郭建豪，劉鑫屏

(華北電力大學(xué) 控制與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，河北 保定 071003)

0 引 言

目前火力發(fā)電依然在電力生產(chǎn)中占比最大，但其建設(shè)已逐步從信息化、自動(dòng)化向智能化轉(zhuǎn)變，智慧電廠已成為新的發(fā)展方向。而傳統(tǒng)電廠中存在需要不斷改進(jìn)的地方，例如燃煤管理，僅作為燃煤輸送系統(tǒng)來(lái)使用，但適當(dāng)?shù)呐涿簱綗欣谔岣邫C(jī)組經(jīng)濟(jì)性，以及燃料靈活性[1]。此外，針對(duì)電站燃煤鍋爐煙氣成分包括O2、CO2和SO2等的有效監(jiān)測(cè)有利于實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)燃燒狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及燃燒優(yōu)化控制，同樣能夠?yàn)榻鉀Q排煙污染問(wèn)題及低碳排放提供依據(jù)。

近年來(lái)為了降低燃料成本，國(guó)內(nèi)對(duì)合理配煤摻燒進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[2]在分析鍋爐設(shè)計(jì)煤種與混煤之間的煤質(zhì)偏差的基礎(chǔ)上，建立了以配煤煤質(zhì)偏差為目標(biāo)的優(yōu)化模型；文獻(xiàn)[3]在保證660MW燃煤發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行以及環(huán)保排放的原則上，設(shè)計(jì)出適合該機(jī)組的配煤摻燒方案。而對(duì)于煙氣成分的檢測(cè)，文獻(xiàn)[4]為了克服傳統(tǒng)煙氣分析儀中電化學(xué)傳感器壽命短及測(cè)量精度低的缺點(diǎn)，研制了一種基于光譜分析的便攜式煙氣分析儀；在此基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)[5]設(shè)計(jì)一種光譜儀波長(zhǎng)快速在線校準(zhǔn)方法，可極大地提高煙氣分析儀的穩(wěn)定性和測(cè)量準(zhǔn)確度；文獻(xiàn)[6] 基于傅里葉紅外(FTIR)光譜分析技術(shù)，研制了一種耐高溫的便攜式紅外氣體分析儀；文獻(xiàn)[7]為了評(píng)估某熱電廠煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(CEMS)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，分析了該系統(tǒng)中影響煙氣污染物測(cè)量不確定度分量因素。此外，鑒于燃煤各收到基元素和排煙成分之間的關(guān)系，文獻(xiàn)[8]是在計(jì)算鍋爐效率模型的基礎(chǔ)上，找到了兩者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而建立了基于煙氣成分檢測(cè)的鍋爐煤質(zhì)軟測(cè)量模型；在此基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)[9]通過(guò)分析燃煤燃燒的能量守恒原理以及燃燒化學(xué)機(jī)理，得到煤質(zhì)特性元素與最終燃燒后煙氣成分之間的相關(guān)性，建立了電站鍋爐入爐煤質(zhì)在線監(jiān)測(cè)模型。

綜上所述，本文在保證鍋爐安全運(yùn)行的同時(shí)，以滿足不同負(fù)荷需求以及電廠經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性等多個(gè)目標(biāo)，在分析配煤摻燒方式后，選取褐煤做為摻燒煤種完成配煤優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。而入爐煤質(zhì)的監(jiān)測(cè)是實(shí)現(xiàn)合理配煤的前提，因此利用軟測(cè)量技術(shù)得到煤種工業(yè)分析包括收到基灰分Aar、水分Mt和低位發(fā)熱量Qnet.ar，進(jìn)而完成煤質(zhì)的元素分析。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合煤質(zhì)各收到基元素與鍋爐煙氣成分之間的關(guān)系，建立了超超臨界機(jī)組鍋爐煙氣成分分析模型，最終實(shí)現(xiàn)鍋爐排煙成分以及煙氣流量的檢測(cè)。

1 鍋爐設(shè)備及煤質(zhì)分析

1.1 鍋爐設(shè)備概況

以GHJJ電廠5號(hào)660MW超超臨界機(jī)組鍋爐為研究對(duì)象，其額定工況蒸發(fā)量為1899 t/h，最大連續(xù)蒸發(fā)量為2060 t/h。制粉系統(tǒng)中配置6臺(tái)中速磨煤機(jī)，分別布置在爐膛側(cè)面，對(duì)應(yīng)各層自下而上分別為A磨、B磨、C磨、D磨、E磨、F磨，其中每層分四角共有24只直流式燃燒器，隨著一次風(fēng)將煤粉以風(fēng)粉混合物方式吹入。最下面兩層(A、B層)設(shè)置有等離子點(diǎn)火設(shè)備，在爐膛中心，通過(guò)一次風(fēng)煤噴嘴最終形成四角切圓燃燒方式，其主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)Tab.1 Main design parameters of boiler

