2火力发电厂燃料管理体系建立的研究

火力发电厂燃料管理体系建立的研究郭跃龙（山西中电燃料有限公司）【摘要】本文应用物流系统工程的思维和方法构建燃料管理体系。应用物流分解协调技术分别对燃料系统供应、耗用、储存子系统进行成本优化及子系统之间的协调。储存约束作为储存子系统管理的核心，是燃料供应及耗用子系统成本优化的基础，接受系统的信息反馈并进行调整以使得系统趋于最优。其次，本文分析了燃料供应、储存及耗用的目标要求及相互联系，并根据成本优化的要求设计管理方案。储存管理方案设计目标为合理制定储存约束，使供应、储存及耗用三个环节保持协调。耗用管理及供应管理要求分别为耗用煤质适应且稳定、燃煤可靠供给。在满足自身管理要求及储存约束条件基础上，耗用及供应管理方案设计目标为成本最低。后续，本文将研究燃料成本分析与优化原理及方法，构建燃料成本分析与优化系统，利用计算机及网络工具，选择电厂进行燃料成本分析与优化应用系统的开发。【关键词】火电燃料管理体系研究一、燃料管理的目标要求燃料管理目标是在保证安全生产基础上追求燃料成本最经济。（一）安全生产要求1、燃料质量要求火力发电厂电站锅炉是根据选定的煤种进行锅炉本体设计和辅助设备选型配套的。实际供应的煤种如果偏离设计值过多，就会影响锅炉的安全、经济、稳定运行，甚至给锅炉运行带来难以克服的困难。2002年国家电力公司对40个电厂131台大容量锅炉（锅炉总容量74914吨/小时）燃煤情况进行调查，调查结果表明火力发电厂实际供应煤种与设计煤种差异问题突出。由表1.1实际供应煤种与设计煤种差异情况统计表可看出，在131台被调查锅炉中，仅有41台锅炉供应煤种与设计煤种相符，90台锅炉供应煤种与设计煤种不符。供应煤种与设计煤种不符的55台锅炉影响突出，导致锅炉效率下降，发电煤耗增大；或锅炉受热面超温、结渣，威胁安全运行；或锅炉出力下降，影响供电。表1实际煤种与设计煤种差异情况统计表序号实际煤种与设计煤种差异分类电厂数台数容量（吨/小时）1基本相符1241349042经设备改造与运行调整后能适应1535195803不符合且影响突出135530430根据电站锅炉燃料质量要求，为保障电站锅炉安全稳定运行，一方面应加强供应煤质管理，另一方面要利用煤质可加性，按电站锅炉设计煤质的主要指标，如挥发分、发热量、灰分、水分、硫分、灰融特性等指标，进行多煤种混配掺烧。2、电力生产是连续不断的过程，必须有充足的燃料保证，为此火力发电厂要有一定量的燃料储备。供应煤种与设计煤种存在偏差的实际情况还要求不同质量的煤种要有一定的安全储备量。（二）经济性要求完整的燃料成本包括采购成本、储存成本、经济使用的效能成本，其经济性要求包括燃料及燃烧经济性要求、储存经济性要求。1、燃料及燃烧经济性要求由于各种燃料煤的发热量不同，为了统一计算、比较和分析，各种燃料按其发热量折成为标准煤量。每吨标准煤对应的价格称为标准煤单价。燃煤实际价值应是其标准煤单价而不是原煤价格。燃煤的比质比价，实际是标煤单价的比较。采购燃料除考虑直接的采购成本即燃料成本外，还应充分考虑经济使用的效能成本，即所采购燃料在使用时其能量是否能够被高效利用，是否能保证锅炉安全稳定燃烧，是否能满足锅炉变负荷的需要等。浙江XX电厂主要燃用兖州煤及神木煤，标煤单价及发供电比较情况详见表1.2和表1.3。神木煤标煤单价比兖州煤标煤单价高，但使用神木煤的发供电成本均比使用兖州煤低。为此，使用最经济的煤种不一定达到燃烧最经济效果，与锅炉燃烧工况适合的燃煤才能使发电成本最低，才是最经济的煤种。表2燃煤标准煤单价比较情况表煤种发热量（MJ/kg）全水分（%）灰分（%）原煤单价（元/吨）标煤单价（元/吨）神木26.0011.105.47296.30333.5兖州25.716.5013.48276.39314.6差异0.294.608.0119.9118.91表3240MW工况下发、供电成本比较情况表项目单位神木兖州汽轮机热耗KJ/kWh8487.808474.91锅炉效率%93.4293.65管道效率%0.990.99发电煤耗G/kWh313.11311.87厂用电率%0.05060.0503供电煤耗G/kWh329.79328.37发电成本元/MWh105.22106.27供电成本元/MWh110.82111.85燃料的品质影响到燃料的价格、机组效率，有时还影响到机组的安全指标，为此燃料及燃烧的经济性要求作好选购燃煤的燃烧经济性分析。