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          一、系統概述

              我國電廠用煤管理和煤質檢測水平較為原始,特別在入廠煤和入爐煤的檢測方面。目前一般仍然采用傳統的人工采樣、實驗室分析方法對煤樣進行離線分析。采樣、制樣代表性差、分析速度慢,不能提供實時數據,嚴重制約了發電用煤的質量檢測和對合同煤的考核,造成的經濟損失十分驚人,據統計2001年電力部門僅在煤質上引起的經濟損失就高達近5億元。在煤炭的生產、使用過程中,由于缺少必要的煤質成分在線檢測手段,使得大量的煤炭被盲目利用。一方面大量的優質煤被低效燃用,沒有發揮更大的作用;另一方面需要用優質煤的地方,又由于煤質檢測的不準確、不及時,使用了不應該使用的劣質煤,給生產和設備帶來了極大的不利,甚至造成嚴重的設備破壞和環境污染。因此,針對目前國內煤炭生產和使用中存在的問題,研制開發煤成分在線檢測裝置,對于加強我國煤炭資源合理利用能力,提高生產效益,降低能源消耗,減少生產設備事故,改善大氣環境,都具有極其重要的作用。

          煤質成分實時檢測分析系統安裝在輸煤皮帶上,直接對全煤流進行在線檢測分析,避免了取樣的代表性問題。裝置采用了先進的锎源熱中子俘獲在線分析技術結合微波測水裝置,直接測量煤炭的灰成分和水分,通過系統的分析和計算得到煤炭的熱值以及其他工業分析值。

          二、 系統功能

          1、煤質工業成分在線分析

           水分、灰分、灰成分、硫、揮發份、發熱量

          2、鍋爐運行優化指導

          1)實現鍋爐經濟性運行

          2)制粉系統的優化運行

          3)提高鍋爐運行安全性

          3、棒圖、趨勢圖實時數據顯示

          4、遠程診斷

          系統通過遠程控制軟件,可實現系統的遠程監控和診斷功能。

          三、性能指標

          1、    測量精度


          測量內容                                    測量誤差

          全 水 分(Mar% )---------------------------------------------0.5%

          固有水分(Mad%)----------------------------------------------0.5%

          干燥基灰份 (Ad% )---------------------------------------------1%

          硫(S%)-------------------------------------------------------------0.2%

          可燃基揮發分 (Vdaf%)-----------------------------------------1%

          低位熱值 (Qnet ,ar MJ/kg)-------------------------200KJ/Kg


          2、電源


          額定電壓:單項220V,

          頻    率:50Hz,允許偏差±0.5Hz

          功    耗:    150W

          3、 皮帶輸送機規格

          皮帶寬度:800mm--2000mm

          皮帶速度:0~5m/s

          皮帶材質:無限制

          4、 物料

          煤層厚度:≤500mm

          物料粒度:≤50mm

          5、防護性能

          系統外壁表面處輻射劑量當量率小于2.5 μSv/h,達到國家標準GB 14052 – 93《安裝在設備上的同位素儀表的輻射安全要求》中對此類儀器防護安全的要求,工作人員可以系統附近自由操作。

          6、測量時間

          測量周期:1分鐘

          注:用戶可根據需要自行設定其他測量周期

          7、通信接口

          通信接口:ETHERNET接口、RS485/RS232口

          8、工作環境

            a)  溫度:     -15℃~45℃;

            b)  濕度:     5%~95%;

            c)  大氣壓力:  80kPa~110kPa;

          9、 系統外形尺寸

          高度H ≤ 2m

          長度L ≤ 1m

          寬度W ≤ 4m

          重量W ≤ 2t

          四、系統特點

          1、系統測量數據實時性好。系統直接跨在皮帶上進行測量,能夠在線實時的測量煤流的的灰分、灰成分、硫、水分、熱值等工業分析值,為電力、煤炭等行業解決了煤炭質量的實時監控的難題。

