CN101839496A - 一种原煤仓内多煤种分层界面监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原煤仓内多煤种界面分层的监测方法，该方法通过现场试验获得原煤仓煤位质量对应关系，进而通过对原煤仓中的煤位和给煤机的出力进行监测，通过分别计算进入原煤仓的煤的质量和给煤机的给煤量，并且实时进行这一过程，从而得到原煤仓中各层煤种的质量，煤位等信息，实现对原煤仓中煤种分层情况的监测。本方法在不需要安装复杂昂贵的在线煤质分析仪器的前提下，实现了对原煤仓中煤种分层、当前燃烧煤种的监测，并且具备预测燃烧煤种更换的功能。

Description

一种原煤仓内多煤种分层界面监测方法

技术领域

本发明属于火力发电厂的生产监测技术领域，具体的说涉及火力发电厂中原煤仓内多煤种掺烧时的煤种分层界面监测的方法。

背景技术

我国是以煤炭为主要能源的国家，煤炭资源在我国一次能源构成中占据重要的地位。我国以煤为主的能源生产和消费结构在今后相当长的时间内不会有根本性的变化，因此，在相当长的一段时期内，仍将以火力发电为主。然而由于火力发电厂受到我国煤炭资源有限，分布不均，煤炭洗选率低，价格上涨，企业运输压力增大，煤炭市场供应形势以及国家有关对锅炉等燃烧设备尽量燃用劣质煤的政策等多种因素的影响，电厂不可能燃用单一煤种，而不得不燃用混煤。

火电厂锅炉是按照设计煤种进行设计的，当燃用非设计煤种时，会对锅炉的运行产生影响，因此根据煤种煤质情况进行调节对保障运行安全具有重要意义。然而当存在多种煤种的情况下，难以直观界定原煤仓当前煤种分布情况，致使在运行过程中无法对给煤机、磨煤机做出相应的调整和操作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原煤仓内多煤种分层界面监测方法，该方法可以显示出原煤仓当前煤种的分层，以及当前正在燃烧的煤种情况，以便运行操作进行调整。

本发明提供的一种原煤仓内多煤种界面分层的监测方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

第1步按照煤的质量煤位对应表格中的数据进行曲线拟合，从而获得煤的质量煤位对应曲线；

第2步当皮带输煤机上煤时，根据第1步中的质量煤位对应曲线获取出原煤仓当前的煤的质量M，以及原煤仓中上煤之前煤的质量M’，计算得到新加入煤的质量为M-M’；判断上煤的煤种和原煤仓当前最上层煤种是否一致，如果相同，则原煤仓当前最上层煤种的质量加上M-M’；不同则添加新的煤层，煤种为上煤煤种，煤量为M-M’；

第3步在给煤机实时运行过程中，每隔一个预先设定的时间间隔，在该时间间隔内，对给煤机的出力进行积分，并认为此积分值即为在这段时间中的磨煤机给煤量，记为W，记原煤仓当前最下层煤种的剩余质量为W₁，判断W≥W₁是否成立，如果是，则最下层已经烧尽，并令W₂＝W₂-(W-W₁)，W₂为原煤仓当前倒数第二层的质量；否则，令W₁＝W₁-W；

第4步当W₁小于预先设定的质量阈值时，计算出当前所磨煤种的水分，并计算其与原煤仓当前最下层煤种水分的差值，如果差值的绝对值大于预先设定的水分阈值，则认为煤种已经发生更变，从而对煤仓中的煤种分层情况进行修正：令W₁＝0，其他各层均下移一层；

第5步循环执行第2步至第4步，直至机组停机。

本发明用于监控火力发电站在燃用混煤的时候原煤仓中当前正在燃烧的煤种，是一种简便易行、准确有效的方法。它无需安装复杂的在线煤质分析仪器，而通过对从进入、离开原煤仓的煤种煤质参数和煤量情况进行跟踪和计算，来得到原煤仓中多煤种实时的分层界面位置情况，从而预测煤种的更换，为操作人员提供运行调节提供预警提示。

