CN109900739B - 一种电厂锅炉煤场掺配均匀性评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电厂锅炉煤场掺配均匀性评价方法，包括以下步骤：对入炉煤进行采样，获取若干个样品煤发热量数据；计算每个样品中基准煤的当量质量浓度；将所有样品基准煤的当量质量浓度组成观测样本，计算样本均值和样本标准差，以样本标准差表示掺配均匀性：样本标准差越小，煤场掺配均匀性越好；样本标准差越大，煤场掺配均匀性越差。利用基准煤当量浓度标准差和概率密度曲线，能有效地对煤场掺配均匀性进行评价，剔除了原始掺配煤种的差异的影响。基准煤当量浓度标准差越小，煤场掺配越均匀。采用这种方法对多台机组煤场掺配均匀性进行了评价，评价结果与机组实际状况相吻合。本发明提出的评价指标和评价方法，能够建立煤场掺配质量控制的统一标准，保证机组安全经济运行。

Description

一种电厂锅炉煤场掺配均匀性评价方法

技术领域

本发明属于火力发电机组运行监测领域，尤其是一种电厂锅炉煤场掺配均匀性评价方法。

背景技术

电厂锅炉燃煤通常由碳、氢、氧、氮、硫、灰分和水分等多种成分组成，由于这些成分分布不均匀，以及开采和运输过程随机混入的杂质，即使锅炉燃煤是来自同一矿点的单一煤种，不同时间采样化验的煤发热量也存在一定差异，因此，发电机组锅炉入炉煤质是随时间波动的。

近年来，为降低发电成本，优化煤炭资源利用，发电机组通常选用不同品种的煤进行掺烧，锅炉入炉煤是由2种或2种以上的煤按一定比例掺配而成，由于煤场掺配条件和场地的限制，不同品种的煤很难达到完全均匀的混合，这使得锅炉入炉煤煤质的波动进一步增加。

入炉煤质不稳定对机组运行安全性和经济性造成较大影响。多煤种掺烧时，由于不同品种的煤混合不均匀，引起炉前煤质波动较大而导致锅炉灭火、机组停运的事故时有发生；煤质波动还给机组发电控制带来额外压力，使运行人员不能采取稳定的、有针对性的运行调整策略，这通常会导致烟气中飞灰未燃尽碳损失增大，煤的燃烧效率降低，机组经济性下降。因此，随着锅炉入炉煤质波动增大，机组运行安全性和经济性降低。

在目前多煤种掺烧的电力生产环境下，为提高竞争力，各发电公司都加强煤炭的掺配管理，新增加了掺配场地和设施，配置了先进的掺配机械，煤场掺配的手段和方法都有较大进步，但由于不同发电机组的原始掺配煤种差异较大，煤场掺配的均匀性并不能用入炉煤质的变化来表示，因为入炉煤质的变化一方面决定于煤场掺配质量，另一方面还与原始掺配煤种差异程度有关，如何将原始掺配煤种的影响分离出来，对煤场掺配均匀性和掺配质量的进行评价，目前，还未见有文献给出统一且明确的评价指标和评价方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种电厂锅炉煤场掺配均匀性评价方法，将原始掺配煤种的影响分离出来，建立煤场掺配质量控制的统一标准，对煤场掺配均匀性和掺配质量进行评价，确保机组安全经济运行。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种电厂锅炉煤场掺配均匀性评价方法，包括以下步骤：

对入炉煤进行采样，获取若干个样品煤发热量数据；

计算每个样品中基准煤的当量质量浓度；

将所有样品基准煤的当量质量浓度组成观测样本，计算样本均值和样本标准差，以样本标准差表示掺配均匀性：样本标准差越小，煤场掺配均匀性越好；样本标准差越大，煤场掺配均匀性越差。