          2、系統測量的結果精準度高,由于系統能夠直接對煤流進行非接觸測量,避免了化學分析方法中采樣和制樣過程對分析結果帶來的巨大誤差,實施測量結果更加可信。

          3、系統模塊化設計,安裝簡便,操作簡單易學。系統由于沒有強烈的輻射,所以避免了巨大的防護體,安裝不需要對廠房以及煤炭傳輸設備進行改造,安裝調試過程不會對客戶的生產造成任何影響。

          4、系統采用先進的熱值分析校正技術,使系統對混配煤的熱值分析更加準確。

          五、測量原理

          1、測量原理

          煤質成分在線檢測分析裝置采用中子放射源锎(Cf-252),利用中子感生瞬發γ射線分析技術,利用熱中子俘獲反應,通過分析γ射線特征能量來識別核素種類,通過分析γ特征射線的數量來分析元素的含量,從而實現煤質全元素成分的在線分析。

          2、工作原理

          測量裝置跨在輸煤皮帶上,中子放射源锎(Cf-252)和探測器分別布置于輸煤皮帶的上、下方。探測器和中子發生器之間布置有慢化體,部分高能中子經過慢化體被慢化成低能的熱中子,低能的熱中子與部分核素發生俘獲反應,放射出特征γ射線。中子發生器的下部布置有反射體,以提高中子利用率。裝置周圍布置有防護體,以屏蔽中子、γ射線對人體的輻射損傷。檢測系統根據測到的γ射線的能量來分析物料所含元素的種類,根據測到的相應能量γ射線的峰面積來確定元素的含量。

          水分在線檢測分析裝置采用微波測量技術。微波照射到移動的煤流上,將煤流中的水分子旋轉或震動,這個過程中微波的傳播速度和強度都變弱,通過測量微波的變化,得到煤流中水分的情況。同時水分儀中帶有質量密度較正,可以使水分儀避免煤流上的高度和密度變化的影響,能夠進行全煤流檢測。

                                                  

          六、系統組成

          (1)自屏蔽放射源

          系統采用中子放射源锎(Cf-252),該放射源為系統提供有效的中子射線,放射源都保存在屏蔽容器中,達到國家同位素儀器安全標準,對工作人員的身體健康不產生影響。

           (2)γ閃爍探測器信號采集通道

          這個通道進行在線的γ射線信號的采集,通過系統中的能譜多道分析儀,將測量得到的分析結果輸入后臺進行測量數據的初步分析。

          (3)微波測量系統,包括微波發射天線和微波接收天線。

          (4)超聲波校正系統??梢蕴峁┪锪厦芏鹊膶崟r變化。

          (5)現場裝置控制及數據分析系統

          該系統將初步分析探測器采集到γ射線信號,以及微波信號,結合其他運行信號,分析計算出被測量物料的成分。

          (6)終端分析和顯示系統

          通過該系統的工作,可以按照客戶的要求輸出裝置的分析結果,同時該系統還將作為裝置和其他系統的通訊中介。

          七、安裝說明

          系統安裝相對比較簡單,不需要進行大規模的現場改造工程,裝置質量比較小,安裝所需的人力和安裝時間較短,不會對其他工作部門的生產工作造成任何影響。

          (1)系統安裝

          安裝過程比較簡明,可以由最終用戶完成,廠方可提供相應的技術指導。安裝時,必須攀爬輸送皮帶,對測量傳感器的支撐進行加固。各傳感器外部框架安裝完畢后,上下兩組微波天線、放射源以及γ探測器固定在輸送皮帶的中央。最新的裝置可以適應2000mm寬的內襯鋼絲的皮帶。

           

          (2)電氣供應

          裝置要求AC220V,2A的電源供應。信號可以4~20mA電流形式輸出,客戶可以比較方便的獲取這種電流信號。同時信號將傳輸到裝置的系統終端,系統終端將利用該信號得到其他的在線工業分析值。信號輸出周期可調,例如:1分鐘,5分鐘,15分鐘等。

