电厂混煤燃烧最优掺配比例的确定
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第 1 卷第 2 期 2004 年 9 月
长沙理工大学学报 (自然科学版) Journal of Changsha University of Science and Technology( Natural Science)
文章编号 :1672 - 9331 (2004) 02 - 0052 - 04
厂锅炉安全经济运行 ,减少二氧化硫对环境的污染 ,有着重要的作用.
关键词 : 电厂 ;混煤 ;最优化
中图分类号 : TK223. 7 + 2
文献标识码 : A
随着我国电力工业改革的深化以及煤炭市场的放开 ,加上煤矿分布不均等因素 ,各电厂目前燃用的 煤种发生了较大的变化 :许多电厂不仅燃用本地设计煤种 ,也燃用外来煤种. 例如湖南某些电厂 ,除燃用 本地煤外 ,还燃用山西煤 、安徽煤等. 可以预见 ,随着“厂网分开 ,竞价上网”措施的进一步落实 ,电厂燃用 外来煤种的比重还会进一步增大. 这样 ,不同煤质以何种比例混合燃烧才能既保证锅炉运行的安全性 、经 济性 ,又保证污染物的排放量达到要求 ,这是一个待研究的课题. 混煤燃烧以前多从试验的角度进行研 究[1 ,2] ,也有采用非线性规划理论进行研究的[3] . 本研究采用线性规划理论确定电厂混煤燃烧最优掺配比 例. 因为线性规划有比较成熟和有效的解法 ,即使在变量较多的情况下 ,也能以很高的速度求出最优解. 而且 ,非线性规划问题也可通过逐步线性规划方法使其转变为线性规化简得 :
17 167 x1
+ 16 748 x2 + 24 703 x3 + 19 679 x4 x1 + x2 + x3 + x4 + x5
+ 18 539 x5
=
19 872 ,
xi ≥0 , i = 1 ,2 , …,5.
Min Z = 200 x1 + 190 x2 + 300 x3 + 230 x4 + 215 x5 ; s. t . 9 x1 + 7 x2 + 12 x3 + 13 x4 + 15 x5 ≤12 000 ,
350 x1 + 298 x2 + 135 x3 + 156 x4 + 332 x5 ≤260 000 , 80 x1 + 150 x2 + 100 x3 + 170 x4 + 86 x5 ≤110 000 ,
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
Determination of Optimal Admixture Ratio for Blended Coal Combustion in Power Plant
WANG Yun2min
(College of Energy and Power Engineering , Changsha University of Science and Technology , Changsha 410076 ,China)
2. 3 计算机程序框图及计算结果 计算机程序框图如图 1 所示.
图 1 单纯形法计算程序框图
经过编制计算机程序上机计 算 , 得 出 该 电 厂 混 煤 燃 烧 的 最 优 掺 配 比 例 : x1 = 0 t , x2 = 258. 9 t , x3 = 283. 60 t , x4 = 41. 75 t , x5 = 416. 45 t . 按照这一比例混合燃烧时 , 整个电厂的燃料费用最低 , Z = 233 274. 2 元.
Min Z = 200 x1 + 190 x2 + 300 x3 + 230 x4 + 215 x5 ;
s. t.
0. 009 x1
+ 0. 007 x2 x1 +
+ 0. 012 x3 + 0. 013 x4 x2 + x3 + x4 + x5
+ 0. 015 x5
≤0. 012 ,
0. 35 x1
54
长沙理工大学学报 (自然科学版)
2004 年 9 月
17 167 x1 + 16 748 x2 + 24 703 x3 + 19 679 x4 + 18 539 x5 = 19 872 000 , xi ≥0 , i = 1 ,2 , …,5.
2. 2 将原线性规划转变为标准型线性规划 本例计算中 ,采用单纯形法中的人工变量法 (大 M 法) . 首先 , 在约束方程中引入松弛变量 x6 , x7 , x8 ,
〔参考文献〕
[1 ] 高正阳 ,方立军. 混煤燃烧特性的热重试验研究[J ] . 动力工程 ,2002 ,22 (3) :1 76421 767. [2 ] 李永华 ,陈鸿伟. 烟煤混煤综合燃烧试验研究[J ] . 电站系统工程 ,2002 ,18 (4) :11213. [3 ] 程 军 ,曹欣玉. 多元优化动力配煤方案的研究[J ] . 煤炭学报 ,2000 ,25 (1) :81285. [4 ] 郭丙然. 最优化技术在电厂热力工程中的应用[M] . 北京 :水利电力出版社 ,1986. [5 ] 俞国泰. 电厂热力设备及运行[M] . 北京 :中国电力出版社 ,1997.