进一步地，所述对入炉煤进行采样，获取若干个样品煤发热量数据，具体包括：

利用布置在锅炉输煤皮带上方的自动采制样装置，采用一定的频率对入炉煤进行采样；

样品经混合缩分后，在化学实验室测定煤的发热量，得到n个样品煤的发热量数据为

Q₁，Q₁，...，Q_i，...，Q_n。

进一步地，所述采用一定的频率对入炉煤进行采样，具体包括：入炉煤采样频率与目前电厂煤质运行监督的采样频率相同，即每8小时收集1次集样桶中的样品煤。

进一步地，样品煤采集数量不少于100个。

进一步地，所述计算每个样品中基准煤的当量质量浓度，具体包括：

选择发热量最大的样品煤作为上限基准煤，该样品煤的发热量记为Q_max，选择发热量最小的样品煤作为下限基准煤，该样品煤的发热量记为Q_min，计算每个样品中上限基准煤或下限基准煤的当量质量浓度，上限基准煤的当量质量浓度按式①计算：

下限基准煤的当量质量浓度按式②计算：

进一步地，所述将所有样品基准煤的当量质量浓度组成观测样本，计算样本均值和样本标准差，具体包括：

所有样品的上限基准煤和下限基准煤的当量质量浓度平均值

和

分别按式③、式④计算：

进一步地，所述将所有样品基准煤的当量质量浓度组成观测样本，计算样本均值和样本标准差，具体包括：

上限基准煤和下限基准煤的当量质量浓度标准差s_max、s_min分别按式⑤和式⑥计算

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明定义了上限基准煤和下限基准煤，将入炉煤看作由这两个基准煤掺配而成，入炉煤中基准煤当量浓度的变化明确地表达了煤场掺配的均匀性。利用基准煤当量浓度标准差和概率密度曲线，能有效地对煤场掺配均匀性进行评价，剔除了原始掺配煤种的差异的影响。基准煤当量浓度标准差越小，煤场掺配越均匀。采用这种方法对多台机组煤场掺配均匀性进行了评价，评价结果与机组实际状况相吻合。本发明提出的评价指标和评价方法，能够建立煤场掺配质量控制的统一标准，保证机组安全经济运行。

附图说明

图1是本发明实施例方法流程图；

图2是实验E的采样样本上限基准煤质量浓度的概率密度分布曲线图；

图3是实验L和实验G的采样样本中上限基准煤质量浓度的概率密度分布曲线的对比图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

如图1所示，一种电厂锅炉煤场掺配均匀性评价方法，包括以下步骤：

S1、对入炉煤进行采样，获取若干个样品煤发热量数据；

S2、计算每个样品中基准煤的当量质量浓度；

S3、将所有样品基准煤的当量质量浓度组成观测样本，计算样本均值和样本标准差，以样本标准差表示掺配均匀性：样本标准差越小，煤场掺配均匀性越好；样本标准差越大，煤场掺配均匀性越差。

步骤S1中，对入炉煤进行采样，获取若干个样品煤发热量数据，具体包括：

S11、利用布置在锅炉输煤皮带上方的自动采制样装置，采用一定的频率对入炉煤进行采样；

S12、样品经混合缩分后，在化学实验室测定煤的发热量，得到n个样品煤的发热量数据：Q₁，Q₁，...，Q_i，...，Q_n。

步骤S11中，采用一定的频率对入炉煤进行采样，具体包括：入炉煤采样频率与目前电厂煤质运行监督的采样频率相同，即每8小时收集1次集样桶中的样品煤。样品煤采集数量不少于100个。

步骤S2中，计算每个样品中基准煤的当量质量浓度，具体包括：

选定上述样品中发热量最大的煤作为上限基准煤，该样品煤的发热量记为Q_max，发热量最小的煤作为下限基准煤，该样品煤的发热量记为Q_min，计算每个样品中上限基准煤或下限基准煤的当量质量浓度，上限基准煤的当量质量浓度按式①计算：

下限基准煤的当量质量浓度按式②计算：

步骤S3中，将所有样品基准煤的当量质量浓度组成观测样本，计算样本均值和样本标准差，具体包括：

所有样品的上限基准煤和下限基准煤的当量质量浓度平均值

和

分别按式③、式④计算：

将所有样品基准煤的当量质量浓度组成观测样本，计算样本均值和样本标准差，具体包括：

上限基准煤和下限基准煤的当量质量浓度标准差s_max、s_min分别按式⑤和式⑥计算

基准煤当量质量浓度的标准差越大，当量质量浓度的变化范围越宽，煤场掺配越不均匀；当量质量浓度概率密度分布曲线越陡峭，基准煤质量浓度变化范围越窄，煤场掺配均匀性越好；特别地，当量质量浓度的标准差等于0时，掺配煤种完全混合，掺配均匀性最好。样本质量浓度的分散状态还可以采用当量质量浓度的概率密度分布曲线表示，概率密度分布曲线对分散状态有更直观的表达。

