原煤折标煤系数 本文应用物流系统工程的思维和方法构建燃料管理体系（上）

【摘要】本文运用物流系统工程的思想和方法构建燃油管理系统。应用物流分解与协调技术，分别对燃料系统供、用、储子系统进行成本优化与协调。作为存储子系统管理的核心，存储约束是燃料供应和消耗子系统成本优化的基础。其次，分析了燃料供应、储存和消耗的客观要求和相互关系，并根据成本优化的要求设计了管理方案。仓储管理方案的设计目标是合理制定仓储约束条件，使供应、仓储、消费三个环节协调一致。消费管理和供应管理的要求是煤炭消费适应性强、煤炭供应稳定、煤炭供应可靠。供需管理方案在满足自身管理要求和存储约束的基础上，以最低成本为设计目标。

一、燃料管理目标

燃料管理的目标是在保证安全生产的基础上，追求最经济的燃料成本。

(一）安全生产要求

1、燃油质量要求

火电厂的电厂锅炉根据选用的煤种匹配锅炉本体设计和辅助设备选型。如果实际供煤量与设计值偏差过大，将影响锅炉安全、经济、稳定运行，甚至给锅炉运行带来难以克服的困难。

2002年原煤折标煤系数，国家电力公司对40家电厂131台大容量锅炉（锅炉总容量74914吨/小时）的燃煤情况进行了调查。调查结果表明，火电厂实际供应煤与设计煤的差异比较突出。从表1.1可以看出，在被调查的131台锅炉中，只有41台锅炉供应设计煤种，90台锅炉供应的煤种与设计煤种不符。 55台锅炉供煤与设计煤种不同，影响突出，导致锅炉效率下降，发电煤耗增加；或锅炉受热面过热结渣，危及安全运行；或锅炉出力下降，影响供电。

表1 实际煤种与设计煤种差异统计表

序列号

实际煤与设计煤的不同分类

发电厂数量

单位数

产能（吨/小时）

1

基本匹配

12

41

34904

2

可在设备改造和操作调整后进行适配

15

35

19580

3

不一致且突出

13

55

30430

根据电站锅炉燃料质量要求，为保证电站锅炉安全稳定运行，一方面要加强供煤质量管理；根据含量、发热量、灰分、水分、硫分、灰分熔融特性等指标，对多种煤种进行混合燃烧。

2、发电是一个连续的过程，必须有充足的燃料保证。为此，火力发电厂必须有一定的燃料储备。供应煤与设计煤存在偏差的实际情况，也需要针对不同煤质有一定的安全储备。

(二）经济要求

完整的燃料成本包括购买成本、储存成本、经济使用效率成本，其经济要求包括燃料和燃烧经济要求、储存经济要求。

1、燃料和燃烧经济性要求

由于各种燃料煤的发热量不同，为了统一计算、比较和分析，各种燃料按其发热量换算成标准煤量。一吨标准煤对应的价格称为标准煤单价。燃煤的实际价值应为其标准煤单价而非原煤价格。烧煤的价格质量比实际上是标准煤单价的比较。

燃料的购买除了直接购买成本，即燃料成本外，还应充分考虑经济使用的效率成本，即所购燃料的能量是否能被有效利用。是否能保证锅炉安全稳定燃烧，是否​​能满足锅炉变负荷的需要等。

燃料的质量会影响燃料的价格、机组的效率，有时还会影响机组的安全指数。因此，燃料和燃烧的经济性需要对购买煤炭进行良好的燃烧经济性分析。

2、存储经济性要求

火力发电厂应该有一定的燃料储备。在经济性方面，一般在满足安全生产的前提下，低库容可以减少库损，减少对流动资金的占用。但当市场价格波动时，增加存储可能会带来更大的经济效益。例如，每年夏秋两季，煤矿生产和铁路运输条件较好时，都会储存大量煤炭。虽然当时花了不少钱，增加了储存难度，但在冬天，可以减少因涨价和运输困难带来的被动。仓储经济需要对库存持有成本、订购成本和缺货成本进行合理评估。

