煤質(zhì)在線檢測技術(shù)在600 MW機(jī)組上的應(yīng)用

聶 朗

(中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004)

0 引 言

我國的電力生產(chǎn)以火力發(fā)電為主，燃煤發(fā)電占據(jù)主導(dǎo)地位，其為煤炭消耗的主要組成。我國煤炭的資源儲量豐富、分布地域廣、煤質(zhì)差異較大[1]。在火力發(fā)電的生產(chǎn)過程中，煤質(zhì)及其特性對電力生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性、安全性和節(jié)能環(huán)保達(dá)標(biāo)排放有著極為重要的影響[2]。燃煤電廠的制粉、鍋爐、脫硫、脫硝、除塵、輸灰等系統(tǒng)在生產(chǎn)運行中應(yīng)盡量燃用設(shè)計煤種或校核煤種，以確保生產(chǎn)系統(tǒng)運行的安全性、經(jīng)濟(jì)性，實現(xiàn)效益保證、環(huán)保達(dá)標(biāo)排放[3]。但由于受國家供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革、煤炭去產(chǎn)能政策以及越來越嚴(yán)厲的安全和環(huán)保限制的影響，煤炭生產(chǎn)、供應(yīng)和價格發(fā)生了變化，燃煤電廠須進(jìn)行市場多元化采購，從而導(dǎo)致發(fā)熱量、水分、灰分常常偏離設(shè)計值或校核值[4]。

由此，燃煤電廠需實時掌握煤質(zhì)信息以滿足生產(chǎn)系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運行的要求[5]。而對于燃煤電廠現(xiàn)有的煤炭化驗室分析模式，在長期對煤質(zhì)的工業(yè)分析中一直沿用傳統(tǒng)的燒灼法來進(jìn)行檢測，通常滯后于生產(chǎn)、決策的需要[6]。因此，煤炭供應(yīng)以及電力生產(chǎn)迫切需求1種煤炭連續(xù)檢測設(shè)備，而煤質(zhì)在線檢測技術(shù)可有效地解決燃煤電廠煤炭化驗數(shù)據(jù)滯后性的問題[7-18]。

其中，煤的灰分在線檢測是煤質(zhì)檢測的關(guān)鍵技術(shù)[19]，通過灰分與水分相結(jié)合可在線檢測發(fā)熱量。實現(xiàn)煤的灰分在線檢測主要依賴輻射測量技術(shù)，放射性同位素測量煤的灰分技術(shù)已于20世紀(jì)60年代開始使用,各種灰分測量方法被探索研究[20]。目前常用及最新的測量技術(shù)包括雙能量γ射線透射、天然γ射線測量法、中子活化瞬發(fā)γ射線分析、X射線熒光分析、激光誘導(dǎo)擊穿光譜分析以及多能X射線吸收法[21-25]。

基于煤質(zhì)在線檢測技術(shù)可有效解決燃煤電廠煤炭化驗數(shù)據(jù)滯后性的問題，以下介紹1種新型煤質(zhì)在線檢測技術(shù)的測量原理、設(shè)備構(gòu)成、測量精度及其在600 MW機(jī)組的應(yīng)用情況。

1 煤質(zhì)在線檢測技術(shù)介紹

1.1 測量原理

近紅外光譜分析技術(shù)屬新技術(shù)，其基本原理如下:采用特定波段1 940 nm的近紅外線射入樣品中，樣品所含水分子中的氫—氧鍵會吸收該波段紅外線，并將剩余部分近紅外線反射至測量探頭，所反射的近紅外線能量和樣品中水分子吸收的近紅外線能量成正比，根據(jù)能量的損失量即可計算出被測樣品的含水率。近紅外線測量技術(shù)不使用放射源，是1種非破壞性、非接觸式的實時測量技術(shù)。

利用天然γ射線測量法測量灰分，由于煤中礦物質(zhì)含有K-40和鈾(U-238)系、釷(Th-232)系的天然γ放射性，所以通過測量由煤中天然放射性物質(zhì)引起的γ計數(shù)率，能反映煤中礦物質(zhì)含量，從而確定煤的灰分。

（2）痰熱郁結(jié)患者護(hù)理。此類患者多臨床表現(xiàn)耳聾耳鳴，耳中脹悶，頭暈?zāi)垦?，咳嗽痰多，二便不暢，舌質(zhì)紅，苔黃膩等，大多存在有思慮過度的情況，在護(hù)理中更需要注重對患者心理狀態(tài)進(jìn)行改善，做好患者思想工作。

