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摘 要：基于某电厂最大效益掺烧法，以该电厂600MW超超临界凝汽式汽轮机组为例，根据实际生产数据，应用Matlab软件进行入炉煤热值、煤耗率、标准煤价、单位燃料成本间的数据分析、曲线拟合和数值计算，研究600MW等级机组在多煤种掺烧方式下的最优入炉煤热值与最低单位燃料成本。该计算方式与锅炉实际燃烧条件结合得到最优燃烧方案，从而促进电厂降本增效措施有效落实。
关键词：掺烧;入炉煤热值;单位燃料成本;标准煤价
Abstract：Taking the600MW ultra-supercritical condensate turbine for example，based on the maximum benefit of the power plant mixed firing analysis and actual production experience，the data analysis，curve fitting and numerical calculation of the calorific value，coal consumption rate，standard coal price and unit fuel cost of the fired coal are carried out by Matlab software to research the optimal calorific value of coal and the lowest unit fuel cost of the600MW capacity unit under the conditions of mixed firing of various coals.This calculation method can obtain the optimal combustion scheme combining with the actual combustion conditions of the boiler，promoting the power plant to reduce costs and increase efficiency measures.
Key words：blending coals combustion;coal calorific value;unit fuel cost;standard coal prices
受當前严峻的煤炭市场形势影响，特别是高热值煤种价格长期处于高位，已无法作为主力煤种单独入炉燃用，掺烧低价、低热值煤种成为当前形势下火电厂降低燃料成本的必要手段。本文以“某电厂2012-2013年度最大效益掺烧法”为基础，探究最佳配煤掺烧比例与最优入炉煤热值，以提升企业经济效益。单位燃料成本受机组煤耗率与燃煤单价两方面共同作用，这两者又同时都受煤种热值影响，当入炉煤热值升高时，标煤单价会相应升高，但煤耗率会随之下降，其间必然会存在一个最优入炉煤热值，使其对应的单位燃料成本达到最低。
1 建立数学模型
基于“某电厂最大效益掺烧法”，以该电厂二期600MW超超临界凝汽式汽轮机组为例，收集机组实际运行燃料成本与煤耗历史数据，根据散点图建立“配煤掺烧经济性分析数学模型”如图1。在此基础上，展开分析“入炉煤热值与供电煤耗关系、标煤煤价与入炉煤热值关系”，采用线性回归的方法，列出回归方程式，进而确定典型负荷下，单位燃料成本与入炉煤热值的变化规律，找出不同负荷条件下的最优入炉煤热值点，指导实际生产，实现配煤掺烧经济效益最大化。
2 入炉煤热值与供电煤耗关系
2.1 相关数据提取
根据“厂级监控信息系统SIS”历史数据，确定典型负荷下不同入炉煤热值对应供电煤耗。统计结果见表1：
2.2 寻找回归方程
将不同负荷下入炉煤热值与供电煤耗绘制散点图，并利用Matlab软件寻找不同负荷下的拟合曲线（见图2），确定回归方程式如下：
机组运行中，实际供电负荷随电网AGC调度而实时变化，少有出现长期稳定负荷运行工况。我们根据负荷预测曲线，用“正态分布法”统计不同负荷区间时长，以典型负荷“入炉煤热值—供电煤耗关系”回归方程为基础量，计算预算周期内总发电负荷的加权平均值，得出预算周期平均负荷的回归方程。
以2018年12月15日负荷为例（下文计算均以此负荷为例），通过负荷曲线可以大致将负荷分为三个区间，见表2：
以不同负荷时长为基准，对全天负荷与入炉煤热值的回归方程进行加权计算，全天负荷率为34.44%，得到日平均负荷供电煤耗的回归方程式：
3 标煤煤价与入炉煤热值关系