(三）燃料管理的科学要求

燃油管理的科学性体现在系统化、优化和量化方面。

燃油管理的系统性要求分析燃油管理的内部系统特征，管理思维应贯穿全过程。它包括明确的目标、实现目标的程序和方法，以及良好的反馈。

偏好是决策的核心，也是管理的一个重要且普遍的特征。燃料管理的优化需要系统工程的思想和方法，即系统优化的方法来解决系统问题。

燃料管理的量化要求应采用量化分析，建立管理问题的程序和方程，对各种定性问题进行量化，从而对管理问题进行有效的决策和控制。

1、系统论方法的应用

根据燃油管理系统化和优化的要求，燃油管理应运用系统论的思想和方法，寻求系统效益的最大化。

燃料的供应、储存和消耗是一个连续的过程。三个环节相互关联、相互制约，存在利益矛盾的现象。例如，在一定程度上降低存储成本会威胁到消费的安全；按煤质要求采购可能导致供应成本增加；按最低煤价采购可能无法满足消费要求，影响安全生产等。燃料的供应、储存和消耗是一种物流运动，燃料系统可以看作是一个物流系统。本文运用物流系统工程的观点和方法，分析和解决燃料管理效益最大化问题。

物流的目标是保证生产的正常进行，实现物流各环节的合理衔接，达到最佳的经济效益。物流系统按功能性质可分为若干子系统。本文将燃料物流系统划分为供应、消耗和储存三个子系统。

物流系统工程研究中最常用的技术之一是分解和协调技术。物流系统包括多个子系统的复杂大系统。在分析研究过程中，对子系统进行局部优化，然后根据整体利益的原则，不断协调子系统之间的关系，以达到高效低成本的目标。除了子系统的协调，还要把握系统与外部环境的协调，从更高的层面把握系统的利益。

应用分解协调技术，分别优化燃料管理的供给、储存和消耗子系统，按照安全生产要求和系统成本最低的原则，对三个子系统进行协调。针对制约锅炉安全生产和燃烧经济性的煤炭燃烧存在多样性和不确定性的主要矛盾，煤场储存煤炭的质量分布和数量必须达到合理水平，确保发电的安全性和经济性。得到保证。因此，存储子系统的优化目标应该是形成满足安全生产和经济消费要求的煤质和煤量的存储约束。基于存储约束，对供需子系统进行成本优化，并根据优化信息的反馈调整存储约束，使系统整体趋于最优。

2、信息化

燃油管理的量化性质需要大量的数学统计和分析。信息化使得复杂的数据采集和统计能够及时准确地实现，为数学模型的实际应用提供了可能。

信息技术也可以弥补功能结构的不足。计算机信息化实现资源共享，使电厂对功能结构横向协调性差的矛盾有了解决方案。科学系统的管理方法和计算机化的公共资源，使管理环节的协调和连续性成为可能。

二、管理流程设计

(一）设计理念

首先，综合考虑外部环境和现有储存条件，制定燃料储存约束（总储存量和煤质储存量）。优化，最终供给和消费的结果指导存储约束的制定。

为了降低决策的复杂性，提高可操作性，可以考虑在比较短的时间内确定供需过程的外部环境状态，即煤矿的基本情况、煤炭采购量、煤炭消费量。并确定质量要求，采用该时间段内的决策方法。不确定因素带来的风险可以通过替代方案来防范。

存储约束是管理系统的核心。它所确定的存储数量和质量要求是供需优化的基础，其合理性是实现系统优化的关键。存储约束的制定是一个不确定的决策，其过程难以量化。它主要依靠足够的研究和经验来完成，同时也需要从系统信息中获得足够的反馈来指导其改进。

(二）系统模式

物流系统由环境、系统输入、输出、加工等组成，模式为输入-转化-输出。燃油流动系统模型描述如图1所示：

说明：输入信息包括：供煤单位的价格、质量、数量、名称等；

输出信息包括：消费经济性和煤炭消费的稳定性和适应性；

系统处理中的信息处理包括：对煤场储存煤炭的数量、质量和价格进行统计；

系统的外部环境包括：单位燃煤数量和质量要求、煤炭产量、煤炭市场价格、运输、煤矿供应能力等。

根据系统动力学，物流系统分为物质流和信息流，其中信息流中的信息反馈是决策的基本要素。在系统的实施中，不是机械地执行预定的计划，而是根据信息反馈的新情况，对原计划进行及时的调整和修正。在燃料物流系统中，供应、消耗和储存子系统都有信息反馈，子系统之间的信息反馈构成了系统的信息反馈。

根据燃料管理流程的设计思路，存储约束是系统管理的核心，也是系统信息反馈的核心。存储约束信息输入到系统中，系统的信息最终反馈给存储约束，如：某种煤种在特定锅炉燃烧一定时期内的性能指导制定存储约束计划；提供关于存储的约束计划合理性的反馈。根据系统反馈的信息调整存储约束，使整个系统趋于最优。系统管理信息流程如图2所示。

储能约束作为系统信息反馈的核心，应根据燃料市场、发电市场等外部环境影响的反馈进行调整。它们是动态的、开放的，能够体现物流信息的功能。在该模式下，存储约束被确定为系统与外部环境相结合的切入点，有利于接受外部信息，符合客观现实，使系统的调整和优化变得可行。

