电力评职称谈煤质成分在线检测装置的应用

　　摘要：目前国内火力发电机组燃煤煤质变化非常大，各发电厂的燃煤中，统配煤约占60，其余40为自购煤，而电厂自购煤具有很大的随意性，来煤煤种变化大、煤质优劣不齐，该种状况短期内难以发生转变。

　　关键词：电力评职称,煤质成分,在线检测装置,应用

　　在煤质多变的情况下，煤质分析滞后，已严重影响到锅炉的安全运行。火力发电厂现有煤质分析基本为人工或机械取样、人工制样、人工化验，送入锅炉的煤质数据只能在两三天后才能得到，具有明显的滞后性，对锅炉安全运行及优化调整来说已经意义不大。在入厂煤结算时，人工取样化验的方法更是增加了时间成本，无法避免取样误差带来的购煤风险。

　　如何避免因煤质原因造成锅炉灭火事故、降低助燃用油、避免因锅炉事故进而造成对电网的冲击、如何快速了解入厂煤质、降低采购风险等，都是火力发电厂目前急需解决的重大问题。南京大陆中电科技股份有限公司开发的采用中子活化技术的MJA型煤质成份在线检测装置，从根本上解决了上述难题。装置能实现以下用途:

　　●能够实现全煤流在线煤质检测，在煤炭入炉前提供实时煤质数据，指导锅炉运行，避免事故，实现安全燃烧;

　　●在有条件的发电厂可以实现实时配煤，保证入炉煤质稳定，并符合机组负荷的要求;

　　●可以提供实时煤质数据及未来数小时的煤质变化趋势预测，为运行人员实现优化燃烧、实现经济运行提供数据支持;

　　●可以为锅炉提供最经济燃用煤质指导，从而帮助发电厂实现主动选煤、科学购煤。

　　随着煤质成分在线检测装置的推出，实时获得输煤皮带上的燃煤煤质成分成为了可能，使得锅炉运行人员能够及时了解当前所燃烧煤的元素成分和工业分析结果，可以变被动地调节燃烧系统为根据煤质的工业特性及时主动地调节燃烧系统，尽可能减少煤的不完全燃烧热损失。

　　下面结合公司首台样板工程——2003年在山东黄台火力发电厂投入运行的MJA煤质成分在线检测装置，进行简要的介绍。

　　一、系统功能

　　(1)煤质全元素、全指标、全方位实时检测和显示;

　　(2)锅炉各层燃烧器入炉煤质未来两小时滚动预测和变化警示;

　　(3)锅炉燃煤特性事故追忆和各班上煤、燃煤历史数据统计及考核;

　　(4)上煤过程分炉、分仓计质和计量显示及考核;

　　(5)依据锅炉燃煤实时计算锅炉效率和为制粉系统提供指导;

　　(6)对锅炉燃煤进行实时煤质特性诊断和为锅炉提供燃烧优化指导;

　　(7)依据上煤过程的计质、计量结果，为电厂实时配煤提供科学依据;

　　(8)为DCS及MIS提供实时煤质数据，使机组现有优化模块趋于完善等。

　　二、系统原理和结构

　　1.MJA装置的测量原理

　　煤质成分在线检测分析装置采用中子发生器，利用中子感生瞬发γ射线分析技术，将热中子俘获反应和快中子非弹散射反应相结合，通过分析γ射线特征能量来识别核素种类，通过分析γ特征射线来确定煤中各种元素的含量，从而实现煤质全元素成分的在线分析。原理图如图1。

　　2.MJA装置的部件

　　系统构成图如图2。整个系统主要由安装在输煤皮带上的测量单元、防护单元、水份测量单元、限高单元以及系统控制柜和测量控制柜等组成。系统通过采集来自DCS及输煤集控的信号，实现相关的燃烧优化指导功能。

　　电子间中有两个电子柜，其中A电子柜为控制单元，B电子柜为数据处理单元。通过电子柜A的屏幕中可以了解系统测量的各种情况，以及通过对软件的操作对系统进行主要的控制动作(如开始测量，停止测量等)，同时整个系统电源供应也由它提供。电子柜B中主要包括测量组件的控制以及数据分析系统等。电子柜A和B有电源供应以及信号通信的联系。

