一种用于实时运行控制的入炉煤质在线监测系统及方法技术方案

一种用于实时运行控制的入炉煤质在线监测系统及方法，该系统包括上煤皮带电机、由上煤皮带电机所带动的上煤皮带、输送的燃料煤、安装于上煤皮带上的取样机、进行煤仓分配的水平皮带、带动其运转的水平皮带电机、安装在水平皮带上的多个犁煤器、给煤机、给煤机入口煤仓、接收取样机制出的煤样用于煤质分析的煤质在线检测装置、接收料位传感器信号并用于料位校正的料位变化分级校正滤波模块、接收各部分信号数据用于输出实时入炉煤质的实时入炉煤质计算装置；本发明专利技术还公开了在线监测方法；通过目前安装在上煤皮带上的煤质在线检测装置可获得满足实时运行控制需要的入炉煤质在线数据，为解决煤质波动带来的普遍难题提供低成本的解决方案，实用价值显著。

An on-line monitoring system and method of coal quality for real-time operation control

The system includes coal feeding belt motor, coal feeding belt driven by the coal feeding belt motor, fuel coal transported, sampling machine installed on the coal feeding belt, horizontal belt for coal bin distribution, horizontal belt motor driving its operation, multiple ploughs and coal feeders installed on the horizontal belt , the coal bunker at the inlet of the coal feeder, the coal sample from the receiving and sampling mechanism, the coal quality online detection device for coal quality analysis, the material level change grading correction filtering module for receiving the material level sensor signal and for material level correction, the real-time coal quality calculation device for outputting the real-time coal quality into the furnace by receiving the signal data of each part; the invention also discloses the on-line monitoring method; through the current installation The coal quality on-line detection device on the coal loading belt can obtain the online data of coal quality to meet the needs of real-time operation control, and provide a low-cost solution for solving the common problems caused by the fluctuation of coal quality, with significant practical value.