采用本发明，可以避免因为在原煤仓中燃用多种燃煤时，由于无法知道当前燃烧的煤种，而不能及时对磨煤机，给煤机的运行进行调节。本发明可以使操作人员对原煤仓中的状态有直观的、准确的了解，从而调整运行方式，提高经济效益，并且降低安全事故的发生的概率。

附图说明

图1为原煤仓结构示意图；

图2为原煤仓中煤量高度与质量曲线图。

具体实施方式

火电厂生产流程如下：由车船进入电厂的煤存放于煤场，然后由皮带输煤机送入锅炉房内的原煤仓，由原煤仓落入给煤机，再进入磨煤机，在其中研制成煤粉，同时送入热空气来干燥和输送煤粉，经过分离等操作，最终由输粉管进入锅炉炉膛内燃烧。

以下对在文中出现的特定称谓：

煤种：不同种类的燃煤，例如神华煤；

煤质：燃煤的固有属性，例如低位发热量、灰分、水分都是煤质的参数；

煤的质量：文中特指重量；

煤位：指燃煤在原煤仓中上下两端之间的距离，特指高度，单位为米；

给煤机出力：给煤机输出燃煤的质量流量，一般单位为吨/小时。

本发明需要对原煤仓中的煤位高度、给煤机出力信号获取，目前有多种方式可以获取，一般来说火电厂集中控制系统会通过测量的方式得到它们的实时情况。

本发明由已经由实际试验所得出的原煤仓的高度与原煤仓中煤的质量对应关系，将煤位高度和煤的质量的进行转化。对原煤仓上煤时，根据已经安排好原煤仓将要加入的煤种情况，和原煤仓现有的煤种情况，判断新加入煤种与原煤仓最上层煤种是否相同。将给煤机的出力对时间进行积分，既是从原煤仓中消耗掉的煤的质量，从而可以实时的计算出原煤仓最下层煤种的质量变化和总的质量变化，并由此计算出最上层新加入燃煤的质量；以及实时的显示出原煤仓中各层的煤质信息。这样就界定了煤仓中不同煤种的分布和质量情况。

本发明提供的一种原煤仓内多煤种界面分层的监测方法，其步骤为：

第1步按照煤的质量煤位对应表格中的数据进行曲线拟合，从而获得煤的质量煤位对应曲线；

质量煤位对应表格可以采用下述方法得到：通过现场试验的方式，将燃煤从原煤仓中由满仓消耗到空仓全过程的剩余质量和煤位高度的对应关系进行记录，制成表；

第2步当皮带输煤机上煤时，根据第1步中的煤的质量煤位对应曲线关系计算出原煤仓当前的煤的质量M，由原煤仓中上煤之前煤的质量为M’，则新加入煤的质量为M-M’，判断上煤的煤种和当前原煤仓最上层煤种是否一致，如果相同，则原煤仓最上层煤种的质量加上M-M’；不同则添加新的煤层，煤种为上煤煤种，煤量为M-M’；

第3步在给煤机实时运行过程中，每隔一小段时间间隔(范围由1s-10s，如取5s)，就对给煤机的出力对这段时间的积分，并认为此积分值即为在这段时间中的磨煤机给煤量，记为W，并用这个值与原煤仓当前最下层煤种的剩余质量W₁进行比较，如果给煤量W大于等于最下层煤种的剩余质量，则最下层已经烧尽，并从倒数第二层的质量W₂中减掉不足的质量，即为W-W₁；如果给煤量小于最下层煤的剩余质量，则最下层燃煤的质量扣除给煤量(即W)；

第4步当最下层煤种的剩余质量M₁小于质量阈值时(范围为20吨到100吨，取50吨时)，通过磨煤机风粉热平衡公式，计算出当前所磨煤种的水分，并与当前最下层煤种水分做差进行比较，如果差值的绝对值大于水分阈值(水分阈值一般可设定的5％)，则认为煤种已经发生更变，从而对煤仓中的煤种分层情况进行修正：将原来的最下层M₁修正为零，其他各层均下移一层，例如原来的倒数第二层变为最下层，倒数第三层(如果存在)变为倒数第二层等；

