煤質(zhì)在線分析方法在燃料入廠驗收流程中的應(yīng)用

(中國電力工程顧問集團西南電力設(shè)計院有限公司，四川 成都 610021)

0 引言

入廠驗收是火電企業(yè)管理工作中重要的一環(huán)，可以從源頭把控燃料安全。但很多企業(yè)燃料入廠驗收環(huán)節(jié)軟硬件落后，驗收手段已不能適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的要求。在常用的燃煤進廠方式中，汽車運煤最易受到人為因素的干擾，尤其是在燃煤供應(yīng)商較多的情況下，更易發(fā)生來煤以次充好的情況[1]。在這樣的條件下，傳統(tǒng)的入廠驗收工作無法快速甄別混雜的劣煤，在卸車環(huán)節(jié)中，使得優(yōu)質(zhì)動力煤與劣煤甚至煤矸石混雜，無法實現(xiàn)不同種類的燃煤分類堆放、取用、定比例摻燒的工作[2]。

本文以北方地區(qū)某大型燃煤企業(yè)為例，利用煤質(zhì)在線分析技術(shù)，在入廠驗收環(huán)節(jié)快速分辨不同煤種，實現(xiàn)入廠燃煤進行分類接卸、分區(qū)堆放、按比例取用的精準(zhǔn)配煤技術(shù)。

根據(jù)本工程燃煤供應(yīng)數(shù)據(jù)，每日最多進廠燃料煤種達5種，根據(jù)配煤摻燒的需要，必須考慮分類接卸，不允許在卸車過程中摻混。廠內(nèi)設(shè)置15間車位的封閉式汽車卸煤溝，運煤汽車按分配位置卸煤至地下煤斗，再通過煤斗的活化給煤機將煤排至帶式輸送機系統(tǒng)。同時，本工程日最大進廠煤量為27 654 t，采用載重量30 t的汽車運煤，則日最大進廠車輛數(shù)為922輛。由于日最大進廠車輛數(shù)較多，廠內(nèi)運煤車輛的秩序維護較為困難。因此，需同步建設(shè)智能化燃料管理系統(tǒng)進行車輛調(diào)度、管理數(shù)字化煤場、管控配煤摻燒。

1 煤質(zhì)在線分析技術(shù)

傳統(tǒng)煤質(zhì)化驗技術(shù)步驟嚴謹、結(jié)果精確，化驗所得煤質(zhì)數(shù)據(jù)可用于商業(yè)結(jié)算和鍋爐效率校核。但常規(guī)的實驗室分析工序復(fù)雜，需耗費大量人工成本，且化驗耗時較長，導(dǎo)致煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)滯后，無法用于入廠驗收及入爐煤質(zhì)量控制[3]。

由于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程的自動化與信息化需求，市場上涌現(xiàn)出許多煤質(zhì)在線分析技術(shù)和配套儀器。煤質(zhì)在線分析技術(shù)可實現(xiàn)水分、灰分的快速檢測，同時，通過構(gòu)建分析模型和經(jīng)驗公式，可實時計算發(fā)熱量和其他各組分的含量[4]，被廣泛地應(yīng)用于礦產(chǎn)資源評價。

常用的煤質(zhì)在線分析技術(shù)手段包括：天然γ放射性測量法、近紅外光譜分析法、激光誘導(dǎo)擊穿光譜分析法、X射線熒光法等四種。其中，天然γ放射性測量法基本原理為電離輻射測定，借助專門儀器測定煤炭中放射性物質(zhì)引起的γ計數(shù)率，以此為依據(jù)進行各組分測算。但這種方法普適性不高，僅適用于放射性物質(zhì)含量較高的煤種。近紅外光譜分析法，通過分析煤炭樣品的漫反射近紅外光譜，可以得到樣品中含氫基團的特征信息。由于水的近紅外吸收光譜有很強的特征性，所以通過這種方法測水較為穩(wěn)定且精度很高，但是水中O-H鍵強吸收特征對于物質(zhì)中其他成分的光譜分析及含量測定則形成了很強的干擾，因此用于煤質(zhì)分析還存在著較大的困難。激光誘導(dǎo)擊穿光譜分析法，采用超短脈沖激光轟擊樣品產(chǎn)生等離子體，測定等離子體發(fā)出的光譜進行分析，以確定煤炭樣品的各組分含量，但該方法為表面測量，需要被測樣品具有足夠的代表性，且制樣要求較高，因此使用不夠廣泛。