相关数据提取：根据近三月燃煤采购计划及电厂存煤情况获取入炉煤煤种数据（见表3），其中需要注意的是，受不同时期采购条件和燃煤储量因素限制，存在同热值不同煤种价格不同，同煤种不同时期采购价格不同及个别高热值煤种价格低于低热值煤种价格（极个别情况如华能优煤种，单烧最优，本文不做赘述）的现象。为保证数据线性回归，此现象需分别计算同热值不同煤价的煤种参与掺烧时的拟合方程式。
绘制不同煤种标煤单价与热值关系的散点图，利用Matlab寻找其拟合曲线，确定回归方程式：
4 单位燃料成本与入炉煤热值关系
4.1 单位燃料成本与入炉煤拟合方程
单位燃料成本计算公式：单位燃料成本C=供电煤耗bg×标煤单价P。
同样以2018年12月15日负荷为例：
根据厂存煤种热值与价格，确定Q取值范围[3300，5500]，求取该式在此区间内的最小值：当Q=4393千卡/千克时，Cmin=0.2793元/千瓦时。见图3。
4.2 煤价波动对单位燃料成本的影响 上文提到受不同时期燃煤采购条件及燃料煤存储情况限制，可能存在同一热值不同煤种煤价不同以及煤价随市场行情影响煤价浮动的现象，为保证数据线性回归，当出现同一热值不同煤价时，需分别计算不同煤价煤种参与掺烧时的拟合方程，再分别计算最佳入炉煤热值以确定最优单位燃料成本。以12月燃煤采购计划为例，见表4：
厦门国贸（进口煤）与同煤热值均为5000千卡/千克，标煤煤价分别为841.40元/吨和864.42元/吨，当使用热值为5000千卡/千克的厦门国贸（进口煤）煤掺烧时拟合方程为：
最佳入炉煤热值为4390千卡/千克，单位燃料成本为0.2887元/千瓦时。
当使用热值为5000千卡/千克的同煤参与掺烧时拟合方程为：
最佳入炉煤热值为4238千卡/千克，单位燃料成本为0.2918元/千瓦时。
通过图4、图5曲线可以看出，厦门国贸（进口煤）与同煤在相同热值时，后者标准煤价更高，在其参与掺烧时对应最佳入炉煤热值更低，相应的掺烧比例也需要降低，而单位燃料成本仍有小幅上升。说明当高性价比煤种购买量或存储量有限，需要掺烧低性价比煤种时，应该重新求取最佳入炉煤热值，进而确定新的配煤热值与配煤比例。
同理可以得出，当煤价浮动时，最佳入炉煤热值也会发生变化，也应适当调整配煤比例，如6月褐煤煤价为748.79元/吨，而12月份为778.48元/吨，同样带厦门国贸（进口煤）进行混烧，得出新的拟合方程式：
最佳入炉煤热值为3300千卡/千克，单位供电成本为02861元/千瓦时。
由此可见，若以6月份价格购买褐煤，在12月进行掺烧，理论上完全燃烧褐煤会使单位燃料成本最低。而以12月实际褐煤煤价采购，按照定量配比使混配煤热值控制在4390千卡/千克，单位燃料成本达到最低。因此，在褐煤价格升高，优质煤价格相对下降的背景下，最佳入炉煤热值升高，并不是所有时期褐煤掺烧比例越大越经济。
4.3 不同负荷下最优入炉煤热值的变化趋势
將典型负荷标准煤耗方程代入单位燃料成本计算公式中，确认各典型负荷的最优入炉煤热值及单位燃料成本，得到其变化趋势见图6：
从图6可以看出，在近三个月厂存煤结构下，随负荷变化，最优入炉煤热值在4350千卡/千克附近，虽有小幅波动，但差值极值小于200千卡/千克。说明当前情况下，确认某一最优入炉煤热值作为配煤参考热值时，基本能够满足全负荷区间的燃料经济性。而随负荷升高，单位燃料成本有明显下降，主要是负荷率提高，厂用电率下降，单位燃料成本随之下降。
5 参与掺烧时最佳入炉煤热值约束条件
前文所提最佳入炉煤热值确定，均假定此热值煤种适合锅炉燃烧，但锅炉实际燃烧受混配煤种的灰分A、水分M、挥发分V、硫分S、软化温度ST、结焦量、可磨性等多方面因素影响，实际燃烧必须同时满足锅炉除渣、除尘系统能力、锅炉带负荷能力、脱硫、脱硝系统能力、制粉系统出力、炉膛安全燃烧能力等多方面要求。需要将所得最优掺烧热值煤质的相关特性进行分析与计算，即需要满足锅炉燃烧约束条件：
比较是否符合锅炉燃烧情况，若不满足任意一条，需在其允许区间内取最优值。本文涉及煤种均适合电厂锅炉正常掺烧，故未进行此方面影响的计算与修正。
6 结论
a.预测机组日负荷需求，根据单位燃料成本与入炉煤热值的拟合关系可以确定最佳入炉煤热值，将厂存煤种按最佳入炉煤热值进行配比掺烧，降低单位燃料成本。
b.通过最佳入炉煤热值的确定，根据厂存煤结构与当前燃料采购价格，为燃料采购计划的制定提供参考依据。
c.最佳入炉煤热值为理论值，受燃料采购价格、燃煤存储结构、煤种的适烧性等实际条件影响，当上述任一条件发生变化时，需根据单位燃料成本与入炉煤热值的关系曲线重新拟合方程进行计算与调整。
参考文献：
[1]王志辉.营口电厂最大效益掺烧法简介[R].2013.
[2]蔡玉明，刘如铁，等.燃煤电厂最佳入炉煤热值的计算[J].河北电力技术，2013：40-54.
[3]李浩宇.电厂配煤掺烧最优掺烧比例确定算法[J].能源科技期刊，2017.04.