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例一

实施例一是针对某电厂的发电机组E，该机组额定容量为300MW，锅炉型号为HG-1025/17.55-YM15，是亚临界参数、一次中间再热、控制循环汽包炉，采用平衡通风、直流式燃烧器、四角切圆燃烧方式，燃用烟煤；汽轮机为亚临界、一次中间再热、双缸双排气、单轴凝汽式汽轮机，型号为N300-16.7/537/537-2；发电机是水氢氢汽轮发电机，型号为QFSN-300-2。

(1)利用锅炉布置于输煤皮带上方的、型号为C-D.Z-M的自动采制样装置，对入炉煤进行连续采样，每8小时收集采制样装置的集样桶中的样品，在化学实验室测定煤的发热量，总共进行连续57天的采样试验，得到171个样品煤的发热量(MJ/kg)数据，见表1。

表1

(2)表1中所有样品发热量的平均值

标准差s_Q＝0.758MJ/kg，第45个样品发热量最大，第131个样品发热量最小，分别选择它们作为上限基准煤和下限基准煤，上限基准煤发热量Q_max＝22.832MJ/kg，下限基准煤发热量Q_min＝19.161MJ/kg，发热量跨距Q_max-Q_min＝3.671MJ/kg，表1中的样品煤发热量均在这两个基准煤种之间，因此，每个样品的发热量均可采用这两种基准煤掺配而成。

(3)利用式①计算每个样品中上限基准煤的当量质量浓度，结果见表2。

表2

(4)利用式③计算上限基准煤的当量质量浓度平均值

利用式⑤计算上限基准煤当量质量浓度的标准差s＝0.2063。

(5)根据表2中的当量质量浓度数据样本，绘制当量质量浓度的概率密度曲线，见图2，该曲线清晰地表示了样本当量质量浓度的分散特性，从图中可以看出，95％的样品的当量质量浓度分布在跨度为d＝0.8087的浓度区间内。跨度区间d越小，样本的当量质量浓度分布越集中，基准煤的混合均匀性越好，掺配质量越高。

95％样品的当量质量浓度跨度区间d决定于浓度标准差s，跨度区间d随着s增大而增大，当样本服从正态分布时，d＝2×1.96×s，因此，s也表征了掺配的均匀性，s越小，跨度区间d越小，煤场掺配越均匀。

实施例二

实施例二是针对不同容量的6台机组，共进行了8次样品采集实验，各次实验的代号见表3，其中实验C和实验N是针对同一台300MW机组，分别于2014年和2018年进行的采样实验，实验G和实验K是针对同一台125MW机组，分别于2007年和2017年的进行采样实验，实验B、实验D、实验H和实验L分别是在其它4台不同容量机组上进行的采样实验。

表3给出各次实验采集的样品数量、发热量最大值、最小值、平均值、标准差以及发热量跨距Q_max-Q_min，表3中还给出了前20个样品以及最后一个样品的发热量数据。

表3

分别选择各次实验发热量的最大值Q_max和最小值Q_min作为上限基准煤和下限基准煤，利用式①计算各次实验的每个样品中上限基准煤的当量质量浓度，结果见表4。

表4

利用式③计算上限基准煤的当量质量浓度平均值

利用式⑤计算上限基准煤当量质量浓度的标准差s_x，结果见表4。

根据表4中的当量质量浓度数据，绘制实验L和实验G的当量质量浓度的概率密度曲线，见图3，从图中可看出，与实验G相比，实验L浓度概率密度曲线较为陡峭，大部分样品的基准煤当量质量浓度集中在一个较小的区间，这表明基准煤当量质量浓度的变化范围较窄，样本中的基准煤含量较为均匀，因此，实验L的掺配均匀好于实验G。