本工程采用X射線熒光法的技術(shù)對煤質(zhì)進行在線分析。該技術(shù)基于莫塞萊定律，即元素原子發(fā)出的特征X射線能量與其原子序數(shù)的平方成正比，且特征X射線強度與其含量正相關(guān)。因此，通過脈沖輻射分析器測得的特征X射線能量和強度，就能實現(xiàn)對元素的定性、定量分析[5]。圖1為X射線熒光法煤質(zhì)在線分析儀的原理圖。

圖1 X射線熒光煤質(zhì)在線分析儀簡圖

如圖1所示，儀器采用X射線管作為激發(fā)源，產(chǎn)生X射線照射被測樣品，樣品中的元素受激發(fā)，放射出特征X射線（即熒光)。不同元素所釋放的特征X射線具有特定的能量和波長，通過分析儀測量特征X射線的能量和數(shù)量信息，即可測得樣品中對應(yīng)元素及其含量。根據(jù)該方法制造的煤質(zhì)在線分析儀已有工業(yè)化應(yīng)用案例，具備了燃煤熱值、灰分和硫分的檢測功能，在國內(nèi)也有了X射線熒光方法的專利和數(shù)家裝置供應(yīng)商[6]。

為了驗證X射線熒光方法測定煤質(zhì)參數(shù)的準(zhǔn)確度，我們對本工程5種燃煤的煤樣分別進行了實驗室化驗和煤質(zhì)在線分析，對比兩種方法測得的灰分、硫分、發(fā)熱量3項主要指標(biāo)。檢測結(jié)果及對比分析見表1～表3。

表1 灰分測定值對比 %

表2 硫分測定值對比 %

表3 發(fā)熱量測定值對比 MJ/kg

由試驗結(jié)果可知，針對同一批次煤樣，煤質(zhì)在線分析儀測得的發(fā)熱量與工業(yè)分析儀的結(jié)果吻合度較高，經(jīng)過多次重復(fù)實驗后，檢測結(jié)果仍然處于置信區(qū)間內(nèi)，性能較為穩(wěn)定，可以有效地甄別入廠煤的煤種及其品質(zhì)。對于煤中灰分和硫分的檢測，個別樣品煤質(zhì)分析儀測出的結(jié)果偏差較大，主要是由于這部分樣品含有大塊煤泥，煤質(zhì)不均勻，使得煤中金屬氧化物和硫元素檢測不夠充分，進而影響最終定量值。

總的來說，采用煤質(zhì)在線分析儀可快速測得商品煤中發(fā)熱量、灰分及硫分等主要參數(shù)，檢測結(jié)果采信度較高，可根據(jù)煤質(zhì)在線分析儀的檢測結(jié)果實現(xiàn)入廠商品煤的區(qū)分與標(biāo)定。針對混煤不均勻且存在大塊煤泥的情況，可進一步使用專門的化驗儀器對結(jié)果進行校核修正，以便更好地指導(dǎo)后續(xù)的配煤摻燒工作。

2 入廠驗收工藝流程

本工程同步建設(shè)燃料智能化管理系統(tǒng)，其中重要的一個模塊是智能車輛調(diào)度系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用高效的識別、判定裝置，實現(xiàn)對出、入廠的汽車的隊列管理及分流，保障采樣、稱重、卸車、回皮以及出場等環(huán)節(jié)的順利進行，防止入廠檢斤驗收流程秩序混亂。圖2為本工程入廠驗收模塊布置圖。

如圖2所示，系統(tǒng)于運煤車輛出入口處識別車輛信息。其中，燃料供應(yīng)商負責(zé)辦理車輛注冊手續(xù)，建立運煤車輛車型數(shù)據(jù)庫，錄入車輛車廂的長、寬、高、底高、車號、拉筋位置等車輛信息，并建立礦點信息檔案。系統(tǒng)識別車輛后，獲取供應(yīng)商及車型等重要信息，建立車輛入廠信息并提交供應(yīng)商管理數(shù)據(jù)庫。同時，將獲取的車型信息及時處理，提交至智能采制樣環(huán)節(jié)，以便采樣機制定采樣點。