1.2 煤質(zhì)分析

該電站鍋爐實(shí)際燃煤種類較為單一，其設(shè)計(jì)和校核煤質(zhì)的工業(yè)和元素分析如表2所示。

表2 煤質(zhì)工業(yè)和元素分析Tab.2 Coal industry and element analysis

由表中數(shù)據(jù)分析可知該電廠所用燃煤特性為：優(yōu)點(diǎn)是特低硫、中高熱值、中等水分，缺點(diǎn)是高灰分、較難磨且有結(jié)渣性，綜合這些特點(diǎn)該煤種屬于煙煤。從揮發(fā)分和熱值看，該煤具有較強(qiáng)的爆炸性傾向，因此可通過(guò)摻燒其他煤種進(jìn)行入爐煤質(zhì)的改善。此外，國(guó)內(nèi)煤炭?jī)r(jià)格一直居高不下，使得燃煤成本以及發(fā)電成本逐漸提高，嚴(yán)重影響電廠的經(jīng)濟(jì)效益。綜上所述該電廠燃煤需要進(jìn)一步合理?yè)綗渌淤|(zhì)煤，在滿足鍋爐運(yùn)行負(fù)荷的同時(shí)以降低發(fā)電成本，提高入爐燃煤的靈活性。

2 配煤摻燒方案及仿真實(shí)驗(yàn)分析

一方面隨著我國(guó)煤炭資源的大量消耗，燃煤價(jià)格居高不下，這使得火力發(fā)電廠成本增加。另一方面，在滿足鍋爐運(yùn)行安全性的前提下，根據(jù)機(jī)組不同負(fù)荷下的磨煤機(jī)組合方式，合理分配煤種進(jìn)行摻燒，能夠提高煤種的靈活性。基于此，配煤摻燒技術(shù)通過(guò)對(duì)不同工況進(jìn)行配比摻燒，在保證機(jī)組正常運(yùn)行的前提下，不僅可以提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益，而且改善了入爐煤種特性，可服務(wù)于燃燒優(yōu)化[10]。具體的配煤摻燒方案流程圖如圖1所示。

圖1 配煤摻燒方案流程圖Fig.1 Flow chart of coal blending and burning scheme

配煤的前提是要得到入爐各煤質(zhì)具體元素成分，再按一定比例進(jìn)行摻燒，因此首先建立基于軟測(cè)量的煤質(zhì)分析模型，利用 Matlab仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)煤種參數(shù)對(duì)比，驗(yàn)證其精確度。其次，對(duì)比電廠常用煤種，選取相互補(bǔ)的摻燒煤種，依據(jù)鍋爐燃燒特性選擇合適的配煤摻燒方式。最后篩選出滿足電廠不同負(fù)荷下的最典型工況進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，確定合理的配煤方案及摻燒比例。

2.1 煤質(zhì)分析軟測(cè)量

實(shí)現(xiàn)入爐煤質(zhì)的準(zhǔn)確測(cè)量是配煤摻燒的重要前提[11]，其中收到基灰分、水分以及低位發(fā)熱量是燃煤的主要性能參數(shù)。但目前較準(zhǔn)確的測(cè)量方法需要人工取樣再儀器檢測(cè)或是借助一些昂貴的硬件設(shè)施。而軟測(cè)量技術(shù)是通過(guò)建立較易測(cè)量的相關(guān)信號(hào)與被測(cè)變量之間的密切相關(guān)性，最終得到不可測(cè)或較難被測(cè)變量的一種有效方法[12，13]。利用軟測(cè)量技術(shù)結(jié)合該電廠運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)，按照磨煤機(jī)的能量平衡原理，研究了制粉系統(tǒng)中磨煤機(jī)電流、磨入口和出口溫度和磨給煤量等相關(guān)參數(shù)之間的聯(lián)系。在此基礎(chǔ)上，利用Matlab軟件建立了燃煤收到基灰分Aar和水分Mar等成分的軟測(cè)量模型。

其中對(duì)于煤的元素成分包括碳(C)、氫(H)、氧(O)、氮(N)、硫(S)以及灰分(A)和水分(M)，各收到基成分百分比可表示為

Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%

(1)

