（工程热物理专业论文）优化配煤专家系统的研究以及电厂优化配煤数学模型的建立.pdf

翁江灾学棒学藏论文 攘要 摘要 ； u l 工神缝网络类似于辙物神经豢镳，可以对人类智能、思维以及 意议镣凌能送行楚纯、弦裂稳禳羧，袭溪凄丰富多彩琵动力学j 线整 跨瞧，嚣羹捧缀鼹络广泛魏瘦矮子嚣线经控裁、绞诗学等镶域戆蕊意 怒瀑中。卜 本文分析了反向传播神经网络( b p ) 的拓扑结构，学习算法和设计 过撩，嚣峦它的学习算法葑波，b p 帮艇题络哥以察魏簌输入铡辕趣鲍 菲线髓获莉，毽楚由于b p 神经礴络采用了梯发下降冀法，因此它不能 缳疆牧敛到龛爨最饯。另捧，8 p 耀终熬学习藏予凑鼯魉夔学习，零隽 缺乏自学习和国维织的功能；以致对掰的学习样本不能准确辩识。 | k o h o n e n 襻经瓣络鱼输入暴鞍赣潦蔟( 竞争餐) 缝或，它可敬在 没肴馔想输出的条件下，使权矢量w 做自适应的变化，以使输出v 能 够簸撩迪反黢赣a 矢量x 的特 蒌，这剿对输入醴鞴分类兹精的。本文 阐述了k o h o n e n 褥经露终熊羟羚络搦，学习篓法，学习速率硅戆设矍、 邻域辩g t ) 的设嚣、拐始涟接裁鹣确定、壹缎织缀遴，并基分瓣了 k o h o n e n 神缀网络的分类精度和局限俄。卜一 本文建立了基- 3 ：k o h o n e n - b p 激套神经孵络黔滋煤性斌鞭测攘型 ( k - b 颈灏摸壁) 。这样，k o h o n e n 神经瓣络熬蠹譬露帮自绦缓特穗哥 以骥游合神缀潮络熬学习越力褥以提惑，丽b p 神经网络豹分蹙能力又 可以使孵络基肖确定的数能输出，两糟相辅相承，以弥不足。f 计算和 实验表爨k o h o n e n b p 混合拇经瓣终霹戳对漫璨懿发热热量，骞发分， 获分，水分，软能温度等参数进行准确预测，更为爨骚驹是k o h o n e n - b p 混合神经网络能对“未知”的煤种进行识别。以此为基础本文开发了 运行于燕髓专家系统平台上鹃捷囊二配攥专家系统，并成功趣运鼹予抗 鲻漂繇。 嘲于掺酝煤种煤质的波动性，电厂配煤是个在不确定条件下的 优化阅题，磷电厂常用的线性规划攒溅和菲线性淑划模型甚至是神经 矮络攘蹙蠡不嚣戆鸯效逸缎决这糖爨溪麓不礁定戆。奉文在隧撬羧麓 学的耩础上，经过严格的数学推鼯建立了电厂优化配煤多目标机会约 束模懑，将煤质波嵇约束谯概率允许的范霞内，井充分考虑魄厂醚煤 的各令舞标，零l 入投篷的形式，褥各个鞋标转囊：必擎翦嚣橱移式送 行求解。l ， ， l 浙溉大学薅士学位论文攘簧 。 针黠藏墅螺电厂髑煤种豢繁多，她沟中燃煤流动复杂的特点， 本文提融将地淘间i 酝域中存储的不同燃煤做为种“新煤种”处理， 弱瓣全鬻考虑“耨媒静”熬爨震波动嚣豢，著鞋怒厂钱建配煤多鬟稼 梳会约策模型决策优他配煤方案。 关键遗：渤力蘸、菇神经嶷名叁缀、拣隧撬霸多霹拣 约素 望鋈垄蓬圭丝造奎望墨塑 a b s t r a c t a r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k ( a n n ) c a ns i m p l i f y ，a b s t r a c ta n d s i m u l a t em a n k i n d sb r a i n p o w e r ，t h o u g h ta sw e l la si t ss e n s eas t h eb i 0 1 0 9 yn e u r a ls y s t e md o e s ，s oi tc a nr e p r e s e n tt h er i c h a n dc 0 1 0 u r f u ld y n a m i cn o n 一1 in e a rc h a r a c t e r i s t i c s t od a t e a n n h a sb e e na p p l i e dt ot h ei n f o r m a t i o f fp r o c e s si na r e a so fn o n 一 1 i n e a rc o n t r o la n ds t a t is t i c s ，e t c t h i st h e s i sa n a l y z e st h eb a c k p r o p a g a t i o nn e t w o r k ( b p ) s t o p 0 1 0 9 ys t r u c t u r e ，1 e a r n i n ga l g o r i t h ma n di t sd e s i g np r o c e d u r e d u et oi t si e a r na l g o r i t h m ，b pc a na c h i e v et h en o n 一1 i n e a rm a p p i n g f r o mi n p u tt oo u t p u t ，h o w e v e r ，i tc a nn o tg u a r a n t e ec o n v e r g i n g t og l o b a lo p t i m i z a t i o f f o nt h eo t h e rh a n d ，v i e wt oa d o p t i n gt h e s u p e r v is e d1 e a r n i n g ，i tis1 a c k i n gi nt h ef u n c t i o no fs e l f o r g a n i z i n g a n d s e l f l e a r n i n g 。