CN1074826C - 火电厂单元机组煤耗测量方法和测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火电厂单元机组实时煤耗测量方法和测量装置。所述测量方法包括分别对燃料煤应用基的灰份(A)、水份(W)、给煤量(B)和发电机的功率(N)进行测量并输入计算机，以给出单元机组的煤耗率(b＝B×Qd/N×Qs)。所述测量装置包括测灰仪、测水仪、给煤量计量装置和功率计，分别经过光电隔离器(51)、模/数变换器(54)接入计算机(26)，并由其对测量数据(A，W，B，N)进行处理而求出煤耗率(b)，随后显示及打印输出，且当煤耗超限时驱动声光报警。

Description

火电厂单元机组煤耗测量方法和测量装置

本发明涉及火电厂单元机组煤耗测量方法和测量装置，更确切地说，涉及通过测量炉前燃料煤应用基灰份、水份、给煤量和发电量以确定煤耗的测量方法和测量装置。

众所周知，发电厂煤耗是衡量发电厂经济效益的最重要指标，例如一个有四台30万千瓦的单元机组的发电厂，若其每发一度电的煤耗降低1克，则每年可节约2100吨标准煤，如按每吨煤150元计算，则其每年便可节约124万元人民币。不仅如此，据了解美国、日本等发达国家，每发一度电仅用350～380克标准煤，而我国则需要430～460克。尽管进入八十年代后我国煤耗有所下降，但据《山东电力技术》，96年第5期报导，我国94年的煤耗仍高达414g/kw.h由此可见，对于发电厂煤耗进行测量并在其基础上采取降低煤耗的实际措施，不仅十分必要，而且切实可行。

进入八十年代以来，我国已开始进入大机组、大电厂、大电网、自动化的时代，但发电厂煤耗测量仍使用的是老办法，即根据生产日报或月报的统计结果，再经过计算而得出全厂每发一度电用去了多少克煤，也就是煤耗。而这一结果仅能作为发电厂本期经济评价的指标，无法指导运行调整。

具体说来，现有的大电厂煤耗测量方法，其炉前燃料煤的供给量是用反平衡方法推算出来的，即通过反平衡试验测算出锅炉的效率，再根据锅炉产生的蒸汽量反推出耗煤量，故其难以作到准确。此外，燃料煤的发热量是经人工采样后送入实验室，经燃烧实验得出来的，其煤质分析数据长达2小时以上才能得出，况且每天采样分析的次数极其有限，故难以作到实时，无法用来指导运行调整。

因此，本发明的目的在于提供一种火电厂单元机组实时煤耗测量方法，其用于测量单元机组煤耗，不仅测量结果准确可靠，而且能够作到实时，并且用来指导火电厂的运行调整。

本发明的另一个目的，在于提供一种火电厂单元机组实时煤耗测量装置，其用于测量单元机组煤耗，不仅准确及时，而且能将灰分、水份、低位发热量、每台给煤机的给煤量、总给煤量、发电机功率和煤耗数据存储，并进行实时显示和打印输出，且当煤耗超限时驱动声光报警，因而可用来指导火电厂的运行调整。

本发明的上述目的是这样实现的。根据本发明的火电厂单元机组煤测量方法，其特征在于包括步骤：A.实时测量炉前燃料煤应用基的灰份(A)，并且经过模/数变换输入计算机；B.实时测量炉前燃料煤应用基的水份(W)，并且经过模/数变换输入计算机；C.通过计算机对上述灰份(A)和水份(W)的数据进行处理，以给出炉前燃料煤的低位发热量(Qd)；D.实时测量单元机组中每台给煤机的给煤量(B₁，B₂……Bn)，并且经过模/数变换输入计算机；E.通过计算机对上述给煤量(B₁，B₂，…，Bn)数据进行处理，以给出单元机组的总给煤量(B)；F.实时测量单位时间内单元机组的发电量(N)，并且经过模/数变换输入计算机，以及G.通过计算机对上述低位发热量(Qd)、总给煤量(B)、发电量(N)数据进行处理，以给出单元机组的煤耗率(b＝B×Qd/N×Qs，其中Qs为标准煤的发热量)。

根据本发明的煤耗测量方法，其进一步的特征在于：上述所有实时测量数据(A，W，Qd，B₁，B₂，……，Bn，B，N以及b)被储存在计算机中，供查询、显示和打印输出，且当上述煤耗数据(b)超限时，由报警器进行声光报警。根据本发明的煤耗测量方法，其进一步的特征还在于，为了减少工业环境对电信号的干扰，所有输入计算机的数据(A，W，B₁，B₂，……，Bn和N)，在其进行模/数变换之前均通过光电隔离而输入计算机。

