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煤質(zhì)成分在線檢測(cè)裝置的應(yīng)用簡(jiǎn)介論文
目前國(guó)內(nèi)火力發(fā)電機(jī)組燃煤煤質(zhì)變化非常大，各發(fā)電廠的燃煤中，統(tǒng)配煤約占60，其余40為自購(gòu)煤，而電廠自購(gòu)煤具有很大的隨意性，來(lái)煤煤種變化大、煤質(zhì)優(yōu)劣不齊，該種狀況短期內(nèi)難以發(fā)生轉(zhuǎn)變。
在煤質(zhì)多變的情況下，煤質(zhì)分析滯后，已嚴(yán)重影響到鍋爐的安全運(yùn)行�；鹆Πl(fā)電廠現(xiàn)有煤質(zhì)分析基本為人工或機(jī)械取樣、人工制樣、人工化驗(yàn)，送入鍋爐的煤質(zhì)數(shù)據(jù)只能在兩三天后才能得到，具有明顯的滯后性，對(duì)鍋爐安全運(yùn)行及優(yōu)化調(diào)整來(lái)說(shuō)已經(jīng)意義不大。在入廠煤結(jié)算時(shí)，人工取樣化驗(yàn)的方法更是增加了時(shí)間成本，無(wú)法避免取樣誤差帶來(lái)的購(gòu)煤風(fēng)險(xiǎn)。
如何避免因煤質(zhì)原因造成鍋爐滅火事故、降低助燃用油、避免因鍋爐事故進(jìn)而造成對(duì)電網(wǎng)的沖擊、如何快速了解入廠煤質(zhì)、降低采購(gòu)風(fēng)險(xiǎn)等，都是火力發(fā)電廠目前急需解決的重大問(wèn)題。南京大陸中電科技股份有限公司開(kāi)發(fā)的采用中子活化技術(shù)的MJA型煤質(zhì)成份在線檢測(cè)裝置，從根本上解決了上述難題。裝置能實(shí)現(xiàn)以下用途:
●能夠?qū)崿F(xiàn)全煤流在線煤質(zhì)檢測(cè)，在煤炭入爐前提供實(shí)時(shí)煤質(zhì)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)鍋爐運(yùn)行，避免事故，實(shí)現(xiàn)安全燃燒;
●在有條件的發(fā)電廠可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)配煤，保證入爐煤質(zhì)穩(wěn)定，并符合機(jī)組負(fù)荷的要求;
●可以提供實(shí)時(shí)煤質(zhì)數(shù)據(jù)及未來(lái)數(shù)小時(shí)的煤質(zhì)變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)，為運(yùn)行人員實(shí)現(xiàn)優(yōu)化燃燒、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支持;
●可以為鍋爐提供最經(jīng)濟(jì)燃用煤質(zhì)指導(dǎo)，從而幫助發(fā)電廠實(shí)現(xiàn)主動(dòng)選煤、科學(xué)購(gòu)煤。
隨著煤質(zhì)成分在線檢測(cè)裝置的推出，實(shí)時(shí)獲得輸煤皮帶上的燃煤煤質(zhì)成分成為了可能，使得鍋爐運(yùn)行人員能夠及時(shí)了解當(dāng)前所燃燒煤的元素成分和工業(yè)分析結(jié)果，可以變被動(dòng)地調(diào)節(jié)燃燒系統(tǒng)為根據(jù)煤質(zhì)的工業(yè)特性及時(shí)主動(dòng)地調(diào)節(jié)燃燒系統(tǒng)，盡可能減少煤的不完全燃燒熱損失。
下面結(jié)合公司首臺(tái)樣板工程——2003年在山東黃臺(tái)火力發(fā)電廠投入運(yùn)行的MJA煤質(zhì)成分在線檢測(cè)裝置，進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。
一、系統(tǒng)功能
(1)煤質(zhì)全元素、全指標(biāo)、全方位實(shí)時(shí)檢測(cè)和顯示;