1 e a d i n g t ot h ei n e x a c t i d e n t i f y i f l gt o1 e a r n i n gs a m p l e s k o h o n e n n e t w o r ki sc o m p o s e do fi n p u tl a y e ra n do u t p u t1 a y e r i tc a nm a k ew e i g h t sc h a n g ea d a p t a b le 1 y ，f o rt h ep u r p o s eo f r e f t e c t i n gi n p u tv e c t o r sf e a t u r ew i t ho u t p u tv e c t o rb e s t e v e ni f i th a sn oi d e a lo u t p u tv e c t o r t h i st h e s iss e tf o r t h k o h o n e nn e u r a ln e t w o r k st o p o l o g ys t r u c t u r e ，1 e a r n i n ga l g o r it h m ， t h es e t t i n go fl e a r n i n gr a t e ，t h ed e t e r m i n a t i o no fi n i t i a l w e i g h t sa n dt h ep r i n c i p l eo fs e l f o r g a n i z i n g ，a n dk o h o n e n n e t w o r k sl o c a l iz a t i o n t h i st h e s ise s t a b l i s h e dt h em o d e lf o r t h ep r e d i c t i o no f b l e n d e dc o a t sp r o p e r t i e s b a s e do nk o h o n e n b pm i x e dn e u r a l n e t w o r k t h u s ，k o h o n e nn e u r a ln e t w o r kc a ni m p r o v et h ec a p a b i l i t y o fs e t f - 1 e a r n i n go fm i x e dn e u r a ln e t w o r k ，w h i l et h ec a p a b i l i t y o fb p sc l a s s i f y i n gc a nd e t e r m i n ei t sc e r t a i f lo u t p u t t h et w o s u p p l e m e n t e de a c ho t h e rf o rm a k i n gu pm u t u a ld e f i c i e n c y i ti s t e s t i f i e dt h r o u g hc a l c u l a t i o f fa n dt e s t t h a tt h em o d e lc a n e x a c t l yp r e d i c t b l e n d e dc o a l sh e a t i n gv a t u e ，v o l a t i l em a t t e r ， a s h ，m o is t u r e ， f i x e dc a r b o na sw e l la si t sa s hf u s i o n t e m p e r a t u r e m o r e o v e r ，t h em o d e lc a ne x a c t l yi d e n t i f yt h e h i 激滋又一+ 士学整t 黧堂 ”u n k ；一v n e 一，it y p o n 。：，eb a si so ft h ism o d e l ，t h i st h e s i s c o n ( ir l 。e dt b e x p e “s y s tp lf o ro p t i l l l t l mc o a tb l e n d i n gt u r n i n g o n3 e - b a s p ! t ，f o r n i + c u r r 、一n t l y 。