由于受到外界環(huán)境等因素的影響，煤種之間灰分和水分會(huì)有較大的差異，而其他成分變化較小[14]。因此先確定該電廠所用煤種Aar和Mar的含量，再依照設(shè)計(jì)煤種中其他收到基成分的占比進(jìn)而確定實(shí)時(shí)入爐燃煤各成分。對(duì)于低位發(fā)熱量，依據(jù)與煤質(zhì)各元素的關(guān)系采用門捷列夫公式計(jì)算[15]得到

Qnet.ar=339Car+1028Har-

109(Oar-Sar)-25Mar

(2)

式中：Qnet.ar為煤的低位發(fā)熱量，kJ/kg；Car為收到基碳元素含量，%；Har為收到基氫元素含量，%；Oar為收到基氧元素含量，%；Sar為收到基硫元素含量，%；Mar為收到基水分含量，%。

綜上所述，整體組成入爐煤質(zhì)軟測(cè)量模型，模型的輸入數(shù)據(jù)來(lái)自該電廠的DCS系統(tǒng)，并從中提取機(jī)組某天中穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)磨煤機(jī)的一段數(shù)據(jù)，再經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到這天1000條采集點(diǎn)參數(shù)。

在鍋爐實(shí)際運(yùn)行中，考慮到四角切圓燃燒方式不允許兩層及以上隔層燃燒，6臺(tái)磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)的64種啟停組合中會(huì)有23種合法組合方式，如表3所示。其中A、B兩臺(tái)磨煤機(jī)中必定有一臺(tái)磨處在運(yùn)行狀態(tài)。因此在實(shí)際的煤質(zhì)軟測(cè)量計(jì)算中只需要采集這兩臺(tái)磨煤機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，再利用所建立的煤質(zhì)軟測(cè)量模型，最終得到煤質(zhì)信息。

表3 6臺(tái)磨合法組合方式Tab.3 Six sets of grinding methods

而為了簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)，選擇采集到該電廠在某時(shí)刻負(fù)荷660MW運(yùn)行下B磨煤機(jī)的一組數(shù)據(jù)和其它相關(guān)參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，包括B磨給煤量、B磨出口溫度、B磨入口風(fēng)溫、B磨煤機(jī)電流和B磨一次風(fēng)量走勢(shì)如圖2所示。此外選取B磨的一組數(shù)據(jù)和其它相關(guān)參數(shù)做為模型輸入，相關(guān)數(shù)據(jù)如表4。最后軟測(cè)量模型驗(yàn)證結(jié)果與電廠實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)比如表5所示。

表4 軟測(cè)量模型輸入?yún)?shù)Tab.4 Input parameters of soft sensor model

圖2 電廠采集數(shù)據(jù)Fig.2 Data collected by power plant

由表5分析可知，該電廠某一時(shí)刻B磨的運(yùn)行數(shù)據(jù)作為入爐煤質(zhì)軟測(cè)量模型的輸入，輸出包括Mar、Aar、Qnet.ar等各收到基元素的計(jì)算值與電廠實(shí)際值誤差均在±4.1%以內(nèi)。所建立的模型可為實(shí)際電廠煤質(zhì)的在線監(jiān)測(cè)提供一種簡(jiǎn)便又可靠的方法，也為配煤摻燒實(shí)驗(yàn)奠定煤質(zhì)測(cè)量的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

表5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比Tab.5 Comparison of experimental results

2.2 摻煤特性及摻燒方式選擇

配煤摻燒原則為根據(jù)來(lái)煤結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn)，在保證機(jī)組穩(wěn)燃、環(huán)保指標(biāo)達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行合理?yè)脚?，提升電廠經(jīng)濟(jì)效益。因此依照該電廠的設(shè)計(jì)煤種(煙煤，價(jià)格為650元/t)選取其他較低熱值的煤進(jìn)行配煤摻燒實(shí)驗(yàn)。此外為減少運(yùn)輸成本，在離該電廠較近的煤種中選取3種低熱值褐煤進(jìn)行實(shí)驗(yàn)[16]，其主要的煤質(zhì)特點(diǎn)如表6所示。

表6 摻燒煤種特性Tab.6 Characteristics of blended coal types

在選取摻燒煤種時(shí)，最重要的是能與該電廠設(shè)計(jì)煤種及常用煤種相互補(bǔ)。該電廠設(shè)計(jì)煤種發(fā)熱量高、水分和含硫量低，但揮發(fā)分高，而選取的納源褐煤水分、灰分高，硫分較多，但價(jià)格低。因此采用納源褐煤作為最終的摻燒煤種，一方面充分發(fā)揮褐煤在價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)，另一方面利用其與設(shè)計(jì)煤種的互補(bǔ)性，增加機(jī)組效率，提高發(fā)電收益。

