摘要：锅炉燃煤是我国工业生产中煤炭资源消耗的重要组成部分，同时由于煤炭分布与经济发展需求之间的不平衡现象极为严重，使得燃煤电厂对煤炭配比和锅炉优化提出了更高的要求。本文在对燃煤特性进行简要分析的基础上，对锅炉热力计算方式进行说明，提出相对应的优化方案，以期对锅炉运行质量提升奠定坚实的基础。
关键词：热力计算；锅炉优化配煤计算；动力配煤
节能降耗是我国热电产业和工业生产所必须解决的问题，依托锅炉运行实际情况和计算机软件系统，进行科学的动力配煤优化，能够较好的解决火电系统运行中出现炉内燃烧火焰不稳定、烟气中飞灰含碳量较高、冰壁结渣等现象。在有效提升煤炭资源利用水平的基础上，确保机组整体运行安全。
1、燃煤特性分析
1.1 煤质元素成分
对煤质元素分析需要从工业分析和元素分析两个角度入手，煤的元素主要包括碳、氢、氧和氮、硫、水分、灰分等。其中碳是最为主要的成分，其占比在20%-70%之间，并且其含量对燃烧所能释放出的热量具有直接性影响。但是碳含量越高的情形下，煤就难以燃烧。氢的比例约占2%-6%之间，是重要的助燃成分。氧和氮是煤燃烧过程中大气污染的主要来源，是环保治理的重要方面。
1.2 煤质燃烧特性
判断煤质的燃烧特性，需要从着火前的准备阶段、燃烧阶段、燃尽阶段三个层面入手。着火过程是煤粉颗粒吸热升温过程，在这一阶段中，煤粉会吸收大量的热量。而燃烧阶段是最为主要的阶段，在这一过程中，通过燃烧会释放出大量的热，因此需要充足的氧气来满足燃烧需求。而在燃尽阶段中，会出现燃尽的碳并且逐渐燃烧成灰渣，正是由于灰渣的存在，使得碳和空气接触不良，煤粉保持较长的燃尽时间。
2、锅炉热力计算方式
2.1 计算软件说明
锅炉在燃烧过程中，存在多种不同的受热面，但是在热力计算方面，主要有炉内辐射传热计算、对流受热面传热计算和半辐射受热面计算三种。而软件编写和选择，也是基于这三种计算的思路指引进行的。将热力计算与计算机编程要求结合在一起，通常将软件设计分为如下几种类型：一是全局基类，这种软件需要考虑全局常量、热平衡参数、煤质参数和漏风系数等，在计算前首先需要确定锅炉的负荷参数和燃料特性参数，通过程序设定，能够较好的提升系统运行的灵活性。二是烟气特性类软件，其设计思路主要是考虑到烟气成分和容积与锅炉运行工况、入煤量有着较强的关联性。但是这类软件对烟气的参数设置具有较强的依赖，需要设置包括气体容积在内的数十种参数。三是炉膛辐射传热类是基于传热场所工况特征进行设计，其在设计中主要考虑水蒸气参数、烟气参数和炉膛结构三个方面。
2.2 锅炉热力计算的实现
无论采用何种设计方式，锅炉热力计算都是在Main函数中实现的。其运行流程是先根据锅炉烟气流程顺序，对各个不同的受热面对象进行定义，之后依照不同的锅炉类型，增加或者删减不同受热面的定义顺序，在完成所有的参数输入之后，就可以得到计算结果。在进行热力计算时，重点需要考虑循环迭代思想的指导，通过对各个假定值的修正，逐渐将误差缩小。
2.3 计算实例
本计算实例以某电厂正在运行的660MW燃煤超临界机组锅炉为例，其运行模式为单个炉膛燃烧，一次中间再热，燃烧方式为四角切圆。在进行计算时，先行确定BMCR工况及主要参数，包括过热蒸汽流量、出口压力、出口温度；再热蒸汽流量、进口压力和温度、出口压力和温度；给水温度三个基本组成方面[1]。其实是要确定煤质分析，在本计算中，煤质属于烟煤。在确定相关参数之后，需要对锅炉汽水系统进行分析，主要包括省煤器、水冷壁系统、过热蒸汽系统和再热蒸汽系统等。最后则是对锅炉热力计算模型进行测试，将燃料特性等相关参数输入计算软件之后，确保各个计算值与设计值的误差保持在限定范围内。
2.4 各受热面灰污系数修正
由于目前热力锅炉在建造时都同步投入了先进的吹灰系统，其实际运行状况也会对锅炉运行的安全性和经济性造成影响。因此在计算过程中，还需要对这方面的影响因素进行修正，通常情形下，修正指数主要包括过量空气系数、锅炉负荷等因素，但是在修正过程中，需要对系统进行建模学习，在本计算中暂时不考虑这方面因素的影响。
3、优化配煤说明
3.1 动力配煤原理
在目前我国锅炉配煤优化设计中，通常是采用加权平均法和经验公式两种方法，将单煤煤质计算为混煤煤质。其中在经验公式法应用中，主要是考虑煤质的线性不可加性和线性可加性[2]。而在动力配煤数学模型方面，多所高校和相关实验室等都提出了较为完善的模型，在实际配煤计算中，可以根据实际情况选用。模型选择的基本标准是在对应约束标准条件下，首先要确保锅炉运行的安全性，尽量以混煤价格控制为优化目标，同时综合考虑混煤燃烧耗量等因素，取得计算结果的最优化。
3.2 基于锅炉热力计算的动力配煤模型
煤质发电成本的构成主要有燃煤成本、辅机耗电成本、排放成本和设备损耗成本四个组成部分，其中控制燃煤成本是最为关键的要素，是整体优化的关键。数学模型必须包括优化目标和约束条件两个组成部分，在对模型进行构建时，动力配煤的目标是要通过不同单煤以不同的比例相混合，确保所得到的混煤能够满足锅炉运行对煤质的特定要求。而约束条件至少要涵盖如下几个方面内容：过热气温、再热气温、引风量、送风量、磨煤量、燃料比、水分、灰分、挥发分、发热量、着火特性、燃尽特性等[3]。在综合考虑现场辅机等设备运行条件的基础上，合理确定多种不同的约束条件，以燃料成本最低为基本优化目标，进而得出最佳配煤方案。
4、结束语
在电厂锅炉系统运行中，合理配煤不仅是确保电厂系统运行安全和经济效益实现的重要支撑，并且对环保工作开展具有重要的影响。由于配煤计算模型参数设置方面存在缺陷，目前优化结果还无法较好的到达环保工作开展的要求。随着计算机研究应用水平的不断提升，相关模型的构建不断完善，热力计算结果也将不断得以优化，从而为电厂系统运行奠定坚实的基础。
参考文献
[1]刘骏. 基于热力计算的锅炉优化配煤研究[D].东南大学,2017.
[2]魏昌淼. 火电机组锅炉优化配煤研究[D].东南大学,2015.
[3]徐星. 电站锅炉系统热力性能建模及其在优化配煤中的应用[D].华中科技大学,2009.