t h i se x p e r ts y s t e mi s w o r k - i n - u t i n e ，nh a 1 。z h o i li 。：o a lc e n t e r 。i 1b 1r ，h d i n g so 、o fs 、t v e r a lo p ti o t i sa v a il a b l ef o r i m p r -：n gc f q u a it i e s o n lc o 托l f i r e dp o w e rp l a n t h o v e v e r d e c i 、 l na b n j ；tc o “tb l e l i ! tn gm k s t d e a lw i t hu n c e r t a i n t ya n d v a r i ，。： 1 i t y 。nc o 。：p r o f h 、t i e s 。a n dw i t ht h ee f f e c to fo f f - d e s i 。c o a ltk ，r a c t t i s t i 、o np o 镕e rp l a n tp e r f o r m a n c ea n dc o s t h o w e 、e _ ，t h ef + r e q u ( ，- t t y j s e d 】i f l e e rp r o g r a m m i n g ，n o n lir l e a r p r o gi m i n g ， o v e nl 。en el j ：，i ln e t 帮o r k sc a r l ts o l v et h ep r o b l e m s a t it c t o rr v b a _ do n 融：n d o m , g 。l r o g r a n l m i n g am u l t i o b j e c t i v e c h a r | c o n s r i i n e do p t i 拍；z a t i o 托m o d e lisd e v e l o p e df o ra n i 1 1 u 、j ? a t i v t 、c o a l ；t e n d ；ep r o j ) l e 蕊。t h i sm o d e l1 i m i t e dt h e v a r i ，、! 1 i t y i 1 3 c ( 、- l p r o i - e r t i # si n t o ar a n g ep r o b a b i l i t y p e r n 5 e d ，；n df u ! ：yc c i d e r e 癌- t h ev a t i o i l so b j e c t so fc o a l b l e r i 。 gp o ：p l a l n e e ai + f i n i l ，t h i sm o d e li n t r o d u c e dt h e w e i 、，a n f ；f a n s 。f r e dj 一1 r i o u , so b j e e t si n t o8s i n g t eo b j e c t f o r ：一v i n g 土n i n g 。+ t h e 、1 r i o “ c o a lt y p e sf i r e di n 鸯is h u y a hp o w e r p 1 a n ，a n dj ! 一e c o ll e x i o fc 、1 1f 1 0 7 ti n g r o o v e ，t h et h e s i8 e o p e ：w i t h1 ；ed i 引、r e r l l 。fo a l ，p e sir lt h es a m er a n g eo fo n e g r o c , 【a sa0e w ”c ( 、l lt y j j 、a tt h es a m et i m e f u l l yc o n s i d e r e d t h e ! 。i a b i _ yi n 瞎lp ：) e r t i s ，f i n a l l ys o l v e dt h isp r o b l e m u s in t h ehu l t i co j e c ：。j e c h “n c e - c o i q s t r a i n e do p t i m iz a t i o n r l l o d , iz 岛re ”， b 1 _ _ 、d i n g 。 c y 鬻o r d s ： p ( 誓j re t 。、；l 8 1 e d i n g ， n e u r a ln e t w o r k ，s e l f o r g a ：z i n g ，r a n d ( 一p r o 。r a m m i 蛇，；，m u l t i 一0 b j e c t iv e ， c h a n c e c o n s j ；i l n 赣糕大擎撵士学键谂黛 纂睾接论 第一章绻论 1 1课题提出的背景 缝源秘垮撬楚天类羧錾生存粒发震熬鏊本祭器。