【技术实现步骤摘要】
一种用于实时运行控制的入炉煤质在线监测系统及方法
本专利技术涉及火电站自动控制
，具体涉及一种用于实时运行控制的入炉煤质在线监测系统及方法。
技术介绍
国内电力市场化条件下火电机组的运行环境与国外火电机组存在明显的差异。首先，设计煤种受储量和煤矿市场化运作的影响，无法保障电厂全生命周期的稳定供应；其次，煤价市场化但电价相对固定的条件下，火电利润被大幅压缩，改烧低质煤或混配煤已成为大多数电厂的必然选择；第三，电力用煤供应链较长，极大的经济利益驱使各种物流和中间环节给煤质的稳定保证带来大量的不确定性。这些因素造成我国火电机组普遍存在煤质甚至煤种的频繁大幅变化。这种煤质的显著波动不仅影响制粉系统的性能，而且造成单位煤量燃烧所需空气量的变化和加减负荷所需燃料控制的变化，对锅炉燃烧和机组汽温与汽压等关键参数的控制带来极大的困难。煤质检测一般需要涵盖灰分、水分、固定碳及发热量等关键指标，随着环保要求的提升，硫元素检测的需求也日益凸显。目前各厂主要通过采制样化验煤质的方法进行入场、上煤的煤质检测，但至少要数小时才能分析出结果，而锅炉的燃烧和出力特征时间一般在5分钟以内，这极大限制了煤质参数在实时运行控制中的应用。煤质在线检测技术与传统煤质化学分析方法相比，能够实现煤质分析的实时、快速，解决传统的采、制、化方法的工序复杂、结果滞后等问题，对生产指导更及时、更客观。因此，煤质在线检测技术越来越多地应用于煤炭生产过程控制、商品煤配售等过程，具有广阔的市场需求。目前煤质在线监测装置有很多种，例如基于伽马射线、激光脉冲、自然辐射、微波等检测手段的煤质在线检测装置均有公开的应用案例。然而，尽管现有煤质在线检测已能实现分钟级的快速检测，但仍无法用于实时运行控制解决煤质波动带来的燃烧和协调控制难题，主要原因有以下两个方面：(1)做不到真正直接测量入炉煤质。一方面这类煤质检测装置价格较为昂贵，对于一般5至6台磨煤机的主流大功率燃煤机组来说，进行入炉煤质的在线直接测量，需为每台磨煤机配置一台在线检测设备，投入成本过高；另一方面现有典型电站设计的磨煤机的入口和出口没有预留相应的空间和配置方案来安置取样和在线检测设备。因此现有实用的电站煤质在线检测装置都是安装在上煤皮带上，这样一般两台机组可以共用一台装置，投入成本大幅降低，但带来的直接问题是在线检测的是上煤的煤质而不是实时入炉燃烧的煤质，中间有大量传送皮带、犁煤器、原料仓储等环节，无法直接用于在线的实际运行控制，仅能供运行人员在一定范围内参考。(2)利用上煤煤质在线数据估算入炉煤质存在较大不确定性。在难以直接测量入炉煤质的前提下，利用上煤煤质及其相关传送带、犁煤器、原料仓料位等估算入炉煤质理论上具有一定的可行性，但实际存在较大不确定性。经大量调研和实践应用的误差分析发现，直接用于实时运行控制所需精度主要存在于以下几个方面：a.上煤皮带秤受结构限制，对较长的输煤皮带来说，不能准确获得实时通过所在位置的实时煤量，这对煤质检测结果对应的取样点在料仓中位置的确定进而估算入炉时间点带来较大的误差；b.煤质在线检测装置往往不配置独立的取样装置，而使用输煤系统原有设计的取样装置，但常规取样装置没有在取样及取样成功时对取样时刻进行标定，这样制出的煤样无法反推获得取样点所在的原始位置，因而对煤样在原料仓内所在位置的标定丧失了关键依据；c.原料仓料位测量不确定度较大。一方面原料仓料位的测量本身难度较大，以点测量为主的料位测量装置输出常常因料仓内料位顶截面的坍塌、堆高、振打等原因存在较大不确定性，这样检测煤样所处位置难以准确获取，较大的料仓截面使实际入炉煤质变化的测量时间精度偏离数分钟，超出实时运行控制所需的精度要求。综上所述，虽然目前已经涌现了各类型的煤质在线检测装置，但各种因素制约仍无法获得满足实时运行控制所需的煤质检测数据，使煤质波动仍然困扰绝大多数的燃煤电厂运行人员，成为目前亟待解决的关键性难题。根据相关数据的长期收集和估算，因此带来的直接经济损失每年超过数十亿元。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提出一种用于实时运行控制的入炉煤质在线监测系统及方法，通过目前安装在上煤皮带上的煤质在线检测装置可获得满足实时运行控制需要的入炉煤质在线数据，为解决煤质波动带来的普遍难题提供低成本的解决方案，实用价值显著。为达到以上目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于实时运行控制的入炉煤质在线监测系统，包括上煤皮带电机4、由上煤皮带电机4所带动的上煤皮带1、输送的燃料煤2、安装于上煤皮带1上的取样机3、进行煤仓分配的水平皮带6、带动水平皮带6运转的水平皮带电机7、安装在水平皮带6上的多个犁煤器5、给煤机9、给煤机入口煤仓8、接收取样机3制出的煤样用于煤质分析的煤质在线检测装置10、接收安装在给煤机入口煤仓8上的料位传感器信号并用于料位校正的料位变化分级校正滤波模块11、输出实时入炉煤质的实时入炉煤质计算装置12，实时入炉煤质计算装置12接收取样机3输出的取样时刻、上煤皮带电机4的电流信号、多个犁煤器5的动作开关信号、水平皮带电机7的电流信号、给煤机9的皮带秤煤量信号、煤质在线检测装置10的煤质信息及其分析时刻、料位变化分级校正滤波模块11输出的滤波后料位信号，输出实时入炉煤质。所述取样机3不仅在上煤皮带1运行后进行取样和制样，而且在抓取煤样时输出开关量信号至实时入炉煤质计算装置12，记录取样时的时间标签，并根据煤质在线检测装置10输出的时间判断是否取样成功并对取样点所在位置进行标定。采用上煤皮带电机4和水平皮带电机7的输出电流，根据电动机负载特性和输煤负载与皮带上总煤量的物理关系，能够方便的计算出通过某一截面的瞬时煤量，从而获得比皮带上的皮带秤更加精准的截面煤流量的实时数据。配置有料位变化分级校正滤波模块11，根据料位的变化速率的数量级，很容易区分不同类型的料位变化，针对不同情况对料位数据进行滤波，从而妥善解决料位数据不确定度引起的误差，实现对取样煤质对应位置的标定。所述实时入炉煤质计算装置12中，以取样机3输出的取样时刻、上煤皮带电机4的电流信号、多个犁煤器5的动作开关信号、水平皮带电机7的电流信号、给煤机9的皮带秤煤量信号、煤质在线检测装置10的煤质信息及其分析时刻、料位变化分级校正滤波模块11输出的滤波后料位信号作为输入，根据煤流动传输过程中的目标系统工艺设计的物料转移先后顺序和流程与牛顿定律即能够定位所分析煤样在整个系统中的大概位置，从而监测这些标定位置的移动，最终将移动至给煤机9的煤质输出，即获得实时入炉的煤质信息。所述的一种用于实时运行控制的入炉煤质在线监测系统的在线监测方法，基于上煤皮带电机4的电流信号，根据上煤皮带电机4说明书中的异步电动机负载特性曲线或电工学中的异步电动机常用拟合曲线，结合输煤负载与上煤皮带1上总煤量的牛顿定律确定的力学平衡关系，计算出上煤皮带1上所携带煤量的变化，从而根据取样机3所处上煤皮带1上的位置，计算通过取样机3所处截面的瞬时煤量随时间的变化；取样机3每次取本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于实时运行控制的入炉煤质在线监测系统，其特征在于：包括上煤皮带电机(4)、由上煤皮带电机(4)所带动的上煤皮带(1)、输送的燃料煤(2)、安装于上煤皮带(1)上的取样机(3)、进行煤仓分配的水平皮带(6)、带动水平皮带(6)运转的水平皮带电机(7)、安装在水平皮带(6)上的多个犁煤器(5)、给煤机(9)、给煤机入口煤仓(8)、接收取样机(3)制出的煤样用于煤质分析的煤质在线检测装置(10)、接收安装在给煤机入口煤仓(8)上的料位传感器信号并用于料位校正的料位变化分级校正滤波模块(11)、输出实时入炉煤质的实时入炉煤质计算装置(12)，实时入炉煤质计算装置(12)接收取样机(3)输出的取样时刻、上煤皮带电机(4)的电流信号、多个犁煤器(5)的动作开关信号、水平皮带电机(7)的电流信号、给煤机(9)的皮带秤煤量信号、煤质在线检测装置(10)的煤质信息及其分析时刻、料位变化分级校正滤波模块(11)输出的滤波后料位信号，输出实时入炉煤质。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于实时运行控制的入炉煤质在线监测系统，其特征在于：包括上煤皮带电机(4)、由上煤皮带电机(4)所带动的上煤皮带(1)、输送的燃料煤(2)、安装于上煤皮带(1)上的取样机(3)、进行煤仓分配的水平皮带(6)、带动水平皮带(6)运转的水平皮带电机(7)、安装在水平皮带(6)上的多个犁煤器(5)、给煤机(9)、给煤机入口煤仓(8)、接收取样机(3)制出的煤样用于煤质分析的煤质在线检测装置(10)、接收安装在给煤机入口煤仓(8)上的料位传感器信号并用于料位校正的料位变化分级校正滤波模块(11)、输出实时入炉煤质的实时入炉煤质计算装置(12)，实时入炉煤质计算装置(12)接收取样机(3)输出的取样时刻、上煤皮带电机(4)的电流信号、多个犁煤器(5)的动作开关信号、水平皮带电机(7)的电流信号、给煤机(9)的皮带秤煤量信号、煤质在线检测装置(10)的煤质信息及其分析时刻、料位变化分级校正滤波模块(11)输出的滤波后料位信号，输出实时入炉煤质。