1.2 設(shè)備構(gòu)成

根據(jù)電廠的現(xiàn)場實際情況，分別在電廠廠房40 m平臺第1個犁煤器之前的2臺主皮帶上安裝了2套煤質(zhì)在線檢測裝置，分別檢測灰分、發(fā)熱量和水分3種成分。2套檢測設(shè)備共用1個電控箱和1臺工控機(jī)。

主皮帶從煤檢測儀測量裝置內(nèi)托槽上滑過，煤檢測儀直接對輸煤皮帶上流經(jīng)的所有物料進(jìn)行斷面掃描檢測，整個檢測過程不接觸物料、不影響皮帶運行。煤質(zhì)在線檢測設(shè)備精確分析煤炭的水分、灰分、發(fā)熱量等各工業(yè)指標(biāo)的實時煤質(zhì)數(shù)據(jù)，是專門為電廠提供實時在線分析數(shù)據(jù)的有效裝置。

1.3 測量精度

煤質(zhì)在線設(shè)備的測量精度見表1。

從潛水的水化學(xué)參數(shù)的統(tǒng)計特征值總體分析，榆林市礦區(qū)第四系潛水受到污染，主要污染的指標(biāo)為NO-3，其次為NO-2、SO2-4、TDS和總硬度。

環(huán)境會計能夠科學(xué)地記錄，核算和披露企業(yè)的環(huán)境會計信息。它不僅可以使公司履行社會責(zé)任，而且可以向社會展示公司遵守政府環(huán)保法律法規(guī)，關(guān)注社會利益。

表1 煤質(zhì)在線設(shè)備的測量精度

測量成分測量精度灰分/%均方差≤1.0水分/%均方差≤1.0發(fā)熱量/(J·g-1)均方差≤400

2 應(yīng)用情況

2.1 項目實施

煤質(zhì)在線檢測展示臺提供瞬時的水分、灰分和發(fā)熱量數(shù)值顯示以及當(dāng)日的水分、灰分和發(fā)熱量的數(shù)據(jù)趨勢曲線，數(shù)據(jù)間隔為1 min。同時，運行人員可根據(jù)需要對測量時間進(jìn)行人工修改，瞬時值的顯示刷新時間為(1～60)s可選，滾動累計時間為(1～10)min可選。

煤質(zhì)在線檢測裝置由煤檢測儀、電控箱、工控機(jī)、顯示器、接口機(jī)、展示臺、機(jī)柜皮等組成，如圖1所示。煤檢測儀和電控箱裝在現(xiàn)場，工控機(jī)、顯示器、接口機(jī)在機(jī)柜里，安裝在電子間。工控機(jī)通過Modbus通訊將測量數(shù)據(jù)傳遞給信息展示臺，供運行人員實時查看。

某廠為600 MW燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組，鍋爐本體是按美國SWUP(Spiral Wound UP)鍋爐技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行性能、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的超超臨界參數(shù)SWUP鍋爐。鍋爐為超超臨界參數(shù)、螺旋爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、露天布置的Π型鍋爐，采用前后墻對沖燃燒方式，配置雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器及NOx噴口，鍋爐型號為B&WB-2082/28.00-M。

2.2 測量結(jié)果對比

煤質(zhì)在線檢測設(shè)備運行一段時間后的化驗和測量數(shù)據(jù)對比見表2。用均方差來統(tǒng)計化驗和測量數(shù)據(jù)的離散誤差。均方差的計算公式為：

將煤質(zhì)在線檢測裝置用于該廠入爐煤的檢測，可實時掌握燃煤成分信息，對燃燒調(diào)整和配煤摻燒管理起到了指導(dǎo)作用。

(1)

數(shù)據(jù)結(jié)果表明:①該廠水分在9%～15%區(qū)間變化，與化驗數(shù)據(jù)相比，煤質(zhì)在線檢測設(shè)備的測量結(jié)果較為準(zhǔn)確，全區(qū)間內(nèi)檢測的均方差為0.24%；②該廠灰分在12%～18%區(qū)間變化，與化驗數(shù)據(jù)相比，煤質(zhì)在線檢測設(shè)備的測量結(jié)果較為準(zhǔn)確，全區(qū)間內(nèi)檢測的均方差為0.31%；③該廠發(fā)熱量在22.00 MJ/kg～25.00 MJ/kg區(qū)間變化，與化驗數(shù)據(jù)相比，煤質(zhì)在線檢測設(shè)備的測量結(jié)果較為準(zhǔn)確，全區(qū)間內(nèi)檢測的均方差為313.83 J/g。