本发明的煤耗测量方法，由于摒弃了现有技术中反平衡方法而采用正平衡方法直接测量炉前的实时供煤量，而且燃料的低位发热量是通过实测应用基的灰份(A)及水份(W)通过公式Qd＝Qo-MA-PW计算得出来的(其中Qo为煤的无灰无水基发热量；M.P为根据实际电厂用煤统计数据经最小二乘法拟合得出的系数)，所以，本发明的优点在于：发电厂煤耗的上述数据，不仅能够准确地反应实际煤耗状况，而且能够作到实时测量，从而能对电厂的运行调整适时地提供指导。

根据本发明的火电厂单元机组实时煤耗测量装置，包括测灰仪、测水仪、给煤量计算装置和功率计，其特征在于：A.测灰仪的探头被置于给煤机附近或计量式给煤机的落煤管近处，或者置于输煤传送皮带的上方，并与其变送器相连，而且经过A/D变换器变换之后将其灰份数据(A)输入计算机；B.测水仪的探头被置于给煤机附近或计量式给媒机的落煤管近处，或者置于输煤传送皮带的上方，并与其变送器相连，同样经过A/D变换器变换之后将其水份数据(W)输入计算机；C.给煤量计量装置安装在给煤机中，且当此给煤机为计量式给煤机时，所述给煤量计量装置由该计量给煤机中的相应装置所替代，并且经过A/D变换器与计算机相连，以将其测得的每台给煤机的给煤量(B₁，B₂，……，Bn)数据经模/数变换输入计算机；D，功率计经过A/D变换器与计算机相连，以将其测得的单位时间发电机的功率(N)经模/数变换输入计算机，以及E.显示器和打印机与计算机相连，以便实时显示和打印输出上述测量数据(A，W，B₁，B₂，……，Bn，N)和运算结果(Qd，b)。根据本发明的煤耗测量装置，其报警器与计算机相连，可在煤耗超限时进行声光报警。

本发明的煤耗测量装置，由于使用了测灰仪、测水仪、给煤量计量装置实测炉前燃料煤应用基的数据，使用功率计实测单位时间发电机的功率，并与计算机联机进行处理，故其煤耗数据测量能够作到实时、迅速、准确，且其实时显示和打印输出的煤应用基灰份、水份、低位发热量、每台给煤机的给煤量、总给煤量、发电机功率和煤耗数据，能够适时地指导运行调整，且当煤耗超限时可由报警器报警。

本发明的上述目的，结构特点和优点，通过以下结合附图阐述的具体实施例，将变得更加清楚。然而本发明并不局限于此实施例，而在其所揭示的实际方案和权利要求书要求保护的内容，其中，

图1为根据本发明的煤耗测量装置总图；

图2为根据本发明的煤耗测量装置功能方框图；

图3为其接口电路第一种实施方案的示意图；

图4为其接口电路第二种实施方案的示意图；

图5和图5A分别是耐压式计量给煤机的正视图和侧视图。

图6为反射式γ射线测灰仪探测器原理图；

图7为透射式γ射线测灰仪探测器原理图，以及

图8为给煤量计量装置示意图。

参见图1，图中右侧所示为凝汽式发电厂使用的发电设备，它包括燃烧器15、炉膛13、过热器联箱7、过热器6、省煤器出口联箱20、省煤器23、抽汽管道21、凝汽器22、水泵25、回热器24、汽包5、主蒸汽管道8，以及汽轮机9和发电机10。其发电量N系由功率计11进行测量，经过光电隔离器51和A/D变换器54之后输入计算机26。

图中3为输送煤的传送皮带，由其将煤送入给煤机12之后，经过磨煤机18磨粉并通过分离器19将其分离而送入燃烧器15和炉膛13中燃烧。为对炉前煤供给量进行计量，需在给煤机12(通常为普通皮带式给煤机)中安装以给煤量计量装置，其结构原理图如图8所示。为对炉前煤应用基的灰份A和水份W进行测量，其测灰仪探头1和测水仪探头2被置于给煤机12附近(未表示)或配置在传送皮带3上方，并与相应的变送器16和17相连，以将其测得的煤应用基灰份A和水份W的模拟量，经过光电隔离器51和A/D变换器54输入计算机26。