3 结 论
1) 通过最优化分析及上机计算 ,可确定电厂混煤燃烧的最优掺配比例. 按照这一混合比例进行配煤 燃烧 ,不仅可保证锅炉安全经济运行和低污染 ,而且还可使所消耗的燃料费用为最小.
2) 电厂混煤燃烧的各项煤质指标是确定最优掺配比例的前提. 因而 ,入厂煤起卸前应严格规范取
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
Min Z = { C} { X} ; s. t . { A} { X} = { b} ,
{ X} ≥0. 式中 :Min Z 是目标函数达最小值 ; s. t . 是 Subject to 的缩写 ,指受约束于 ;{ A} 是 1 个 ( m ×n) 矩阵 ; { X} 是 1 个 ( n ×1) 的列向量 ;{ b} 是 1 个 ( m ×1) 的列向量 ;{ C} 是一个 (1 ×n) 的行向量. 即 :
+ 0. 298 x2 + 0. 135 x3 + 0. 156 x4 x1 + x2 + x3 + x4 + x5
+ 0. 332 x5
≤0. 26 ,
0. 08 x1
+ 0. 15 x2 x1 +
+ 0. 10 x3 + 0. 17 x4 x2 + x3 + x4 + x5
+ 0. 086 x5
第 1 卷第 2 期
王运民 :电厂混煤燃烧最优掺配比例的确定
55
样 、化验和分析. 另外 ,为有利于混煤燃烧最优掺配比例的配制 ,入厂煤进入干燥棚后应严格分类堆放 ,应 有详细的煤场分布图.
3) 应用线性规划理论确定电厂混煤燃烧的最优掺配比例 ,不受混合煤种多少及组成成分的限制 ,只 要将煤质的有关指标数据输入计算机 ,计算机马上就会显示出各种煤质的最优掺配比例. 如果使用中限 制条件变化或还需其它的限制条件 ,则只要修改相应的约束方程或增加约束方程的个数即可. 例如 ,为了 更有利于稳定着火和燃烧 ,可增加煤的挥发分约束方程 ;为了减轻锅炉结渣 ,可增加灰的软化温度约束方 程. 因而 ,该方法操作简便 、可行 ,应用价值高.
第 1 卷第 2 期
王运民 :电厂混煤燃烧最优掺配比例的确定
53
{ A} =
a11 a12 … a1 n a21 a22 … a2 n ⁝ ⁝⁝⁝ am1 am2 … amn
, { X} =
x1 x2
;
⁝
xn
{ b} =
b1
b2
⁝
, { C}
=
( c1 c2 … cn) .
bm
2 混煤燃烧最优掺配比例的计算实例
湖南省某电厂混合燃烧 5 种不同的煤质 ,各种煤质的有关特性参数如表 1 所示.
表 1 煤质指标数据
煤的种类 收到基硫分/ % 收到基灰分/ % 收到基水分/ %
1
0. 9
35. 0
8. 0
收到基低位发热量/ (kJ·kg - 1) 17 167
煤的价格/ (元·t - 1) 200
电厂混煤燃烧最优掺配比例的确定
Vol. 1 No. 2 Sep . 2004
王运民
(长沙理工大学 能源与动力工程学院 ,湖南 长沙 410076)
摘 要 : 根据电厂不同煤种的指标数据 、锅炉燃烧的实际情况以及外部环境的要求 ,应用线性规划理论 ,对
电厂混煤燃烧的配比问题进行了研究 ,得出了电厂混煤燃烧时各种煤质的最优掺配比例. 研究成果对提高电
350 x1 + 298 x2 + 135 x3 + 156 x4 + 332 x5 + x7 = 260 000 ,
80 x1 + 150 x2 + 100 x3 + 170 x4 + 86 x5 + x8 = 110 000 ,
17 167 x1 + 16 748 x2 + 24 703 x3 + 19 679 x4 + 18 539 x5 + x9 = 19 872 000 , xi ≥0 , i = 1 ,2 , …,9.