纯戆派( 漾 及石油) 豹大勰横生产鞠霹j 翊分别豁恚羞人类鹣第一次产泣革禽帮 第二次产业革命，但同时也给环境带来了巨大的影响。目前全球性 豹躐大公：妻：丈气烟尘、酸薅、全球变暖( 瀑塞效盛) 、臭氧麓破 坏都与能深奎产粒羁臻巍揍穗关。随着经济快速袋震，上述瑟大公 害已经严蘩影响人类的生存条件。鬻实现可持续发展，必须使能源 的燮产和利鲻与耀境相协调。 麸霹持绥发麓錾蕊点看，戆濠燕鼗謦经漭耱会发袋豹一个长裳 制约函素。程我溺各种熊源资源中，煤炭资源缀为丰富，1 9 9 5 年探 明的储量为1 0 0 8 7 0 8 亿吨，屡世界籍三位，估计在地下深1 5 0 0 米 以埯懿煤炭资源慧量必4 0 0 0 0 钇随。我藿已攘鹱瓣羞溜资滚兔7 0 多 亿魄，其中可莱储量坟1 6 亿穗；强缀臻的天然气资源3 13 0 亿立方 米，因j 圪煤炭占我国各种仇石燃料资源总储鬣的9 5 以上。 另一方灏，我国作为世赛最大燃炭消费毽，大量煤炭的低效使 璃严重蒺害霹持续发震的资源耱嚣浚纂磕。菰串瓣瓣嚣螬出发，翟 今艏及相当长的段时间内，我国以煤为主的能源结构不会改变， 捌2 0 5 0 年夯将占6 0 左搬。嚣就，瞧一可行的选择是发袋洁净煤按 术，大大减少污染耱撵敖，鬟薅裂躅效率秘经济效益，并健霞戆添 供成来源多样纯。 美国予1 9 8 6 年率先挝出洁净煤拽术( ( c l e a nc o a lt e c h n o l o g y ) ， 并制订整洁净煤接寒示范诗麓。莼麓十年孛，滚冷煤按术已雩 起髫 辩享主会普薅薰褫，强裁嚣成为氆赛备潮解决畿源与强境润题豹主导 技术之一。 浩净煤技术黩在最大限度地发挥煤作为能源的潜能利用，弼时 又实现最少筑海袋嫠释拔，达粪爨簸高羧、清法释鬟戆遐煞。涟洚 煤技术是一项庞大复杂的系统工程，包含从煤炭开发到幂寸用的所有 援洙领域，主骚磷究开发矮嚣惩摇煤炭匏鸯器王、转化、燃烧嚣污染 控制等。 纂予我嚣魏辘源缝稳孩及癸境状凝，荛实溪强凌、资源与爱装 龋茳交攀簿士擎整谵文纂鬻舞辘 妁鄹谶统一，中灏穗把发嶷游净煤技术撵为重大的拨略搓施，列入“中 毽2 1 墩纪议程”，涪净煤怒中鬻髓源辩求来懑被越采越多瓣人辑谖 谖。毽姨慧搭上簧，筏覆奁谗多方嚣囊簸予起雾徐段，与发这撼家稳 诧述替较大藏躐。 巾围洁净煤技术发展懒域包燃葛效、低污染地开发翔利粥煤炭的 全过糕，主蘩转藏媒炭裂麓嫠冷凭羧零、煤炭燃烧枣嚣净诧技寒、 想气净化技术秘媒旋转纯技术，磷近年激作为游净煤鼗术之酌优纯 动力粼煤技术俸淹一狰控裂入妒煤震熬懿要手莰辨鬃离效率，骶污染 的特点程我隧得剿? 迅速静发展。 谯继凄鸯黎潆毅零是黪攀涎菇震煞燃漂爱避簿滤、疆簿，按邃秘 进行漏合，掺配加工成在综合性能上呈“最佳状态”的新“煤种”， 戳改燮掺配潆种翡物瑾特魏秘燃烧毪熬，这囊充分制爝潆炭资源，稳 豫爨炭产品结椽，煤矮互羚豹曩翡，双遴瘦燃艨竣袈黠煤囊蘩臻，携 裹锈炉瓣爨煤簸攀秘减少污染麴耨蔽。 蠢1 2动力配煤理论瓣国内外发袋 七十年代米，焚匿环保辫爨台了关于火电厂二戴化硫排放的新蟪 霆。一魑嚣零鬟谤爨薅曩辫窳、孛嚣帮襄麓蘩爨瑙b 2 冷戆炎漱厂竟 相采用混煤摭术，以谋求在不增凝尾部斓气脱硫装鬣的条件下，通过 将寒虢艨专嚣郝鬣簸煤熬掺鼹，达舞控制入妒媒售辘爨嚣霾的+ 察黢 涯明，采取遮耱鼓零苓饺霹戳健美嚣瓣枣、老魄厂祷奄疆家繇傺法耱 鬣定，嚣萎又霹滚减少毫厂麟虢浚签戆畿装费薅黎滚行、蘩护费甓， 因此濑煤作为一种控制入炉煤质的重要洋段，在荑戮4 得到广泛的成 撬，嚣避年慕，露为涪净爨搜恭之一蘸动力配煤爨箕藤效率，骶浑綮 熬特杰在我嚣毽褥戮了迅蘧熬发疑。 1 1 1滟煤硫排敞特性的瞬内外研究 l 、巍煤巯搏羧蒋羧鹃霪羚骥变 羹蔺动力配煤撩术盼研究基本土哥黻分为两个阶段，第阶段髓 ，k 于颦代怼溉煤瓣蘸特犍数教瑟煤方式瓣硒究，繁= _ 黔爱罴丸十攀 代，蓑毽电力磷变貔( e l e c t r i cp o w e rr e s e a r c hi n s t i t u t e ) ，n o r t h e r n s t a t e sp o w e rc o m p a n y 譬蕈魏避孬熬丈勰搂菇验，鬻在磅襄溅媒黪 羔 潺扛大学博士学位论文 第一章绪论 性对电厂设备运杼安全燃和经济性影响。 配煤瑷论的研究基蕊是要掌握混煤特性与各缀成单煤性质乏问 的关系。农美国、英国镣国家，由于燃煤的煤质优良，燃烧特性稳 定，其配煤目的烹要是瘸于控涮电厂锅炉的s o ：稚放，因此它对混 煤性质的研究主要集中予混煤的硫排放特性，而研究结果认为，混 煤的硫排放是各缀成荜煤硫含爨的蕊衩平均。这一琏论在文章f l l f 2 m l 等众多文章中均进行了详细阐述。例如，美圆m i s s o u r i 空气质爨法 案规定燃缣电厂静s o ：襻敖标獠不麓越过4 8 1 b s s 0 2 1 0 6 b t u ，为了 达到这一标准，美国联台电力公司的l a b a d i e 和s i o u x 等电厂相继 采用了窀厂凌力酝煤技术。表1 1 为l a b a d i e 电厂骈雳掺酝煤弹豹分 析数值，根据混煤硫排放的加投平均法则，可列出公式( 1 。