CN110361518B - 低热值煤发电入炉燃料在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低热值煤发电入炉燃料在线监测系统，包括：安装于输煤皮带上下两侧的微波测碳仪、(近)红外水分仪、工业控制机，微波测碳仪用于测量输煤皮带上煤的灰分，红外水分仪用于测量输煤皮带上煤的水分，工业控制机与微波测碳仪和红外水分仪通信连接，用于接收微波测碳仪发送的在时刻t时的实时灰分测量值Gn和红外水分仪发送的实时水分测量值Hn，并根据灰分测量值Gn和水分测量值Hn实时确定时刻t时的输煤皮带上煤的热值Vn；工业控制机还与输煤程控系统通信连接，用于获取输煤皮带上的煤流信号(煤流ID)；工业控制机还与电厂集散控制系统通信连接，用于将获取的煤的热值Vn实时传输给电厂集散控制系统。
Description
技术领域
本发明涉及本发明属于发电检测领域，尤其涉及一种低热值煤发电入炉燃料在线监测系统。
背景技术
煤质的检测方法一般有化学方法和物理方法两种。目前燃煤发电厂对煤质的检测通常采用化学方法，即通过人工或机械采制样，在实验室利用化学的方法进行分析，由于存在较大的滞后，分析得到的结果不能实时反映炉前煤的煤质，因此，也就不能实时分析锅炉的热效率。相对化学方法，物理方法能够快速地检测煤质。现有技术中一种物理方法为使用双能γ射线透射法测量煤质灰分、使用微波透射法测量煤质水分。双能γ射线透射法测量灰分原理：煤炭中碳、氢、硫等组成的有机物以及碳都是可燃烧性物质，在煤炭中这些物质的元素含量虽然不同，但是大体上原子序数都比较低，平均值为6左右。煤灰中硅、铝、钙、铁的氧化物以及盐类物质是代表着不可燃烧的物质，即灰分，这些元素的原子序数都比较大，灰分的平均原子序数大于12。由以上所述，可燃物质与灰分之间平均原子序数相差大于6左右，可以利用双能γ射线照射煤流，其中低能Am(镅)源用来检测煤质灰分，中能Cs(铯)源来消除厚度、密度带来的影响。由理论推导可以得出灰分(Ash)与双源的吸收关系(R)为线性关系，即可得出公式Ash＝kR+b(R为被吸收后的Am源、Cs源特性参数之比)。从而就确定了原子序数较低的可燃烧物质的含量，经过数据处理后以灰分的形式显示出来。其缺陷在于当测量样品的热值较低时，灰分必然很高一般大于45％，属于高灰分煤，在线灰分仪的测量精度为2.5％～3.0％，相对误差为5.6％～6.7％。微波测水原理：利用微波穿透法实现水分监测，当微波通过含水物料和干燥物料时，微波在传播方向上的传播速度和强度会发生不同的变化，含水物料会使微波的传播速度变慢，强度减弱。微波水分仪测量原理就是通过检测在穿过物料后微波的这两种物理性质变化来计算物料中的水分含量。微波信号由传送带下方的天线发射，穿越物料后，由C型架上方对应的天线接收。通过精确地分析穿越物料后的微波信号，推导出物料中水的质量分数。但是，使用双能γ射线灰分分析法加微波水分测量法来在线检测煤质成分，其精度是达不到低热值煤电厂煤质成分在线监测的要求。现有技术中，另一种物理方法为，国家标准《低热值煤发电能源监管采集终端技术规范》中使用的方法，即使用微波测碳法代替双能γ射线透射法测量灰分，使用近红外测水法代替微波测水法，从而提升低热值煤的测量精度。但是，目前存储的物理和化学方法仍然存在以下技术问题，即无法有效监测在低热值煤中混添原煤或其他高效可燃物。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种低热值煤发电入炉燃料在线监测系统，其特征在于，包括：安装于输煤皮带上下两侧的微波测碳仪、(近)红外水分仪、工业控制机，所述微波测碳仪用于测量所述输煤皮带上煤的灰分，所述红外水分仪用于测量所述输煤皮带上煤的水分，所述工业控制机与所述微波测碳仪和红外水分仪通信连接，用于接收所述微波测碳仪发送的在时刻t时的实时灰分测量值Gn和红外水分仪发送的实时水分测量值Hn，并根据灰分测量值Gn和水分测量值Hn实时确定时刻t时的输煤皮带上煤的热值Vn；所述工业控制机还与输煤程控系统通信连接，用于获取所述输煤皮带上的煤流信号(煤流ID)；所述工业控制机还与电厂集散控制系统通信连接，用于将获取的煤的热值Vn实时传输给所述电厂集散控制系统。
