火电厂配煤掺烧方案优化技术研究

摘 要：配煤掺烧是火电厂优化燃煤质量、提高燃烧效率及减少污染排放的重要手段。本文针对火电厂配煤掺烧方案的优化技术进行了研究，通过分析不同煤种特性及掺烧配比对锅炉性能、排放特性及经济性的影响，提出了基于多目标优化方法的配煤掺烧方案。通过应用现代信息技术及计算机模拟手段，结合实际运行数据，验证了优化方案的有效性。研究表明，优化配煤掺烧方案可有效降低燃料成本、提高锅炉燃烧效率，减少NOx、SOx等有害气体排放，为火电厂的节能降耗及环保提供了技术支持。

关键词：火电厂；配煤掺烧；燃烧优化；污染控制；多目标优化

引 言：

火力发电作为我国能源供应的主要来源之一，燃煤电厂在发电过程中面临着燃料成本上升和环境污染加剧的双重压力。如何在保证发电效率的同时，降低燃料成本并减少污染物排放，成为火电厂运营中的核心问题。配煤掺烧技术通过将不同种类的煤混合燃烧，实现燃料性能的优化，具有降低燃煤成本、提高锅炉效率和减少污染物排放的潜力。因此，研究配煤掺烧方案的优化技术对火电厂的可持续发展具有重要意义。

一、火电厂配煤掺烧的理论基础

1.1 配煤掺烧的基本概念

配煤掺烧是指在火力发电厂运行过程中，将不同特性的煤炭按照一定比例混合使用，以优化燃料性能、提高燃烧效率并降低污染物排放。由于不同煤种的发热量、灰分、挥发分及硫含量等物理和化学特性各异，单一煤种难以同时满足经济性、环保性及燃烧效率等多方面要求。因此，通过合理选择和搭配不同煤种，可以平衡各类煤炭的优势与劣势，实现燃料综合性能的最优。配煤掺烧不仅能够降低优质煤的使用比例，降低燃料成本，还能根据锅炉运行特性和环保要求调整掺配比例，从而达到降低污染物排放、提高锅炉运行稳定性的效果。

1.2 不同煤种的燃烧特性及其影响因素

煤炭的燃烧特性主要受发热量、挥发分、灰分、硫分和固定碳含量的影响。高挥发分煤种通常具有较快的燃烧速率，但燃烧过程中产生的烟气多，污染物排放量高；低挥发分煤种燃烧稳定性好，适合于需要长时间高负荷运行的锅炉。灰分含量高的煤种易造成锅炉结渣问题，影响热效率，并且灰分高的煤种通常会增加排放物中的颗粒物浓度。而硫分含量较高的煤种则会在燃烧过程中生成更多的SOx，增加酸雨的风险。例如，山西地区的烟煤含硫量较高，但具有较高的发热量，因此在实际生产中，需要将其与硫分较低的褐煤进行掺烧，减轻环保压力。

1.3 配煤掺烧对锅炉性能及排放特性的影响

配煤掺烧技术的合理运用对火电厂锅炉的燃烧性能和污染物排放具有重要影响。配煤掺烧能够有效调节煤炭燃烧的稳定性和完全性，提高燃烧效率。以华能集团大同电厂为例，该厂通过掺烧高热值的无烟煤与低热值的褐煤，提高了锅炉的热利用率，使发电效率提升了5%左右。同时，配煤掺烧还能显著减少NOx和SOx等污染物的排放。不同煤种的混合燃烧会影响炉膛的温度分布和燃烧过程中的还原气氛，从而控制NOx的生成。此外，掺烧低硫煤能够有效减少SOx的排放。比如华电浙江分公司通过掺烧低硫褐煤，将SOx排放量减少了20%以上，实现了较好的环保效果。

二、火电厂配煤掺烧方案优化方法

2.1 多目标优化的基本理论

火电厂配煤掺烧方案的优化通常涉及多个目标，主要包括燃料成本的最小化、锅炉燃烧效率的最大化和污染物排放的最小化。多目标优化方法在处理这些相互矛盾的目标时，能够通过权重分配和平衡各目标的优先级，找到适合特定工况的最优方案。以河南省鹤壁电厂为例，该厂在配煤掺烧过程中使用了基于多目标优化的决策模型，平衡了燃料成本和环保要求。通过引入燃料成本、锅炉效率及排放量三个主要变量，建立了目标函数，并利用遗传算法等优化工具实现了最优掺烧方案的选择，使电厂在维持高效发电的同时，年燃料成本降低了8%。