(2)鍋爐各層燃燒器入爐煤質(zhì)未來(lái)兩小時(shí)滾動(dòng)預(yù)測(cè)和變化警示;
(3)鍋爐燃煤特性事故追憶和各班上煤、燃煤歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及考核;
(4)上煤過(guò)程分爐、分倉(cāng)計(jì)質(zhì)和計(jì)量顯示及考核;
(5)依據(jù)鍋爐燃煤實(shí)時(shí)計(jì)算鍋爐效率和為制粉系統(tǒng)提供指導(dǎo);
(6)對(duì)鍋爐燃煤進(jìn)行實(shí)時(shí)煤質(zhì)特性診斷和為鍋爐提供燃燒優(yōu)化指導(dǎo);
(7)依據(jù)上煤過(guò)程的計(jì)質(zhì)、計(jì)量結(jié)果，為電廠實(shí)時(shí)配煤提供科學(xué)依據(jù);
(8)為DCS及MIS提供實(shí)時(shí)煤質(zhì)數(shù)據(jù)，使機(jī)組現(xiàn)有優(yōu)化模塊趨于完善等。
二、系統(tǒng)原理和結(jié)構(gòu)
1.MJA裝置的測(cè)量原理
煤質(zhì)成分在線檢測(cè)分析裝置采用中子發(fā)生器，利用中子感生瞬發(fā)γ射線分析技術(shù)，將熱中子俘獲反應(yīng)和快中子非彈散射反應(yīng)相結(jié)合，通過(guò)分析γ射線特征能量來(lái)識(shí)別核素種類，通過(guò)分析γ特征射線來(lái)確定煤中各種元素的含量，從而實(shí)現(xiàn)煤質(zhì)全元素成分的在線分析。原理圖如圖1。
2.MJA裝置的部件
系統(tǒng)構(gòu)成圖如圖2。整個(gè)系統(tǒng)主要由安裝在輸煤皮帶上的測(cè)量單元、防護(hù)單元、水份測(cè)量單元、限高單元以及系統(tǒng)控制柜和測(cè)量控制柜等組成。系統(tǒng)通過(guò)采集來(lái)自DCS及輸煤集控的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)相關(guān)的燃燒優(yōu)化指導(dǎo)功能。
電子間中有兩個(gè)電子柜，其中A電子柜為控制單元，B電子柜為數(shù)據(jù)處理單元。通過(guò)電子柜A的屏幕中可以了解系統(tǒng)測(cè)量的各種情況，以及通過(guò)對(duì)軟件的操作對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行主要的控制動(dòng)作(如開(kāi)始測(cè)量，停止測(cè)量等)，同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)電源供應(yīng)也由它提供。電子柜B中主要包括測(cè)量組件的控制以及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等。電子柜A和B有電源供應(yīng)以及信號(hào)通信的聯(lián)系。
測(cè)量組件安裝在輸煤皮帶上，皮帶從測(cè)量通道中穿過(guò)，為了強(qiáng)化安全，通道兩端添加了延伸防護(hù)體(圖3)。測(cè)量組件與電子柜B有兩條電纜相連，這兩條電纜的大致功能是為中子管和探測(cè)器提供電源，傳輸探測(cè)器信號(hào)以及控制指令。
微波水分測(cè)量?jī)x安裝在測(cè)量組件的下游，從功能上分有兩個(gè)部分組成，即微波水分測(cè)量和煤流的質(zhì)量密度校正。水分儀的主要功能為直接測(cè)量煤流中的外水份。
三、軟件界面
1.煤質(zhì)全元素、全指標(biāo)、全方位實(shí)時(shí)檢測(cè)和顯示
元素:系統(tǒng)能在線檢測(cè)煤炭中的12種元素成份。包括碳(C)、氫(H)、氧(0)、氮(N)、硫(S)、鋁(A1)、硅(Si)、鐵(Fe)、鈣(Ca)、鈦(Ti)、鈉(Na)、鉀(K)等。