附图说明
图1是本发明的在线监测系统的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，将结合附图对本发明作进一步地详细描述。这种描述是通过示例而非限制的方式介绍了与本发明的原理相一致的具体实施方式，这些实施方式的描述是足够详细的，以使得本领域技术人员能够实践本发明，在不脱离本发明的范围和精神的情况下可以使用其他实施方式并且可以改变和/或替换各要素的结构。因此，不应当从限制性意义上来理解以下的详细描述。
如图1所示，本发明提供了一种低热值煤发电入炉燃料在线监测系统，包括：安装于输煤皮带上下两侧的微波测碳仪、(近)红外水分仪、工业控制机。
微波测碳仪用于测量输煤皮带上煤的灰分，红外水分仪用于测量输煤皮带上煤的水分。工业控制机与微波测碳仪和红外水分仪通信连接，用于接收微波测碳仪发送的在时刻t时的实时灰分测量值Gn和红外水分仪发送的实时水分测量值Hn，并根据灰分测量值Gn和水分测量值Hn实时确定时刻t时的输煤皮带上煤的热值Vn。优选的，工业控制机与所述微波测碳仪和红外水分仪使用RS485接口通信连接。
工业控制机还与输煤程控系统通信连接，用于获取输煤皮带上的煤流信号，包括但不限于煤流唯一标识的ID。工业控制机还与电厂集散控制系统通信连接，用于将获取的煤的热值Vn实时传输给电厂集散控制系统。优选的，工业控制机与输煤程控系统和电厂集散控制系统使用以太网通信连接。
本领域技术人员知晓，现有技术中任意能够测量煤的灰分的微波测碳仪，以及任意能够测量煤的水分的(近)红外水分仪，均可以适用于本发明，即本发明并不意图限制微波测碳仪和红外水分仪的规格、型号、生产厂家等内容。同时，本领域技术人员也能够知晓，在现有通信技术条件下，可以对现有技术中的微波测碳仪和红外水分仪进行改进而增加与工业控制机进行通信，并传输监测数据或测量数据的相应部件。
优选的，本发明微波测碳仪包括微波发射器、微波接收器和信号处理电路。信号处理电路包括信号调理电路和单片机系统。微波发射器的发射平板天线和微波接收器的接收平板天线对称设置在输煤皮带煤流的上下两侧。微波接收器的输出接信号调理电路，由测厚仪送来的煤流厚度信号也接入信号调理电路。信号调理电路的输出接单片机系统的模拟信号输入端，单片机系统的输出接仪表机箱的PLC系统。
进一步的，在微波信号发生器里采用功率较小的调速管，由于功率小，散热容易，功率、频率容易稳定，同时还装有定向耦合器，用来对功率及频率的调校。为了消除负载对微波源的千扰，微波信号发生器中还包括单向隔离器。微波信号接收器中，采用稳定性较高的热偶膜式的功率探头，采用能在较高温度下工作的硅组件作成的深度负反馈的直流放大器。
优选的，本发明中(近)红外水分仪实现的近红外水分测量的原理是依据水分子对某特定波长的近红外线吸收强烈的原理来测定煤的水分的。一般而言，存在两种基本的测量方法，透射式和反射式。透射式是利用一束一定强度的红外线光透过一定厚度的煤样层，测量该红外线光束被吸收的程度来确定煤样水分含量。反射法是利用测量煤样表面反射的近红外光强来确定煤样的水分含量。优选的，本发明中的(近)红外水分仪为采用反射法的(近)红外水分仪。
进一步的，(近)红外水分仪包括光学探头及电子线路。光学探头包括(近)红外光源、准直透镜、斩光器、折射平面镜、聚焦镜。电子线路包括Pbs元件、放大电路、斩光器同步检测器、A/D转换电路及单片机系统。
光学探头的工作过程是:红外光源发出光强稳定的红外光线，经准直透镜准直成平行光束。在斩光器上安装了3个红外滤光片，波长分别为1.7um、1.94um、2.1um，他们可以把准直后的光束斩成在时间上分开的3束交流红外光束，这3束光的波长分别为1.7um、1.94um、2.1um，时分频率为52Hz，通过折射平面镜3束光投射到被测煤样上，经被测物反射后，通过聚焦镜聚焦后，由光电传感器Pbs元件接受下来。
电子线路的工作过程是:由光电传感器Pbs元件把3束由被测物反射过来的红外光束转换成相应的，在时间上分开的电信号，分别代表1.7um、1.94um、2.1um3个波长的反射光的强度，该信号经放大器放大到A/D电路所要求的电平。同时，斩光器同步检测器从斩光器处取出与3束红外光束相对应的脉冲，这些脉冲作为识别3束光线的标志信号，是它们的同步脉冲。A/D测量的结果和同步脉冲被同时送到单片机系统的CPU内，根据同步脉冲的时序，分别把代表1.7um、1.94um、2.1um反射光的强度的A/D转换数据区分出来，存入相应的存储单元，并根据这些数据，计算出相应的水分值。
