CN101318597A - 一种自动引导汽车卸煤配煤系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动引导汽车卸煤配煤系统及方法，通过一个燃煤综合成本模型计算结果，在一套自动运算与指挥系统的引导下，在线引导汽车卸煤配煤。即使来煤十分复杂，也能使得入炉煤的煤质都趋于某一合理值，从而保证锅炉安全运行，消除由于个别矿来煤与设计煤种相差太大导致的未经混合直接入炉，造成锅炉突然灭火或短期大量结焦突发事件。整个系统装置无人值守，不需要增加复杂的配煤设备，就能达到优化配煤的效果。

Description

一种自动引导汽车卸煤配煤系统及方法

技术领域

本发明涉及一种自动引导汽车卸煤配煤系统及方法，可应用于大型火力发电厂或其它大型用煤单位，如大型水泥厂、大型钢厂、大型混煤企业等，通过自动引导汽车卸煤配煤，能够改变煤场无序堆煤的情况，指导汽车卸煤配煤，为锅炉安全燃烧提供保证。

背景技术

目前，煤粉燃烧支撑的火力发电是中国最主要的能源提供方式，随着煤炭市场的供应紧张，国内大部分电厂都无法燃烧设计煤种，为了控制发电成本，不得不购进大量的小窑煤。大多电厂基本上是来什么煤烧什么煤，而火电厂汽车煤的来煤时间，来煤煤质都是随机的。目前几乎所有的电厂都无法做到机械混煤，基本上都是无序堆煤，随机来煤，随机堆煤，推煤入炉时也是随机的，这就造成了锅炉燃烧煤质处于频繁变化中。由于来煤中存在一部分特差或特高挥发份煤，当特差煤短时间内集中燃烧时，可能造成锅炉突然灭火，而当特高挥发份煤短时间内集中燃烧时，又有可能造成着火提前烧喷口或结焦。为此，相关技术人员都在寻找经济合理的配煤技术，以期解决这个问题。

动力配煤技术是在若干约束条件的基础上，如发热量、硫份、灰分、挥发分，水分等各类约束下，将多种煤按照不同的比例混合，使得成本最低。国内配煤技术通过增设庞大的配煤设备和占用很大的场地，将不同的煤先堆放在一个地方，然后按照配煤比例，将不同煤质的煤按计算的量送入不同的皮带，通过调节各皮带的流量，达到控制各种煤比例的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低，在无人值守的状态下自动工作，保证在最短的时间内使入炉煤煤质趋于目标煤质，同时使入炉煤质长期处于稳定状态，减少由于煤质突变造成锅炉突发事件，保证锅炉安全运行的自动引导汽车卸煤配煤系统及方法。

为达到上述目的，本发明的系统包括：包括煤量及煤质采集模块、智能运算模块、各分区显示器、汽车卸煤配煤引导指示系统和煤场的若干个分区，煤场的每一个分区都立有一个由显示器和两盏指示灯组成的分区显示器，显示器用于在线显示该分区当前的煤质信息，绿色指示灯表示该区煤质最接近目标煤质，该区的煤可以入炉；红色指示灯表示该区煤质还处在继续混煤状态，表示未达到或未接近目标煤质，不可入炉，煤量及煤质采集模块用于采集来煤的煤质及煤量信息，并将此信息传输给智能运算模块，智能运算模块不断在线接受来煤煤质及来煤量，在线计算煤场各分区的煤质，实时计算并指导来煤汽车卸于某个区域，同时将计算结果通知汽车卸煤配煤引导指示系统，汽车卸煤配煤引导指示系统通过沿途的指示灯自动指引汽车到特定区域卸煤。

本发明的系统还包括一个对煤质在线数据：发热量、灰分、挥发分、水分进行监测的在线监测模块。

本发明的自动引导汽车卸煤配煤的方法，包括如下步骤：

1)确定目标煤质：通过煤种变化对全厂经济性影响试验，选取适合该厂锅炉燃烧的煤质范围；

2)当汽车煤到厂，过磅秤重后，将来煤的重量、矿名等自动传输给煤量及煤质采集模块；

3)煤量和煤质采集模块根据来煤矿名从数据库中调出该矿煤质情况，智能运算模块结合来煤煤质、来煤重量和当前煤场几个分区的煤质状况，计算出应该把该车煤堆放在第几区，卸煤后智能运算模块自动修改数据库里有关该区的煤质信息，刷新显示器；

4)当有煤入厂或有煤入炉时，智能运算模块选择最接近目标煤质的分区，点亮该分区的绿灯，该分区应优先推煤入炉。

所说的煤质采集还包括采集煤质在线数据：发热量、灰分、挥发分、水分的在线监测模块。

本发明通过燃煤综合成本模型结果，自动、在线引导汽车卸煤配煤，即使来煤十分复杂，也能使得入炉煤的煤质都趋于合理值，从而保证锅炉安全运行，消除由于个别矿来煤与设计煤种相差太大导致的未经混合直接入炉，造成锅炉突然灭火或短期大量结焦突发事件。整个系统装置无人值守，不需要增加复杂的配煤设备，就能达到优化配煤的效果。