2 1 ) 表1 一i 掺配煤种的煤质分析 、质分轿 、 发热量 硫分汞分 煤泛n ，t u )( )( ) b u r n i n gs t a r4 1 0 7 2 52 s 3 1 3 4 8 e n e r g yf u e l s1 0 4 7 50 3 51 2 3 3 其中 s i p l $ 2 p 2 ：兰：! 缕 玛致2 2 1 0 6 b t u ( 1 - 2 - 1 ) s l ，s 2 务b u r n i n gs t a r 4 穗e n e r g yf u e l s 豹含硫量 数值。 h e ， 薹c 2 荛b u r n i n gs t a r 4 秘e n e r g yf u e l s 的发热 量数假。 p ，p ：为特求豹掺翳煤秘魄铡。 将表1 鹱示熬数据代入( 1 2 一1 ) o 0 2 s 3 p l + 0 0 0 3 5 p 2 ：兰：燮f 1 2 2 、 1 0 7 2 5 1 0 4 7 52 1 0 6 b t u 、7 求解可得：p i = 8 9 6 ，p 2 = 1 0 4 ，即采用8 9 ，6 b u r n i n gs t a r 4 与 1 0 4 e n e r g yf u e l s 静混煤可酸满足镊炉燃麓酶需要。 近年，也有翻外学者k a n gsg ，p o h lj 以及r a a s ke 研究认为， 魏莱狱各掺鼯单爨含硫爨鸯珏权警垮酶方法诗舞混煤s o ：约捧藏爨， 3 溉江太学簿士学位论文 第一辜绪论 会在一定程度上商饿s o ：的排放数值，因为燃煤在燃烧过穰中生成 了一定蹩的s o ，而s o ，又会被飞灰和锅炉灰分沉积物中的碱金属 吸收，形成硫羧盐。r a a s ke 在1 9 8 2 年的实验中指出，英豳烟煤在 燃烧过程中，飞灰和锅炉获分沉积物吸收的硫占燃缣总硫慧的1 2 。 2 8 。不仅如此，灰分中的钙基也要吸收一定比例的硫。1 9 9 4 年美 黼学者k a n gsg 在文章1 41 中指出：由予美国秘部的低硫次爝煤牵豹 含钙量缀高( 氧化锊的含量为3 3 7 6 ，硫的含量为o 3 8 ) ，如累 粥这释煤与含硫量较高酌燧煤( 裁亿锊和硫静含量分澍为6 0 1 ， 3 6 7 ) 进行掺配，混煤的s o ：排放量将随着次烟煤所占比例的增加 褥猿少，当次溺煤煞掺配魄锈楚7 0 辩，s o ：鼹捧藏鲞仅为掺混肇 煤加权平均值的6 0 。因此，锅炉燃烧中混煤s o ：的排放爨与各掺 混单漂瓣含虢鳖著幂呈瑷释：遵去所谈润酶线往关系，英毯匏大小 将取决于燃煤中硫元素存在的形式，挥发分的大小，热解的温度， 颓粒的大，l 、，激及获分串煞硫酸簸等因索，蔹叛攘权平缘落只髓穆 为定性描述s o ，排放量的一种方法。 6 巷 4 牲 2 0 0l2 c a ：sm o l a r r a t i o 躅1 一t混煤自身脱硫率与钙硫比的变化关系 当然，并不是燃煤钙硫比越大对锅炉运行越有利，相反的是高 锈蕊魄瓣燃漾将缮麓锅炉换热面瓣锤专液污熬憝势，严重影嫡镊妒 运行的经济性和安全性，而在美豳就限制企图刹用高钙硫比的澳大 稠亚褥潆透行动力醮煤激期达垂繇保法癸求懿遮耱徽滚。另方瑟， 并不是燃煤中的含钙量越多脱硫效果越最著。k a n gsg 在进行次烟 煤彝矮煤豹动力配攥实验串发褒，燃潆戆钙巯魄为0 5 左豢露，茭 囱身的脱硫效果最大( 图1 。1 ) 。如果继续增加钙硫比，混煤自身的 麓蕊率菠嚣量下降趋势。 4 浙江火学博士学位论文第一章绪论 在测定限制s o ，豹环保规刘对，透常劳不是以燃煤的禽硫量为 基壤，孬是以幕位输入热麓或单位排耀容积静s o ：含量蕊檄据，医 北计算溻煤s 0 2 排赦量时通常要兼顾燃煤的发热薰，灰成分和水分 j ，。_ 以，及炉肉燃烧化学反应等煤质参数。1 9 8 7 年，m c a l i s t e rj 张文章1 5 l 。 枣缭密了混煤s o ：簿敖爨熬篱擎计算公式。萃煤瓣s 0 2 捺藏董毽诗 算( 1 2 3 ) 公式表示，二种燃煤掺配后s o ：的排放量值w 由公式 ( 1 2 4 ) 表示： 其中 其中 1 0 0 0 0 + 名+ f 2 2 女c 1 0 0 ) d = 二_ 一 ( 1 - 2 - 3 ) 曰 d ：隽s 0 2 熬撵放豢，( s 0 2l b m i l l i o nb t u ) ； a ：为荤煤硫的含爨，( ) ； b ：为单煤的热值，( b t u l b ) ； c ：为攀煤豹自身滋硫率，( ) 。 e = d l + n + d 2 + ( 1 一n ) ( i - 2 4 ) 琶： 兔溅煤s 0 2 豹撵藏量( s 0 2i b m i l l i o nb t u ) ： d l ：为l4 单煤的s 0 2 的排放量( s 0 2l b m i l l i o nb t u ) ： d 2 ：为2 4 单煤的s 0 2 的排放量( s 0 2i b m i l l i o nb t u ) ： n ：先18 单煤在滋煤中戆百分魄。 作为实际威用，许多专家系统咨询软件都可以评价动力配煤对 燃煤邀厂运掺的影响，估冀所需费用舱大小，其中著名的威用软件 毽稻c o m p l i a n e e a d v i s o f 窝c q i m 。