[4]国家能源局.电站煤粉锅炉燃煤掺烧技术导则[S].北京：中国电力出版社，2015.04.
[5]李青，公维平.火力发电厂节能和指标管理技术[M].中国电力出版社，2009.
关键词：掺烧;入炉煤热值;单位燃料成本;标准煤价
Abstract：Taking the600MW ultra-supercritical condensate turbine for example，based on the maximum benefit of the power plant mixed firing analysis and actual production experience，the data analysis，curve fitting and numerical calculation of the calorific value，coal consumption rate，standard coal price and unit fuel cost of the fired coal are carried out by Matlab software to research the optimal calorific value of coal and the lowest unit fuel cost of the600MW capacity unit under the conditions of mixed firing of various coals.This calculation method can obtain the optimal combustion scheme combining with the actual combustion conditions of the boiler，promoting the power plant to reduce costs and increase efficiency measures.
Key words：blending coals combustion;coal calorific value;unit fuel cost;standard coal prices
受當前严峻的煤炭市场形势影响，特别是高热值煤种价格长期处于高位，已无法作为主力煤种单独入炉燃用，掺烧低价、低热值煤种成为当前形势下火电厂降低燃料成本的必要手段。本文以“某电厂2012-2013年度最大效益掺烧法”为基础，探究最佳配煤掺烧比例与最优入炉煤热值，以提升企业经济效益。单位燃料成本受机组煤耗率与燃煤单价两方面共同作用，这两者又同时都受煤种热值影响，当入炉煤热值升高时，标煤单价会相应升高，但煤耗率会随之下降，其间必然会存在一个最优入炉煤热值，使其对应的单位燃料成本达到最低。
1 建立数学模型
基于“某电厂最大效益掺烧法”，以该电厂二期600MW超超临界凝汽式汽轮机组为例，收集机组实际运行燃料成本与煤耗历史数据，根据散点图建立“配煤掺烧经济性分析数学模型”如图1。在此基础上，展开分析“入炉煤热值与供电煤耗关系、标煤煤价与入炉煤热值关系”，采用线性回归的方法，列出回归方程式，进而确定典型负荷下，单位燃料成本与入炉煤热值的变化规律，找出不同负荷条件下的最优入炉煤热值点，指导实际生产，实现配煤掺烧经济效益最大化。
2 入炉煤热值与供电煤耗关系
2.1 相关数据提取
根据“厂级监控信息系统SIS”历史数据，确定典型负荷下不同入炉煤热值对应供电煤耗。统计结果见表1：
2.2 寻找回归方程
将不同负荷下入炉煤热值与供电煤耗绘制散点图，并利用Matlab软件寻找不同负荷下的拟合曲线（见图2），确定回归方程式如下：
机组运行中，实际供电负荷随电网AGC调度而实时变化，少有出现长期稳定负荷运行工况。我们根据负荷预测曲线，用“正态分布法”统计不同负荷区间时长，以典型负荷“入炉煤热值—供电煤耗关系”回归方程为基础量，计算预算周期内总发电负荷的加权平均值，得出预算周期平均负荷的回归方程。
以2018年12月15日负荷为例（下文计算均以此负荷为例），通过负荷曲线可以大致将负荷分为三个区间，见表2：
以不同负荷时长为基准，对全天负荷与入炉煤热值的回归方程进行加权计算，全天负荷率为34.44%，得到日平均负荷供电煤耗的回归方程式：
3 标煤煤价与入炉煤热值关系
相关数据提取：根据近三月燃煤采购计划及电厂存煤情况获取入炉煤煤种数据（见表3），其中需要注意的是，受不同时期采购条件和燃煤储量因素限制，存在同热值不同煤种价格不同，同煤种不同时期采购价格不同及个别高热值煤种价格低于低热值煤种价格（极个别情况如华能优煤种，单烧最优，本文不做赘述）的现象。为保证数据线性回归，此现象需分别计算同热值不同煤价的煤种参与掺烧时的拟合方程式。