圖2 燃煤入廠驗收工藝流程圖

車輛經(jīng)調(diào)度系統(tǒng)指引，到達隨機分配的采樣模塊位置時，模塊控制裝置匹配車輛與采樣機位，確定隨機采樣點。通過定位裝置及道閘控制車輛停放。停放到位后，提示司機熄火下車，對車輛進行隨機采樣，并記錄采樣時間、采樣點數(shù)。采樣頭回位后，系統(tǒng)發(fā)出語音提示和顯示屏文字指示，提示車輛離開采樣區(qū)前往重車衡位置，道閘開啟放行運煤車輛。

在上述采樣過程中，煤質(zhì)在線分析儀從采樣機所取得的樣品中，吸入具有代表性的燃料樣品顆粒，對煤質(zhì)進行快速分析。通常情況下，從煤質(zhì)在線分析儀獲取樣品到測出煤質(zhì)數(shù)據(jù)，耗時約2 min。煤質(zhì)在線分析儀按設(shè)定參數(shù)對來煤完成甄別后，立即將數(shù)據(jù)反饋給車輛調(diào)度系統(tǒng)，便于系統(tǒng)為車輛分配其煤種對應(yīng)的卸車位，以免燃煤在接卸過程中發(fā)生摻混。

由于煤質(zhì)在線分析需耗時2 min，因此，將重車衡布置于采樣機之后，充分利用等待時間對運煤車輛進行稱量，使入廠驗收模塊布局緊湊、節(jié)奏明快。本工程6臺重車衡與6臺采樣機一一對應(yīng)，車輛采樣完成后，道閘開啟，車輛直行即可到達緊靠采樣機位的對應(yīng)重車衡位置。由于系統(tǒng)隨機分配采樣機位，等同于系統(tǒng)為車輛隨機分配了重車衡磅位，可控制過磅作弊行為的發(fā)生。

車輛到達磅位時，系統(tǒng)通過紅外或激光定位器確定車輛是否停車到位，停車到位后開始稱重，自動記錄并上傳車輛信息、稱重時間、毛重等重要信息。稱重完成語音播報稱重重量，攔車器抬起，語音提示車輛稱重成功，提示可以下衡。此時，車輛調(diào)度系統(tǒng)已獲取煤質(zhì)在線分析數(shù)據(jù)，立即為車輛分配對應(yīng)煤種的卸車位。

近年來環(huán)保要求日益嚴格，因此，本工程接卸部分建設(shè)15間封閉式卸車位。卸車位上方標(biāo)識車位編號并設(shè)顯示屏，與車輛調(diào)度系統(tǒng)配合，指引車輛前往正確的卸車位。車輛到達對應(yīng)煤種分配的卸煤溝位置后，進車端預(yù)埋的地感線圈可感應(yīng)到車輛到達，成功匹配調(diào)度系統(tǒng)分配的車號與卸車位后，立即控制卸車位開啟。同時，開啟照明設(shè)施及噴霧抑塵系統(tǒng)，對車輛進行輔助卸煤。

卸車完成后，由車輛調(diào)度系統(tǒng)指引汽車前往空車衡進行回皮?？哲嚭馓幵O(shè)置視頻監(jiān)控系統(tǒng)，用于檢查車輛卸車情況，并防止車輛將廠內(nèi)物品運出。檢查無異常情況后，將車輛指引至運煤出入口，打印回執(zhí)，完成燃煤入廠驗收的整個工藝流程。

3 結(jié)語

提高火電廠燃料管理水平，首先要實現(xiàn)入廠煤驗收監(jiān)管的智能化。在實際工程設(shè)計中，可將燃料智能管控系統(tǒng)與智能裝備相結(jié)合。在入廠驗收環(huán)節(jié)中設(shè)置煤質(zhì)在線分析設(shè)備，可快速甄別入廠煤種，可有效防止入廠燃料濫竽充數(shù)的情況。同時，在入廠環(huán)節(jié)對煤炭進行分門別類地驗收，才有可能做到燃煤的分類堆放與按比例取用，有助于建立煤炭的優(yōu)化利用體系，實現(xiàn)更精準(zhǔn)科學(xué)的配煤摻燒。