美國電氣工程師協會ANSI美國國家標準化協會MSS制造標準化協會ICEA絕緣電纜工程師協會NEBB美國國家環保局NEC美國國家電氣標準ISO國際標準化組織TCP/IP網絡通訊協議IEEE802局域網標準OPCfoundationOPCV2.02.2系統設計技術要求1、先進性現代信息技術的發展，是現代科學技術發展中最活躍的領域，新產品、新技術層出不窮。每一個新技術的出現都對我們的工作方式產生極大的影響，對我們工作效率的提高起到極大的推動作用。因此本系統必須采用先進的技術和設備，這一方面反映了系統所具有的先進水平，又使得系統具有強大的發展潛力。所以，在投資費用許可的情況下應當充分利用現代最新技術、最可靠的成果，以使該系統在盡可能長的時間內與社會發展相適應。從長期的觀點看，這也是最節省經費的。系統的設計不局限于當前的使用條件和規模，系統設計具有超前意識，可以與已建系統聯網兼容，保證系統建成時處于國內先進水平，同時，保留接口，以便于新軟件、系統的增添或升級。2、可靠性必須考慮采用成熟的技術與產品，確保設備以及系統的穩定。在設備選型和系統的設計中各方面都盡量減少故障的發生。3、可維護性可維護性是當今應用系統成功與否的很重要的因素。可維護性包含二層含義：低故障率；日常管理操作簡便。4、安全性隨著科學技術的高速發展和社會進步同時，對系統安全的考慮，應當引起足夠重視。如果不采取有效措施，系統的安全將會受到損害。因此，必須采取多種手段防止各種形式與途徑的非法破壞。5、整體性該系統作為數字鄒電的重要組成部分，涉及到各個方面，對于本系統這樣的工程必須對這些因素統籌考慮，以構成一個有機的火電機組摻煤燃燒優化系統。6、開放性為保證各供應商產品的協同運行，同時考慮到投資者的長遠利益，本系統必須是開放系統，并結合相關的國際標準或工業標準執行。7、可擴充性本系統考慮今后發展的需要，因而必須具有在系統產品系列、容量與處理能力等方面的擴充與換代的可能，這種擴充不僅充分保護了原有投資，而且具有較高的綜合性價比。8、規范性由于本系統是一個綜合性系統，在系統設計和建設初期應著手參考各方面的標準與規范，并且應遵從該規范各項技術規定，并做好系統的標準化設計與管理工作。3、技術選用系統軟件開發平臺選用ASP.NET語言開發。系統計算引擎為魯能軟件ACS計算平臺，采用Matlab計算核心。系統數值模擬引擎采用Fluent軟件。系統數據庫采用PI實時數據庫、MicrosoftSQL2005數據庫。系統模型編制標準參見2.1條。系統摻煤模型采用華北電力大學混煤燃燒分析模型。4、系統概述4.1系統建設目標該系統作為數字電廠的重要組成部分，要滿足生產決策、生產管理、燃料管理以及經濟分析的需求，能夠實現“橫向集成、縱向貫通”，并且能夠綜合考慮到數字鄒電的中長期發展計劃，在系統功能、系統結構、系統性能等各個方面適應未來業務發展的需要，最大程度地保護當前的投資。開發建設該系統的具體目標是：1、提供滿足安全、經濟、環保需求的多煤種摻配方案；2、提供支持摻煤煤質的燃燒優化方案；3、提供滿足發電計劃的優化煤炭采購建議方案；4、提供鍋爐燃燒調整監視；5、提供上煤監視；6、提供數據展示、記錄、查詢功能。4.2系統總體架構系統總體架構系統架構分為以下幾個部分：1、智能摻配模塊；2、燃燒監視模塊；3、燃燒優化模塊；4、上煤監視模塊；5、對比分析模塊；6、購煤建議模塊。4.3系統結構組成系統結構示意圖5、業務應用設計本方案系統業務功能結構簡圖如下：系統功能結構圖5.1智能摻配該模塊分為“自動智能摻煤”、“人工摻配干預”及“摻配記錄查詢”三個子模塊，主要功能描述如下。