再引入人工变量 x9 ,并在目标函数中给人工变量以很大的罚函数 + M (实际计算中取 M = 999 999) ,则 Min Z = 200 x1 + 190 x2 + 300 x3 + 230 x4 + 215 x5 + Mx9 ; s. t . 9 x1 + 7 x2 + 12 x3 + 13 x4 + 15 x5 + x6 = 12 000 ,
热损失的影响 ,以及低温腐蚀和保护环境等因素后 ,要求混煤燃烧中煤的收到基灰分 Aar ≤26. 0 % ,收到 基水分 Mar ≤11 % ,收到基硫分 S ar ≤1. 2 % ,收到基低位发热量 Qnet , ar = 19 872 kJ / kg. [5 ]
现假定配备符合上述条件的混煤 1 000 t ,并设 x1 , x2 , x3 , x4 , x5 分别为 5 种煤质的混合重量 (单位为 t , x1 + x2 + x3 + x4 + x5 = 1 000 t) ,目标函数总费用为 Z 元/ h ,则线性规划可表示为 :
1 混煤燃烧最优掺配比例的计算方法
为了求解电厂混煤燃烧的最优掺配比例 ,必须首先建立该研究问题的数学模型. 最优化数学模型通 常包括目标函数和约束条件. 因为混煤燃烧的目标函数和约束条件都与煤质组成成分的比重因素有关 , 所以 ,可以用线性规划方法对混煤燃烧掺配比例进行最优化[4] . 线性规划的目标函数在此取为燃料的价 格 ,约束条件可根据混煤燃烧过程中工艺上的要求和其它条件而定. 例如 ,为保证锅炉安全经济运行 ,对 灰分 、水分 、发热量的要求 ;为保护环境 ,对硫分的要求等. 线性规划用矩阵形式表示如下 :
2
0. 7
29. 8
15. 0
16 748
190
3
1. 2
13. 5
10. 0
24 703
300
4
1. 3
15. 6
17. 0
19 679
230
5
1. 5
33. 2
8. 6
18 539
215
2. 1 建立线性规划的数学模型 该线性规划的约束条件是 :综合考虑到煤粉及时着火与燃烧 ,受热面的磨损 、堵灰 ,烟气容积对排烟
Abstract :Based on the different coal indexes , boiler actual combustion and external environmental requirement , the problem of coal combustion admixture ratio in power plant is analyzed , and the optimal admixture ratio is obtained through linear programming theory. The researches play an important role in improving boiler safety and economical operation , and cutting down SO2 pollution. Key words :power plant ; blended coal ; optimization
收稿日期 :2004 - 07 - 08 基金项目 :湖南省教育厅科研资助项目 (03HNJ Y015) 作者简介 :王运民 (1960 - ) ,男 ,安徽宿州人 ,长沙理工大学副教授 ,主要从事电厂热力系统及设备的优化设计与运
行研究 .
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
长沙理工大学学报 (自然科学版) Journal of Changsha University of Science and Technology( Natural Science)
文章编号 :1672 - 9331 (2004) 02 - 0052 - 04
厂锅炉安全经济运行 ,减少二氧化硫对环境的污染 ,有着重要的作用.
关键词 : 电厂 ;混煤 ;最优化
中图分类号 : TK223. 7 + 2
文献标识码 : A
随着我国电力工业改革的深化以及煤炭市场的放开 ,加上煤矿分布不均等因素 ,各电厂目前燃用的 煤种发生了较大的变化 :许多电厂不仅燃用本地设计煤种 ,也燃用外来煤种. 例如湖南某些电厂 ,除燃用 本地煤外 ,还燃用山西煤 、安徽煤等. 可以预见 ,随着“厂网分开 ,竞价上网”措施的进一步落实 ,电厂燃用 外来煤种的比重还会进一步增大. 这样 ,不同煤质以何种比例混合燃烧才能既保证锅炉运行的安全性 、经 济性 ,又保证污染物的排放量达到要求 ,这是一个待研究的课题. 混煤燃烧以前多从试验的角度进行研 究[1 ,2] ,也有采用非线性规划理论进行研究的[3] . 本研究采用线性规划理论确定电厂混煤燃烧最优掺配比 例. 因为线性规划有比较成熟和有效的解法 ,即使在变量较多的情况下 ,也能以很高的速度求出最优解. 而且 ,非线性规划问题也可通过逐步线性规划方法使其转变为线性规化简得 :
17 167 x1
+ 16 748 x2 + 24 703 x3 + 19 679 x4 x1 + x2 + x3 + x4 + x5
+ 18 539 x5
=
19 872 ,
xi ≥0 , i = 1 ,2 , …,5.
Min Z = 200 x1 + 190 x2 + 300 x3 + 230 x4 + 215 x5 ; s. t . 9 x1 + 7 x2 + 12 x3 + 13 x4 + 15 x5 ≤12 000 ,
350 x1 + 298 x2 + 135 x3 + 156 x4 + 332 x5 ≤260 000 , 80 x1 + 150 x2 + 100 x3 + 170 x4 + 86 x5 ≤110 000 ,
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
Determination of Optimal Admixture Ratio for Blended Coal Combustion in Power Plant
WANG Yun2min
(College of Energy and Power Engineering , Changsha University of Science and Technology , Changsha 410076 ,China)
2. 3 计算机程序框图及计算结果 计算机程序框图如图 1 所示.
