輸煤系統(tǒng)分倉計量的設(shè)計與應(yīng)用

(上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院1，上海 200240；上海外高橋發(fā)電第三發(fā)電有限責(zé)任公司2，上海 200137；上海工業(yè)自動化儀表研究院3，上海 200233)

0 引言

為了加強(qiáng)火電廠發(fā)供電煤耗的科學(xué)管理，不斷提高火電廠經(jīng)濟(jì)效益，原電力工業(yè)部頒布并于1994年開始實(shí)施的《火力發(fā)電廠按入爐煤量正平衡計算發(fā)供電煤耗的方法》，明確指出火電廠發(fā)供電煤耗統(tǒng)一以入爐煤計量煤量和入爐煤機(jī)械取樣分析的低位發(fā)熱量按正平衡計算，并以此數(shù)據(jù)上報及考核[1]。

根據(jù)該方法，火電廠要準(zhǔn)確計算單臺機(jī)組發(fā)供電煤耗，必須首先解決入爐煤的分倉計量問題[2]。這將為評價機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)以及評估節(jié)能減排的成效提供更準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，大大提高火電廠的精細(xì)化管理水平,為火電機(jī)組的科技創(chuàng)新和環(huán)保節(jié)能所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益提供有力的支撐,對降低火電機(jī)組的發(fā)電成本、提高火電企業(yè)在電力市場的競爭力具有特別重要的意義。

1 輸煤系統(tǒng)概述

上海外高橋第三發(fā)電有限責(zé)任公司(以下簡稱外三電廠)的加倉流程如圖1所示。

圖1 加倉流程圖

外三電廠現(xiàn)有2×1 000 MW機(jī)組，燃煤分別經(jīng)過安裝在皮帶機(jī)8E和8F中部的皮帶秤稱重后，通過皮帶機(jī)等設(shè)備的輸送、落煤管的連接和三通擋板的位置切換，將燃煤輸送到皮帶機(jī)11E和11F。最后由犁煤器的抬落,將燃煤加入7#機(jī)組和8#機(jī)組的12個原煤倉內(nèi)。加倉設(shè)備的最大生產(chǎn)率為1 800 t/h，皮帶秤的稱量范圍為0～1 800 t/h。

皮帶秤是安裝于皮帶機(jī)上、依據(jù)作用于燃煤上的重力來確定該燃煤質(zhì)量的計量儀器。它無需進(jìn)行質(zhì)量細(xì)分或者中斷皮帶的運(yùn)動，是對皮帶上的散狀物料燃煤進(jìn)行連續(xù)稱量的自動衡器[3]。

實(shí)時采集的稱重傳感器和測速傳感器信號，經(jīng)皮帶稱二次儀表的乘法器、放大器、積分器等處理后，得到燃煤的累計量和瞬時流量[4]。

皮帶稱每累計計量到1 t燃煤，就產(chǎn)生一個計量脈沖信號。輸煤程控系統(tǒng)對接收到的計量脈沖信號進(jìn)行累計，實(shí)現(xiàn)了兩臺機(jī)組加倉煤量的準(zhǔn)確計算。

由于系統(tǒng)沒有對入爐煤進(jìn)行分倉和分爐計量[5]，所以無法對每一臺機(jī)組的加倉煤量實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的計量。分倉計量的目的就是準(zhǔn)確計算每個原煤倉的加倉煤量，為正平衡計算單臺機(jī)組的煤耗提供更為準(zhǔn)確的入爐煤量的計量數(shù)據(jù)。

2 分倉計量需要解決的問題和解決方案

2.1 計量脈沖信號的采樣

在實(shí)際運(yùn)輸過程中，燃煤在皮帶秤上的分布是不均勻的，甚至是不連續(xù)的[6]。因此，計量脈沖信號的產(chǎn)生時間是隨機(jī)的。程控主機(jī)接收到的計量脈沖信號的保持時間一般在幾十毫秒左右，非常短。

解決該問題的辦法是，采用設(shè)置緩沖寄存器的方法，對皮帶秤產(chǎn)生的計量脈沖信號進(jìn)行準(zhǔn)確地采樣和數(shù)據(jù)記錄，從而實(shí)現(xiàn)燃煤的離散處理，解決采樣存在的問題。

2.2 加倉路徑和加倉倉位的確定

由于三通擋板的切換，從皮帶秤到原煤倉的加倉路徑有很多條，且原煤倉較多，所以必須通過邏輯判斷加倉路徑和確定加倉倉位。

實(shí)際應(yīng)用中，利用現(xiàn)有的各原煤倉加倉過程中相關(guān)設(shè)備的狀態(tài)[7]，通過皮帶機(jī)運(yùn)行和三通擋板位置信號來確定加倉路徑，通過犁煤器的抬落位置信號來確定加倉倉位[8]。