指標(biāo):能在線分析煤炭中的工業(yè)分析指標(biāo)、灰成份及特種指標(biāo)。包括水分(Mar、Mad)、灰分(Aad)、揮發(fā)份(Vad)、固定碳(Fcad)、發(fā)熱量(Qnet，ad)等工業(yè)分析指標(biāo)，能提供多種"基"的變換;包括SiO2、Fe2O3、Al203、TiO2、CaO、Na2O、K20等灰成份分析;包括煤的著火溫度(Td)、著火穩(wěn)定性指數(shù)(Rw)、燃燼特性指數(shù)(Rj）、灰成分綜合指數(shù)(Rz)、灰軟化溫度(t2)等特種指標(biāo)。
全方位:能夠?qū)斆浩幍娜毫鬟M(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，能夠?qū)δッ簷C(jī)入口處煤質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)判定，能夠?qū)﹀仩t每層燃燒器噴口處煤質(zhì)及鍋爐的經(jīng)濟(jì)性能進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷。
2.鍋爐各層燃燒器入爐煤質(zhì)未來(lái)兩小時(shí)滾動(dòng)預(yù)測(cè)和變化警示
同層燃燒器煤質(zhì)顯示:系統(tǒng)能夠?qū)﹀仩t當(dāng)前投用的不同層燃燒器噴口處煤質(zhì)進(jìn)行分析診斷。
未來(lái)兩小時(shí)煤質(zhì)滾動(dòng)預(yù)測(cè):系統(tǒng)能夠?qū)ξ磥?lái)兩小時(shí)不同燃燒器噴口的煤質(zhì)實(shí)時(shí)滾動(dòng)預(yù)測(cè)。
變化警示:畫面同時(shí)顯示某一煤質(zhì)指標(biāo)的建議安全運(yùn)行范圍，具有越限報(bào)警功能，為運(yùn)行人員提供了運(yùn)行調(diào)整的依據(jù)。
3.鍋爐燃煤煤質(zhì)特性事故追憶和各班上煤、燃煤歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及考核
事故追憶:能夠?qū)κ鹿势陂g鍋爐不同層燃燒器燃煤數(shù)據(jù)進(jìn)行歷史記錄，便于鍋爐事故追憶。
數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及考核:系統(tǒng)能夠?qū)﹄姀S7、8號(hào)爐的三班上煤過(guò)程進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，便于管理考核。為了方便運(yùn)行人員及時(shí)了解過(guò)去一段時(shí)間的鍋爐上煤情況，我們利用每次上煤結(jié)束算得的煤質(zhì)加權(quán)平均值，結(jié)合每次上煤的總煤重，在每個(gè)班次結(jié)束時(shí)計(jì)算出班次的加權(quán)平均煤質(zhì)數(shù)據(jù)，以及在一天結(jié)束時(shí)(第二天凌晨一點(diǎn)時(shí))計(jì)算出當(dāng)日的加權(quán)平均煤質(zhì)數(shù)據(jù)，形成EXCEL報(bào)表文件，便于管理考核。
4.實(shí)現(xiàn)上煤過(guò)程分爐、分倉(cāng)計(jì)質(zhì)和計(jì)量顯示及考核
分爐及分倉(cāng):系統(tǒng)通過(guò)對(duì)皮帶狀態(tài)信號(hào)、犁煤器狀態(tài)信號(hào)的判斷，實(shí)現(xiàn)上煤過(guò)程的分爐及分倉(cāng)判斷。系統(tǒng)畫面實(shí)時(shí)顯示上煤鍋爐及煤倉(cāng)名稱，這部分為鍋爐燃燒器煤質(zhì)預(yù)測(cè)提供了判斷依據(jù)。
計(jì)質(zhì)及計(jì)量:系統(tǒng)通過(guò)對(duì)皮帶秤及給煤機(jī)信號(hào)的計(jì)算處理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)已經(jīng)過(guò)MJA測(cè)量的煤進(jìn)行煤質(zhì)及煤量的計(jì)質(zhì)及計(jì)量，便于考核管理。系統(tǒng)畫面通過(guò)色彩實(shí)時(shí)顯示原煤倉(cāng)主要煤質(zhì)指標(biāo)的變化，為制粉系統(tǒng)及鍋爐燃燒提供運(yùn)行調(diào)整依據(jù)。