　　测量组件安装在输煤皮带上，皮带从测量通道中穿过，为了强化安全，通道两端添加了延伸防护体(图3)。测量组件与电子柜B有两条电缆相连，这两条电缆的大致功能是为中子管和探测器提供电源，传输探测器信号以及控制指令。

　　微波水分测量仪安装在测量组件的下游，从功能上分有两个部分组成，即微波水分测量和煤流的质量密度校正。水分仪的主要功能为直接测量煤流中的外水份。

　　三、软件界面

　　1.煤质全元素、全指标、全方位实时检测和显示

　　元素:系统能在线检测煤炭中的12种元素成份。包括碳(C)、氢(H)、氧(0)、氮(N)、硫(S)、铝(A1)、硅(Si)、铁(Fe)、钙(Ca)、钛(Ti)、钠(Na)、钾(K)等。

　　指标:能在线分析煤炭中的工业分析指标、灰成份及特种指标。包括水分(Mar、Mad)、灰分(Aad)、挥发份(Vad)、固定碳(Fcad)、发热量(Qnet，ad)等工业分析指标，能提供多种"基"的变换;包括SiO2、Fe2O3、Al203、TiO2、CaO、Na2O、K20等灰成份分析;包括煤的着火温度(Td)、着火稳定性指数(Rw)、燃烬特性指数(Rj)、灰成分综合指数(Rz)、灰软化温度(t2)等特种指标。

　　全方位:能够对输煤皮带处的全煤流进行实时检测，能够对磨煤机入口处煤质进行实时判定，能够对锅炉每层燃烧器喷口处煤质及锅炉的经济性能进行实时诊断。

　　2.锅炉各层燃烧器入炉煤质未来两小时滚动预测和变化警示

　　同层燃烧器煤质显示:系统能够对锅炉当前投用的不同层燃烧器喷口处煤质进行分析诊断。

　　未来两小时煤质滚动预测:系统能够对未来两小时不同燃烧器喷口的煤质实时滚动预测。

　　变化警示:画面同时显示某一煤质指标的建议安全运行范围，具有越限报警功能，为运行人员提供了运行调整的依据。

　　3.锅炉燃煤煤质特性事故追忆和各班上煤、燃煤历史数据统计及考核

　　事故追忆:能够对事故期间锅炉不同层燃烧器燃煤数据进行历史记录，便于锅炉事故追忆。

　　数据统计及考核:系统能够对电厂7、8号炉的三班上煤过程进行数据统计，便于管理考核。为了方便运行人员及时了解过去一段时间的锅炉上煤情况，我们利用每次上煤结束算得的煤质加权平均值，结合每次上煤的总煤重，在每个班次结束时计算出班次的加权平均煤质数据，以及在一天结束时(第二天凌晨一点时)计算出当日的加权平均煤质数据，形成EXCEL报表文件，便于管理考核。

　　4.实现上煤过程分炉、分仓计质和计量显示及考核

　　分炉及分仓:系统通过对皮带状态信号、犁煤器状态信号的判断，实现上煤过程的分炉及分仓判断。系统画面实时显示上煤锅炉及煤仓名称，这部分为锅炉燃烧器煤质预测提供了判断依据。

　　计质及计量:系统通过对皮带秤及给煤机信号的计算处理，实现了对已经过MJA测量的煤进行煤质及煤量的计质及计量，便于考核管理。系统画面通过色彩实时显示原煤仓主要煤质指标的变化，为制粉系统及锅炉燃烧提供运行调整依据。