根据本发明，工业控制机用于将煤的热值Vn和预警标识实时传输给集散控制系统。优选的，预警标识实现为2个bit，从而能够最大程度的解决通信带宽。具体的，预警标识包括第一、二标识位P1、P2。根据本发明，当P1为第一取值时，用于指示集散控制系统以非灰分预警的形式显示热值Vn；当P1为第二取值时，用于指示集散控制系统以灰分预警的形式显示热值Vn。当P2为第一取值时，用于指示集散控制系统以非水分预警的形式显示热值Vn；当P2为第二取值时，用于指示集散控制系统以水分预警的形式显示热值Vn。进一步的，第一取值为0，第二取值为1；或者，第一取值为1，第二取值为0。根据本发明的一个实施例，集散控制系统在收到预警标识时，可以采用不同颜色来显示热值Vn。例如，当P1和P2为第一取值时，Vn采用第一颜色显示；当P1为第一取值，P2为第二取值时，Vn采用第二颜色显示；当P1为第二取值，P2为第一取值时，Vn采用第三颜色显示；当P1和P2均为第二取值时，采用第四颜色显示。根据本发明的另一个实施例，当P1和/或P2为第二取值时，工业控制机还将灰分值和/或水分值一并传输给集散控制系统，这样集散控制系统可以在显示热值Vn时，还一并显示(例如以括号的形式)接收到的对应于Vn的灰分值和/或水分值。
根据本发明，工业控制机中还包括第一缓存和第二缓存，第一、二缓存中分别存储有w个第一标识位(P1n-1,P1n-2,......,P1n-w)和w个第二标识位(P2n-1,P2n-2,......,P2n-w)；其中P1n-i和P2n-i分别为t时刻之前第i个监测周期中微波测碳仪和红外水分仪监测到的灰分值标识和水分值标识。一个优选实施例中，当第i个监测周期中微波测碳仪监测的灰分值大于第三阈值D3时，P1n-i＝0，反之，P1n-i＝1；类似的，当第i个监测周期中微波测碳仪监测的灰分值大于第四阈值D4时，P2n-i＝0，反之，P2n-i＝1。
进一步的，工业控制机还包括处理器和存储有嵌入式计算机程序的非瞬时性存储器，当计算机程序被处理器执行时，实现以下步骤：
步骤S100，如果Vn≤D1，那么P1和P2均被设置为第一取值。D1为预定义的第一阈值，优选的，D1的值为3300-3500大卡之间，更有选的，D1的值为3300大卡。通过步骤S100，本发明中，对于监测出的煤的热值低于或远低于国家标准3500大卡的监测结果，认为没有在低热值煤中添加原煤或其他高效可燃物，从而在保证一定监测准确性的情况下，简化处理程序，提升处理效率，相应的工业控制机不会向集散控制系统进行监测预警。
步骤S200，如果Vn＞D1，且
那么P1和P21均被设置为第一取值。D2为预定义的第二阈值，优选的，D2的值为0.2-0.5之间，更优选的D2的值为0.2。
步骤S300，如果Vn＞D1，且
根据Gn和Hn确定P1和P2的取值。
本发明中，w为预定义的监测周期窗口数量，Vn-i为t时刻之前第i个监测周期监测到的输煤皮带上与Vn属于同一煤流中的煤的热值。
通过步骤S200和S300，本发明中，对于热值超过D1的监测结果，并非笼统的认为在低热值煤中添加了原煤或其他高效可燃物，而是结合之前w个检测周期窗口的监测结果与D2相比进行进一步的判断，从而能够有效避免输煤皮带上的低热值煤中因为局部可能具有高热值特定而带来的偏差。
根据本发明的一个优选实施例，步骤S300进一步包括：
步骤S310，
那么第一标识位P1被设置为第二取值；一个实施例中，Ai被设置为1，前述公式退化为
但是，优选的，
步骤S320，
那么第二标识位P2被设置为第二取值；一个实施例中，Bi被设置为1，前述公式退化为
但是，优选的，
其中，DG和DH为预定义的灰分阈值和水分阈值，例如DG＝k*Gn，DH＝k*Hn，k为系数，取值为0.1-0.2之间。λi为预设的监测周期窗口的权重。通过步骤S310和步骤S320，本发明能够分别准确的获取热值Vn超过D1时的影响因素在于灰分还是水分，从而辅助集散控制系统做出更准确的结果呈现。
