煤质在线检测技术在600 MW机组上的应用

2019-12-12聂朗

煤质技术 2019年6期

聂朗

(中国水利水电第八工程局有限公司，湖南长沙 410004)

0 引言

我国的电力生产以火力发电为主，燃煤发电占据主导地位，其为煤炭消耗的主要组成。我国煤炭的资源储量丰富、分布地域广、煤质差异较大[1]。在火力发电的生产过程中，煤质及其特性对电力生产的经济性、安全性和节能环保达标排放有着极为重要的影响[2]。燃煤电厂的制粉、锅炉、脱硫、脱硝、除尘、输灰等系统在生产运行中应尽量燃用设计煤种或校核煤种，以确保生产系统运行的安全性、经济性，实现效益保证、环保达标排放[3]。但由于受国家供给侧结构改革、煤炭去产能政策以及越来越严厉的安全和环保限制的影响，煤炭生产、供应和价格发生了变化，燃煤电厂须进行市场多元化采购，从而导致发热量、水分、灰分常常偏离设计值或校核值[4]。

由此，燃煤电厂需实时掌握煤质信息以满足生产系统安全、经济运行的要求[5]。而对于燃煤电厂现有的煤炭化验室分析模式，在长期对煤质的工业分析中一直沿用传统的烧灼法来进行检测，通常滞后于生产、决策的需要[6]。因此，煤炭供应以及电力生产迫切需求1种煤炭连续检测设备，而煤质在线检测技术可有效地解决燃煤电厂煤炭化验数据滞后性的问题[7-18]。

其中，煤的灰分在线检测是煤质检测的关键技术[19]，通过灰分与水分相结合可在线检测发热量。实现煤的灰分在线检测主要依赖辐射测量技术，放射性同位素测量煤的灰分技术已于20世纪60年代开始使用,各种灰分测量方法被探索研究[20]。目前常用及最新的测量技术包括双能量γ射线透射、天然γ射线测量法、中子活化瞬发γ射线分析、X射线荧光分析、激光诱导击穿光谱分析以及多能X射线吸收法[21-25]。

基于煤质在线检测技术可有效解决燃煤电厂煤炭化验数据滞后性的问题，以下介绍1种新型煤质在线检测技术的测量原理、设备构成、测量精度及其在600 MW机组的应用情况。

1 煤质在线检测技术介绍

1.1 测量原理

近红外光谱分析技术属新技术，其基本原理如下:采用特定波段1 940 nm的近红外线射入样品中，样品所含水分子中的氢—氧键会吸收该波段红外线，并将剩余部分近红外线反射至测量探头，所反射的近红外线能量和样品中水分子吸收的近红外线能量成正比，根据能量的损失量即可计算出被测样品的含水率。近红外线测量技术不使用放射源，是1种非破坏性、非接触式的实时测量技术。

利用天然γ射线测量法测量灰分，由于煤中矿物质含有K-40和铀(U-238)系、钍(Th-232)系的天然γ放射性，所以通过测量由煤中天然放射性物质引起的γ计数率，能反映煤中矿物质含量，从而确定煤的灰分。

（2）痰热郁结患者护理。此类患者多临床表现耳聋耳鸣，耳中胀闷，头晕目眩，咳嗽痰多，二便不畅，舌质红，苔黄腻等，大多存在有思虑过度的情况，在护理中更需要注重对患者心理状态进行改善，做好患者思想工作。

1.2 设备构成

根据电厂的现场实际情况，分别在电厂厂房40 m平台第1个犁煤器之前的2台主皮带上安装了2套煤质在线检测装置，分别检测灰分、发热量和水分3种成分。2套检测设备共用1个电控箱和1台工控机。

主皮带从煤检测仪测量装置内托槽上滑过，煤检测仪直接对输煤皮带上流经的所有物料进行断面扫描检测，整个检测过程不接触物料、不影响皮带运行。煤质在线检测设备精确分析煤炭的水分、灰分、发热量等各工业指标的实时煤质数据，是专门为电厂提供实时在线分析数据的有效装置。

1.3 测量精度

煤质在线设备的测量精度见表1。

从潜水的水化学参数的统计特征值总体分析，榆林市矿区第四系潜水受到污染，主要污染的指标为NO-3，其次为NO-2、SO2-4、TDS和总硬度。

环境会计能够科学地记录，核算和披露企业的环境会计信息。它不仅可以使公司履行社会责任，而且可以向社会展示公司遵守政府环保法律法规，关注社会利益。

表1 煤质在线设备的测量精度

测量成分测量精度灰分/%均方差≤1.0水分/%均方差≤1.0发热量/(J·g-1)均方差≤400

2 应用情况

2.1 项目实施

煤质在线检测展示台提供瞬时的水分、灰分和发热量数值显示以及当日的水分、灰分和发热量的数据趋势曲线，数据间隔为1 min。同时，运行人员可根据需要对测量时间进行人工修改，瞬时值的显示刷新时间为(1～60)s可选，滚动累计时间为(1～10)min可选。

煤质在线检测装置由煤检测仪、电控箱、工控机、显示器、接口机、展示台、机柜皮等组成，如图1所示。煤检测仪和电控箱装在现场，工控机、显示器、接口机在机柜里，安装在电子间。工控机通过Modbus通讯将测量数据传递给信息展示台，供运行人员实时查看。