2.2 配煤掺烧方案的优化模型构建

优化模型的构建是配煤掺烧技术应用的关键步骤。优化模型通常以煤种特性、锅炉运行特性和环保指标为基础，结合电厂的实际工况，通过数学建模进行求解。在模型中，煤种的发热量、灰分、硫分等作为输入变量，燃烧效率、污染物排放量和燃料成本作为目标函数，通过优化算法进行求解。大唐集团抚顺电厂在构建优化模型时，采用了基于神经网络的燃烧模型，结合实际运行数据，模拟不同煤种的燃烧特性和锅炉反应。通过大量历史数据的学习和预测，该模型能够快速给出不同工况下的最优掺烧方案，大大提高了电厂的运行效率。

2.3 计算机模拟在配煤掺烧方案优化中的应用

计算机模拟技术在火电厂配煤掺烧方案的优化过程中起着至关重要的作用。通过数值模拟技术，可以准确预测不同煤种掺烧对锅炉运行的影响，并进行多次模拟试验以优化配煤方案。以华润电力南通公司为例，该公司引入了CFD（计算流体动力学）模拟技术，对掺烧方案进行了详细的分析。通过模拟不同煤种的燃烧过程及炉膛内的温度分布情况，优化了煤种配比，使锅炉的燃烧效率提高了4%。同时，通过模拟还可以发现锅炉内部可能存在的高温区或结渣风险，从而提前采取预防措施，保证设备的安全运行。

三、配煤掺烧方案优化的应用与实证分析

3.1 优化配煤掺烧方案的实施流程

优化配煤掺烧方案的实施流程包括煤种选择、实验室分析、方案模拟和现场验证四个主要步骤。首先，通过对不同煤种的物理化学特性进行详细分析，确定合适的掺烧煤种。其次，利用实验室燃烧测试对不同配比的燃烧特性进行验证。然后，采用计算机模拟技术对掺烧方案进行初步优化，确定理论上的最优配比。最后，将优化后的配煤方案应用于实际锅炉运行过程中，通过现场数据反馈不断调整掺配比例，确保方案的可行性和经济性。例如，华能集团山东分公司在实施优化配煤掺烧方案时，采用了上述流程，经过多次现场验证，最终选择了山西无烟煤与内蒙古褐煤的最优掺配比例，大幅降低了燃料成本。

3.2 优化配煤掺烧方案的经济效益分析

通过优化配煤掺烧方案，火电厂可以显著降低燃料成本，提升经济效益。以华电集团河北定州电厂为例，经过优化的掺烧方案将褐煤的掺烧比例提高了15%，使得年燃料成本节约近2000万元。此外，燃烧效率的提高也带来了发电效率的提升，优化后单位发电量所消耗的燃料减少了3%，进一步提高了电厂的经济效益。通过综合利用优质煤与低质煤的配比，可以在保障发电效率的同时，减少对高成本煤种的依赖，提高电厂的竞争力。

四、结语

综上所述，配煤掺烧作为一种提升火电厂燃烧效率和降低污染物排放的有效技术手段，在实际应用中具有广泛的潜力和优势。本文通过研究不同煤种特性及其混合掺烧对锅炉运行性能和环境排放的影响，提出了基于多目标优化的配煤掺烧方案。研究结果表明，科学合理的配煤掺烧方案不仅能有效提高燃料利用率、降低燃料成本，还能显著减少NOx、SOx等有害气体的排放，有助于推动火电厂的节能减排和环保目标的实现。

参考文献：

[1] 基于深度调峰的火电机组配煤掺烧策略研究[J]. 杨茂林;孙利娟;代宾;武文亮;蔡敏;李硕.煤质技术，2022（05）

[2] 火电厂燃煤配煤掺烧技术研究[J]. 肖斌.内蒙古煤炭经济，2022（16）