图8为给煤量计量装置，可以安装在给煤机12中或其它类似位置。此给煤量计量装置所采用的是微机皮带称重原理，它包括皮带91、驱动轮94、称重传感器92、速度传感器93和变送器95。称重传感器92可以采用压电式、电感电容式或者位移式传感器，用以对皮带91上输送的煤的重量进行测量并经过变送器95输出；速度传感器93可以利用光电传感器或者测速发电机，用以对驱动电机的转速或者皮带的行进速度进行测量并经变送器95输出，由此而由变送器95输出以给煤量信号。

然而目前广泛使用的给煤机多为计量式给煤机，如图5所示，耐压式计量给煤机，它包括煤闸门64、落煤管14、可调联轴节62和主机61。见图1和图5，由传送皮带3输送的燃料煤，经原煤仓4和落煤管14进入主机61，并由主机61中安装的给煤量计量装置(省略)进行计量而将每台给煤机的给煤量(B₁，B₂，……，Bn)经光电隔离和模/数变换转入计算机26。

为对炉前煤应用基灰份A和水分W进行测量，其测灰仪探头1和测水仪探头2可以配置在此计量式给煤机的落煤管14近处，或同时配置在传送皮带3的上方。但是，从节省开支的观点出发，最好在传送皮带3的上方装测水仪探头2(可以共装一台)，而在经常开机的若干台给煤机的落煤管14附近装测灰仪探头1。这是由于灰份数据比水份数据至关重要，为避免实测的灰份数据属于已关机的给煤机数据而不想为每台给煤机均配置测灰仪(这样花费太大)，故只好将测灰仪探头1与测水仪探头2分别配置。

本发明使用的测灰仪为γ射线测灰仪。众所周知，煤中所含的物质总体上可区分为可燃质和不可燃质两部分。可燃质主要是由C，H，S等组成，平均原子序数为6。不可燃质主要是煤的灰份，由Si，Ca，Mg，Al，Fe等的氧化物组成，其平均原子序数约为14。因为原子序数低的物质对γ射线产生较强的康普顿散射作用，故灰分越少即高原子序数的成分越少时，对γ射线的康普顿散射作用越强。根据这一原理制成的测灰仪，包括反射式、透射式的单源单测器和双源双探测器的γ射线测灰仪，可根据其具体结构安装在上述各个部位。其中图6所示为反射式γ射线测灰仪，在落煤管14的管壁上开窗并用可以透过γ射线高强度塑料板71密封住。图中73为γ射线源，72为接收器，系采用反射方法，通过测量γ射线的反散射强度来测量经过落煤管14的煤的灰份。图7为透射式γ射线测灰仪原理图。其包括运送煤的皮带81、γ射线源83和接收器82，通过采集透过煤层及皮带81的γ射线强度来测量煤的灰份。

本发明使用的测水仪为微波测水仪，即利用微波波段的电磁波在传播过程中对水非常敏感的原理，根据含水量不同的煤对微波反射存在较大差异来测量其水份。

图2为本发明的煤耗测量装置功能方框图。其中包括将煤的应用基灰份A和水份W输入而进行的低位发热量测量(既根据Qd＝Qo-MA-PW)31、给煤量计量(通过测出每台给煤机的给煤量B₁，B₂，……，Bn而给出总给煤量B)32、发电功率测量N以及由此而完成其煤耗测量33。当煤耗b超限时，由34进行声光报警。此外，有关的数据如应用基灰份A、水份W、低位发热量Qd、每台给煤机的给煤量B₁，B₂……，Bn、总给煤量B、发电量N以及煤耗b，均可在36中累计、存储，并可由35显示和38打印输出及通过37进行查询。

再一次参见图1，本发明的煤耗测量装置，其计算机26与显示器27、打印机29、键盘28和声光报警器30相连接，并可根据其中存储的数据进行报警、显示和打印输出。此计算机26被用来采集各种数据，并通过并行接口与相应的测量仪器和装置相连接，其连接方式大体可采取如下两种方案，其中

图3为接口电路的第一种方案示意图。其中51为光电隔离器，52为多路转换器，53为采样保持器，54为模/数变换器，41为并行接口。如图所示，灰份、水份、发电量、给煤量四种模拟量分别经光电隔离器51送入，先经过多路转换器52，后经过采样保持器53，随后经A/D变换器54转换为数字量，尔后经并行接口41输入计算机26。其中采样保持器53的作用，是对模拟信号进行采样并使其保持在一定水平。

图4为接口电路的第二种方案图。其中编号与图3相同，差别仅在于上述模拟量经光电隔离器51送入后，先经过采样保持器53采样保持，后接多路转换器52，并且经A/D变换器54变换后通过并行接口41输入计算机26。

