多煤种掺烧优化配煤系统的设计与实现

华中科技大学硕士学位论文多煤种掺烧优化配煤系统的设计与实现姓名：姚斯亮申请学位级别：硕士专业：热能工程指导教师：高伟20080605独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在____________年解密后适用本授权书。不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日本论文华中科技大学硕士学位论文1摘要近年来，由于中国经济建设速度的加快，电煤供应日趋紧张，国内很多火电厂在实际运行中所燃用的都不是设计煤种，而是将大量劣质煤与其他煤种进行掺烧。从理论上说，如果掺烧煤种选择恰当，配比合理，能给电厂更大的煤种选择余地，为锅炉的安全和经济运行提供保障。反之，掺烧比例不恰当时，不但降低锅炉的经济运行，而且极可能威胁到锅炉的安全运行。因此，针对锅炉混煤进行掺烧优化分析，对提高火电厂的安全性和经济性都显得尤为重要。本文综述了多煤种掺烧优化配煤系统的发展状况，提出系统的总体构建，确定了系统结构、软硬件设置以及功能设置，采用基于Web的三层分布式应用模式来实现多煤种掺烧优化配煤系统。论文从数据库的基本概念出发，分析了多煤种掺烧优化配煤系统的数据应用需求，设计了数据库的组成结构，详细定义数据库中各种数据库表的结构、索引以及表之间的关系，并对数据库接口设计进行了详细说明。该系统能根据燃煤煤质分析数据、实验室数据和现场试验数据进行优化配煤计算，预测出多煤种掺烧的昀佳配煤比例、混煤特性，基本满足了电厂锅炉进行多煤种掺烧的要求，对电厂工作人员进行锅炉混煤掺烧起到了很好的指导作用，其经济效益、环境效益和社会效益都是巨大的。关键词：多煤种掺烧数据库数据库接口技术系统设计华中科技大学硕士学位论文2AbstractWithChina'srapideconomicgrowth,increaseddemandforcoal,manyofthedomesticpowerplantintheactualoperationcanonlymixalotoflowqualitycoalwithothercoaltocombustioninsteadofdesignedcoal.Ifthecoal-dopedoptionsappropriate,reasonableratio,theplantwillgivegreaterchoiceofcoalfortheboileroperationtoprovidesecurityandeconomicsecurity.Ifthecoal-dopedoptionsnotappropriate,notonlywillreducetheeconomicofboiler,butislikelytoposeathreattothesafeoperationofboilers.Therefore,itisparticularlyimportanttoimprovethesafetyandeconomyofmixingcoalofthermalpowerplant.Aftersummarizingthedevelopmentofmixingcoalblendingsystemoptimization,thispaperputforwardtheoveralldesignofthesystem,includingsystemconfiguration,hardwareandsoftwaresettings,andfunctionsettingofthissystemaccordingtothesceneoftheactualsituationandtheneedsoftheJinwanpowerplant.Thispaperdidaneedsanalysisonthemulti-coalblendingsystemoptimization,designedthecompositionofthedatabasestructure,detaileddefinitionofvariousdatabasetablesinthedatabasestructure,indexandtableoftherelationshipbetweenthedatabaseandinterfacedesign.Thesystemcanbebasedoncoalqualityanalysisofdata,laboratorydataandfieldtestdatatooptimizecoalcalculation,andthentopredictthebestratioofmulti-coalblendedandcharacteristicofmixedcoal.Thesystemhavemettheneedsofmulti-coalblendedofpowerplantboiler,andplayedaverygoodguideofmixedcoalblendingfortheplantstaff.Theeconomicbenefits,environmentalandsocialbenefitsofthissystemareenormous.Keywords:Multi-coalCombustionDatabaseDatabaseInterfaceTechnologySystemDesign华中科技大学硕士学位论文51绪论1.1课题的提出近年来，国家经济飞速发展，而能源作为国民经济的重要物质基础，是国家经济可持续发展的重要保证。能源包括煤、石油、天然气、水能、地热、太阳能以及核能等。