图 1 单纯形法计算程序框图
经过编制计算机程序上机计 算 , 得 出 该 电 厂 混 煤 燃 烧 的 最 优 掺 配 比 例 : x1 = 0 t , x2 = 258. 9 t , x3 = 283. 60 t , x4 = 41. 75 t , x5 = 416. 45 t . 按照这一比例混合燃烧时 , 整个电厂的燃料费用最低 , Z = 233 274. 2 元.
Min Z = 200 x1 + 190 x2 + 300 x3 + 230 x4 + 215 x5 ;
s. t.
0. 009 x1
+ 0. 007 x2 x1 +
+ 0. 012 x3 + 0. 013 x4 x2 + x3 + x4 + x5
+ 0. 015 x5
≤0. 012 ,
0. 35 x1
54
长沙理工大学学报 (自然科学版)
2004 年 9 月
17 167 x1 + 16 748 x2 + 24 703 x3 + 19 679 x4 + 18 539 x5 = 19 872 000 , xi ≥0 , i = 1 ,2 , …,5.
2. 2 将原线性规划转变为标准型线性规划 本例计算中 ,采用单纯形法中的人工变量法 (大 M 法) . 首先 , 在约束方程中引入松弛变量 x6 , x7 , x8 ,
〔参考文献〕
[1 ] 高正阳 ,方立军. 混煤燃烧特性的热重试验研究[J ] . 动力工程 ,2002 ,22 (3) :1 76421 767. [2 ] 李永华 ,陈鸿伟. 烟煤混煤综合燃烧试验研究[J ] . 电站系统工程 ,2002 ,18 (4) :11213. [3 ] 程 军 ,曹欣玉. 多元优化动力配煤方案的研究[J ] . 煤炭学报 ,2000 ,25 (1) :81285. [4 ] 郭丙然. 最优化技术在电厂热力工程中的应用[M] . 北京 :水利电力出版社 ,1986. [5 ] 俞国泰. 电厂热力设备及运行[M] . 北京 :中国电力出版社 ,1997.
3 结 论
1) 通过最优化分析及上机计算 ,可确定电厂混煤燃烧的最优掺配比例. 按照这一混合比例进行配煤 燃烧 ,不仅可保证锅炉安全经济运行和低污染 ,而且还可使所消耗的燃料费用为最小.
2) 电厂混煤燃烧的各项煤质指标是确定最优掺配比例的前提. 因而 ,入厂煤起卸前应严格规范取
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
Min Z = { C} { X} ; s. t . { A} { X} = { b} ,
{ X} ≥0. 式中 :Min Z 是目标函数达最小值 ; s. t . 是 Subject to 的缩写 ,指受约束于 ;{ A} 是 1 个 ( m ×n) 矩阵 ; { X} 是 1 个 ( n ×1) 的列向量 ;{ b} 是 1 个 ( m ×1) 的列向量 ;{ C} 是一个 (1 ×n) 的行向量. 即 :
+ 0. 298 x2 + 0. 135 x3 + 0. 156 x4 x1 + x2 + x3 + x4 + x5
+ 0. 332 x5
≤0. 26 ,
0. 08 x1
+ 0. 15 x2 x1 +
+ 0. 10 x3 + 0. 17 x4 x2 + x3 + x4 + x5
+ 0. 086 x5
第 1 卷第 2 期
王运民 :电厂混煤燃烧最优掺配比例的确定
55
样 、化验和分析. 另外 ,为有利于混煤燃烧最优掺配比例的配制 ,入厂煤进入干燥棚后应严格分类堆放 ,应 有详细的煤场分布图.
3) 应用线性规划理论确定电厂混煤燃烧的最优掺配比例 ,不受混合煤种多少及组成成分的限制 ,只 要将煤质的有关指标数据输入计算机 ,计算机马上就会显示出各种煤质的最优掺配比例. 如果使用中限 制条件变化或还需其它的限制条件 ,则只要修改相应的约束方程或增加约束方程的个数即可. 例如 ,为了 更有利于稳定着火和燃烧 ,可增加煤的挥发分约束方程 ;为了减轻锅炉结渣 ,可增加灰的软化温度约束方 程. 因而 ,该方法操作简便 、可行 ,应用价值高.