第5步循环执行第2步至第4步，直至火力发电机组停机。

实例：

(1)分别在原煤仓的给煤机出力以及煤位高度上加入测点，以实时测量给煤机的实时出力P，和煤位高度H情况；

(2)在进行监测之前，将原煤仓不同高度H_i(i＝1，2，3...)与剩余质量M_i(i＝1，2，3...)对应起来，建立一张煤的质量煤位对应表。如下表：(单位：高度：米，质量：吨)

高度	质量	高度	质量	高度	质量	高度	质量
								14.067	455.2266	11.513	326.9499	7.929	108.68	4.115	13.03437
13.834	447.5751	11.112	301.6129	7.502	92.09894	3.645	10.0951
								13.469	432.2966	10.821	280.0342	7.098	81.31562	3.317	8.868607
13.114	415.5949	10.433	260.6685	7.046	81.28919	3.06	7.683036
								13.057	412.4793	10.031	229.3999	6.793	62.6598	2.653	6.646597
13.007	409.5136	9.602	201.5751	6.297	57.71763	2.384	6.097704

高度	质量	高度	质量	高度	质量	高度	质量
								12.748	397.4564	9.246	186.5992	6.182	45.37051	1.834	4.246086
12.539	387.5943	9.059	170.6437	5.675	32.89599	1.513	4.224272
								12.267	368.3179	8.828	153.3631	5.202	24.44591	1.016	4.158966
12.209	368.212	8.561	141.505	4.929	21.41003	1.074	0.0105
								11.903	353.29	8.204	120.8538	4.535	16.69466

通过对质量煤位对应表进行曲线拟合，可以将不同的煤位与煤的质量进行相互转换。

由图1可知，原煤仓是由上半部分的柱体和下半部分的圆台体组成的。这样，以两个形状的交接面为界限(高度约为9.7米)，应当进行分段的拟合：上半段由于是柱体，故可以使用线性拟合；而下半段由于是圆台，高度与体积不是线性关系，故采用非线性拟合。(见图2，高度-质量曲线)；

(3)在皮带输煤机上煤时，判断上煤的煤种与原煤仓中当前最上层的煤种是否一致。如果不一致，则在原煤仓中新加入一层煤，并且做为原煤仓中新的最上层，其煤种为上煤煤种，质量为新加入的煤的质量；如果一致，则将原煤仓中当前最上层煤种质量加上新加入的煤的质量，作为新的最上层煤种质量。

新加入的煤的质量ΔM计算方法如下：由上煤前的煤位高度H和上煤后的煤位高度H’的测量值，根据(2)中曲线拟合可以分别获取到上煤前后的煤种质量M，M’，若上煤同时也给煤机也在运行，则将给煤机的出力P对上煤的时间T段进行积分，记为M_p，则ΔM＝M’-M+M_p；

(4)在给煤机运行时，每隔预先设定的时间间隔Δt(取Δt＝10s)，将给煤机的出力P对时间积分，记为W，则W是这段时间内给煤机的给煤量。

记原煤仓当前最下层煤种的剩余质量为W₁，判断W≥W₁是否成立，如果是，则最下层已经烧尽，并令W₂＝W₂-(W-W₁)，W₂为原煤仓当前倒数第二层的质量；否则，令W₁＝W₁-W；

(5)当原煤仓当前最下层煤种的剩余质量为W₁小于一个质量阈值的时候(取质量阈值为50吨)，对当前磨煤机所磨的煤进行水分计算。计算煤种水分的计算值和实际值之间的差值。如果此差值超过水分阈值(取水分阈值为5％)，则认为原煤仓当前最下层煤种已经发生了变化。则令W₁＝0，其他各层下移；

水分的计算方法可以参照下述方法：

一次风的质量流量Gf：

$\mathrm{Gf}=\mathrm{Gain}\sqrt{\mathrm{\Δp}\×\frac{p+\mathrm{Pabs}}{\mathrm{Pref}+\mathrm{Pabs}}\×\frac{\mathrm{Tref}+\mathrm{Tabs}}{T+\mathrm{Tabs}}}$