系統(tǒng)實現(xiàn)了由傳統(tǒng)的科目式管理轉(zhuǎn)變?yōu)榭颇考虞o助核算的多口徑管理模式，各業(yè)務(wù)模塊自動生成財務(wù)憑證，保證業(yè)務(wù)及時入賬，實現(xiàn)自動對賬，提高財務(wù)制證工作效率；實現(xiàn)預(yù)算、財務(wù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)根據(jù)不同條件一鍵式查詢預(yù)算執(zhí)行進(jìn)度和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，快速生成各類所需報表及自定義樣式報表，為財務(wù)管理工作帶來極大的便利。

式中，σ為均方差;x為變量;r為均值;N為樣本總個數(shù)。

為促進(jìn)規(guī)?；?biāo)準(zhǔn)化種植，提升農(nóng)民的種植效率，日本政府提出生產(chǎn)資料購置補貼政策，鼓勵農(nóng)民按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行種植生產(chǎn)。對規(guī)?；B(yǎng)殖、溫室蔬菜種植，政府予以相關(guān)設(shè)施購買費用的補貼，其中由中央和地方財政補貼75%，剩余25%的費用可通過特定的金融機(jī)構(gòu)進(jìn)行貸款。2007年開始實施“跨品種經(jīng)營穩(wěn)定政策”，改革稻米生產(chǎn)調(diào)整及價格補貼，針對特定骨干農(nóng)戶，不分品種地對其整體經(jīng)營收入進(jìn)行補貼支持，加大對農(nóng)地、水資源、環(huán)境保護(hù)等的政策支持。

3 煤質(zhì)在線檢測技術(shù)的應(yīng)用展望

Categorical variables presented as value (%) were analyzed using a χ2 test or Fisher’s exact test with the Yates correction, as needed. P value ＜ 0.05 indicated statistical significance.

表2 常規(guī)化驗與在線測量數(shù)據(jù)對比

序號化驗水分/%測量水分/%誤差/%化驗灰分/%測量灰分/%誤差/%化驗發(fā)熱量/(J·g-1)測量發(fā)熱量/(J·g-1)誤差/(J·g-1)114.314.46 0.16 12.5312.66 0.13 23 445.6223 869.13 423.51 211.411.77 0.37 13.5313.22 -0.31 24 227.2824 588.59 361.31 310.410.24 -0.16 15.9315.53 -0.40 23 796.7424 517.96 721.22 49.79.92 0.22 16.0616.26 0.20 23 968.1223 872.50-95.6259.69.840.2414.815.280.4824 657.8224 758.23100.41610.010.170.1717.7318.090.3623 416.3623 384.40-31.96710.810.890.0917.5017.46-0.0423 107.0423 187.3280.28812.012.450.4516.1915.76-0.4322 998.3622 337.89-660.47911.211.400.2017.3617.790.4323 044.3422 968.59-75.751012.712.950.2516.0115.84-0.1723 052.7022 682.73-369.971112.813.110.3115.6115.36-0.2523 115.4023 468.72353.321213.814.160.3615.6416.050.4122 651.4222 635.43-15.991310.710.810.1115.8615.72-0.1423 688.0623 873.50185.441410.29.85-0.3515.9016.130.2323 374.5623 637.48262.921510.811.180.3814.8714.66-0.2124 260.7224 683.98423.261610.110.390.2913.3213.13-0.1924 390.3024 710.45320.151710.410.490.0916.7417.290.5523 575.2023 679.66104.461810.110.260.1615.6515.24-0.4122 459.1422 323.96-135.18199.99.61-0.2914.5614.27-0.2922 689.0422 874.54185.502011.210.81-0.3915.3015.410.1123 420.7723 860.89440.122110.810.960.1616.8217.000.1823 784.9823 380.00-404.982212.412.12-0.2816.0116.300.2924 531.9124 794.70262.79均方差/%0.24均方差/%0.31均方差/(J·g-1)313.83

3.1 煤質(zhì)變化對鍋爐燃燒的影響

(1)發(fā)熱量。煤的發(fā)熱量降低，在同樣的鍋爐負(fù)荷下，實際燃料量增大，輸送煤粉所需的一次風(fēng)量相應(yīng)增加，導(dǎo)致煤粉細(xì)度相對變粗，引起爐膛出口溫度升高。當(dāng)煤的發(fā)熱量下降到一定程度時會使煤粉氣流的著火延遲，燃燒穩(wěn)定性變差，影響煤粉的燃盡，且可能導(dǎo)致鍋爐滅火等嚴(yán)重事故發(fā)生。