在配煤摻燒方式的選取上，傳統(tǒng)的方式有爐前摻配，爐內(nèi)混燒，但這種摻燒方式只能用于兩兩煤種相近的進(jìn)行摻燒，且存在其他不足之處[17]。因此，出現(xiàn)了新的摻燒方式即分磨制粉,可進(jìn)一步分為：(1)分磨制粉，直吹爐內(nèi)摻燒；(2)分磨制粉，分倉(cāng)儲(chǔ)存，爐內(nèi)摻燒；(3)分磨制粉，倉(cāng)內(nèi)摻混，爐內(nèi)混燒。其中第一種摻燒方式適用于直吹式制粉系統(tǒng)，而其他兩種摻燒方式適用于中間儲(chǔ)倉(cāng)式制粉系統(tǒng)[18]。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)對(duì)象機(jī)組鍋爐相關(guān)設(shè)備的特點(diǎn)，采用分磨制粉的第一種方式進(jìn)行配煤摻燒實(shí)驗(yàn)。

2.3 實(shí)驗(yàn)工況劃分

對(duì)應(yīng)不同負(fù)荷下，該電廠鍋爐各燃燒器投入方式如表7所示。

表7 各燃燒器投入方式Tab.7 Input method of each burner

針對(duì)660MW機(jī)組同樣的研究對(duì)象，文獻(xiàn)[19]對(duì)6臺(tái)磨煤機(jī)的23種合法啟停組合方式，通過(guò)燃燒優(yōu)化參數(shù)調(diào)整實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了詳細(xì)的典型工況選取。因此按照其選取結(jié)果，依照五運(yùn)一備的原則最終確定配煤摻燒實(shí)驗(yàn)工況包括磨煤機(jī)組合方式為ABC、BCDE、ABCDE這三種典型工況，同時(shí)也滿足了該電廠從低負(fù)荷到高負(fù)荷不同負(fù)荷段下的運(yùn)行要求。

2.4 仿真實(shí)驗(yàn)

燃煤熱值與其價(jià)格存在一定比例關(guān)系，而目前市場(chǎng)上高熱值煤的價(jià)格是低熱值煤的2～3倍。雖然低熱值煤種不利于鍋爐燃燒，且含硫量大影響環(huán)保指標(biāo)，但價(jià)格低的優(yōu)勢(shì)可有效改善電廠的經(jīng)濟(jì)效益。

因此通過(guò)配煤摻燒實(shí)驗(yàn)，加入低熱值的煤種。但配煤摻燒比例受到多種因素的影響，包括爐膛燃燒穩(wěn)定工況、煙氣含硫量、煤價(jià)成本等。在滿足以上多種目標(biāo)優(yōu)化配煤的前提，對(duì)摻燒煤質(zhì)參數(shù)及配煤比例進(jìn)行限制，保證機(jī)組高低負(fù)荷都可穩(wěn)定燃燒，防止?fàn)t膛結(jié)渣、排煙溫度過(guò)高以及飛灰含碳量和煙氣中SO2、NOx含量超過(guò)國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)合該電廠校核煤種數(shù)據(jù)以及實(shí)際要求，則多目標(biāo)優(yōu)化配煤具體條件如下。

(1) 配煤比例%

進(jìn)行配煤?jiǎn)蚊罕壤豢沙^(guò)1，

x1+x2+…+xn=1且0

(3)

以兩種煤配煤為例，摻燒后混煤煤質(zhì)各成分按公式(4)所得

(4)

式中：U1為原煤煤質(zhì)各元素成分；U2為摻煤煤質(zhì)各元素成分。

(2) 低位發(fā)熱量

配煤的熱值越低，則制粉電耗加大，會(huì)導(dǎo)致鍋爐爐膛內(nèi)燃燒不穩(wěn)定；而熱值越高，隨著高熱值煤的大量消耗，將加大電廠發(fā)電成本。因此，依照該機(jī)組實(shí)際的運(yùn)行要求以及設(shè)計(jì)煤種和校核煤種的數(shù)據(jù)，對(duì)于摻配混煤熱值Qnet.ar應(yīng)滿足如下條件：

20≤x1Qnet.ar1+x2Qnet.ar2+…xnQnet.arn≤25

(5)