5.1.1自動智能摻配自動智能摻配程序依據煤場可用存煤、機組運行情況、計劃負荷、設定的摻配指標（安全、經濟、環保）權重以及相應的約束條件，利用智能尋優算法，以安全、經濟、環保為目標，計算最佳的摻配方案。方案分為近期、中期兩項，近期方案提供第二天的摻配方案，中期方案提供后7天的摻配方案。方案通過網頁頁面顯示、動態提示框顯示。摻配方案內容包括：計劃負荷、摻配煤種、存放區域、摻配比例、各摻配煤取用量、摻配總量、摻配前各煤種煤質、摻配后煤質（計算）、取煤時間、摻配煤上煤時間等。近期摻配方案在采用后形成記錄（內容見①）。如摻配方案未采用，需要填入不采用原因，并產生記錄（內容見②）。近期摻配方案在每天17點自動生成，如在21點前無操作（采用、棄用），且在無摻配人工干預操作的前提下，自動記錄為采用。近期方案在計劃負荷發生較大變動時會自動更新，更新后依舊照以上描述流程執行。中期摻配方案每周產生一次，存儲時間為7天，滾動存儲。只做參考提供，不提供記錄查詢。中期摻配方案會根據預計7天負荷及煤場現存煤情況提供為滿足特定條件的進煤計劃。5.1.2摻配人工干預自動智能摻配方案生成后如與最近生產安排相矛盾，或由于某些特定情況需要人工干預方案，可在此進行人工干預設置。在此可以重新設定摻配指標的權重、選取特定某一煤種、重設約束條件等。人工干預完成后系統重新完成摻配優化計算，并出具最終摻配方案。同時系統會自動提供歷史相近條件下的摻配方案以供參考。參用人工摻配方案后自動智能摻配方案自動棄用，采用方案產生記錄（內容見①）。5.1.3摻配記錄查詢每一次摻配方案采用后都會記錄在系統內，并提供查詢功能。記錄存儲時間為3年，滾動存儲。采用方案記錄內容①包括：記錄時間、摻配方案內容、方案批準人、批準時間、批準人所用計算機IP、方案執行人、執行時間。未采用方案記錄內容②包括：記錄時間、摻配方案內容、方案廢棄人、廢棄時間、廢棄原因、所用計算機IP。5.1.4輸入與輸出該功能需要的數據源包括：1、燃料管理系統數據：可取用存煤煤質、存煤量、存儲方位等；2、鍋爐靜態數據：燃燒器數據、鍋爐尺寸、受熱面布置等等；3、鍋爐運行數據；4、計劃負荷數據；5、設備可靠性數據；6、生產決策管理數據；7、環保數據。該功能產出包括：1、日摻配方案；2、中期摻配方案；3、摻配記錄；4、智能摻配功能展示、配置、查詢頁面。5.2上煤監視機組正常運行期間應當保持煤位高度以保證運行安全，因此新上的燃煤從進入煤倉到進入爐膛之間有4-8小時（直吹鍋爐約4小時，中間儲倉約8小時）的滯后。如果同一煤倉中先后上的煤種不同，就會出現分層的情況，進而影響到鍋爐的運行；另外由于煤倉煤位和粉倉粉位的變化，造成輸煤皮帶稱測量的入爐煤量與鍋爐實際燃燒的煤量不一致，因此平臺中提供了煤倉動態監控功能，能實時監測加入煤倉中的各煤種分層情況。5.2.1煤倉料位監視該模塊直觀展示各煤倉現存煤煤量情況。根據預計負荷、用煤速度以及存煤量，計算該存煤預計用盡時間，提示進行上煤操作以及提示運行人員注意運行控制方式調整。煤倉存煤數據通過煤倉料位計進行校核，校核周期為30分鐘（每次上煤前進行一次校核）。顯示內容包括：預計負荷、現用煤煤量、現用煤速率、預計燒盡時間、煤倉總煤量等。提供報警功能，在料位低于設定值時進行報警；在現用煤預計燒盡前60分鐘提供倒計時提示，參用頁面及動態框兩種提示模式。該項報警內容只顯示，不提供記錄查詢功能。〈煤倉料位監視〉功能示意圖5.2.2煤質監視該功能模塊根據摻配方案記錄日計劃用煤煤質情況、日入爐煤化驗煤質情況、日入爐煤反算煤質情況，形成跟蹤監視，以趨勢圖、列表等形式展現。