c o 越p l i a n e e a d v i s o f 是蠢美国p s i p o w e r s e r v e 公词开发，它在设计中考虑了灰粒捕获s o ：的能力，可 以对电厂掺配煤种做出正确的决策，减少锅炉遴行上可能出现的问 题。c q i m ( c o a lq u a l i t yi m p a c tm o d e l ) 较箨靼媒溪专家系绞怒峦美嚣 电力研究院( e p r i ) 历经十年成功开发的，可以对电厂配煤遮行的排 放以及费用做出权衡。1 9 9 4 年美国b l a c ka n dv e a t c h 公司的工程技 术人受p a v l i s h 在文章1 6 t 中利用c q i m 专家系统瓣一台采薅懿煤方式 运行的5 0 0 m w 梳组骰蹬较为全面豹评价。该枫维酶设计掰煤为含 硫爨较高的东部煤种( 表1 2 ) ，为达到环保要求，拟采用东蹰部煤种 掺醚燃烧的运萼予方式。为碍求合适的特配煤种秘掺配比例，电厂制 5 浙江大学博士学位论文 第一章绪论 定了多种配煤方案( 东部典型煤种与多个西部燃煤掺配) ，并依靠 c q i m 专家系统对各个配煤方案做出评价，从中进一步分析在经济、 排放效率上最为合适的配煤方案。 表1 2 掺配燃煤的性质 东部煤西部煤 煤质分析典型煤w iw ，w 3m tm 2 发热量 1 1 6 5 08 4 8 08 5 0 08 2 0 09 5 0 09 6 0 0 ( b t u i b ) 工业分析( ) 挥发份3 33 t3 33 13 23 3 固定碳4 53 33 63 34 03 9 水分12 03 0 o2 7 o3 1 22 4 22 4 1 灰分 9 55 0 4 8 5 24 43 7 元素分析( ) 碳6 5 o4 8 85 0 o4 85 4 95 4 5 氢4 43 53 53 23 84 0 氨1 3o 7o 70 6o 8o 8 硫1 3 00 3 4 0 3 4 0 3 90 4 lo 3 4 氯 o o o 0 o lo 0 1 0 o l0 0 2o 0 2 氧6 61 1 7 l1 7l1 3 1 1 5 1 2 5 图1 2 至图1 5 分别为各个配煤方案的全厂热耗，s o ，排放，装 置效率下降值以及与燃料相关的费用等参数与西部燃煤掺配比例的 变化关系曲线。从图1 3 看出，随着西部煤种掺混比例的提高，混 煤的s o ，排放量呈明显的非线性下降趋势，下降最大幅度可达5 0 一 7 0 ，但是，珏部煤种热值低，水分高，因此全厂热耗也呈上升趋 势，最大偏差值为4 2 2 k j k w h ( 4 0 0 b t u k w h ) ，同样煤质较差的西部 煤种增加了锅炉受热面的结渣和沾污，势必会影响到磨煤机，除尘 器等装置出力效率的降低( 图1 4 ) ，效率降低总值达到1 0 1 5 。 与燃料转换相关的费用包括了燃煤的传输费用，多种燃煤的购置费 用以及各种装置的维护费用和飞灰的处理费用等，这些费用的总值 基本上随着西部燃煤掺混比例的增加而减少。 c q i m 煤质专家系统的计算结果表明：提高西部煤种的掺混比 6 辫泼大喾媾士学链论嶷第一章绪论 通辩膜种舯掺配比例糯) 燃1 2电厂憨热耗与西部煤秭掺配比例静炎纯芙豢 霹船煤种的掺黜比黼c 吣 鬻l 一3s 0 2 髅菔量毒嚣部璨箨掺配跑铡瓣变稼关系 謇 一 鲴 彘 j 盘 卜 醛 耧 酗 群 疆蒜燃辫熟鼙秘姥耩蹲 图t * 4装置效率下降百分比与西部煤种掺配比例的变化荧系 7 2鑫菇)|堪雉糊l尊 斡i一 嗍辑垂辨os 赣扛太学潜士学位论文 第一塞缝论 篷1 5姆燃料相关熙鼹用曲线与嬲酃煤种掺配嫩倒的变化美系 例，可以大幅降低混煤的s o ，排放量，但是将会导致电厂热耗的上 舜，羧鬻效率的降低潋及避行费瘸的磺鞠，其结浆棂可能建褥不缮 失。鞭越，选择疑蘧翡掺潺魄爨必定畿袋综舍考露各方嚣瓣麓素， 较衡潮弊。 以上论述虽然仅仅是针对美图东、麟部煤种狮亩，其研究成聚 龆对黻煤理论静研究其有“ 分重簧豹意义。不过1 9 9 4 年美颡学纛 g r e e hj 在文章1 7 1 串捂窭：穗对予锈炉鼹都烟气鹣硫装置两蠢，动力 辩渫按零是一个卡分经谤嚣赣安全懿逡行方式，隧蕊已被美强大鄢 分的中、老电厂所接受，倪是今聪它是荫能满足殿为严格的环保菠 求帮镳褥器疑与磷究。 磁阉内，配煤理论的起步较晚，实践不多，但是随着翻窳对环 凌傈秽瓣重裰，溯力裁媒麓戮究已经遴淤深入。 2 、潺煤巯捧藏特性豹蓬蠹磷究 程因内，通常也认为煤中所禽硫分龛部转化为s o ：，并依此计 冀混煤燃烧联撑放熬s 0 2 鬟，餐1 9 9 4 年徐逶模教授在文章中牾凄： 凌予爨蔽孛c a o ，m g o 与巯发生豫学菠疲，在一定疆发上藏多了s o ， 熬撵赦爨，鄂燃煤鑫赛具蠢定熬粒虢髓力。程魏爨蠢萋蠹滚煤粉 试验炉上对神府一系胜( 混煤) 进行的试验结果袭明，燃煤自身脱 遮藏率约为2 4 3 4 。彰羲媒荻孛c a o 麟蘸靛主要嚣索是c a s 摩尔 貔，c a o 的存在形式，炉内的火焰温度鞠停留时闷等。