2、储存经济性要求火力发电厂应有一定的燃料储备。从经济性讲，一般在满足安全生产前提下，储存量低可降低储存损耗和减少流动资金占用。但在市场价格波动时，储存量增加可能带来更大的经济效益。例如每年夏秋季煤矿生产、铁路运输情况较好时大量储煤，虽然当时占用大量资金、增加储存难度，但到冬季时，可以减少涨价、运输困难带来的被动。储存经济性要求合理评价库存持有成本、订货成本与缺货成本。（三）燃料管理科学性要求燃料管理的科学性体现在系统性、择优性、定量性上。燃料管理的系统性要求分析燃料管理内在的系统特征，管理思维要贯穿全过程。它包括明确的目标，达到目标的程序与方法，良好的信息反馈。择优是决策的核心，是管理的重要和普遍的特征。燃料管理的择优性要求用系统工程的思想和方法，即系统优化的方法求解系统。燃料管理的定量性要求应采用定量分析，对管理问题建立程序、方程进行求解，使各种定性问题定量化，以便对管理问题进行有效的决策和控制。1、系统论方法应用根据燃料管理系统性与择优性要求，燃料管理应运用系统论的思想和方法寻求系统效益最大化。燃料的供应、存储、耗用是一个步骤连续的过程，三个环节相互关联、相互制约，存在效益悖反现象。如：降低储存成本至一定程度将威胁耗用的安全；按耗用煤质要求进行采购将可能导致供应成本升高；按最低煤价进行采购可能不符合耗用要求而影响安全生产等。燃料的供应、存储、耗用是一种物流运动，燃料系统可看作是物流系统，本论文应用物流系统工程学观点和方法来分析解决燃料管理效益最大化问题。物流目标是在保证生产的正常进行下，实现物流中各环节的合理衔接，并取得最佳的经济效益。物流系统根据功能性质可分为若干子系统。本论文将燃料物流系统分为供应、耗用、储存三个子系统。物流系统工程研究最常用技术之一是分解协调技术。物流系统包括多个子系统的复杂大系统，在分析研究时分别对子系统进行局部优化，再根据整体利益原则，不断协调子系统相互之间关系，以达到效率高、费用低的目标。除了子系统要协调外，还要把握好系统与外部环境的协调，从更高层次上把握系统的利益。应用分解协调技术，分别对燃料管理的供应、存储、耗用子系统进行局部优化，并在安全生产要求基础上，按系统成本最低的原则，对三个子系统进行协调。针对制约锅炉安全生产及燃烧经济性的燃煤存在多样性、不确定性的主要矛盾，煤场储存燃煤的质量分布、数量搭配均达到合理水平，发电的安全、经济性才能得到保障。为此，储存子系统优化的目标应是形成燃煤煤质及煤量的储存约束，该储存约束能满足安全生产及经济耗用的要求。在储存约束基础上进行供应、耗用子系统的成本优化，并根据优化信息的反馈来调整储存约束，将使系统整体趋于最优。2、信息化燃料管理的定量性要求大量的数理统计和分析，信息化使得繁杂的数据收集统计能够及时、准确实现，使得数学模型能够实际应用成为可能。信息化技术同时还能弥补职能结构缺点。计算机信息化实现资源共享，使得电厂采用职能制结构横向协调差的矛盾有了解决的手段。科学系统的管理方法加上计算机化的共有资源，使得管理环节协调、连续变为可能。二、管理流程设计（一）设计思路首先综合考虑外部环境与现有储存情况制定燃料的储存约束（总储存量及分煤质储存量），再结合矿点计划及煤场储存结果，分别对燃料供应及耗用成本进行优化，最后供应和耗用的结果再指导储存约束的制定。为减少决策的复杂程度提高可操作性，供应及耗用过程外部环境状态在较短时间内可认为是确定的，即煤矿基本情况、燃煤的采购量、燃煤的耗用量及质量要求是确定的，该时间段的决策采用确定型决策方法。