式中，Gain为磨煤机的风量系数，Δp为一次风差压，Pabs、Tabs分别为环境压力和温度，Pref、Tref分别为一次风压力和温度。

根据磨煤机风粉的热平衡方程，忽略制粉系统漏风、输入功率转化的热量、制粉系统的散热等次要因素的影响，则热一次风放出的热量为：

Q1＝Gf(cfr×tr-cfh×th)

式中，cfr、cfh分别为tr和th温度下的热空气比热，kJ/kg.℃，由于从70～300℃范围内，cfr和cfh相差不大，可用tr和th平均温度的热空气比热cf代替，即：

Q1＝Gf×cf×(tr-th)

原煤吸收的热量包括四部分：煤的干燥基吸收的热量、煤粉中水分吸收的热量、原煤水分蒸发吸收的热量、密封风吸收的热量，即：

$Q2=\frac{100-\mathrm{Mar}}{100}\mathrm{Gm}\×(\mathrm{cr}+4.19\frac{\mathrm{Mmf}}{100-\mathrm{Mmf}})\×(\mathrm{th}-\mathrm{tl})$

$+\frac{\mathrm{Mar}-\mathrm{Mmf}}{100-\mathrm{Mmf}}\mathrm{Gm}\×(2491+1.884\mathrm{th}-4.19\mathrm{tl})$

$+\mathrm{Gsf}\×\mathrm{csf}(\mathrm{th}-\mathrm{tl})$

式中，Mar、Mmf分别为原煤和煤粉水分，％；

cr为煤的干燥基比热，kJ/kg.℃；

Gsf为密封风流量，吨/小时；

Gm给煤机出力，吨/小时；

csf为密封风的比热，kJ/kg.℃。

则由热平衡Q1＝Q2，

同时，令：

$A=\mathrm{Gm}\×(\mathrm{cr}+4.19\frac{\mathrm{Mmf}}{100-\mathrm{Mmf}})\×(\mathrm{th}-\mathrm{tl})$

B＝Gm×(2491+1.884th-4.19tl)

$C=\frac{B}{100-\mathrm{Mmf}}-\frac{A}{100}$

可得到水分计算为：

$\mathrm{Mar}=\frac{\mathrm{Gf}\×\mathrm{cf}(\mathrm{tr}-\mathrm{th})-\mathrm{Gsf}\×\mathrm{csf}(\mathrm{th}-\mathrm{tl})-A+\frac{\mathrm{Mmf}}{100-\mathrm{Mmf}}B}{C}.$

(6)循环执行步骤3到5步，由于可以实时测量出原煤仓中各层煤种的质量，而由(2)中曲线拟合可以获取到各层煤种的高度，即对原煤仓进行了实时分层监测；

本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据实施例和附图公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。

Claims (1)

1.一种原煤仓内多煤种界面分层的监测方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

第1步  按照煤的质量煤位对应表格中的数据进行曲线拟合，从而获得煤的质量煤位对应曲线；

第2步  当皮带输煤机上煤时，根据第1步中的质量煤位对应曲线获取出原煤仓当前的煤的质量M，以及原煤仓中上煤之前煤的质量M’，计算得到新加入煤的质量为M-M’；判断上煤的煤种和原煤仓当前最上层煤种是否一致，如果相同，则原煤仓当前最上层煤种的质量加上M-M’；不同则添加新的煤层，煤种为上煤煤种，煤量为M-M’；

第3步  在给煤机实时运行过程中，每隔一个预先设定的时间间隔，在该时间间隔内，对给煤机的出力进行积分，并认为此积分值即为在这段时间中的磨煤机给煤量，记为W，记原煤仓当前最下层煤种的剩余质量为W₁，判断W≥W₁是否成立，如果是，则最下层已经烧尽，并令W₂＝W₂-(W-W₁)，W₂为原煤仓当前倒数第二层的质量；否则，令W₁＝W₁-W；

第4步  当W₁小于预先设定的质量阈值时，计算出当前所磨煤种的水分，并计算其与原煤仓当前最下层煤种水分的差值，如果差值的绝对值大于预先设定的水分阈值，则认为煤种已经发生更变，从而对煤仓中的煤种分层情况进行修正：令W₁＝0，其他各层均下移一层；

第5步  循环执行第2步至第4步，直至机组停机。

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