绘制不同煤种标煤单价与热值关系的散点图，利用Matlab寻找其拟合曲线，确定回归方程式：
4 单位燃料成本与入炉煤热值关系
4.1 单位燃料成本与入炉煤拟合方程
单位燃料成本计算公式：单位燃料成本C=供电煤耗bg×标煤单价P。
同样以2018年12月15日负荷为例：
根据厂存煤种热值与价格，确定Q取值范围[3300，5500]，求取该式在此区间内的最小值：当Q=4393千卡/千克时，Cmin=0.2793元/千瓦时。见图3。
4.2 煤价波动对单位燃料成本的影响 上文提到受不同时期燃煤采购条件及燃料煤存储情况限制，可能存在同一热值不同煤种煤价不同以及煤价随市场行情影响煤价浮动的现象，为保证数据线性回归，当出现同一热值不同煤价时，需分别计算不同煤价煤种参与掺烧时的拟合方程，再分别计算最佳入炉煤热值以确定最优单位燃料成本。以12月燃煤采购计划为例，见表4：
厦门国贸（进口煤）与同煤热值均为5000千卡/千克，标煤煤价分别为841.40元/吨和864.42元/吨，当使用热值为5000千卡/千克的厦门国贸（进口煤）煤掺烧时拟合方程为：
最佳入炉煤热值为4390千卡/千克，单位燃料成本为0.2887元/千瓦时。
当使用热值为5000千卡/千克的同煤参与掺烧时拟合方程为：
最佳入炉煤热值为4238千卡/千克，单位燃料成本为0.2918元/千瓦时。
通过图4、图5曲线可以看出，厦门国贸（进口煤）与同煤在相同热值时，后者标准煤价更高，在其参与掺烧时对应最佳入炉煤热值更低，相应的掺烧比例也需要降低，而单位燃料成本仍有小幅上升。说明当高性价比煤种购买量或存储量有限，需要掺烧低性价比煤种时，应该重新求取最佳入炉煤热值，进而确定新的配煤热值与配煤比例。
同理可以得出，当煤价浮动时，最佳入炉煤热值也会发生变化，也应适当调整配煤比例，如6月褐煤煤价为748.79元/吨，而12月份为778.48元/吨，同样带厦门国贸（进口煤）进行混烧，得出新的拟合方程式：
最佳入炉煤热值为3300千卡/千克，单位供电成本为02861元/千瓦时。
由此可见，若以6月份价格购买褐煤，在12月进行掺烧，理论上完全燃烧褐煤会使单位燃料成本最低。而以12月实际褐煤煤价采购，按照定量配比使混配煤热值控制在4390千卡/千克，单位燃料成本达到最低。因此，在褐煤价格升高，优质煤价格相对下降的背景下，最佳入炉煤热值升高，并不是所有时期褐煤掺烧比例越大越经济。
4.3 不同负荷下最优入炉煤热值的变化趋势
將典型负荷标准煤耗方程代入单位燃料成本计算公式中，确认各典型负荷的最优入炉煤热值及单位燃料成本，得到其变化趋势见图6：
从图6可以看出，在近三个月厂存煤结构下，随负荷变化，最优入炉煤热值在4350千卡/千克附近，虽有小幅波动，但差值极值小于200千卡/千克。说明当前情况下，确认某一最优入炉煤热值作为配煤参考热值时，基本能够满足全负荷区间的燃料经济性。而随负荷升高，单位燃料成本有明显下降，主要是负荷率提高，厂用电率下降，单位燃料成本随之下降。
5 参与掺烧时最佳入炉煤热值约束条件
前文所提最佳入炉煤热值确定，均假定此热值煤种适合锅炉燃烧，但锅炉实际燃烧受混配煤种的灰分A、水分M、挥发分V、硫分S、软化温度ST、结焦量、可磨性等多方面因素影响，实际燃烧必须同时满足锅炉除渣、除尘系统能力、锅炉带负荷能力、脱硫、脱硝系统能力、制粉系统出力、炉膛安全燃烧能力等多方面要求。需要将所得最优掺烧热值煤质的相关特性进行分析与计算，即需要满足锅炉燃烧约束条件：
比较是否符合锅炉燃烧情况，若不满足任意一条，需在其允许区间内取最优值。本文涉及煤种均适合电厂锅炉正常掺烧，故未进行此方面影响的计算与修正。
6 结论
a.预测机组日负荷需求，根据单位燃料成本与入炉煤热值的拟合关系可以确定最佳入炉煤热值，将厂存煤种按最佳入炉煤热值进行配比掺烧，降低单位燃料成本。
b.通过最佳入炉煤热值的确定，根据厂存煤结构与当前燃料采购价格，为燃料采购计划的制定提供参考依据。
c.最佳入炉煤热值为理论值，受燃料采购价格、燃煤存储结构、煤种的适烧性等实际条件影响，当上述任一条件发生变化时，需根据单位燃料成本与入炉煤热值的关系曲线重新拟合方程进行计算与调整。
参考文献：
[1]王志辉.营口电厂最大效益掺烧法简介[R].2013.
[2]蔡玉明，刘如铁，等.燃煤电厂最佳入炉煤热值的计算[J].河北电力技术，2013：40-54.
[3]李浩宇.电厂配煤掺烧最优掺烧比例确定算法[J].能源科技期刊，2017.04.
[4]国家能源局.电站煤粉锅炉燃煤掺烧技术导则[S].北京：中国电力出版社，2015.04.
[5]李青，公维平.火力发电厂节能和指标管理技术[M].中国电力出版社，2009.