　　5.依据锅炉燃煤实时计算锅炉效率和为制粉系统提供指导

　　实时计算锅炉效率:系统根据锅炉当前燃烧煤质，对锅炉效率进行实时计算，包括锅炉的燃烧损失计算。

　　为制粉系统提供指导:根据制粉系统当前煤质情况，系统提供相应的运行建议，包括水份、灰份对磨煤机出力的影响评价、建议磨煤机出口温度和经济煤粉细度等。

　　6.对锅炉燃煤进行实时煤质特性诊断和为锅炉提供燃烧优化指导

　　实时煤质特性诊断：根据锅炉每层燃烧器喷口处煤质，对入炉煤的着火温度、着火稳定性指数、燃烬特性指数及灰成份综合指数进行诊断，界面通过进度显示的方式告诉运行人员煤质的着火难易程度、火焰稳定性、燃烬特性及煤的结渣倾向等。同时，系统提供锅炉效率等机组经济性能诊断。运行人员能够根据当前锅炉的燃烧煤质情况及时对运行参数作出优化调整。

　　燃烧优化指导:依据煤质锅炉耦合模型，为运行人员提供燃烧优化指导。该模块的原理是通过对大量锅炉燃煤及锅炉主要运行参数的分析，运用神经网络分析技术，对机组主要运行指标与选定煤质指标进行相关性分析，确定不同煤质指标对机组主要运行参数的影响模型，提出实现优化目标(机组主要运行指标)的相关建议操作，提供操作改变后的系统主要运行指标预测值。

　　7.依据上煤过程的计质、计量结果，为电厂实时配煤提供科学依据

　　依据煤质测量结果，根据锅炉设计煤种及实时运行经验，为配煤过程提供直接指导，告诉上煤运行人员哪些主要煤质指标需要调整，根据当前煤质，提出具体的配制比例及重量，通过程控系统优化配煤过程。

　　8.为DCS及MIS提供实时煤质数据，使机组现有优化模块趋于完善由于DCS或MIS系统采用了锅炉燃煤的实时数据，使机组现有的实时性能诊断、实时成本计算等功能趋于完善。

　　四、经济性分析

　　1.指导优化燃烧

　　(1)安全性效益

　　a)非计划停机

　　据统计，在锅炉每年发生的非计划停机中，至少有一次是因为煤质突然变化造成的。在发生非计划停机后，会产生如下几项损失:

　　点火用油损失:冷态点火用油约100吨，热态点火用油约45吨，按每年平均70吨、每吨5000元计算，需要花费35万元/年;

　　少发电损失:按冷态启动12小时、热态2小时、每KWh电力0.2元计算，两台300MW机组每年要损失24～144万元;

　　电网罚款:发生非计划停机后，可能会遭到电网的罚款，按每年0～5万元计算。

　　上述三项合计可节约费用59～184万元/年。

　　b)维护燃烧过程安全

　　煤质发生突然变化时，如果燃烧调整不及时可能会导致炉管高温腐蚀以及结焦等事故。按照两台300MW机组每台每年因结焦和高温腐蚀分别造成100万元损失、而安装MJA装置后可以减少25损失计算，每年共可以节约费用100万元。

　　(2)经济性效益

　　a)提高锅炉效率

　　通过及时根据煤质情况调整燃烧，可以提高锅炉效率。按照两台300MW机组锅炉效率提高0.4计算，每年可以创造105～160万元的效益。

　　b)减少制粉系统电耗及制粉系统维护费用按两台300MW机组制粉系统平均降低电耗1.25kWh/t计算，每年可节约费用30～40万元。按全年维护费用130万元、安装MJA装置后可以减少30计算，共可以节约费用39万元/年。

　　2.指导上煤和配煤

　　通过实时检测上煤煤质数据，可以实现反馈控制或者指导高效掺烧优质煤和劣质煤。按全部燃用优质煤与优质煤和劣质煤各50掺烧、普通优质煤与劣质煤价格相差35元/吨、两台300MW机组每台日耗煤量800吨计算，每年可以节省费用100～1000万元。

　　五、总结

　　随着工业的不断发展，煤炭能源已日趋紧张，燃煤用户愈加注重煤炭的质量成分及燃烧效率，煤质成分在线检测装置亦被越来越多的用煤大户关注并采用。该装置的启用将会给企业和社会带来巨大的经济效益和社会效益。