5.依據(jù)鍋爐燃煤實(shí)時(shí)計(jì)算鍋爐效率和為制粉系統(tǒng)提供指導(dǎo)
實(shí)時(shí)計(jì)算鍋爐效率:系統(tǒng)根據(jù)鍋爐當(dāng)前燃燒煤質(zhì)，對(duì)鍋爐效率進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，包括鍋爐的燃燒損失計(jì)算。
為制粉系統(tǒng)提供指導(dǎo):根據(jù)制粉系統(tǒng)當(dāng)前煤質(zhì)情況，系統(tǒng)提供相應(yīng)的運(yùn)行建議，包括水份、灰份對(duì)磨煤機(jī)出力的影響評(píng)價(jià)、建議磨煤機(jī)出口溫度和經(jīng)濟(jì)煤粉細(xì)度等。
6.對(duì)鍋爐燃煤進(jìn)行實(shí)時(shí)煤質(zhì)特性診斷和為鍋爐提供燃燒優(yōu)化指導(dǎo)
實(shí)時(shí)煤質(zhì)特性診斷：根據(jù)鍋爐每層燃燒器噴口處煤質(zhì)，對(duì)入爐煤的著火溫度、著火穩(wěn)定性指數(shù)、燃燼特性指數(shù)及灰成份綜合指數(shù)進(jìn)行診斷，界面通過(guò)進(jìn)度顯示的方式告訴運(yùn)行人員煤質(zhì)的著火難易程度、火焰穩(wěn)定性、燃燼特性及煤的結(jié)渣傾向等。同時(shí)，系統(tǒng)提供鍋爐效率等機(jī)組經(jīng)濟(jì)性能診斷。運(yùn)行人員能夠根據(jù)當(dāng)前鍋爐的燃燒煤質(zhì)情況及時(shí)對(duì)運(yùn)行參數(shù)作出優(yōu)化調(diào)整。
燃燒優(yōu)化指導(dǎo):依據(jù)煤質(zhì)鍋爐耦合模型，為運(yùn)行人員提供燃燒優(yōu)化指導(dǎo)。該模塊的原理是通過(guò)對(duì)大量鍋爐燃煤及鍋爐主要運(yùn)行參數(shù)的分析，運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)，對(duì)機(jī)組主要運(yùn)行指標(biāo)與選定煤質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，確定不同煤質(zhì)指標(biāo)對(duì)機(jī)組主要運(yùn)行參數(shù)的影響模型，提出實(shí)現(xiàn)優(yōu)化目標(biāo)(機(jī)組主要運(yùn)行指標(biāo))的相關(guān)建議操作，提供操作改變后的系統(tǒng)主要運(yùn)行指標(biāo)預(yù)測(cè)值。
7.依據(jù)上煤過(guò)程的計(jì)質(zhì)、計(jì)量結(jié)果，為電廠實(shí)時(shí)配煤提供科學(xué)依據(jù)
依據(jù)煤質(zhì)測(cè)量結(jié)果，根據(jù)鍋爐設(shè)計(jì)煤種及實(shí)時(shí)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，為配煤過(guò)程提供直接指導(dǎo)，告訴上煤運(yùn)行人員哪些主要煤質(zhì)指標(biāo)需要調(diào)整，根據(jù)當(dāng)前煤質(zhì)，提出具體的配制比例及重量，通過(guò)程控系統(tǒng)優(yōu)化配煤過(guò)程。
8.為DCS及MIS提供實(shí)時(shí)煤質(zhì)數(shù)據(jù)，使機(jī)組現(xiàn)有優(yōu)化模塊趨于完善由于DCS或MIS系統(tǒng)采用了鍋爐燃煤的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，使機(jī)組現(xiàn)有的實(shí)時(shí)性能診斷、實(shí)時(shí)成本計(jì)算等功能趨于完善。