為生產工作分析提供參考依據。展示內容包括：日計劃負荷、日計劃煤質、入爐反算煤質、煤質對比曲線、煤質對比表等。5.2.3輸入與輸出該功能需要的數據源包括：1、燃料管理系統數據：日入爐化驗煤質、日用煤量等；2、煤/粉倉數據：結構數據、料位數據等；3、鍋爐運行數據；4、計劃負荷數據；5、設備可靠性數據；6、生產決策管理數據；該功能產出包括：1、日入爐煤質對比表；2、日入爐煤質記錄；3、上煤監視功能展示、配置、查詢頁面。5.3燃燒優化智能摻配得到的上煤方案只能具體到煤倉上什么煤種及上煤量，而無法精確到在每個負荷段的燃煤量及如何調整。燃燒優化模塊就是為了實現更加精細摻燒這一目標，其主要對給煤機、磨煤機、燃燒器的運行方式進行優化。5.3.1制粉優化以提高磨煤機安全性和經濟性為目標，對磨煤機進出口溫度、風煤比、煤粉細度進行優化。根據混煤的特性參數，針對制粉系統進行運行優化。主要功能包括：磨煤出力和干燥出力的匹配；給出最優的磨煤機進出口風溫要求；根據負荷，匹配相應的通過磨煤機的風量和旁路風量，以獲得最優一次風量，目標是在保證一次風管道不積粉的前提下，獲得最佳的風粉比；結合磨煤機形式，依據混煤燃燒特性參數，基于煤粉經濟細度，給出磨煤機粗粉分離器擋板開度的指示要求。5.3.2給煤機優化負荷一定的情況下，混煤給煤量一定。但可以根據負荷不同，調整不同層燃燒器的投運方式。目的是通過改變火焰中心的位置，達到兩個目標優化：一是降低NOx排放；二是尤其針對低負荷情況，減少不完全燃燒熱損失；5.3.3燃燒器優化以提高效率，減少NOx排放為目標，優化燃燒器的配風方式。根據混煤特性及燃燒器類型，并結合負荷等參數，給出各層燃燒器獨立調節參數。包括：一二次風量、風速參數；對旋流燃燒器，給出二次風旋流強度建議，包括內外二次風風量的配比，反映為擋板的開度和角度；在給煤機實現優化的基礎上，改變上下排燃燒器的給粉量以調節火焰中心的位置。5.3.4輸入與輸出該功能需要的數據源包括：1、燃料管理系統數據：日入爐化驗煤質、日用煤量等；2、鍋爐運行數據；3、計劃負荷數據；4、設備可靠性數據；5、生產決策管理數據；6、一二次風（管道、風箱）風量和擋板開度的關系曲線；各燃燒器擋板開度和風量的關系值；磨煤機最佳通風量數據；粗粉分離器性能曲線；7、給煤機工作特性；8、磨煤機工作特性；9、一次風管道的設計要求，如最低一次風速、風粉比等設計值；10、其他相關數據；該功能產出包括：1、對應負荷及煤質的調整方案；方案包括參數優化值及建議調整措施。2、燃燒優化功能展示、配置、查詢頁面。5.4鍋爐燃燒監測鍋爐燃燒監測模塊為了實現更加精細摻燒這一目標，其主要對鍋爐運行參數及運行狀態進行監測。頁面顯示內容包括：鍋爐運行主要數據、性能數據、負荷曲線、環保參數、煤質數據、安全參數等。頁面監視內容提供歷史回查功能、多參數趨勢分析功能，并提供頁面打印功能。5.4.1安全數據主要以超限報警的功能形式對存在安全隱患的參數進行報警及記錄。超限情況根據具體需求可實現實時報警、后臺記錄、記錄按需查詢（時間、班組、范圍）等功能。〈鍋爐燃燒監測〉功能示意圖5.4.2運行數據監視每臺機組的運行狀況，包括鍋爐運行數據、輔機運行數據、煤質數據、計劃負荷數據等。5.4.3性能數據計算并監視每臺機組的性能參數，包括鍋爐性能、輔機性能等。5.4.4環保數據監視與環保相關的參數，包括脫硫、脫硝、粉塵等。5.4.5輸入與輸出該功能需要的數據源包括：1、燃料管理系統數據；2