2.3 延時入倉

燃煤經(jīng)皮帶秤計量后需經(jīng)過若干設(shè)備才能到達(dá)原煤倉。由于計量點(diǎn)和統(tǒng)計點(diǎn)不在一個地點(diǎn)，所以必須考慮燃煤通過這段距離所需要的時間即延時入倉問題[9]。根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，測量燃煤延時入倉的時間一般為3～4 min。

延時入倉的解決方法是將采樣得到的計量脈沖信號按確定的加倉路徑在加倉設(shè)備上進(jìn)行取值和移位。

2.4 加倉設(shè)備故障停運(yùn)

為防止燃煤在加倉系統(tǒng)設(shè)備啟動或停止時堆積甚至損壞設(shè)備，當(dāng)任一設(shè)備故障停運(yùn)時，逆煤流輸送方向的設(shè)備將瞬時停機(jī)。由于皮帶稱所在的皮帶機(jī)是加倉煤流輸送方向的源頭，加倉流程中任一設(shè)備的停運(yùn)，將直接導(dǎo)致燃煤計量的停止，而未停運(yùn)皮帶機(jī)上經(jīng)過計量的燃煤仍在正常的運(yùn)行加倉，造成分倉計量的誤差。

解決這一計量誤差的方法是將加倉設(shè)備進(jìn)行分解，根據(jù)皮帶機(jī)的運(yùn)行信號確定是否移位。如皮帶機(jī)停運(yùn),則相應(yīng)皮帶上的移位寄存器移位也停止，從而實(shí)時真實(shí)地反映燃煤的輸送情況。

3 分倉計量的實(shí)現(xiàn)

3.1 皮帶秤計量脈沖信號的采樣

3.1.1 采樣周期

采樣周期必須小于皮帶秤累計計量1 t燃煤而產(chǎn)生一個計量脈沖信號的最短時間(2 s)。由此設(shè)定采樣周期為1 s，確保計量脈沖信號的精確采樣。

3.1.2 采樣方法

設(shè)置采樣寄存器，皮帶秤每出現(xiàn)一個計量脈沖信號的上升沿，直接將采樣寄存器置“1”，完成采樣。采樣的信號被取值后立即將采樣寄存器置“0”，以完成下一次采樣工作。

3.2 確定加倉路徑和加倉倉位

根據(jù)輸煤程控采集的加倉皮帶的運(yùn)行信號和三通擋板的位置信號，按照燃煤的輸送方向，即皮帶機(jī)8E/8F→皮帶機(jī)9E/9F→滾軸篩E/F→碎煤機(jī)E/F→皮帶機(jī)10E/10F→皮帶機(jī)11E/11F的流程，判定加倉路徑。

同樣根據(jù)犁煤器的“落下反饋信號”判定“加倉倉位”。只要滿足判定條件，無論是否有燃煤加入原煤倉，都將被視為加倉倉位。由于8D倉作為尾倉沒有犁煤器，其將始終被視為加倉倉位。

3.3 加倉設(shè)備的分解

對加倉設(shè)備進(jìn)行分解，在不同的加倉設(shè)備之間實(shí)地測量燃煤的輸送時間，并將加倉設(shè)備分段進(jìn)行編程。輸送時間包括燃煤在落煤管內(nèi)和在滾軸篩和碎煤機(jī)內(nèi)的輸送時間。

燃煤在設(shè)備之間的運(yùn)輸時間如表1所示。

表1 燃煤在設(shè)備之間的運(yùn)輸時間

3.4 計量脈沖信號移位、取值和累加

通過輸煤程控的RSLogix5000控制器，使用位左移(bit shift left，BSL)指令設(shè)置8個移位寄存器，其長度按燃煤在設(shè)備之間的運(yùn)輸時間進(jìn)行設(shè)置。移位寄存器中每一位的值，代表在不同采樣周期采樣得到的皮帶稱累計1 t燃煤的值，其值為“0”或“1”。為說明BSL指令的工作原理，將移位寄存器不同的位進(jìn)行命名，如圖2所示。圖2中，采樣位為8E/8F皮帶機(jī)移位寄存器的第一位，溢出位為移位寄存器的最后一位，接收位(9E/9F/10E/10F/11E/11F)為皮帶機(jī)移位寄存器的第一位,負(fù)責(zé)按確定的加倉路徑在不同加倉設(shè)備之間將移位寄存器各位的值進(jìn)行傳遞。取值位負(fù)責(zé)按確定的加倉倉位將計量脈沖信號累加到原煤倉的12個累加寄存器中。取值位的值被取值后將自動清零，并繼續(xù)向移位寄存器的下一位進(jìn)行移位。