(2)灰分?；曳趾吭黾樱旱陌l(fā)熱量降低，易導(dǎo)致著火困難和著火延遲，同時爐膛燃燒溫度降低，煤的燃盡度降低，造成飛灰可燃物升高?；曳趾剂吭龃螅剂？赡鼙换野瑢γ褐械目扇汲煞峙c氧氣的接觸起了阻礙作用，碳粒表面燃燒速度降低，火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p小，使煤不易燃盡，增大了機(jī)械不完全燃燒熱損失，使燃燒過程變得不穩(wěn)定。另外灰分含量增加，使鍋爐受熱面特別是省煤器、空氣預(yù)熱器等處的磨損加劇，鍋爐受熱面結(jié)焦嚴(yán)重，除塵排渣量增加及廠用電率上升，鍋爐飛灰和爐渣物理熱損失增大，降低了鍋爐效率。

(3)水分。少量的水分對著火有利，從燃燒動力學(xué)角度看，在高溫火焰中，水蒸氣對燃燒具有催化作用，可加強焦炭的燃燒及提高火焰溫度，強化燃燒室水冷壁的輻射換熱。但水分含量過大時，煤中可燃成分含量相對減少，發(fā)熱量降低，同時由于一部分燃燒用來加熱水分并使之汽化，降低了爐膛煙氣溫度，使著火困難、燃燒不能完全進(jìn)行，導(dǎo)致化學(xué)和機(jī)械不完全燃燒熱損失增加。

該公路隧道的開挖雖然遇到了一點挫折，開挖過程中出現(xiàn)了小面積的塌方現(xiàn)象，但是經(jīng)過及時處理，將事故的危害降到了最低，沒有造成很大的損失。并且及時對該次塌方事故進(jìn)行了總結(jié)，提出了一系列預(yù)防措施，這對于以后類似工程積累了經(jīng)驗，可有效減少相似事故的發(fā)生。

3.2 燃燒調(diào)整指導(dǎo)

在多煤種條件下對入爐的煤種進(jìn)行在線檢測，其為進(jìn)行燃燒指導(dǎo)的前提。首先通過大量的優(yōu)化調(diào)整試驗，對鍋爐主要參數(shù)和輔機(jī)主要參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，找出煤質(zhì)的各種分析成分對鍋爐燃燒效率、結(jié)渣性能、著火穩(wěn)定性能及污染物排放性能的影響關(guān)系。再根據(jù)煤質(zhì)在線檢測設(shè)備獲得的數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確實時掌握原煤倉煤質(zhì)。將二者結(jié)合，提出基于煤質(zhì)在線檢測的燃燒調(diào)整指導(dǎo)方案，調(diào)整磨煤機(jī)運行方式，優(yōu)化鍋爐燃燒工況。同時，指導(dǎo)優(yōu)化脫硫、脫銷、除塵、輸灰系統(tǒng)運行方式，防范粉塵、硫化物、氮氧化物排放超標(biāo)風(fēng)險。

3.3 配煤摻燒管理

配煤摻燒管理的目的是滿足鍋爐燃燒特性及煤質(zhì)約束下混煤價格最低，電廠經(jīng)濟(jì)、安全和環(huán)保性等多目標(biāo)要求下，得到最優(yōu)的配煤煤種和比例。通過煤質(zhì)在線檢測技術(shù)，實時獲得發(fā)熱量、灰分、水分等燃料指標(biāo)，并按照燃料指標(biāo)對不同煤質(zhì)進(jìn)行混配，采用最佳的混配摻燒方案，降低標(biāo)煤單價和燃料成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。同時，結(jié)合鍋爐設(shè)計參數(shù)、來煤信息、發(fā)電計劃、負(fù)荷分布、煤場庫存、歷史摻配評價、設(shè)備運行工況等因素為基礎(chǔ)，生成綜合最優(yōu)的配煤摻燒方案。

4 結(jié) 語

煤炭供應(yīng)市場變化頻繁，導(dǎo)致我國電廠燃煤長期偏離設(shè)計或校核煤質(zhì)。傳統(tǒng)煤質(zhì)化驗分析模式的誤差和滯后性，對于鍋爐的實時燃燒調(diào)整和配煤指導(dǎo)十分不利。

基于近紅外光譜分析技術(shù)和天然γ射線測量技術(shù)的煤質(zhì)在線檢測設(shè)備在600 MW機(jī)組上的應(yīng)用，實現(xiàn)了入爐煤水分、灰分和發(fā)熱量連續(xù)、實時的檢測，在不同成分區(qū)間均有較低的均方差，有效提高了煤質(zhì)的快速分析能力。

隨著煤質(zhì)在線檢測技術(shù)應(yīng)用的不斷拓展，將為電力企業(yè)進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)組燃燒調(diào)整、加強煤種的混配摻燒管理、提升企業(yè)自身自動化運行和可視化水平等打下良好的基礎(chǔ)，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。