会议邀请 | 火电行业如何高效实现入厂入炉煤检测？

火电厂燃煤管理面临安全运行及

效率提升2大挑战

总体来说，火力发电厂的燃煤成本占供电成本比例随着机组性能和煤炭成本变化，约占50%-90%。同时煤炭采购上主要包括统配煤(长协煤)和自购煤(经济煤种)，统配煤在年度煤炭订货会上锁定价格和煤量，约占60%，自购煤按月度采购，约占40%。由于电厂自购煤具有很大随意性，来煤煤种变化大、煤质优劣不齐，这种状况短期内难以发生转变。

火力发电厂现有煤质分析基本为人工或机械取样、人工制样、人工化验，送入锅炉的部分煤质指标在两三天后才能得到，一方面具有明显的滞后性，另一方面数据的代表性差。同时掺配手段单一，目前主要还是通过筒仓、地沟、推土机等传统粗放式配煤，这样的结果对锅炉安全运行及优化调整带来很大问题。在煤质多变的情况下，锅炉燃烧调整需要的煤质指标分析滞后、分析结果的片面性等已严重影响锅炉的安全运行。在入厂煤结算时，人工取样化验的方法更增加了时间成本，无法避免取样误差带来的购煤风险，另外分析的准确性也常常引起经济纠纷。

如何避免因为煤质原因造成的锅炉灭火事故，避免因煤质原因引起锅炉燃烧失稳、环保超标、高温腐蚀等事故进而造成对电网的冲击？如何快速了解入厂煤质降低采购风险？这些都是火力发电厂目前急需解决的重大问题。

赛默飞研发的国际先进的采用中子活化技术的煤质在线检测系统，从根本上解决了上述难题。

基本解决方案

入厂煤检测-旁路式煤质检测

汽车入厂煤检测系统主要由两部分组成：汽车采样系统和旁路式煤质在线检测系统，两部分通过一体式联动控制系统，实现对汽车来煤从入口栏杆机抬起、汽车驶入、自动煤样采集、煤质在线分析、实验室留样、汽车驶出、煤质分析数据上传等整个流程的操控。

表1. CQM FLEX 分析仪技术参数

经过桥式采样机对进厂汽运煤进行采样后，卸至集样斗，煤样经过破碎后流到 CQM FLEX 料斗中，当煤样重量达到分析仪运行指标后，分析仪的皮带开始运动，将煤样依次运送到密度计、微波水分仪，采用中子活化分析技术的 CQM FLEX 对煤质进行全面分析(分析指标包括灰分、水分、全硫、灰成分等)，并对煤样进行实验室备样的收集，最后将多余煤样转运至煤堆棚或回到车内。桥式煤质在线检测系统与物流一卡通进行通讯，实现与物流采购系统集成。考虑到入厂煤结算，采样系统同时备留实验室分析样品用于实验室分析。

图1. 桥式汽车采样系统及其子系统

图2. 悬臂式汽车入厂煤在线分析系统

入炉煤检测-旁路式煤质检测

该方案主要由两部分组成：皮带中部采样系统和旁路式煤质在线检测系统组成，两部分通过一体式联动控制系统，实现对来煤从皮带上连续直接全自动采样、煤质在线分析、实验室留样、煤质分析数据上传等整个流程的控制。

皮带中部采样系统采用刮板式采样结构形式，能够实现连续全断面采样，同时系统不会损伤皮带。皮带采样头根据皮带速度、皮带宽度及设计负荷等选用不同采样头方案。

旁路式煤质在线检测系统采用CQM FLEX，采用稳定的 14MeV 中子管作为中子源或锎源 252Cf 作为中子源，选用中子管作为中子源时，系统实现了煤中可燃物碳、氧元素直接检测，为碳交易中入炉煤碳元素分析提供了精确实时的分析结果。

整体系统由赛默飞世尔科技负责指导安装、调试等工作。单个采样头皮带采样在线分析系统布置如下图3所示：

图3. 皮带中部采样煤质在线分析系统工艺布置图

煤质分析系统主要功能

装置能在线检测煤炭中的氮(N)、硫(S)、铝(Al)、硅(Si)、铁(Fe)、钙(Ca)、钛(Ti)、钠(Na)、钾(K)等元素成份，中子管式配置还可以检测碳(C)、氢(H)、氧(O)；

装置能在线分析煤炭中的灰分、水分、硫含量、热值；

装置能在线分析灰成份SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、TiO2、K2O、Na2O等；

CQM FLEX 在线煤质分析系统的测量周期为1-10分钟；

能实时显示所测试的水分、灰分、硫分和发热量等基本参数。并能提供报表打印功能；

能提供每分钟的分析结果、累计平均和时间段查询、故障报警，能够实现分析仪的数据传输到用户中控系统。软件基于 Windows 7。

配置 COBOS 配煤和 STS 煤质预

测软件，实现高效煤质混配和燃煤

管控数据监测

配煤软件（COBOSTM）无缝组合到基本煤炭软件包（BaseCoalTM）内。该软件系统能够实现最多六种煤质的混配，最终按照您的生产指标实现最高效、经济混配。COBOSTM 按照成分和测量值允许任何品质的煤源混合，可以同时实现最多五个质量指标的控制，比如硫分、灰分、水分以及灰成分。操作员可以根据不同的煤质情况来预判断经济混配所需要的煤源。

图5. COBOS 配煤软件显示界面

图6. STS 煤质预测软件

原煤仓煤质流动及燃烧器煤质预测软件包(STSTM)是火力发电厂应用的补充功能软件。该软件确保操作员能够实时跟踪当前及未来一定时间段内燃烧器出口处的煤质情况(硫、灰、水以及发热量)。对于指定的煤仓或者锅炉，每分钟的分析结果以及相应的流量信息将直接链接到数据库。通过操作员的输入自动跟踪到不同的目的地。分炉分仓软件也能接收来自各个煤仓的煤位传感器信号以及原煤仓给煤机给煤量信号。根据这些信号，此软件将能决定每个锅炉或煤仓的煤质平均数据，为下阶段煤粉进入炉膛燃烧优化调整提供实时数据。

系统典型分析性能

实验室与分析仪检测结果对比如下:

经济效益分析

在线检测系统效益主要体现下如下方面：

实现了入厂煤实时检测分析，为数字化煤场提供数据基础，实现了电厂煤场精细化管理，从源头上减排放、降成本；

入炉煤实时分析，最大限度通过科学配煤掺烧达到增效益、保安全、降排放的目标。为碳交易提供实时碳元素检测数据；

实现电厂煤质实时数据参与到燃烧优化过程中，根据煤质变化及时调整锅炉燃烧，进一步提高机组安全性、稳定性及经济性，实现智能化。

归根结底，火电厂实现高精度的煤质在线检测及在此基础上高效的燃煤管控，帮助实现效益最大化。