对于不确定因素带来的风险可采用备选方案等手段来防范。储存约束是该管理系统的核心，它所确定的储存量及质量要求是供应及耗用优化的基础，其合理性是系统实现最优的关键。储存约束的制定是不确定型决策，其过程难以量化，主要依靠充分的调查研究和经验来完成的，同时需要系统信息的充分反馈来指导其完善。（二）系统模式物流系统由所处的环境、系统输入、输出、处理等几方面构成，模式为输入-转化-输出。燃料物流系统模式用图1所示进行描述：物质流信息流反馈图1火力发电厂的燃料物流系统模式图说明：输入信息包括：供应燃料的价格、质量、数量及供煤单位名称等；输出信息包括：耗用的经济性及耗用煤质的稳定性、适应性等情况；系统处理中信息处理包括：煤场储煤数量、质量及价格等统计情况；系统外部环境包括：机组对燃煤的数量质量要求、煤炭生产情况、煤炭市场价格情况、运输情况、煤矿供应能力等。根据系统动力学，物流系统分为物质流和信息流，其中信息流中信息反馈是形成决策的基本要素。系统实施中不是机械的执行预定方案，而是根据信息反馈的新情况对于原有方案系统处理：燃料储存及混配、信息处理输出：入炉燃料、信息输入：入厂燃料、信息外部系统进行及时调整和修正。在燃料物流系统中，供应、耗用、储存子系统都存在信息反馈，子系统之间的信息反馈构成系统的信息反馈。根据燃料管理流程设计思路，储存约束作为系统管理的核心，也是系统信息反馈的核心。储存约束信息输入至系统，系统的信息最终反馈到储存约束，如：某一煤种在特定锅炉燃烧一定时期的绩效表现指导储存约束计划的制定；煤场储存结果及实际进厂煤的情况对储存约束计划的合理性提供反馈信息。储存约束根据系统反馈的信息进行调整，使系统整体趋于最优。系统管理信息流程见图2。储存约束作为系统信息反馈的核心，其形成要随燃料市场、发电市场等外部环境影响的反馈而调整，是动态的、开放的，能反映物流信息功能。该模式将储存约束确定为系统与外部环境结合的切入点，有利于接受外部信息，符合客观实际，使系统的调整优化具有可操作性。（三）风险防范未来发生不确定因素造成系统的风险。该系统中不确定因素主要有两点：外部煤炭市场变化及运输环节出现问题等外部环境不确定因素，即矿点情况多变；发电负荷及电站锅炉健康状况的不确定因素，即燃烧要求多变。对不确定因素的合理处理可降低系统风险。本系统图2系统管理信息流程图矿点计划料煤场储存约束供应储存耗用燃烧结果煤场储存结果案消化这一风险采取方法为：①缩短优化周期，随时间的缩短不确定因素将减少；②对于含有较多不确定因素的方案要制定备选方案；③采用合理的储存管理模式在应对变化时将利于备选方案的调整。三、燃料储存管理方案火力发电厂为安全生产都设有储煤场，其目的是：①合理储备一定数量的燃料，保证燃料不间断的供应；②调剂来煤的余缺，缓解供需的矛盾；③上煤混配掺烧后保证煤质符合锅炉的要求；④防止外部条件变化应急燃料的储备。（一）储存燃煤的质量与数量要求火力发电厂煤场储煤来源广泛，不同煤种的质量指标各异，燃煤需要进行掺配才能达到燃用要求。为此，煤场储存煤种之间要保持一定的比例，以此保证燃煤掺配的需求。在实际应用中，合理划分煤场，将来煤分类后储存，既能直观体现煤种分布，又能方便耗用中进行掺配。（二）储存方案的设计储存方案的设计目标为有利于混配燃烧，减少储煤损失，降低储煤热损和减少流动资金占用，要求确定储存总量及不同煤质的储存量。储存量根据日耗量、季节、市场进行确定，是不确定型决策，主要依靠充分的调查研究和经验完成的。为便于实施，本论文结合电厂实际经过摸索后采用定量分析结合经验判断的方法进行燃料储备量的确定。1、总储存量的确定储存量确定模式以分月耗煤量为依据，参照上一年度资料进行分析，并结合影响当期储备煤量的主客观因素确定当月储备量。该储存系统是一个开放系统，综合考虑机组运行要求、煤场情况及煤源状况在保险储煤量与最高储备量之间最终确定储备量。随着各种影响储煤量的主客观因素而变化；要注重全局或长期经济上的合理性。储存量的保持水平是在准确分析市场及需求的基础上合理评价储