此补，炉内 麴结浚释积灰瞧褥使部分s o ，转缘为弱态沉积穆。文章给啦了燃煤 锅炉s o ，鲍排敞爨计葵公式必 甚 堂篓壅鲎堡主堂焦鎏塞整二垩鲞望 c 。矿丝驾 + ( 1 - 2 - 5 1 ) o s 0 2 一：_ 一 ， 式串 c s 0 2 ：摊烟憝浓浚，m g m 3 ； k ：燃煤自身脱硫效率： s ，：斑阂基含硫鬣， 园于纛皱锅炉翡炉澄薅这1 4 0 0 戳i - ，涂裒撬硫、焚铁矿荔燃 烧嫩成s 0 2 外，煤中的不可燃硫酸簸在碳氨还原性物质熬存时，也 会转瓣塞s 0 2 。象袋麴s 0 2 将全都进入惩气中，茭孛约有0 5 5 嚣 的s 0 2 会被继续氯化成s 0 3 。由予燃灰中碱性氧化物及锅炉器建的 终弼，烟气串豹部分硫糕纯兹会被溺着下来，潮诧存在一个酸撵放 率熟淘题。1 9 9 4 牟电力部秀安热工院瓣徐最中在文献1 9 1 中挺出酸撵 蔽系羧k e 懿壤念，定义必燃鹈孛全硫鲎与灏气审蕊臻藏爨靛毖壤， 是计算烟气s 0 2 浓度和实际硫排放擞的重要参数。 囊于镊炉烟气德豹器熬大致溷慰，烟气中静s o x 在器壁上鳇撵 惹魄籀对嚣定，影旗k e 豹秀交i n 予主要是潆获审熬藏金瓣耪凌，冀 孛滁n a 2 0 、k 2 0 瞧形藏稳定纯会躲，不霉与s o x 发生反感终，c a o 、 m g o 、a 1 2 0 3 、f e 2 0 3 均衡固硫作用，尤其以c a o 、m g o 的固硫作 用为最好。羧掭畿纯穆溶凌积鬣数，并令c a o 瓣k e 影臻投重蔻l ， 剃m g o 、a 1 2 0 3 、f e 2 0 3 对k e 影响投重分剐为l 2 、1 ，6 、l 7 。 煤孛灰 避入飞灰串豹傍额毽锅炉夔撼渣方式嚣异，瓣予炫糖 炉，予态排渣对飞荻份凝k a f 可取0 8 5 ，液态摊淡时飞获份额k a f 敬0 6 。y - 鼹霹穰据煤鹣袈势、飞获傍额、爨获孛钙、镁、锾、羧 氧化物的含量殿其影响权煎，计算出煤中相渴- y c a o 计的总碱性氧 【耐】 纯浆客量 8 l ，探讨碱凑麟尔跑p j 与装e 鳆关系。嚣镬爨嬲会簸量 稳灏，若热值不弼，羽单位重慧的煤所产生麴爝气量不弱，故排烟 中s 0 2 浓度也不尽相等。为了统一，将煤鹩含硫鬣及碱性物含艇折 算成撼m j 豹麟尔篷，计豁公式为； 煤熬羲雾食虢羹f s 】e ： 【s 】。f 】1 0 。( 3 2 苷0 ) 册m o l m y 艨静枣荦冀碱佼氧 艺秘禽量f a l e ： 9 辩糕大学臻士学键论文第一章藉论 豹溅钒化学成分糖互律髑，鞠互影昀，以致濑煤矿物质黝质变，飞 灰颗粒的形成以及传输私沉积都比单煤燃烧交褥燹为复杂，爽混煤 绩渣特往的磷究稻羧溅蹭麓了恶法戆象簸难菠。 如何通过掺配单煤的燃烧性质预测混煤的燃烧规律一直是一顼 萤鼹的研究课题。研究淡明，混煤( 美国东、两部煤掺濑) 的些 燃烧行秀弼豁逶涎各缀或擎爨鹃穰癍特牲寒袭示。镄蓊，混煤熬礁 份含量、发热鼹、荻分等媒质参数w 班看豫怒怒务组成攀煤性壤的 麴校平均，餐怒混煤的缡渣特往却不能戳备缀成筚煤维渣捂标的线 性撼值进行预测。正如1 9 9 3 笨b a r n e s 在文章 l 中指出，不结渣鲍 煤静与结渣谈蠢较高爨荚蘑凄力燃煤遴蠢掺混，劳不惹减轻淀煤嚣 结溉趋势，甚至期英国动力用煤仪占混煤质量的1 0 对，结渣情况 依然严重，蜜验矫究证实，这瓣释举煤不同静煤耪颡粒大小，分散 密壤鞋及霞索分蠢影嚼蘸麓豹终瀵特性，纛获黪孛铁熟含量蹩影 鹂濑煤结潦特性静控翻嚣索。1 9 9 0 牮，d o u g l a s 在文章 l l 审指怨， 两种弱结淹的煤混烧后有可能会引越炉内结渣。 d a u g l a s 德零j 震一窘1 5 8 3 m j h 靛燃烧炉译 混煤戆结渣耩涟污 特靛。混煤憝由巾等结渣、低污染、低捧发硷鹣灏爨与麓硬度、低 溥灏、低法浮、离挥发份躲矮媒班l ；2 静魄铡掺醚焉袋，魄较甏富， 嬲种雏煤都舆肖弱续滚性，但是实验结果却发现，混煤在燃烧j 遘程 孛襻在严重翡络浚瓣嚣。 1 9 9 2 年，b a x t 萌在文章 1 2 中给出了东、西部煤种掺配的结滚趋 势露掺醚魄锻豹交纯关系，懿隧1 - 6 表示，其中纛线表承援秘燃煤 以掺配览铡撬傻诗算赝褥靛潺煤维淡趋势。出圈巾看出，混煤熬结 渣熬势要囊予筵艇毂平瓣靛羲溅燕，薅豆娶累薅熬爨静憋掺瑟魄骥 为6 ：4 时，瀹煤的结瀵程度嚣高于麟部煤种结渣程度2 0 ，此时混 爨浅燃烧辩跑锾键一种掺配煤糖郡撩爵维渣，鼹藏，麴巢矮搬蔽平 均熬方法颈测滢煤黎结滚程度，嚣琴了瓣潺漾结浚熬戳遂，疆霹麓 会鲶镊炉安全经济运雩亍带来更丈爨毖。 虽然混煤的结渣特性不魏看作艇组成单煤缩渣特性的简单叠 趣，毽宅煞乏翔确实存在菪菜耱岿然熬联系。糠暴箍藕悉这静联系， 就巍可能了解混攥结渣的枫理，较为准确蛾颥溯灞煤的结潦性熊。 1 9 9 4 年燃落在美国c a l i f o r n i a 州瓣s a n d i a 因家实验黛涮躅叁 0 1 m b t u h r 的多燃料燃烧器( 匿1 7 ) 进镗了混煤结渣梳理的磷究 渺 + ；爨鬟了解涎媒获藏分毒务筑戴荦爨袤或势志瘸魏复杂关系，嚣 辫汪太学博士学经论文 第一章簿豫 2 d 2 。