对于实施例1和实施例2中的各次实验，将上限基准煤浓度标准差s_x按从小到大排序见表5，表中还给出了各次实验的发热量平均均值、最大值、最小值和标准差等数据。

表5

基准煤浓度s_x反应了机组燃煤掺配的均匀性，标准差s_x越小，掺配均匀性越好，因此，基准煤浓度标准差s_x可作为评价指数对煤场掺配均匀性进行评价。表5中上限基准煤浓度标准差s_x在0.145～0.216之间变化，对应的发热量标准差s_Q在0.758～1.991MJ/kg之间变化，发热量标准差s_Q表示入炉煤质的均匀性，但却不能表示掺配的均匀性，因为入炉煤质的均匀性不仅受掺配均匀性的影响，而且还与表5中原始掺配煤种发热量的跨距Q_max-Q_min有关。

对于同一台机组，当煤场掺配条件以及采样系统参数未发生变化时，掺配均匀性指数即基准煤浓度标准差s_x不应有较大改变，但入炉煤质的均匀性受掺配煤种的影响而可能发生变化。表5中实验G和实验K是同一台机组在不同时间的采样试验，两次试验的基准煤浓度标准差变化很小，仅有0.216-0.207＝0.09的变化，这表明掺配煤种混合的均匀性没有太大变化，但由于受到原始掺配煤种发热量跨距Q_max-Q_min的影响，入炉煤质的均匀性却差别较大：如表5所示，实验G中发热量跨距远大于实验K，因此，实验G的发热量标准差也远大于实验K，即实验G中入炉煤质均匀性远比实验K差。

上述现象表明，采用基准煤浓度标准差s_x作为评价指数，能够有效地对掺配均匀性进行评价。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种电厂锅炉煤场掺配均匀性评价方法，其特征是，包括以下步骤：

对入炉煤进行采样，获取若干个样品煤发热量数据；

计算每个样品中基准煤的当量质量浓度；

所述计算每个样品中基准煤的当量质量浓度，具体包括：

选择发热量最大的样品煤作为上限基准煤，该样品煤的发热量记为Q_max，选择发热量最小的样品煤作为下限基准煤，该样品煤的发热量记为Q_min，计算每个样品中上限基准煤或下限基准煤的当量质量浓度，上限基准煤的当量质量浓度按式①计算：

下限基准煤的当量质量浓度按式②计算：

将所有样品基准煤的当量质量浓度组成观测样本，计算样本均值和样本标准差，以样本标准差表示掺配均匀性：样本标准差越小，煤场掺配均匀性越好；样本标准差越大，煤场掺配均匀性越差。

2.如权利要求1所述的电厂锅炉煤场掺配均匀性评价方法，其特征是，所述对入炉煤进行采样，获取若干个样品煤发热量数据，具体包括：

利用布置在锅炉输煤皮带上方的自动采制样装置，采用一定的频率对入炉煤进行采样；

样品经混合缩分后，在化学实验室测定煤的发热量，得到n个样品煤的发热量数据为Q₁，...，Q_i，...，Q_n。

3.如权利要求2所述的电厂锅炉煤场掺配均匀性评价方法，其特征是，所述采用一定的频率对入炉煤进行采样，具体包括：入炉煤采样频率与目前电厂煤质运行监督的采样频率相同，即每8小时收集1次集样桶中的样品煤。

4.如权利要求3所述的电厂锅炉煤场掺配均匀性评价方法，其特征是，样品煤采集数量不少于100个。

5.如权利要求1所述的电厂锅炉煤场掺配均匀性评价方法，其特征是，所述将所有样品基准煤的当量质量浓度组成观测样本，计算样本均值和样本标准差，具体包括：

所有样品的上限基准煤和下限基准煤的当量质量浓度平均值

和

分别按式③、式④计算：

6.如权利要求1所述的电厂锅炉煤场掺配均匀性评价方法，其特征是，所述将所有样品基准煤的当量质量浓度组成观测样本，计算样本均值和样本标准差，具体包括：

上限基准煤和下限基准煤的当量质量浓度标准差s_max、s_min分别按式⑤和式⑥计算

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