(三）风险防范

未来的不确定性会带来系统性风险。该系统的不确定性因素主要有两个：外部环境不确定性因素，如外部煤炭市场的变化和运输过程中的问题，即矿点情况多变；发电负荷的不确定因素和电站锅炉的健康状况，即燃烧需求的变化较大。合理处理不确定因素可以降低系统风险。系统采用以下方法来消化这种风险： ①缩短优化周期，不确定因素随着时间的缩短而减少； ② 对于不确定因素较多的方案，应制定替代方案； ③ 采用合理的仓储管理模式应对变更，便于备选方案的调整。

三、燃料储存管理计划

火电厂设置煤炭堆场，确保安全生产。目的是：①合理储备一定数量的燃油，保证燃油的不间断供应； ②调整进煤过剩和短缺，缓解供需矛盾； ③ 加煤 混合配比后，保证煤质符合锅炉要求； ④ 储备应急燃料，防止外部条件发生变化。

(一）储煤质量和数量要求

火电厂煤场的煤库来源广泛，不同种类煤的质量指标不同。煤需要混合以满足燃烧要求。为此，煤场应保持一定比例的煤炭储备，以保证配煤需求。在实际应用中，合理划分煤场，未来煤炭分类后入库，既能直接反映煤种分布，又便于消费时调配。

(二）存储方案设计

储存方案的设计目标是促进混合燃烧，减少储煤损失，减少储煤热损失，减少营运资金占用，需要确定总储存量和不同煤质的储存量。储存量根据日常消费、季节和市场而定。这是一个不确定的决定，主要是通过足够的研究和经验来完成的。为便于实施，本文结合电厂实际摸索后，采用定量分析和经验判断的方法确定燃料储备量。

1、总存储量的确定

库容确定方式是以每月煤炭消耗量为基础，参照上年数据进行分析，结合影响当期煤炭储量的主客观因素确定当月储量。

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储煤系统为开放系统，储煤量根据机组运行要求、煤场条件和煤源条件，最终确定在保险储煤量与最大储量之间。它随影响煤炭储量的各种主客观因素而变化；要注意整体或长期的经济合理性。库容维持水平是在对市场和需求进行准确分析的基础上，在合理评估仓储持有成本、订单成本和缺货成本的基础上，确定的不同煤种的仓储结构和总量。

2、按类型确定煤炭储量

在总量确定的同时，储量需要合理分配各煤种的比例结构，确定煤种的数量。煤种约束条件是根据燃烧的煤种要求和外部市场分析，通过人为判断制定的。对各类煤种保持一定的安全储备，以备不时之需，以备不时之需； ③掌握煤炭质量整体水平。

四、燃料供应管理计划

(一）供应的可靠性要求

火电厂所需煤炭量大，设计库存有限。煤矿多，运输环节复杂，供、运、需链条还很脆弱，煤炭供应关系不是很稳定的关系。火电厂煤炭供应将全部在市场上采购，煤炭供应难以保证正常供应。

供应的可靠性要求采购必须坚持以计划为主要因素，以市场调节为补充的原则。坚持以计划为主，保障煤炭供应主渠道，使电厂煤炭供应有了稳定基础。在规划的前提下，灵活运用市场渠道作为煤炭供应的有效调整和补充手段。

(二）供应计划设计

1、首先要收集煤炭资源产量、品种、规格、质量、价格、市场燃料供应趋势等信息，做好市场调研和市场预测。

市场调查的主要内容包括：市场需求调查、市场竞争与发展趋势调查、矿侧营销策略调查。

市场预测的主要内容包括：预测煤炭产能、运输能力、需求前景、价格走势。

2、其次，要对燃料供应、质量保证、计量盈亏进行分析。

电力生产的特点要求燃料不间断供应，燃料供应保障水平低会降低储备，导致安全发电保障系数降低。在分析燃料供应完成情况时，应结合计量损益，反映燃料数量的损益和索赔。同时，要对燃料供应的质量保证水平进行分析，对煤矿供应煤的质量保证水平进行检查。

3、最后根据以上分析预测结果，使用优化的方法确定采购计划。

根据市场预测外部环境条件和库容约束，合理确定当期采购数量和质量，采用优化方法确定采购成本最低的分采采购量。通过对历史供应量和质量保证度的分析来评估风险，对风险过高的方案制定后备方案。

