使每一克煤燃出最大能量

　　今年6月，华能山西低碳技术有限责任公司所承担的“煤质在线检测与优化配置关键技术及装备开发”项目通过山西省科学技术厅评审验收。项目通过对锅炉入炉煤质的实时测量，实现精准配煤、炉内煤燃烧实时优化调整、实时配煤掺烧自评估等功能，可极大提高火电厂配煤掺烧过程中的安全性、环保性和经济性。8月下旬，中国电机工程学会对该项目进行了科学技术成果鉴定，认为该项目研究成果总体技术达到国际领先水平。

配煤掺烧实现实时煤质检测

　　“皮带煤流的实时热值约为3550kCal/kg，与预期热值偏差较大，请及时调整两种原煤的配煤比例。”11月5日，华能榆社发电有限责任公司的两台机组锅炉正在配煤、上煤，根据负荷需求，计划在煤场将热值约为3300kCal/kg和4300kCal/kg的原煤按5：5的比例，配置成热值为3800kCal/kg的燃煤，并通过皮带输送至锅炉原煤仓。但在实际操作中，输煤控制室工作人员发现煤质热值偏离预期，即刻联系煤场配煤作业人员做调整，直至入炉煤皮带煤流实时煤质检测热值为3800kCal/kg。公司副总经理梁克勤说：“这都得益于‘煤质在线检测与优化配置关键技术及装备开发’项目的运行与应用，极大地避免了由于配煤不精准导致的入炉煤热值波动带来的锅炉燃烧不稳的安全性风险。
　　“煤质在线检测与优化配置关键技术及装备开发”是我省科技重大专项，通过开发煤质在线检测与调控关键技术及装备，实现电厂燃煤参数的实时、精准获取，最终形成一个以燃料智能化、信息化为基础的实时配煤掺烧管理与决策平台。该项目由华能山西低碳技术有限责任公司承担，西安热工研究院有限公司、华中科技大学、华能榆社发电有限责任公司、贝恩讯谱光电科技（北京）股份有限公司等国内相关领域的科研院所、企事业单位联合承担。
　　受我国煤炭分布情况及煤炭市场波动的影响，大部分火电厂均有同时燃用多个煤种的需求，以实现保证火电厂燃料供应安全，降低燃煤采购成本等目的。但火电厂采用的配煤掺烧具有诸多弊端，精准配煤掺烧成为火电厂的迫切需求。
　　“由于缺乏实时、快速的煤炭煤质检测技术及装备，火电厂传统的配煤掺烧采用的数据源具有很强的滞后性。”项目首席专家、中国华能集团有限公司首席专家姚伟介绍，由于无法实时获取锅炉的入炉煤质，火电厂的配煤常常发生实际入炉煤质较预期值偏差过大，给锅炉运行的安全性和环保性带来较大威胁，同时为了保证安全，火电厂的掺烧较为保守，无法最大限度燃用经济煤种。项目研究团队针对火电厂动力煤实时精准掺烧对快速煤质检测的需求，开发了多种原理的煤质在线检测装备，实现了对火电厂入炉煤皮带煤流煤质的精确测量，并开发了基于实时入炉煤质数据的火电厂配煤掺烧管理平台。

检测速度从小时级提升到毫秒级

　　我省煤炭资源丰富，煤炭种类多，拥有无烟煤、烟煤等优质煤炭资源，各个煤种的燃烧特性不尽相同，同时省内火电厂也常需燃用部分煤矸石、煤泥、高硫煤等与锅炉设计煤质偏差较大的经济煤种。因此，煤质在线检测装备以及基于实时入炉煤质数据的火电厂配煤掺烧管理平台对火电厂的日常运行来讲具有重要意义。
　　“要将火电厂配煤掺烧的煤质数据源由传统的采制样化验数据，更换为入炉煤皮带实时检测的煤质数据，并非易事。”回想起当初研发团队的软件建模过程，西安热工研究院有限公司高级工程师方顺利博士仍记忆犹新，在线煤质检测装备获得入炉皮带煤流的发热量、灰分、硫分、灰成分等数据后，需通过实时比对入炉实测煤质与预期煤质的差别，以此反馈调整前端配煤的煤种及比例，同时需适应火电厂多种煤质差异较大的燃煤状况和负荷多变的用煤需求，精准配煤、实时在线燃烧优化、实时燃烧性能自评估模型的建立对算法优化要求较高。
　　本项目在华能榆社发电有限责任公司建立了2×300MW燃煤电厂煤质在线检测与调控示范工程。科研团队针对该公司燃用煤种复杂、煤质差异大的现实情况，根据锅炉在燃用不同煤种时的汽温、烟温、壁温、锅炉效率、污染物排放等数据，提出不同负荷段的最优配煤方案，及与入炉煤质关联的锅炉及辅机设备关键运行参数实时调整的数学模型，并开发了适用于配煤掺烧的粒子群寻优算法以及基于配煤效果实时自评估与自学习、自调整的人工智能优化模型。
　　“毫不夸张，检测速度真正把小时级提升到了毫秒级。”方顺利介绍，传统的煤质检测方法为按照国家相关标准进行机械采制样，并用传统的试验室化验方法获得煤质数据，通常需要数小时的时间，对于电厂日常的配煤掺烧来讲，过长的检测时间会带来诸多不便。而本项目研制的皮带式煤质在线检测技术及装备，可实现毫秒级检测，当皮带上的煤经过煤质在线检测装置时，系统即刻就能获取皮带煤流的煤质数据。

实现经济效益和社会效益双赢

　　“通过实时获取锅炉入炉煤质数据，以此调整前端配煤煤种及比例，就能实现稳定入炉煤质的目的，并实时对锅炉及辅机设备的关键运行参数进行调整，实现锅炉始终运行在最佳状态。”姚伟说，这样火电厂在日常运行中，可大大提高掺烧的安全性、环保性和经济性。相比较以前火电厂采用的配煤掺烧，引入实时入炉煤质以及基于实时入炉煤质的精确配煤优化模型，是本项目研究成果的最大特点及进步。
　　“华能榆社发电有限责任公司不仅减小了实际配煤与预期的偏差，提高了日常配煤的精度，而且可充分利用锅炉设备潜力，掺烧更多的低热值煤及高硫煤等经济煤种，为电厂节约了可观的购煤成本。”梁克勤说，采用项目研发成果后，基本达到了预期效果。
　　姚伟介绍，在火电厂的日常运行中，引入入炉煤在线煤质检测以及基于实时入炉煤质数据的火电厂配煤掺烧管理平台，可提高火电厂的精细化管理水平及信息化管理水平，这些内容也是智慧电厂建设的重要组成部分。
　　我省是煤炭生产和消耗大省，本项目开发的皮带式煤质在线全工业分析技术与装备可应用于省内煤矿、煤炭销售企业、发电企业等，实现对煤质的实时快速精确掌握，可极大提高企业的相关管理水平和经济效益。当前，研究团队正在进行锅炉燃烧后的炉渣、飞灰、烟气的可燃物、碱金属元素成分的在线实时测量技术开发，以及更全面完善的锅炉运行实时优化调整数学模型、区域内或发电集团电厂群基于实时入炉煤质数据的配煤掺烧管理大数据平台等的研究工作。

本报记者周慧芳