2.根据权利要求1所述的一种用于实时运行控制的入炉煤质在线监测系统，其特征在于：所述取样机(3)不仅在上煤皮带(1)运行后进行取样和制样，而且在抓取煤样时输出开关量信号至实时入炉煤质计算装置(12)，记录取样时的时间标签，并根据煤质在线检测装置(10)输出的时间判断是否取样成功并对取样点所在位置进行标定。


3.根据权利要求1所述的一种用于实时运行控制的入炉煤质在线监测系统，其特征在于：采用上煤皮带电机(4)和水平皮带电机(7)的输出电流，根据电动机负载特性和输煤负载与皮带上总煤量的物理关系，能够方便的计算出通过某一截面的瞬时煤量，从而获得比皮带上的皮带秤更加精准的截面煤流量的实时数据。


4.根据权利要求1所述的一种用于实时运行控制的入炉煤质在线监测系统，其特征在于：配置有料位变化分级校正滤波模块(11)，根据料位的变化速率的数量级，很容易区分不同类型的料位变化，针对不同情况对料位数据进行滤波，从而妥善解决料位数据不确定度引起的误差，实现对取样煤质对应位置的标定。


5.根据权利要求1所述的一种用于实时运行控制的入炉煤质在线监测系统，其特征在于：所述实时入炉煤质计算装置(12)中，以取样机(3)输出的取样时刻、上煤皮带电机(4)的电流信号、多...

【专利技术属性】
技术研发人员：高林，张志强，王承亮，惠文涛，刘清亮，宋吉虎，胡海亮，王荣昌，周俊波，
申请(专利权)人：华电莱州发电有限公司，西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37