根据本发明，一个实施例中，λ1＝λ2＝...＝λw＝1；但是优选的，λ1≥λ2≥...≥λw。即越与Vn临近的监测周期窗口的监测结果，其相应的权重越大，从而使得步骤S310和S320的计算结果更为准确。
此外，根据公开的本发明的说明书，本发明的其他实现对于本领域的技术人员是明显的。实施方式和/或实施方式的各个方面可以单独或者以任何组合用于本发明的系统和方法中。说明书和其中的示例应该是仅仅看作示例性，本发明的实际范围和精神由所附权利要求书表示。
Claims (8)
1.一种低热值煤发电入炉燃料在线监测系统，其特征在于，包括：安装于输煤皮带上下两侧的微波测碳仪、红外水分仪、工业控制机，所述微波测碳仪用于测量所述输煤皮带上煤的灰分，所述红外水分仪用于测量所述输煤皮带上煤的水分，所述工业控制机与所述微波测碳仪和红外水分仪通信连接，用于接收所述微波测碳仪发送的在时刻t时的实时灰分测量值Gn和红外水分仪发送的实时水分测量值Hn，并根据灰分测量值Gn和水分测量值Hn实时确定时刻t时的输煤皮带上煤的热值Vn；所述工业控制机还与输煤程控系统通信连接，用于获取所述输煤皮带上的煤流信号，所述煤流信号包括煤流ID；所述工业控制机还与电厂集散控制系统通信连接，用于将获取的煤的热值Vn实时传输给所述电厂集散控制系统；
所述工业控制机用于将煤的热值Vn和预警标识实时传输给所述集散控制系统；所述预警标识包括第一标识位P1和第二标识位P2；
当P1为第一取值时，用于指示集散控制系统以非灰分预警的形式显示热值Vn；当P1为第二取值时，用于指示集散控制系统以灰分预警的形式显示热值Vn；
当P2为第一取值时，用于指示集散控制系统以非水分预警的形式显示热值Vn；当P2为第二取值时，用于指示集散控制系统以水分预警的形式显示热值Vn；
所述工业控制机包括处理器和存储有嵌入式计算机程序的非瞬时性存储器，当所述计算机程序被所述处理器执行时，实现以下步骤：
步骤S100，如果Vn≤D1，那么P1和P2均被设置为第一取值；
步骤S200，如果Vn＞D1，且
那么P1和P21均被设置为第一取值；
步骤S300，如果Vn＞D1，且
根据Gn和Hn确定P1和P2的取值；
其中，D1和D2为预定义的第一阈值和第二阈值，w为预定义的监测周期窗口数量，Vn-i为t时刻之前第i个监测周期监测到的输煤皮带上与Vn属于同一煤流中的煤的热值。
2.根据权利要求1所述的在线监测系统，其特征在于，第一取值为0，第二取值为1；或者，第一取值为1，第二取值为0。
3.根据权利要求1所述的在线监测系统，其特征在于，D1的值为3300-3500大卡之间；D2的值为0.2-0.5之间。
4.根据权利要求1所述的在线监测系统，其特征在于，所述工业控制机中还包括第一缓存和第二缓存，所述第一缓存和所述第二缓存中分别存储有w个第一标识位P1n-1,P1n-2,...,P1n-w和w个第二标识位P2n-1,P2n-2,...,P2n-w；其中P1n-i和P2n-i分别为t时刻之前第i个监测周期中所述微波测碳仪和红外水分仪监测到的灰分值标识和水分值标识。
5.根据权利要求4所述的在线监测系统，其特征在于，所述步骤S300进一步包括：
步骤S310，
那么第一标识位P1被设置为第二取值；其中，
步骤S320，
那么第二标识位P2被设置为第二取值；其中，
其中，DG和DH为预定义的灰分阈值和水分阈值。
6.根据权利要求5所述的在线监测系统，其特征在于，λ1≥λ2≥...≥λw。
7.根据权利要求1-6之任一所述的在线监测系统，其特征在于，所述工业控制机与所述微波测碳仪和红外水分仪使用RS485接口通信连接。
8.根据权利要求1-6之任一所述的在线监测系统，其特征在于，工业控制机与输煤程控系统和电厂集散控制系统使用以太网通信连接。
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| CN201910486827.0A CN110361518B (zh) | 2019-06-05 | 2019-06-05 | 低热值煤发电入炉燃料在线监测系统 |
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