煤是中国昀主要的能源物质，但中国煤炭资源有限，分布不均，近年来随着经济发展，煤炭需求量急速上升，煤炭市场供应形势十分严峻，作为煤耗大户的火电厂煤炭供应常常得不到保障，再加上国家有关对锅炉等燃烧设备尽量燃用劣质煤的政策等多种因素的影响，很多电厂在实际运行中所燃用的煤种已经偏离了设计煤种，不得不使用大量劣质煤与其他煤种进行掺烧。混煤掺烧在一定程度是能使混煤在发热量等参数上接近或达到设计值，但却无法保证其稳定性和热效率，掺烧不合理还会加大设备损耗、严重时还会危及机组运行安全，因此在燃用混煤之前一定要对燃用混煤进行试验研究，以确保燃烧的混煤能够满足锅炉负荷及各种安全、环保指标。按照优势互补的原则，不同煤种按照一定的比例进行混合燃烧，是能够弥补燃用单一煤种带来的各种问题，保证锅炉效率和设备安全的。但是，单就试验而言，它存在以下弊端：首先，由于电厂运行不是固定在一定负荷下，往往是根据电网要求，调峰要求等在不断的变化；由于煤炭市场需求巨大，煤炭价格、进煤渠道不稳定，电厂进行掺烧的煤种来源也不稳定，隔一段时间就可能更换煤种。因此，由试验确定的混煤方案只能获得有限方案下的有限数据，只能在特定情况下才能满足要求。其次，机组运行工况复杂，在不同的负荷下面运行，即使燃用同种类的混煤，其昀佳配比也是不一样的，同样，试验只能在某些负荷下的进行，以确定在该负荷下，该种混煤的昀佳配比。当负荷变化时，若采用原配比混煤，可能会造成燃烧不稳定、结渣加剧、污染严重；或者会造成磨煤机出力较低，影响磨煤机经济性和安全性。昀后，火力发电厂是一个非常复杂的系统，包括了种类繁多、数量庞大的仪器设备，因此要求在电厂这个庞大的系统的实际运行工况与前期试验过程中所设定的标准华中科技大学硕士学位论文6工况完全一致是很难做到的。即使电厂燃用了同种煤炭，但是前期的元素分析、工业分析和现场试验所采用的同一种煤种的质量、燃烧特性在不同阶段也会有所不同，即使同一车来煤，其质量和燃烧特性也会有所不同。因此，即使在特定情况下，试验所决定的混煤种类和混煤配比也不一定是昀佳选择。由此可见，单单凭借试验确定电厂燃用混煤的合适的配比作为电厂实际需求的昀佳配比是不太合理的，试验结果不能完全反映电厂掺烧煤种在任意负荷下的昀佳配比。因此，对实际工况点进行正确识别，提高配煤正确率、缩短配煤时间及减少运行人员工作量显得越来越重要。在这种情况下，电厂工作人员希望有一种软件来指导他们进行电厂混煤掺烧，根据电厂的负荷、煤种等要求提供合适的配比。从理论上讲，如果煤种选择恰当，掺烧比例合适，能给电厂更大的煤种选择余地，发挥混合煤种各自的优越性，为机组运行的安全和经济运行提供保障。1.2国内外概况1.2.1国内发展状况国家近年来开展了大量混煤研究工作，如煤炭科学院北京煤化所、浙江大学、西安热工所、哈尔滨发电设备成套设计研究所，华中理工大学煤燃烧国家重点实验室等进行了一些研究。但动力配煤的基础研究还很薄弱。目前国家已有许多电厂将配煤优化的思想应用到了生产实践当中，并获得了可观的经济效益。因此，优化配煤的专家系统也得到了进一步的发展[1]。中国煤炭工业洁净煤工程技术研究中心针对当时动力配煤技术的生产、设计及建设中存在的普遍问题，在90年代就提出并开发集成优化动力配煤技术(IOBSC技术)[2]。该软件在保证商品煤多品种煤质适应用户的前提下，达到工业运行的可操作性及昀佳经济效益。煤炭科学院北京煤化所对动力配煤进行了研究，提出了动力配煤优化配方的数学模型，并开发了动力配煤优化配比的应用软件。北京煤化学研究所开发的动力配煤软件是利用线性规划原理建立目标函数以及约束条件，一般仅根据煤的发热量和挥发分华中科技大学硕士学位论文7的要求进行加权平均，而未综合考虑煤的着火、燃尽、结渣及脱硫等因素。其操作平台为DOS3.3，开发平台为FOXBASE，这种编程环境已经不能适合用户对软件界面的要求[3]。浙江大学热能工程研究所在国家“八五”重点攻关项目的资助下，针对性能各异的数十种无烟煤、烟煤、褐煤及混煤的热解、着火、燃烧、结渣、固硫及助燃特性进行了广泛深入的研究，提出了混煤的煤质特性和燃烧特性与各组成单煤之间并非是简单的加权关系，而是具有复杂的非线性特征这一重要结论。并在此基础上综合考虑了混煤的煤质特性和着火、燃尽、结渣以及排放等指标，运用神经网络技术和模糊数学等现代数学方法建立了非线性的优化动力配煤模型，成功开发了优化配煤专家系统[4]。优化配煤专家系统主要有配煤方案的优化计算、混煤性质预测、在线检测、专家系统诊断、煤场管理、销售查询、成本核算和在线帮助与打印等功能。目前，该优化配煤专家系统已经成功的应用于杭州300万配煤生产线上，并经过改进运用于内蒙古元宝山发电厂[5]。阳春华[6]等人建立具有焦炭质量预测、配煤比计算、配煤流量控制功能的两级结构专家控制系统(ECS)。上一级专家系统(ES)基于配煤生产过程工艺和长期配煤的经验知识，根据给定的焦炭质量指标和各单种煤的质量指标，运用定性定量综合的智能控制算法，求得各单种煤配比，并运用焦炭质量预测模型预测焦炭质量以验证配煤比的准确性。ES由信息获取与处理单元、知识库、推理机构、综合信息处理机构组成。ES的输出集U为各单种煤的配比，作为下一级集散控制系统(DCS)的控制目标值DCS实时监视生产过程、实时管理生产过程数据，由7个控制器实现各配煤槽配煤流量的控制，完成各配煤槽圆盘给料机的自动起动与自动停止。DCS还具备实时故障报警与多级后备，历史趋势曲线、报表的打印与显示功能。ECS由两台工业控制计算机ESC、MMC和HoneywellS9000e控制器实现，于1994年12月正式投入工厂运行。中国矿业大学戴财胜[1]采用Delphi语言开发工具，建立