参见图3及4，其中由41返回到53的信号线，是指由计算机26通过此并行接口41来控制该采样保持器53的工作状态，即采样还是保持。由41返回到52的信号线，是指由计算机26通过此并行接口41来控制该多路转换器的哪一路接通。A/D变换器54和并行接口41之间的往返两条信号线，是两者之间的握手联络线，用于控制A/D变换器54何时进行变换以及计算机何时取出数据。

如图所示，图3中的方案可以节约采样保持器53使用的数量，但不能同时采集各点的模拟信号。图4中的方案则需要采用较多的采样保持器53而能同时采集各点的模拟信号。但对本发明煤耗测量装置来说，因为过程的变化比较缓慢，故此两种接口电路都是可行的。

Claims (10)

1.一种火电厂单元机组实时煤耗测量方法，其特征在于包括如下步骤：

A.实时测量炉前燃料煤应用基的灰份(A)，经过模/数变换输入计算机；

B.实时测量炉前燃料煤应用基的水份(W)，经过模/数变换输入计算机；

C.通过计算机对上述灰份(A)和水份(W)的数据进行处理，以给出炉前燃料煤的低位发热量(Qd)；

D.实时测量单元机组中每台给煤机的给煤量(B₁，B₂……Bn)，经过模/数变换输入计算机；

E.通过计算机对上述给煤量(B₁，B₂，…，Bn)数据进行处理，以给出单元机组的总给煤量(B)；

F.实时测量单位时间内单元机组的发电量(N)，经过模/数变换输入计算机，以及

G.通过计算机对上述低位发热量(Qd)、总给煤量(B)、发电量(N)数据进行处理，以给出单元机组的煤耗率(b＝B×Qd/N×Qs，其中Qs为标准煤的发热量)。

2.根据权利要求1的单元机组煤耗测量方法，其特征在于：

H.上述所有实时测量数据(A，W，Qd，B₁，B₂，……，Bn，B，N以及b)被储存在计算机中，供查询、显示和打印输出，以及

I.当上述煤耗(b)数据超限时，由报警器进行声光报警。

3.根据权利要求1或2的单元机组煤耗测量方法，其特征在于：输入计算机的上述数据(A，W，B₁，B₂，……Bn和N)，是经过光电隔离之后经模/数变换输入的，以减少其工业环境对电信号的干扰。

4.一种实施权利要求1所述方法的火电厂单元机组实时煤耗测量装置，包括测灰仪、测水仪、给煤量计量装置和功率计，其特征在于：

A.测灰仪的探头(1)被置于给煤机(12)附近，并与变送器(16)相连，以将其测得的炉前煤应用基灰份(A)的模拟量，经过A/D变换器(54)输入计算机(26)；

B.测水仪的探头(2)被置于给煤机(12)附近，并与变送器(17)相连，以将其测得的炉前煤应用基水份(W)的模拟量，经过A/D变换器(54)输入计算机(26)；

C.给煤量计量装置安装在给煤机(12)中，并且经过A/D变换器(54)与计算机(26)相连，以将其测得的每台给煤机的给煤量(B₁，B₂，……，Bn)数据经模/数变换输入计算机(26)；

D.功率计(11)经过A/D变换器(54)与计算机(26)相连，以将其测得的单位时间发电机(10)的功率(N)经模数变换输入计算机(26)，以及

E.显示器(27)和打印机(29)与计算机(26)相连，以便实时显示和打印输出上述测量数据(A，W，B₁，B₂，……，Bn，N)和运算结果(Qd，b)。

5.根据权利要求4的煤耗测量装置，其特征在于：  当给煤机(12)为计量式给煤机时，上述C中所述给煤量计量装置为该计量式给煤机中的相应装置所替代，而且上述测灰仪探头(1)和测水仪探头(2)被置于该给煤机的落煤管(14)近处。

6.根据权利要求5的煤耗测量装置，其特征在于：上述测水仪的探头(2)被移置在输煤传送皮带(3)的上方。

7.根据权利要求6的煤耗测量装置，其特征在于：所述测灰仪的探头(1)被移置在输煤传送皮带(3)的上方。

8.根据权利要求7的煤耗测量装置，其特征在于：报警器(30)与计算机(26)相连，以在煤耗超限时进行声光报警。

9.根据权利要求8的煤耗测量装置，其特征在于；所述测灰议为γ射线测灰仪，所述测水仪为各种微波测水仪。

10.根据权利要求4至9中任一权利要求的煤耗测量装置，其特征在于：所述计算机(26)包括各种微处理机、工业控制计算机以及结合各种硬件配置以完成上述处理的计算机主板；而且A/D变换器(54)之前装有光电隔离器(51)，以为输入计算机的电信号消除工业环境的干扰。

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