(3) 煤質(zhì)收到基成分

煤質(zhì)中揮發(fā)分如果太高會(huì)破壞燃燒器噴口，而數(shù)值太低又會(huì)引起煤粉著火相對(duì)困難，或者會(huì)引起爐膛內(nèi)熄火的嚴(yán)重后果，則揮發(fā)分Vdaf約束條件為

20%≤x1Vdaf1+x2Vdaf2+…+xnVdafn≤40%

(6)

此外，如果煤種硫份Sar含量過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致鍋爐內(nèi)部出現(xiàn)結(jié)渣、腐蝕煙道等嚴(yán)重現(xiàn)象；再者對(duì)于水分Mar，其數(shù)值太高影響穩(wěn)定燃燒，且對(duì)應(yīng)的煤質(zhì)中低位發(fā)熱量就會(huì)有所降低，水分的高低直接影響著鍋爐的燃燒以及入爐煤的質(zhì)量；而灰分Aar含量如果過(guò)大，會(huì)加劇鍋爐中受熱面的磨損程度，以及堵塞空氣預(yù)熱器等嚴(yán)重后果。因此在滿足以上目標(biāo)要求的基礎(chǔ)上，約束公式如下：

0≤x1Sar1+x2Sar2+…+xnSarn≤0.9%

(7)

0≤x1Mar1+x2Mar2+…+xnMarn≤18%

(8)

0≤x1Aar1+x2Aar2+…+xnAarn≤18%

(9)

(4) 煤價(jià)成本

在滿足以上多目標(biāo)下的配煤煤種，仍要考慮最終入爐燃煤的價(jià)格，以尋求最低成本S，Ci為單煤成本價(jià)格。

MinS=∑Cixi

(10)

配煤實(shí)驗(yàn)中，為了有效防止?fàn)t膛內(nèi)出現(xiàn)結(jié)渣現(xiàn)象，以下層燃燒器及A磨開始一層一層逐漸往上投入褐煤。針對(duì)篩選后的三種典型工況，滿足不同負(fù)荷條件后摻燒一定比例的褐煤則需要進(jìn)行12組實(shí)驗(yàn)，但在滿足以上多目標(biāo)配煤摻燒條件后最終篩選出4組，實(shí)驗(yàn)組合及結(jié)果如表8所示。

表8 實(shí)驗(yàn)工況及摻燒方式Tab.8 Experimental conditions and blending methods

在滿足多目標(biāo)優(yōu)化配煤條件后，表7中針對(duì)該機(jī)組不同負(fù)荷下的典型工況逐層摻燒褐煤進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：機(jī)組在低負(fù)荷330MW運(yùn)行時(shí)，選取摻燒比例為1∶3,A磨摻燒褐煤；機(jī)組在450MW運(yùn)行時(shí)，選取摻燒比例為1∶4,A磨摻燒褐煤；機(jī)組在660MW運(yùn)行時(shí)，選取摻燒比例為2∶5,A、B磨摻燒褐煤。按照以上比例進(jìn)行摻燒褐煤，為實(shí)際的配煤摻燒建立理論依據(jù)，混煤煤質(zhì)則可通過(guò)軟測(cè)量模型得到。同時(shí)為機(jī)組摻燒其他煤種包括劣質(zhì)煤提供一種方法，以提高電廠經(jīng)濟(jì)效益。

3 煙氣成分分析模型

在完成機(jī)組入爐多目標(biāo)優(yōu)化配煤摻燒實(shí)驗(yàn)后，實(shí)現(xiàn)了電站鍋爐入爐煤質(zhì)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。在分析煤質(zhì)收到基各元素和鍋爐排煙氣體成分特性之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立了基于配煤摻燒后煤質(zhì)檢測(cè)的電站鍋爐排煙成分分析模型，為鍋爐排煙各主要成分檢測(cè)提供一種有效方法。

鍋爐爐膛內(nèi)復(fù)雜的燃燒過(guò)程中，最終的產(chǎn)物之間存在密切的關(guān)聯(lián)，該煙氣成分分析模型中心思想就是通過(guò)燃燒的化學(xué)平衡式反向計(jì)算出排煙中各成分的含量[17]。所建立的模型如圖3所示。輸入包括過(guò)量空氣系數(shù)α、總給煤量Cf、煤質(zhì)收到基各成分(含碳量Car、含氫量Har、含氧量Oar、含氮量Nar、含硫量Sar、水分Mar)以及未完全燃燒損失qgt，輸出包括理論空氣量V0、實(shí)際空氣量V1、煙氣流量Fg以及煙氣中主要的氣體體積(VCO2、VSO2、VN2、VH2O、VO2)。

