基于筒仓模式下的智能精准配煤系统研究与探索_杨瑞峰.pdf

基于筒仓模式下的智能精准配煤系统研究与探索 杨瑞峰1, 解振海2, 章 力3, 胡运鹏1 1. 中煤天津设计工程有限责任公司, 天津 300131; 2. 内蒙古煤矿设计研究院有限责任公司, 内蒙古 呼和浩特 010020; 3. 中煤华晋集团有限公司 王家岭选煤厂, 山西 运城 043300 摘 要 针对现有配煤技术普遍存在的问题, 提出了一种基于筒仓模式下的智能精准配煤 系统建设思路。 智能精准配煤系统包括数字料仓和智能配煤 2 个子模块, 数字料仓模块主要实 现对筒仓内物料质量的数字化建模呈现以及料流模型的建立; 智能配煤以数字料仓的数据为基 础, 实现配煤过程中的热值平衡、 仓储平衡以及配煤热值与目标热值偏差的最小化。 关键词 筒仓; 智能精准配煤系统; 在线监测; 料流模型; 经济效益 中图分类号 TD941. 6 文献标识码 A 文章编号 1005-8397202011-0023-04 收稿日期 2020-04-29 DOI 10. 16200/ j. cnki. 11-2627/ td. 2020. 11. 005 作者简介 杨瑞峰1984, 男, 河北邯郸人, 2007 年毕业于安徽理工大学矿物加工工程专业, 工学学士, 中煤天津设计工程有限责任 公司高级工程师。 引用格式 杨瑞峰, 解振海, 章 力, 等. 基于筒仓模式下的智能精准配煤系统研究与探索 [J]. 煤炭加工与综合利用, 202011 23- 26. 配煤是指通过将若干种不同种类、 不同性质 的煤炭按照一定比例掺配加工成混合煤, 以满足 不同燃烧条件下的煤质需求。 配煤技术可充分发 挥各煤种的优点, 实现燃煤质量的均衡化, 并且 易于燃煤充分燃烧, 提高煤炭利用效率, 达到节 约煤炭用量, 减少污染物排放的目的, 同时燃煤 设备的运行安全性得到保证。 使用燃煤配煤可同 时达到节能和环保两大目的, 经济效益十分 明显。 但是目前国内多数筒仓生产模式下的带式输 送机混合式配煤过程中各个煤仓的取出比例需要 人工控制、 未实现实时调节, 各仓口实时出料质 量情况未知, 配煤误差较高、 精度偏低, 导致配 销商品煤质量过低带来的销售罚款和质量过高带 来的 “高质低卖” 等 “双损” 现象频发。 1 配煤技术研究概况 国内由于煤炭分布不均、 运输能力不足, 以 及劣质煤储量大等各方面原因, 使得许多电厂不 能够燃烧锅炉设计煤种, 为此不得不采用混烧不 同煤的方法, 以满足锅炉的需求。 由于配煤使用 的广泛性, 我国近年来也开展了许多研究工作, 主要集中在对配煤模型的研究及燃烧特性的研 究。 如煤炭科学研究院、 西安热工院、 浙江大 学、 华中科技大学煤燃烧国家重点实验室和株洲 选煤厂等都进行了相关的研究, 并提出了优化配 煤的数学模型。 西安热工院在研究劣质煤燃烧与 锅炉改造时, 对电厂的配煤特性、 结渣特性做过 研究, 通过使用一维火焰燃烧炉、 热天平等装 置, 研究了晋东南无烟煤及配煤的燃烧特性。 浙 江大学热能工程研究所对无烟煤、 褐煤以及配煤 的热解、 着火、 燃烧、 结渣、 固硫和助燃特性进 行了研究, 认为配煤特性与各单煤之间并非简单 的加权关系, 并通过神经网络和模糊数学等手段 建立了优化配煤数学模型。 华中科技大学煤燃烧 国家重点实验室对配煤的着火特性、 挥发分析出 规律、 燃尽特性、 结渣特性、 硫和氮的析出特性 进行了研究, 建立了配煤燃烧数学模型, 预测了 配煤的燃尽度。 综上所述, 国内研究主要集中于对配煤模型 的研究及燃烧特性的研究, 对配煤控制系统方面 的研究甚少。 主要由于未能将煤质在线分析技术 应用到配煤系统中, 在此方面与国外仍有较大的 差距。 因此, 如何将在线分析技术运用到配煤系 32 煤炭加工与综合利用 No. 11, 2020 COAL PROCESSING 智能配煤模块以数字料仓的数据为基础, 实现配煤过程中的热值平衡、 仓储平衡以及配煤 热值与目标热值偏差的最小化。 该系统可设置 1 套智能配煤系统 PLC 控制主 站, 配置可运行操作系统的 CPU 模块, 接收给 定信号、 反馈信号, 发出执行信号, 所有数据建 模、 智能算法计算、 PID 调节控制功能均由智能 配煤系统 PLC 控制主站完成, 同时需要增加相关 检测的设备及装置。 3. 1 数字料仓 数字料仓系统实时采集产品仓上带式输送机 的来料信息, 包括来煤的类型、 灰分、 水分和重 量等, 同时采集仓上卸料点位置、 料位等信息, 结合料仓的几何边界尺寸, 系统通过计算建立数 字料仓模型, 能够实时呈现料仓内的料位高度、 各层的热值分布、 料面高低等信息。 数字料仓设 备配置见图 4。 