五、油耗管理计划

(一）消耗煤质要求

1、指标要求

在煤质指标中，与煤种比呈线性关系，是煤耗的线性约束条件，包括挥发物、热值、灰分、水分和硫分。挥发性物质是燃料的一个重要特性。不能低于下限值以保持低负荷燃烧的稳定性，不能高于上限值以防止烧嘴烧坏。入炉煤发热量的重要保证，入炉煤发热量的技术下限主要以燃烧稳定性为依据，否则容易造成锅炉结焦；一般灰分、水分、硫分越低越好，不宜超过上限。其中，硫含量越高越好。酸露点高易腐蚀尾烟道，增加二氧化硫排放。

2、指标的可加性

火电厂的煤在消耗时需要进行配煤，配煤质量的预测是基于单煤之间的挥发分与发热量、灰分熔化温度等良好的相加性（即是，加权平均）。虽然配煤是一种简单的机械混合过程，但其燃烧特性并不是煤组分的简单叠加。由于单一煤的成分和特性不同原煤折标煤系数，混合后不同煤质的颗粒在燃烧过程中相互影响和制约，使得混合煤的煤质特性比单一煤的煤质特性更加复杂。 1994年浙江大学在杭州电力配煤场进行了配煤挥发分可加性与实测发热量和单煤加权平均理论值的关系实验，发现煤燃烧指标的可加性具有以下特点：

燃煤挥发物的可加性：混煤挥发物略低于单煤的理论加权平均值，较低值一般不超过2%。

燃煤热值的可加性：热值是评价配煤质量的首要指标。混煤热值略高于单种煤的理论加权平均值。

煤的熔融温度、灰分和硫分的可加性：在煤灰成分不是很特殊的情况下，配煤的灰熔融温度具有较好的可加性。混煤灰分和硫分具有良好的相加性。

配煤的许多质量指标没有很好的线性可加性。混合时应适当考虑指数相加的特性。例如，配煤时挥发分的下限应高于要求值。满足锅炉需求。

3、适应性要求

锅炉对煤种的适应性不同。配煤的适应性应通过实际试烧验证。任何一种方案验证都必须经过实际锅炉满负荷、低负荷稳定燃烧、持续高负荷等综合试验，以评价适应性。

4、稳定性要求

电厂锅炉的灰渣处理系统、电除尘器、吹灰器等辅助系统的运行是以锅炉煤质稳定为前提的，煤质不稳定会对辅助系统造成损害。同时，电厂自动化程度越高，对煤种的适应范围就越窄，只有稳定的煤质才能保证锅炉的安全稳定运行。稳定的煤质是良好负荷响应特性的基础。

(二）消费方案设计

1、排水目标

(1）煤耗适应性和稳定性

在实际运行中，电站锅炉的主要目标是稳定燃烧，要求提供适合燃烧的稳定煤质，即要求煤质在规定范围内稳定波动。所需的索引范围。

(2）最低消费成本

在一定的煤质要求下，追求消耗成本最低，即炉内标煤单价最低。

优化问题

2、其实就是在约束条件下寻找目标函数极值的问题。具体方法可以概括为以下三个步骤：确定约束、确定目标函数、求解。使用的数学模型如下：

(1）目标函数

匹配n种单煤，追求配煤成本最低。

(2）约束

用n种单种煤配制的某一技术指标不能大于配煤技术指标的上限；用n种单煤配制的一定技术指标不能低于配煤技术指标的下限；各种单煤比例不能为负。

(3）求解

当约束条件和目标函数确定后，要解决的问题就变成了纯数学问题，可以用单纯形法来解决。

(4）条件

上述数学模型基于以下假设：所选煤质指标具有线性可加性；指标之间没有相互作用；各种单煤的煤质指标是恒定的。

根据上述模型假设，最优应用条件为：指标约束应通过考虑指标的线性加性特性来确定；混煤平均质量测量准确，质量基本保证稳定。

3、实际应用

在实际应用中，为了提高可操作性，降低调和过程的复杂性，调和时主要考虑关键因素，一般是热值和挥发物的影响。超标影响燃烧时，应考虑熔融特性、硫、水分、灰分等因素。例如，如果煤场的煤炭水分超标，则应考虑不掺入或减少掺入量。

在实际应用中，为了提高配煤的可操作性，减少配煤的盲目性，应分析来煤的历史情况。通过对混合组合的试验，制定了不同负载条件下的混合方案。在具体操作过程中，根据实际情况在一定范围内对方案进行优化，可以避免大规模优化带来的操作混乱和复杂。 .

在实际应用中，根据锅炉对不同煤种的适应性要求，优化时不仅要考虑在一定工况下适合燃烧，还要避免不同工况下煤质的较大波动，以防止负载变化时失去跟踪能力和自动控制失败。

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