某厂为600 MW燃煤汽轮发电机组，锅炉本体是按美国SWUP(Spiral Wound UP)锅炉技术标准进行性能、结构优化设计的超超临界参数SWUP锅炉。锅炉为超超临界参数、螺旋炉膛、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、全钢构架、露天布置的Π型锅炉，采用前后墙对冲燃烧方式，配置双调风旋流燃烧器及NOx喷口，锅炉型号为B&WB-2082/28.00-M。

2.2 测量结果对比

煤质在线检测设备运行一段时间后的化验和测量数据对比见表2。用均方差来统计化验和测量数据的离散误差。均方差的计算公式为：

将煤质在线检测装置用于该厂入炉煤的检测，可实时掌握燃煤成分信息，对燃烧调整和配煤掺烧管理起到了指导作用。

(1)

数据结果表明:①该厂水分在9%～15%区间变化，与化验数据相比，煤质在线检测设备的测量结果较为准确，全区间内检测的均方差为0.24%；②该厂灰分在12%～18%区间变化，与化验数据相比，煤质在线检测设备的测量结果较为准确，全区间内检测的均方差为0.31%；③该厂发热量在22.00 MJ/kg～25.00 MJ/kg区间变化，与化验数据相比，煤质在线检测设备的测量结果较为准确，全区间内检测的均方差为313.83 J/g。

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式中，σ为均方差;x为变量;r为均值;N为样本总个数。

为促进规模化、标准化种植，提升农民的种植效率，日本政府提出生产资料购置补贴政策，鼓励农民按照相关标准进行种植生产。对规模化养殖、温室蔬菜种植，政府予以相关设施购买费用的补贴，其中由中央和地方财政补贴75%，剩余25%的费用可通过特定的金融机构进行贷款。2007年开始实施“跨品种经营稳定政策”，改革稻米生产调整及价格补贴，针对特定骨干农户，不分品种地对其整体经营收入进行补贴支持，加大对农地、水资源、环境保护等的政策支持。

3 煤质在线检测技术的应用展望

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 常规化验与在线测量数据对比

序号化验水分/%测量水分/%误差/%化验灰分/%测量灰分/%误差/%化验发热量/(J·g-1)测量发热量/(J·g-1)误差/(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 煤质变化对锅炉燃烧的影响

(1)发热量。煤的发热量降低，在同样的锅炉负荷下，实际燃料量增大，输送煤粉所需的一次风量相应增加，导致煤粉细度相对变粗，引起炉膛出口温度升高。当煤的发热量下降到一定程度时会使煤粉气流的着火延迟，燃烧稳定性变差，影响煤粉的燃尽，且可能导致锅炉灭火等严重事故发生。

(2)灰分。灰分含量增加，煤的发热量降低，易导致着火困难和着火延迟，同时炉膛燃烧温度降低，煤的燃尽度降低，造成飞灰可燃物升高。灰分含碳量增大，碳粒可能被灰包裹着，对煤中的可燃成分与氧气的接触起了阻碍作用，碳粒表面燃烧速度降低，火焰传播速度减小，使煤不易燃尽，增大了机械不完全燃烧热损失，使燃烧过程变得不稳定。另外灰分含量增加，使锅炉受热面特别是省煤器、空气预热器等处的磨损加剧，锅炉受热面结焦严重，除尘排渣量增加及厂用电率上升，锅炉飞灰和炉渣物理热损失增大，降低了锅炉效率。

(3)水分。少量的水分对着火有利，从燃烧动力学角度看，在高温火焰中，水蒸气对燃烧具有催化作用，可加强焦炭的燃烧及提高火焰温度，强化燃烧室水冷壁的辐射换热。但水分含量过大时，煤中可燃成分含量相对减少，发热量降低，同时由于一部分燃烧用来加热水分并使之汽化，降低了炉膛烟气温度，使着火困难、燃烧不能完全进行，导致化学和机械不完全燃烧热损失增加。

该公路隧道的开挖虽然遇到了一点挫折，开挖过程中出现了小面积的塌方现象，但是经过及时处理，将事故的危害降到了最低，没有造成很大的损失。并且及时对该次塌方事故进行了总结，提出了一系列预防措施，这对于以后类似工程积累了经验，可有效减少相似事故的发生。

3.2 燃烧调整指导

在多煤种条件下对入炉的煤种进行在线检测，其为进行燃烧指导的前提。首先通过大量的优化调整试验，对锅炉主要参数和辅机主要参数进行优化，找出煤质的各种分析成分对锅炉燃烧效率、结渣性能、着火稳定性能及污染物排放性能的影响关系。再根据煤质在线检测设备获得的数据，准确实时掌握原煤仓煤质。将二者结合，提出基于煤质在线检测的燃烧调整指导方案，调整磨煤机运行方式，优化锅炉燃烧工况。同时，指导优化脱硫、脱销、除尘、输灰系统运行方式，防范粉尘、硫化物、氮氧化物排放超标风险。

3.3 配煤掺烧管理

配煤掺烧管理的目的是满足锅炉燃烧特性及煤质约束下混煤价格最低，电厂经济、安全和环保性等多目标要求下，得到最优的配煤煤种和比例。通过煤质在线检测技术，实时获得发热量、灰分、水分等燃料指标，并按照燃料指标对不同煤质进行混配，采用最佳的混配掺烧方案，降低标煤单价和燃料成本，提高经济效益。同时，结合锅炉设计参数、来煤信息、发电计划、负荷分布、煤场库存、历史掺配评价、设备运行工况等因素为基础，生成综合最优的配煤掺烧方案。