附图说明

图1是本发明系统框图；

图2是本发明应用于火电厂汽车卸煤配煤指导系统图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1，本发明所述的系统包括：煤量及煤质采集模块1、智能运算模块2、各分区显示器3、汽车卸煤配煤引导指示系统4、煤场的若干个分区5和在线监测模块6。煤场的每一个分区都立有一个显示器和两盏指示灯，显示器用于在线显示该分区当前的煤质信息，绿色指示灯用于在所有分区中，该区煤质最接近目标煤质，该区的煤可以入炉；红色指示灯表示该区煤质还处在继续混煤状态，表示未达到或未接近目标煤质，不可入炉。煤量及煤质采集模块1和在线监测模块6用于采集来煤的煤质及煤量信息，并将此信息传输给智能运算模块2，智能运算模块2的功能是不断在线接受来煤煤质及来煤量，在线计算煤场各分区的煤质，实时计算并指导来煤汽车应该卸于哪个区域，同时将计算结果通知汽车卸煤配煤引导指示系统，该系统通过沿途的指示灯自动引导汽车卸煤配煤。计算机通过数据线与显示器，指示灯相连。

参见图2，本发明自动引导汽车卸煤配煤的方法，步骤如下：

1)确定目标煤质。通过煤种变化对全厂经济性影响试验，选取适合该厂锅炉燃烧的的煤质范围，包括发热量范围，硫分范围，挥发分范围，灰熔点范围等。

2)当汽车煤到厂，过磅秤重后，将重量、矿名等自动传输给煤量及煤质采集模块。有煤质在线监测时还需采集煤质在线数据：发热量、灰分、挥发分、水分；

3)煤质及煤量采集模块根据煤矿名从数据库中调出该矿煤质情况，智能运算模块结合来煤煤质、来煤重量和当前煤场几个分区的煤质状况，计算判断出应该把该车煤堆放在第几区，并对沿途指示灯发出信号；司机根据沿途的绿色指示灯进入该区进行卸煤，卸煤后智能运算模块自动修改数据库里有关该区的煤质信息，刷新显示器；

4)当有煤入厂或有煤入炉时，智能运算模块选择最接近目标煤质的分区，点亮该分区的绿灯，该分区应优先推煤入炉。

步骤1)提到的煤种变化对全厂经济性影响试验主要是试验不同煤质对锅炉燃烧的影响，主要考虑二方面：购煤成本和各种附加成本。购煤费用一般随着煤质变好费用也增加，而煤质变化后造成的各种附加费用，如排灰成本、大气污染罚款、污水排放成本、设备维护费用等又是随着煤质变好大幅度减少，这些附加费用随着煤质变差成指数关系剧增，将购煤费用与煤质变化后的各种附加费用相加，从而构成综合成本，煤种变化对全厂经济性影响试验将从综合成本出发，计算出最适合当前电厂锅炉燃烧，既保证经济性又保证燃烧着火和燃烬性能的最佳目标煤质。

步骤3)中提到，运算模块根据矿名从数据库中调出该矿煤质情况，结合来煤煤质、来煤重量和当前煤场几个分区的煤质状况，计算判断出应该把该车煤堆放在第几区，并对沿途指示灯发出信号。判断卸煤区域的目标是使得各分区煤质更接近目标煤质。判断卸煤区域的步骤如下：

1将来煤预卸入某个分区，即假设将来煤调入某区，求得该区煤质；

2无量纲化各区煤质数据，计算预调入该区后各区煤质距目标煤质的平均距离；

3重复步骤1)和2)，直到将来煤预调入每个分区；

4选择预调入来煤后平均距离最小的分区做为卸煤区域。

步骤4)提到，当有煤入厂或有煤入炉，由于此时各分区的煤质发生变化，需要选择最佳入炉分区，点亮该区绿色指示灯。选择最佳入炉分时，要求综合考虑发热量，灰分，挥发分，水分等指标，选择在整体上最接近目标煤质的分区，这是一个多目标优化的问题。选择入炉分区的步骤如下：

若有m个指标(如发热量、灰分、挥发分、硫分、水分等)，n个分区，获取m行n列的指标矩阵A。第i个分区的第j个指标记为α_ij。目标煤质构成最优向量α₀。

$A=\left[\begin{array}{ccc}{a}_{11}& ...& a_{1n}\\ ...& ...& ...\\ a_{m1}& ...& a_{\mathrm{mm}}\end{array}\right]={\left(a_{\mathrm{ij}}\right)}_{m\×n}$ α₀＝(α₀₁，α₀₂，...，α_0n)^T

求得各分区的各煤质指标与目标煤质的对应指标之间的绝对值，记为矩阵A′。

$A^{\′}=\left[\begin{array}{ccc}{a}_{11}^{\′}& ...& a_{1n}^{\′}\\ ...& ...& ...\\ a_{m1}^{\′}& ...& a_{\mathrm{mn}}^{\′}\end{array}\right]={\left(a_{\mathrm{ij}}^{\′}\right)}_{m\×n}$

a′_ij＝|α_ij-α_0j |

获得标准化矩阵R，无量纲化各指标的值

$r_{\mathrm{ij}}=b_{\mathrm{ij}}/{\left(\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{b}_{\mathrm{ij}}^2\right)}^{1/2}$