圖2 分倉計量原理圖

位左移(BSL)指令的工作原理如下。當(dāng)皮帶機(jī)運(yùn)行時，相應(yīng)移位寄存器中各位存儲的計量脈沖信號的值自動移動一位。與此同時，采樣位將采樣寄存器內(nèi)寄存的皮帶稱計量脈沖信號進(jìn)行取值，而在不同加倉設(shè)備之間的移位寄存器通過溢出位將值移位到接收位。由此模擬燃煤的實(shí)際運(yùn)輸方向,將皮帶稱的計量信號逐一傳遞到加倉倉位。被判定為加倉倉位的累加寄存器則從取值位進(jìn)行取值和累加，實(shí)現(xiàn)分倉計量。

為保證計量信號在移位過程中不被丟失，當(dāng)皮帶機(jī)停運(yùn)時，相應(yīng)移位寄存器也將停止移位，直到皮帶機(jī)恢復(fù)運(yùn)行后再繼續(xù)進(jìn)行移位。同時，采樣、取值、移位、累加的周期均與采樣周期相同，都設(shè)置為1 s。

4 分倉計量的誤差分析

分倉計量的稱重計量脈沖來源于皮帶秤，分倉計量的精度首先取決于皮帶秤的精度，不可能超過皮帶秤的計量精度。這里的誤差分析是對皮帶秤以外的各種主要因素進(jìn)行的分析[10]。

誤差因素主要有以下幾項(xiàng)。

① 受燃煤的加倉瞬時流量，燃煤在落煤管、滾軸篩、碎煤機(jī)等設(shè)備中通過的時間等各種因素的影響，燃煤的輸送時間不可能保持絕對的相等。這將造成移位寄存器的位長設(shè)定出現(xiàn)偏差，造成分倉計量的誤差。

② 犁煤器抬落動作并非瞬間完成。當(dāng)有燃煤通過時，在行程過程中燃煤存在短暫的分流過程，使應(yīng)被加倉倉位取值的計量脈沖信號部分加入了未確認(rèn)的加倉倉位中，造成分倉計量的誤差。

③ 三通擋板的切換動作并非瞬間完成。當(dāng)在有燃煤通過時，在行程過程中使加倉路徑短暫消失，引起計量脈沖信號在移位過程中因丟失接收位而造成分倉計量的誤差。

④ 犁煤器、三通擋板在到位后發(fā)生漏煤和犁煤器的位置反饋信號發(fā)生錯誤等設(shè)備缺陷，造成分倉計量的誤差。

上面分析了可能影響分倉計量誤差的幾個主要的因素。其中第一個誤差因素只能盡量按真實(shí)的燃煤傳輸時間設(shè)置位寄存器的位長來克服。對于第二個誤差因素，由于每臺犁煤器都會發(fā)生同樣的計量偏差，因此其作為可接受的誤差來對待。第三個誤差因素通過提高運(yùn)行人員的操作水平、操作規(guī)程中嚴(yán)禁此類操作來避免。第四個誤差因素只能通過提高設(shè)備的可靠性來解決。

其實(shí)作為一種利用軟件實(shí)現(xiàn)的分倉計量的方法，都會因以上因素的無法測量、隨機(jī)性和不可預(yù)見性，無法完全實(shí)時地離散模擬燃煤的輸送和加倉情況，造成分倉計量的誤差，因而具有特定的計量誤差。

5 結(jié)束語

經(jīng)過在外三電廠輸煤系統(tǒng)對程序進(jìn)行調(diào)試和實(shí)際的應(yīng)用，分倉計量的程序算法可以對各種復(fù)雜的加倉過程實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的計量，完全能滿足實(shí)際工況下的分倉計量。兩臺機(jī)組正常日加倉煤量在1.3～1.5萬t。經(jīng)報表統(tǒng)計，分倉計量的兩臺機(jī)組的日加倉總量與皮帶秤計量的兩臺機(jī)組的日加倉總量之間的誤差小于±0.01%，實(shí)現(xiàn)了單臺機(jī)組日加倉煤量的準(zhǔn)確計量。

分倉計量的程序充分利用了原有輸煤程控系統(tǒng)和皮帶秤的計量功能，其通過合理的算法準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)了輸煤系統(tǒng)的分倉計量；無需增加硬件的投入，計量誤差小，性價比高，對同類型的火電機(jī)組實(shí)現(xiàn)入爐煤的分倉計量具有很大的推廣價值。

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