          (3)系統使用和維護

          該系統是一個耐用穩定的系統,完成調試后,它將提供精確的煤質成分測量。系統進行了防水和防灰塵設計,可以在輸煤這樣的惡劣環境下正常工作。系統可以全自動工作,工作期間可以做到無人值守。

          八、經濟效益

          1、提高鍋爐運行效率。

          (1)實現鍋爐經濟性運行。

          系統根據本裝置測量的鍋爐每層燃燒器噴口處煤質情況(熱值,灰分等)對入爐煤的著火溫度、著火穩定性指數、燃燼特性指數進行診斷,系統通過進度顯示的方式告訴運行人員如煤質的著火難易程度、火焰穩定性、燃燼特性及煤的結渣傾向等,系統同時提供如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化調整。根據初步統計,投運本系統后能使鍋爐本體的效率提高約為0.3%,經濟效益約為50萬元。

          (2)電廠制粉系統由于煤質的變化較大損耗較大,每年的設備維護和系統電耗約為300萬元,投運本系統后,系統根據制粉系統當前煤質情況,提供相應的運行建議,包括水份對磨煤機出力的影響評價、灰份對磨煤機出力的影響評價、建議磨煤機出口溫度、建議經濟煤粉細度等,可以通過運行的調整減少設備的折舊,提高設備的使用率;根據煤質情況制定的制粉系統優化指導降低了制粉系統電耗和設備的維護量,全年效益約為20萬元。

          (3)提高鍋爐運行安全性,減少因為煤質原因導致的鍋爐非計劃停機,減少發電損失。電廠的入爐煤源復雜,煤質變化較大,特別是現在煤炭供應緊張,煤炭的質量很難得到保證。系統能夠對未來燃燒器噴口的煤質實時滾動預測。系統可以提前警告運行人員做好運行調整準備,便于負荷調整,避免鍋爐滅火、結焦等現象的發生,提高鍋爐運行的安全性。電廠因為煤質原因導致非計劃停機,全年直接效益約為50萬元。

          2、提高燃料的利用率。

          當前,國內煤炭供應比較緊張,電廠煤源比較多,煤質差異較大,這種情況會引起鍋爐燃燒狀態的不穩定。為此,許多廠家根據煤質情況,對燃料進行配比摻燒。運用本系統后,可以精確實時地提供煤質各種指標信息,使燃料的摻燒混配更加合理,效果更加明顯。使用該系統后,一臺300MW機組,每年預計節約費用約為50萬。

          因此,投運本系統后,預計電廠年收益150萬元以上,投資回報率高,效益明顯。

          九、同類產品的比較

          以下是三類不同產品的比較:


          以灰分儀和水分儀為主要測量設備的系統

          雙能Gamma和微波

          基本上不需要人工維護,重量輕,安裝簡便,不需要改造輸煤系統

          在測量結果的基礎上,提供煤炭的工業分析成分,同時為鍋爐的運行以及煤質管理提供參考和建議

          以Cf252同位素為放射源的中子活化設備

          熱中子活化

          每三年更換放射源;不需要改造輸煤系統

          能夠提供灰成分,灰分,硫,以及揮發份,熱值等參數。

          以中子發生器為放射源的中子活化設備

          熱中子活化和快中子活化

          每4000工作小時更換放射源,費用高;系統重量大,安裝時需要改造輸煤系統;中子發生器技術不成熟,運行不穩定;

          能夠提供煤炭的全元素分析


          十、工程周期


          整個工程周期為6個月,其中供貨周期為5個月,現場調試以及服務周期為1個月。

          十一、應用前景

          該系統現在已經在國內外電力、煤炭以及其他物料在線測量領域成功運用,工程技術相對于其他更加的成熟。裝置的工作穩定性,測量數據的可靠性已經得到了客戶的實踐檢驗。


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