圖3 煙氣成分分析模型Fig.3 Analytical model of flue gas composition

其中，對(duì)于輸入信號(hào)過(guò)量空氣系數(shù)a，其定義如公式(11)所示。當(dāng)煤粉燃燒較充分時(shí)，可利用其與氧量的關(guān)系得到計(jì)算公式(12)：

a=V1/V0

(11)

式中：V0為理論空氣量；V1為實(shí)際空氣量。

a=21%/(21%-φO2)

(12)

式中：φO2為鍋爐尾部煙道煙氣含氧量，%。

此外煙氣流量約等于其中5種主要?dú)怏w成分流量之和，給煤量依據(jù)電廠實(shí)際運(yùn)行時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)；而煤質(zhì)收到基各成分則按照所建立的煤質(zhì)軟測(cè)量模型得到；未完全燃燒損失qgt計(jì)算公式如下[20]，其中煤質(zhì)收到基灰分和低位發(fā)熱量都可通過(guò)建立的煤質(zhì)軟測(cè)量模型得到。此外該電廠安裝了飛灰含碳量測(cè)量?jī)x，而飛灰份額取0.9，爐渣份額取0.1。

(13)

式中：φa為飛灰量在入爐總灰量的占比，%；φd為爐渣量在入爐總灰量的占比，%；Ca為飛灰含碳量，%；Cd為爐渣含碳量，%。

選取多目標(biāo)優(yōu)化配煤摻燒中建立的煤質(zhì)軟測(cè)量模型得到的入爐煤質(zhì)綜合數(shù)據(jù)，見(jiàn)表5，將此做為煙氣分析模型的基礎(chǔ)。同時(shí)，從該電廠DCS中提取機(jī)組在660MW穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)同一時(shí)刻的總給煤量、過(guò)量空氣系數(shù)、飛灰含碳量以及爐渣含碳量，這些相關(guān)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)做為整個(gè)模型的輸入，最終計(jì)算得到各輸出數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)煙氣流量以及各煙氣成分的軟測(cè)量，其中相關(guān)的煙氣成分分析模型部分輸入和輸出結(jié)果如表9所示。

表9 模型輸入輸出Tab.9 Model input and output

為了進(jìn)一步驗(yàn)證該分析模型的有效性，依照模型整體思路，選取機(jī)組在660MW平穩(wěn)運(yùn)行的50組原始數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，包括煤質(zhì)軟測(cè)量的輸入數(shù)據(jù)。通過(guò)煤質(zhì)軟測(cè)量模型得到入爐煤質(zhì)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)后，最終選取模型輸出數(shù)據(jù)中煙氣各成分較為重要的SO2含量，及模型測(cè)量值與電廠實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比分析，如圖4所示。

圖4 SO2模型分析值與實(shí)測(cè)值Fig.4 Analyzed and measured values of SO2 model

圖4是煙氣中SO2含量計(jì)算值和電廠實(shí)際值的對(duì)比曲線，可以看出經(jīng)過(guò)該分析模型測(cè)量的煙氣SO2含量信息不僅具有較高的精度，而且在動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)上與實(shí)際的變化情況相吻合，誤差在±5%以內(nèi)。所建立的煙氣成分分析模型能夠提供有價(jià)值的煙氣成分參考值,也為難以測(cè)量的煙氣流量提供一種軟測(cè)量方法，且可以進(jìn)一步得到鍋爐排煙熱量及排煙損失，為燃燒優(yōu)化提供數(shù)據(jù)參考。

4 結(jié) 論

基于磨煤機(jī)能量平衡原理，建立了煤質(zhì)軟測(cè)量模型后進(jìn)行配煤摻燒。在確保鍋爐運(yùn)行安全的前提下，多目標(biāo)優(yōu)化合理配置褐煤。不僅降低了燃煤的成本，提高了燃料的綜合效益以及煤種靈活性，而且還實(shí)現(xiàn)了電廠節(jié)能降耗，使其收益最大化。

在此基礎(chǔ)上，分析了鍋爐排煙各氣體成分與煤質(zhì)收到基元素之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，最終建立了鍋爐煙氣成分分析模型。該模型能夠提供有價(jià)值的排煙成分參考值，有效指導(dǎo)火電機(jī)組低碳排放，同時(shí)為鍋爐燃燒優(yōu)化提供依據(jù)。