目前國內火力發(fā)電機組燃煤煤質變化非常大，各發(fā)電廠的燃煤中，統(tǒng)配煤約占60%，其余40%為自購煤，而電廠自購煤具有很大的隨意性，來煤煤種變化大、煤質優(yōu)劣不齊，該種狀況短期內難以發(fā)生轉變。
    在煤質多變的情況下，煤質分析滯后，已嚴重影響到鍋爐的安全運行。火力發(fā)電廠現有煤質分析基本為人工或機械取樣、人工制樣、人工化驗，送入鍋爐的煤質數據只能在兩三天后才能得到，具有明顯的滯后性，對鍋爐安全運行及優(yōu)化調整來說已經意義不大。在入廠煤結算時，人工取樣化驗的方法更是增加了時間成本，無法避免取樣誤差帶來的購煤風險。
    如何避免因煤質原因造成鍋爐滅火事故、降低助燃用油、避免因鍋爐事故進而造成對電網的沖擊、如何快速了解入廠煤質、降低采購風險等，都是火力發(fā)電廠目前急需解決的重大問題。南京大陸中電科技股份有限公司開發(fā)的采用中子活化技術的MJA型煤質成份在線檢測裝置，從根本上解決了上述難題。裝置能實現以下用途:
    ● 能夠實現全煤流在線煤質檢測，在煤炭入爐前提供實時煤質數據，指導鍋爐運行，避免事故，實現安全燃燒;
    ● 在有條件的發(fā)電廠可以實現實時配煤，保證入爐煤質穩(wěn)定，并符合機組負荷的要求;
    ● 可以提供實時煤質數據及未來數小時的煤質變化趨勢預測，為運行人員實現優(yōu)化燃燒、實現經濟運行提供數據支持;
    ● 可以為鍋爐提供最經濟燃用煤質指導，從而幫助發(fā)電廠實現主動選煤、科學購煤。
    隨著煤質成分在線檢測裝置的推出，實時獲得輸煤皮帶上的燃煤煤質成分成為了可能，使得鍋爐運行人員能夠及時了解當前所燃燒煤的元素成分和工業(yè)分析結果，可以變被動地調節(jié)燃燒系統(tǒng)為根據煤質的工業(yè)特性及時主動地調節(jié)燃燒系統(tǒng)，盡可能減少煤的不完全燃燒熱損失。
    下面結合公司首臺樣板工程——2003年在山東黃臺火力發(fā)電廠投入運行的MJA煤質成分在線檢測裝置，進行簡要的介紹。
一、系統(tǒng)功能
   (1)煤質全元素、全指標、全方位實時檢測和顯示;
   (2)鍋爐各層燃燒器入爐煤質未來兩小時滾動預測和變化警示;
   (3)鍋爐燃煤特性事故追憶和各班上煤、燃煤歷史數據統(tǒng)計及考核;
   (4)上煤過程分爐、分倉計質和計量顯示及考核;
   (5)依據鍋爐燃煤實時計算鍋爐效率和為制粉系統(tǒng)提供指導;
   (6)對鍋爐燃煤進行實時煤質特性診斷和為鍋爐提供燃燒優(yōu)化指導;
   (7)依據上煤過程的計質、計量結果，為電廠實時配煤提供科學依據;
   (8)為DCS及MIS提供實時煤質數據，使機組現有優(yōu)化模塊趨于完善等。
二、系統(tǒng)原理和結構
    1.MJA裝置的測量原理
    煤質成分在線檢測分析裝置采用中子發(fā)生器，利用中子感生瞬發(fā)γ射線分析技術，將熱中子俘獲反應和快中子非彈散射反應相結合，通過分析γ射線特征能量來識別核素種類，通過分析γ特征射線來確定煤中各種元素的含量，從而實現煤質全元素成分的在線分析。
                        
    2.MJA裝置的部件
    。整個系統(tǒng)主要由安裝在輸煤皮帶上的測量單元、防護單元、水份測量單元、限高單元以及系統(tǒng)控制柜和測量控制柜等組成。系統(tǒng)通過采集來自DCS及輸煤集控的信號，實現相關的燃燒優(yōu)化指導功能。
              