四、經(jīng)濟(jì)性分析
1.指導(dǎo)優(yōu)化燃燒
(1)安全性效益
a)非計(jì)劃停機(jī)
據(jù)統(tǒng)計(jì)，在鍋爐每年發(fā)生的非計(jì)劃停機(jī)中，至少有一次是因?yàn)槊嘿|(zhì)突然變化造成的。在發(fā)生非計(jì)劃停機(jī)后，會(huì)產(chǎn)生如下幾項(xiàng)損失:
點(diǎn)火用油損失:冷態(tài)點(diǎn)火用油約100噸，熱態(tài)點(diǎn)火用油約45噸，按每年平均70噸、每噸5000元計(jì)算，需要花費(fèi)35萬(wàn)元/年;
少發(fā)電損失:按冷態(tài)啟動(dòng)12小時(shí)、熱態(tài)2小時(shí)、每KWh電力0.2元計(jì)算，兩臺(tái)300MW機(jī)組每年要損失24～144萬(wàn)元;
電網(wǎng)罰款:發(fā)生非計(jì)劃停機(jī)后，可能會(huì)遭到電網(wǎng)的罰款，按每年0～5萬(wàn)元計(jì)算。
上述三項(xiàng)合計(jì)可節(jié)約費(fèi)用59～184萬(wàn)元/年。
b)維護(hù)燃燒過(guò)程安全
煤質(zhì)發(fā)生突然變化時(shí)，如果燃燒調(diào)整不及時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致?tīng)t管高溫腐蝕以及結(jié)焦等事故。按照兩臺(tái)300MW機(jī)組每臺(tái)每年因結(jié)焦和高溫腐蝕分別造成100萬(wàn)元損失、而安裝MJA裝置后可以減少25損失計(jì)算，每年共可以節(jié)約費(fèi)用100萬(wàn)元。
(2)經(jīng)濟(jì)性效益
a)提高鍋爐效率
通過(guò)及時(shí)根據(jù)煤質(zhì)情況調(diào)整燃燒，可以提高鍋爐效率。按照兩臺(tái)300MW機(jī)組鍋爐效率提高0.4計(jì)算，每年可以創(chuàng)造105～160萬(wàn)元的效益。
b)減少制粉系統(tǒng)電耗及制粉系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用按兩臺(tái)300MW機(jī)組制粉系統(tǒng)平均降低電耗1.25kWh/t計(jì)算，每年可節(jié)約費(fèi)用30～40萬(wàn)元。按全年維護(hù)費(fèi)用130萬(wàn)元、安裝MJA裝置后可以減少30計(jì)算，共可以節(jié)約費(fèi)用39萬(wàn)元/年。
2.指導(dǎo)上煤和配煤
通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)上煤煤質(zhì)數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)反饋控制或者指導(dǎo)高效摻燒優(yōu)質(zhì)煤和劣質(zhì)煤。按全部燃用優(yōu)質(zhì)煤與優(yōu)質(zhì)煤和劣質(zhì)煤各50摻燒、普通優(yōu)質(zhì)煤與劣質(zhì)煤價(jià)格相差35元/噸、兩臺(tái)300MW機(jī)組每臺(tái)日耗煤量800噸計(jì)算，每年可以節(jié)省費(fèi)用100～1000萬(wàn)元。
五、總結(jié)
隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，煤炭能源已日趨緊張，燃煤用戶愈加注重煤炭的質(zhì)量成分及燃燒效率，煤質(zhì)成分在線檢測(cè)裝置亦被越來(lái)越多的用煤大戶關(guān)注并采用。該裝置的啟用將會(huì)給企業(yè)和社會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
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