第 1 卷第 2 期
王运民 :电厂混煤燃烧最优掺配比例的确定
53
{ A} =
a11 a12 … a1 n a21 a22 … a2 n ⁝ ⁝⁝⁝ am1 am2 … amn
, { X} =
x1 x2
;
⁝
xn
{ b} =
b1
b2
⁝
, { C}
=
( c1 c2 … cn) .
bm
2 混煤燃烧最优掺配比例的计算实例
湖南省某电厂混合燃烧 5 种不同的煤质 ,各种煤质的有关特性参数如表 1 所示.
表 1 煤质指标数据
煤的种类 收到基硫分/ % 收到基灰分/ % 收到基水分/ %
1
0. 9
35. 0
8. 0
收到基低位发热量/ (kJ·kg - 1) 17 167
煤的价格/ (元·t - 1) 200
电厂混煤燃烧最优掺配比例的确定
Vol. 1 No. 2 Sep . 2004
王运民
(长沙理工大学 能源与动力工程学院 ,湖南 长沙 410076)
摘 要 : 根据电厂不同煤种的指标数据 、锅炉燃烧的实际情况以及外部环境的要求 ,应用线性规划理论 ,对
电厂混煤燃烧的配比问题进行了研究 ,得出了电厂混煤燃烧时各种煤质的最优掺配比例. 研究成果对提高电
350 x1 + 298 x2 + 135 x3 + 156 x4 + 332 x5 + x7 = 260 000 ,
80 x1 + 150 x2 + 100 x3 + 170 x4 + 86 x5 + x8 = 110 000 ,
17 167 x1 + 16 748 x2 + 24 703 x3 + 19 679 x4 + 18 539 x5 + x9 = 19 872 000 , xi ≥0 , i = 1 ,2 , …,9.
再引入人工变量 x9 ,并在目标函数中给人工变量以很大的罚函数 + M (实际计算中取 M = 999 999) ,则 Min Z = 200 x1 + 190 x2 + 300 x3 + 230 x4 + 215 x5 + Mx9 ; s. t . 9 x1 + 7 x2 + 12 x3 + 13 x4 + 15 x5 + x6 = 12 000 ,
热损失的影响 ,以及低温腐蚀和保护环境等因素后 ,要求混煤燃烧中煤的收到基灰分 Aar ≤26. 0 % ,收到 基水分 Mar ≤11 % ,收到基硫分 S ar ≤1. 2 % ,收到基低位发热量 Qnet , ar = 19 872 kJ / kg. [5 ]
现假定配备符合上述条件的混煤 1 000 t ,并设 x1 , x2 , x3 , x4 , x5 分别为 5 种煤质的混合重量 (单位为 t , x1 + x2 + x3 + x4 + x5 = 1 000 t) ,目标函数总费用为 Z 元/ h ,则线性规划可表示为 :
1 混煤燃烧最优掺配比例的计算方法
为了求解电厂混煤燃烧的最优掺配比例 ,必须首先建立该研究问题的数学模型. 最优化数学模型通 常包括目标函数和约束条件. 因为混煤燃烧的目标函数和约束条件都与煤质组成成分的比重因素有关 , 所以 ,可以用线性规划方法对混煤燃烧掺配比例进行最优化[4] . 线性规划的目标函数在此取为燃料的价 格 ,约束条件可根据混煤燃烧过程中工艺上的要求和其它条件而定. 例如 ,为保证锅炉安全经济运行 ,对 灰分 、水分 、发热量的要求 ;为保护环境 ,对硫分的要求等. 线性规划用矩阵形式表示如下 :
2
0. 7
29. 8
15. 0
16 748
190
3
1. 2
13. 5
10. 0
24 703
300
4
1. 3
15. 6
17. 0
19 679
230
5
1. 5
33. 2
8. 6
18 539
215
2. 1 建立线性规划的数学模型 该线性规划的约束条件是 :综合考虑到煤粉及时着火与燃烧 ,受热面的磨损 、堵灰 ,烟气容积对排烟
Abstract :Based on the different coal indexes , boiler actual combustion and external environmental requirement , the problem of coal combustion admixture ratio in power plant is analyzed , and the optimal admixture ratio is obtained through linear programming theory. The researches play an important role in improving boiler safety and economical operation , and cutting down SO2 pollution. Key words :power plant ; blended coal ; optimization
收稿日期 :2004 - 07 - 08 基金项目 :湖南省教育厅科研资助项目 (03HNJ Y015) 作者简介 :王运民 (1960 - ) ,男 ,安徽宿州人 ,长沙理工大学副教授 ,主要从事电厂热力系统及设备的优化设计与运
行研究 .
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.