    電子間中有兩個電子柜，其中A電子柜為控制單元，B電子柜為數據處理單元。通過電子柜A的屏幕中可以了解系統(tǒng)測量的各種情況，以及通過對軟件的操作對系統(tǒng)進行主要的控制動作(如開始測量，停止測量等)，同時整個系統(tǒng)電源供應也由它提供。電子柜B中主要包括測量組件的控制以及數據分析系統(tǒng)等。電子柜A和B有電源供應以及信號通信的聯系。
    測量組件安裝在輸煤皮帶上，皮帶從測量通道中穿過，為了強化安全，通道兩端添加了延伸防護體(圖3)。測量組件與電子柜B有兩條電纜相連，這兩條電纜的大致功能是為中子管和探測器提供電源，傳輸探測器信號以及控制指令。
             
    微波水分測量儀安裝在測量組件的下游，從功能上分有兩個部分組成，即微波水分測量和煤流的質量密度校正。水分儀的主要功能為直接測量煤流中的外水份。
三、軟件界面
    1.煤質全元素、全指標、全方位實時檢測和顯示
    元素:系統(tǒng)能在線檢測煤炭中的12種元素成份。包括碳(C)、氫(H)、氧(0)、氮(N)、硫(S)、鋁(A1)、硅(Si)、鐵(Fe)、鈣(Ca)、鈦(Ti)、鈉(Na)、鉀(K)等。
    指標:能在線分析煤炭中的工業(yè)分析指標、灰成份及特種指標。包括水分(Mar、Mad)、灰分(Aad)、揮發(fā)份(Vad)、固定碳(Fcad)、發(fā)熱量(Qnet，ad)等工業(yè)分析指標，能提供多種 "基"的變換;包括SiO2、Fe2O3、Al203、TiO2、 CaO、Na2O、K20等灰成份分析;包括煤的著火溫度(Td)、著火穩(wěn)定性指數(Rw)、燃燼特性指數(Rj）、灰成分綜合指數(Rz)、灰軟化溫度(t2)等特種指標。
    全方位:能夠對輸煤皮帶處的全煤流進行實時檢測，能夠對磨煤機入口處煤質進行實時判定，能夠對鍋爐每層燃燒器噴口處煤質及鍋爐的經濟性能進行實時診斷。
    2.鍋爐各層燃燒器入爐煤質未來兩小時滾動預測和變化警示
    同層燃燒器煤質顯示:系統(tǒng)能夠對鍋爐當前投用的不同層燃燒器噴口處煤質進行分析診斷。
    未來兩小時煤質滾動預測:系統(tǒng)能夠對未來兩小時不同燃燒器噴口的煤質實時滾動預測。
    變化警示:畫面同時顯示某一煤質指標的建議安全運行范圍，具有越限報警功能，為運行人員提供了運行調整的依據。
    3.鍋爐燃煤煤質特性事故追憶和各班上煤、燃煤歷史數據統(tǒng)計及考核
    事故追憶:能夠對事故期間鍋爐不同層燃燒器燃煤數據進行歷史記錄，便于鍋爐事故追憶。
    數據統(tǒng)計及考核:系統(tǒng)能夠對電廠7、8號爐的三班上煤過程進行數據統(tǒng)計，便于管理考核。為了方便運行人員及時了解過去一段時間的鍋爐上煤情況，我們利用每次上煤結束算得的煤質加權平均值，結合每次上煤的總煤重，在每個班次結束時計算出班次的加權平均煤質數據，以及在一天結束時(第二天凌晨一點時)計算出當日的加權平均煤質數據，形成EXCEL報表文件，便于管理考核。
    4.實現上煤過程分爐、分倉計質和計量顯示及考核
    分爐及分倉:系統(tǒng)通過對皮帶狀態(tài)信號、犁煤器狀態(tài)信號的判斷，實現上煤過程的分爐及分倉判斷。系統(tǒng)畫面實時顯示上煤鍋爐及煤倉名稱，這部分為鍋爐燃燒器煤質預測提供了判斷依據。
    計質及計量:系統(tǒng)通過對皮帶秤及給煤機信號的計算處理，實現了對已經過MJA測量的煤進行煤質及煤量的計質及計量，便于考核管理。系統(tǒng)畫面通過色彩實時顯示原煤倉主要煤質指標的變化，為制粉系統(tǒng)及鍋爐燃燒提供運行調整依據。
    5.依據鍋爐燃煤實時計算鍋爐效率和為制粉系統(tǒng)提供指導
    實時計算鍋爐效率:系統(tǒng)根據鍋爐當前燃燒煤質，對鍋爐效率進行實時計算，包括鍋爐的燃燒損失計算。