$R=\left[\begin{array}{ccc}{r}_{11}& ...& r_{1n}\\ ...& ...& ...\\ r_{m1}& ...& r_{\mathrm{mn}}\end{array}\right]$

利用熵值法求得各指标权重，第j项指标的权重记为w_j。

$P=\left[\begin{array}{ccc}{p}_{11}& ...& p_{1n}\\ ...& ...& ...\\ p_{m1}& ...& p_{\mathrm{mn}}\end{array}\right]$

$p_{\mathrm{ij}}=\frac{r_{\mathrm{ij}}}{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{\mathrm{ij}}}$

$g_j=1+k\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{\mathrm{ij}}\ln p_{\mathrm{ij}}$

$w_j=\frac{g_j}{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{g}_j}$

对每项指标求得其最小值与最大值。选取各项指标的最小值组成最优煤质，用向量d⁺表示；选取各项指标的最大值组成最差煤质，用向量d^-表示。

令 $r_j^{+}=\underset{1\≤i\≤m}{\min }\left\{r_{\mathrm{ij}}\right\},$ $r_j^{-}=\underset{1\≤i\≤m}{\max }\left\{r_{\mathrm{ij}}\right\}$

则 $S^{+}=(r_1^{+},...,r_n^{+}),$ $S^{-}=(r_1^{-},...,r_n^{-})$

$d_i^{+}=d(S_i,S^{+})={\left[\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{w}_j{(r_{\mathrm{ij}}-r_j^{+})}^2\right]}^2$

$d_i^{-}=d(S_i,S^{-})={\left[\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{w}_j{(r_{\mathrm{ij}}-r_j^{-})}^2\right]}^2$

令 $d^{+}=\underset{1\≤i\≤m}{\min }\left\{d_i^{+}\right\},$ $d^{-}=\underset{1\≤i\≤m}{\min }\left\{d_i^{-}\right\}$

采用密切值反映各分区煤质接近最优煤质和远离最差煤质的程度。第i个分区的密切值记为C_i。选取密切值最小的分区，该分区就为可入炉的分区，应将该分区的绿灯点亮。

$C_i=\frac{d_i^{+}}{d^{+}}-\frac{d_i^{-}}{d^{-}}$

本发明的主要优点在于：

成本较低：通过调控煤场堆垛，在不增加额外场地和不需增加大型皮带配煤设备的情况下，就能达到优化配煤的目的。

整个系统都是在无人值守的状态下自动工作。

采用该系统后，可保证在最短的时间内使入炉煤煤质趋于目标煤质，同时使入炉煤质长期处于稳定状态，减少由于煤质突变造成锅炉突发事件，保证锅炉安全运行。

Claims (4)

1、一种自动引导汽车卸煤配煤的系统，其特征在于：包括煤量及煤质采集模块(1)、智能运算模块(2)、各分区显示器(3)、汽车卸煤配煤引导指示系统(4)和煤场的若干个分区(5)，煤场的每一个分区都立有一个由显示器和两盏指示灯组成的分区显示器(3)，显示器用于在线显示该分区当前的煤质信息，绿色指示灯表示该区煤质最接近目标煤质，该区的煤可以入炉；红色指示灯表示该区煤质还处在继续混煤状态，表示未达到或未接近目标煤质，不可入炉，煤量及煤质采集模块(1)用于采集来煤的煤质及煤量信息，并将此信息传输给智能运算模块(2)，智能运算模块(2)不断在线接受来煤煤质及来煤量，在线计算煤场各分区的煤质，实时计算并指导来煤汽车卸于某个区域，同时将计算结果通知汽车卸煤配煤引导指示系统(4)，汽车卸煤配煤引导指示系统(4)通过沿途的指示灯自动指引汽车到特定区域卸煤。

2、根据权利要求1所述的自动引导汽车卸煤配煤系统，其特征在于：还包括一个对煤质在线数据：发热量、灰分、挥发分、水分进行监测的在线监测模块(6)。

3、一种自动引导汽车卸煤配煤的方法，其特征在于：

包括如下步骤：

1)确定目标煤质：通过煤种变化对全厂经济性影响试验，选取适合该厂锅炉燃烧的煤质范围；

2)当汽车煤到厂，过磅秤重后，将来煤的重量、矿名等自动传输给煤量及煤质采集模块；

3)煤量和煤质采集模块根据来煤矿名从数据库中调出该矿煤质情况，智能运算模块结合来煤煤质、来煤重量和当前煤场几个分区的煤质状况，计算出应该把该车煤堆放在第几区，卸煤后智能运算模块自动修改数据库里有关该区的煤质信息，刷新显示器；

4)当有煤入厂或有煤入炉时，智能运算模块选择最接近目标煤质的分区，点亮该分区的绿灯，该分区应优先推煤入炉。

4、根据权利要求2所述的自动引导汽车卸煤配煤的方法，其特征在于：所说的煤质采集还包括采集煤质在线数据：发热量、灰分、挥发分、水分的在线监测模块。

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