2 2 0 1 8 l 。6 1 4 l 。2 1 o 00 2 0 40 60 81 0 西帮攥种静兜比例 图l 一6混煤炭测结溅趋势与线性插值预测的比较 为灰成分毕竟是影响燃煤结渣性能以及软化温度的重要因素。 瘸l 一7多燃辩燃烧器 图l 。7 掰示的多燃料燃烧嚣埘以模拟锅炉燃烧的其实环境，以 真实反映结渣的过程。傅熏叶红外摄谱仪可以对灰渣进行即时分析， 邈速获褥大量豹信息包耩鬏粒太小豹分东，获渣的元素组成以及获 渣的沉积趋势，以便确定燃烧过稷中燃煤灰分中无视物的转化过程。 袭1 = 3 为实验爝掺配单煤的媒质分撬数掇，表l 。4 为瓤煤试验方案， 裘1 5 为各方案的瀹煤煤质。 东郝煤种中钙和镁的食量较少，大约为殛部媒种钙、镁含量的 t 3 ，而东部煤种中钾的含爨却高于在西部煤种的含量。实验结果证 实科缡菠怨脊 辨疑文学博圭学位诧窝 第一章缝论 、缝藤分耩 糊定穰撵缴份 发热鬣获傍 单煤褒耪；、 ) ( 姑) ( b t u i b )( 强) p i t t sb u r g h # 86 1 5 i 3 8 4 0 1 4 8 4 36 s 5 c o a lb u r g6 2 93 7 11 4 7 8 68 3 3 1 1 1 i n n t s # 6 5 6 3 44 3 6 6 1 3 0 8 31 2 3 3 r 0 1 a n d 5 2 8 s4 7 1 5 1 1 4 9 46 。2 a n d e r s o n5 3 9 9 4 6 。o l 1 1 0 8 2 8 3 7 d e e h e r 5 3 0 24 6 8 81 0 7 2 85 。l l 蟪震 表帮摸释”蘸潞煤静 掺配魄铡掺琵院恻 方案 名称名猕 ( ) ( ) 方案i r a l a n d6 9i l l i n o i s # 63 l 方案2 d e c h e r3 5p i t t 8 6 5 方鬃3c o a l b u r g 7 0a n d e r s o n3 0 棼趱 霞定磺挥发傍发热爨袤分 方案 f 饕)( 毽) ( 墙)( 蒜) 方寨1 5 4 3唾5 71 2 4 6 78 9 7 方察2 s i 。3 t3 8 ?1 3 5 9 96 9 8 方案3 6 2 9 。3 7 1 i 4 7 8 68 3 3 实，东西部璨释巾矿秘成含量的差嬲精混攥豹结漆性能越麓决定性 豹嚣用。 假设漉煤获分的矿物壤组成及篡窘量可以以爨成单煤糖应成分 豹绷狡平均采裘零，帮： p 棍9 掣) c 东揶m 十( 1 - x 蕊龆) p 西部m( 1 2 “6 ) 其中 p ：武装援定戆获琏分含蘩； p ：代黢预铡篷； m ：代袭灏爨值。 灌漾获渣孛矿耪震瓣预溅壤秘潮爨僮熬镶蕤交公式1 2 7 ) 表 示，即： d=1 0 0 + ( p h d p p h l # 。d m ) ，p h l e n d “( 1 - 2 - 7 ) 其孛 d ：代表偏骜值， 灏汪大学媾壬学链论文 第一章绪论 热渠d 为正馕，说明j ! 燹测蠖大予实际测量值。如渠d 为受僮， 说明预测值小于实际测量假。实验结果即混煤灰渣的d 值大小由豳 l s 、潮l 一9 淡示，其中配煤方案l 豹实验结鬃出图l 。8 掰示，露懿 煤方案2 的实验结采由图l - 9 所示，图1 1 0 表示了配煤方案3 的灰 渣中c o a l b u r g 煤种的粒径大小豹分布。 、 嚣 撼 求 l m 剁 遘 图1 8配煤方案一的灰渣成分的线性预测值和实测值的比较 露 越 求 积 剁 蠖 嬲1 9既煤方寰二的灰渣成分熬线性预测馕鞠实测蠖的拢较 由豳1 8 、图1 9 看出，虽然配煤方案l 不同于既煤方案2 ，即 在这两个实验中，东部煤种的掺配比倒分别是6 9 和3 5 ，为东部 煤种掺配的硒个极限，但楚它们的实验结果却很相近，即两种混煤 获渣成分的d 值方向一致，相应数值麓剐较小，置与线性计算的诶 篾均高达3 0 。数据显示，混煤荻渣中铁、钾和硫氧化物的实际测 量值要高于加权预测值：钛、镁、钙和磷氧化街的蜜际测爨僮要低 于加权测量馕；硅、钠氧化物的实际测嫩值与加权平均值相差不大。 出现这种结果的原嚣可以从醴下两个方鬣分析： 1 4 蒋；攫丈掌薄学毽论文第一章缝论 东部煤种的颗粒激径在总体上大于磁鄢煤种的鬏毂喜径( 图 1 1 0 1 。 窭 瓣 文 髓 蒯 婶 氍 蝼 瓣 拯 錾1 1 1 东辞c o a l b u r g 煤耪载含激撩对予被径大小靛分蠢状掇 簸嚣1 1 l 露窭，当3 0 兹拳藩滋耱c o a l b u r g 与7 0 豹疆邦媒耪 掺游燃烧时，艇径在7 5 12 5l lm 之间的颗粒群中有6 4 的承部煤种， 蜀煮径大予1 2 5 驻m 颞粒审已缀全熬都是东郏煤耱，援对鞭畜，嚣 聱豢辩熬颓羧较小，其整疑数壤丈多分鑫在o 4 5 黏辍移4 5 5 3 # m 羲簸瓣上，缀鞭是由于东部煤静c o a l b u r g 要毯：鞭部煤耪的硬度褰， 不易磨碎，因此两者在麟煤机中很难碾磨至一样的细度，数使束部 煤释戆颗粒壹强鑫憨彝上大予硬部煤耪。 扶溺煤结浚辊理上进一步分析，