    為制粉系統(tǒng)提供指導:根據制粉系統(tǒng)當前煤質情況，系統(tǒng)提供相應的運行建議，包括水份、灰份對磨煤機出力的影響評價、建議磨煤機出口溫度和經濟煤粉細度等。
    6.對鍋爐燃煤進行實時煤質特性診斷和為鍋爐提供燃燒優(yōu)化指導
    實時煤質特性診斷：根據鍋爐每層燃燒器噴口處煤質，對入爐煤的著火溫度、著火穩(wěn)定性指數、燃燼特性指數及灰成份綜合指數進行診斷，界面通過進度顯示的方式告訴運行人員煤質的著火難易程度、火焰穩(wěn)定性、燃燼特性及煤的結渣傾向等。同時，系統(tǒng)提供鍋爐效率等機組經濟性能診斷。運行人員能夠根據當前鍋爐的燃燒煤質情況及時對運行參數作出優(yōu)化調整。
    燃燒優(yōu)化指導:依據煤質鍋爐耦合模型，為運行人員提供燃燒優(yōu)化指導。該模塊的原理是通過對大量鍋爐燃煤及鍋爐主要運行參數的分析，運用神經網絡分析技術，對機組主要運行指標與選定煤質指標進行相關性分析，確定不同煤質指標對機組主要運行參數的影響模型，提出實現優(yōu)化目標(機組主要運行指標)的相關建議操作，提供操作改變后的系統(tǒng)主要運行指標預測值。
    7.依據上煤過程的計質、計量結果，為電廠實時配煤提供科學依據
    依據煤質測量結果，根據鍋爐設計煤種及實時運行經驗，為配煤過程提供直接指導，告訴上煤運行人員哪些主要煤質指標需要調整，根據當前煤質，提出具體的配制比例及重量，通過程控系統(tǒng)優(yōu)化配煤過程。
    8.為DCS及MIS提供實時煤質數據，使機組現有優(yōu)化模塊趨于完善由于DCS或MIS系統(tǒng)采用了鍋爐燃煤的實時數據，使機組現有的實時性能診斷、實時成本計算等功能趨于完善。
四、經濟性分析
    1.指導優(yōu)化燃燒
    (1)安全性效益
    a)非計劃停機
    據統(tǒng)計，在鍋爐每年發(fā)生的非計劃停機中，至少有一次是因為煤質突然變化造成的。在發(fā)生非計劃停機后，會產生如下幾項損失:
    點火用油損失:冷態(tài)點火用油約100噸，熱態(tài)點火用油約45噸，按每年平均70噸、每噸5000元計算，需要花費35萬元/年;
    少發(fā)電損失:按冷態(tài)啟動12小時、熱態(tài)2小時、每KWh電力0.2元計算，兩臺300MW機組每年要損失24～144萬元;
    電網罰款:發(fā)生非計劃停機后，可能會遭到電網的罰款，按每年0～5萬元計算。
    上述三項合計可節(jié)約費用59～184萬元/年。
    b)維護燃燒過程安全
    煤質發(fā)生突然變化時，如果燃燒調整不及時可能會導致爐管高溫腐蝕以及結焦等事故。按照兩臺300MW機組每臺每年因結焦和高溫腐蝕分別造成100萬元損失、而安裝MJA裝置后可以減少25%損失計算，每年共可以節(jié)約費用100萬元。
    (2)經濟性效益
     a)提高鍋爐效率
     通過及時根據煤質情況調整燃燒，可以提高鍋爐效率。按照兩臺300MW機組鍋爐效率提高0.4%計算，每年可以創(chuàng)造105～160萬元的效益。
     b)減少制粉系統(tǒng)電耗及制粉系統(tǒng)維護費用按兩臺300MW機組制粉系統(tǒng)平均降低電耗1.25kWh/t計算，每年可節(jié)約費用30～40萬元。按全年維護費用130萬元、安裝MJA裝置后可以減少30%計算，共可以節(jié)約費用39萬元/年。
     2.指導上煤和配煤
     通過實時檢測上煤煤質數據，可以實現反饋控制或者指導高效摻燒優(yōu)質煤和劣質煤。按全部燃用優(yōu)質煤與優(yōu)質煤和劣質煤各50%摻燒、普通優(yōu)質煤與劣質煤價格相差35元/噸、兩臺300MW機組每臺日耗煤量800噸計算，每年可以節(jié)省費用100～1000萬元。

 

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