图 4 数字料仓设备安装示意 根据煤仓几何边界条件、 进料方式、 出料方 式等通过数学建模, 联合运用欧拉方法、 拉格朗 日方法、 软球模型的建模技术路线及进、 出料组 合方式进行数值模拟计算, 获取料仓内散体的运 动流线, 建立料流模型, 根据现场进、 出料情况 实时调取相应流场计算散体的运动。 从而给出当 前整个料仓内的煤量分布和灰分分布、 当前料仓 内总煤量和总热值、 某时间段内的卸煤总量和总 热值等。 料仓流动示意见图 5。 图 5 料仓流动示意 3. 2 智能配煤计算与控制模块 通过数字料仓的仓储信息以及料仓流动模 型, 系统能够实时掌握料仓内的信息, 同时实时 预测每个仓内产品煤及仓下给煤机出煤的煤质信 息数据, 系统根据装车任务目标自动执行配煤, 给出最优的料仓选择方案、 相应的配比, 以及开 启给煤机的编号及频率的设定值等, 并将最优方 案推送至调度人员, 调度人员根据实际生产情况 进行确认。 配煤方案确定后, 系统自动开启相应 料仓的给煤机并设定相应的频率, 根据装车仓上 带式输送机在线灰分仪的反馈数据、 仓下转载胶 带秤的数据, 实时调整给煤机的开启数量、 编号 及频率, 实现配煤目标热值与实际热值的吻合。 智能配煤系统自动启停, 启停的前置输入条 件是装车站缓冲仓料位。 装车首次启动需要经调 度人员确认后开启。 智能配煤系统硬件配置及控 制原则如图 6、 图 7 所示。 图 6 智能配煤硬件安装示意 4 智能精准配煤系统应用研究目标与经济效益 4. 1 系统目标 智能精准配煤系统完成后, 可实现煤仓的数 字化管理, 以此为基础, 实现带煤量和煤量配比 的自 动 控 制, 保 证 产 品 发 热 量 误 差 不 超 过 50 kcal/ kg209 kJ/ kg。 通过数字料仓、 灰分仪、 52 2020 年第 11 期杨瑞峰, 等 基于筒仓模式下的智能精准配煤系统研究与探索 水分仪和料位计的数据, 以及精准配煤结果数据 对比, 实现系统的自学习及相互矫正, 随着数据 的不断积累, 不断的自学习、 自矫正, 系统会不 断的成长, 变得更智能, 更精准。 图 7 智能配煤数据流向示意 4. 2 经济效益 通过构建智能配煤系统, 可严格控制销售产 品煤发热量与目标煤质的差值, 提升产品质量精 度, 提高了外销商品煤目标热值的稳定性, 缩小 了与客户要求质量的差值, 既避免了实际销售产 品煤发热量过低带来的销售罚款, 又避免了产品 煤发热量过高带来的 “高质低卖”, 实现 “双” 收益。 以 “高质低卖” 为例, 按照每年 8. 00 Mt 产品煤计算, 约有 50的 “高质低卖”, 将 50 的 “高质低卖” 减少 20 kcal83. 6 kJ的波动, 按照 0. 1 元/ kcal4. 18 kJ计算, 每年减少损失 约 800 万元。 5 结 语 配煤技术可充分发挥各种产品煤的优点, 实 现燃煤质量的均衡化, 节能和环保优势明显, 经 济效益显著。 基于筒仓模式下的智能精准配煤系 统, 通过建立数字料仓和智能配煤 2 个子模块, 实现配煤过程中的配煤热值与目标热值偏差的最 小化。 并随着数据的不断积累, 不断的自学习、 自矫正, 该系统会不断的成长, 变得更智能, 更 精准。 企业既避免了实际销售产品煤发热量过低 带来的销售罚款, 又避免了产品煤发热量过高带 来的 “高质低卖”, 实现 “双” 收益。 参考文献 [1] 李艳崇. 配煤专家系统在芜湖港的应用 [J].煤炭工 程, 2013, 458 133-134. [2] 郭大林, 王 洋, 卫中宽, 吴鹏飞. 选煤工程设计中多 煤层煤质分析方法应用研究 [J]. 煤炭工程, 2020, 52 1 29-33. [3] 李学武.石壕洗煤厂配煤技术研究 [J].煤炭工程, 2014, 463 100-102. [4] 何荣强, 王晓凯, 郑 重. 一种基于智能算法的燃煤配 煤掺烧技术 [J]. 能源与节能, 201910 2-4, 64. [5] 李志强. 洗煤厂自动化配煤技术的研究与应用 [J]. 机 械管理开发, 2019, 349 243-244, 288. [6] 袁鹏涛, 王然风, 付 翔. 选煤厂原煤智能配比控制系 统设计 [J]. 工矿自动化, 2019, 457 43-47. [7] 葛学海, 白云飞, 陈 鹏, 等. 天然射线无源灰分仪 在配煤系统控制灰分的应用研究 [J]. 选煤技术, 2019 3 66-69. [8] 阮 光, 江学文, 周晓亮, 等. 燃煤电厂智能燃料系统 整体解决方案探讨 [J].中国设备工程, 20194上 140-143. [9] 孙永强, 刘利波, 宋 欢. 新型煤质快速检测技术在神 华准能选煤厂的应用 [J]. 煤炭加工与综合利用, 2019 2 33-37. [10] 黄万华. 动力煤配煤技术研究现状及发展趋势分析 [J]. 山西化工, 2018, 386 43-45. 62 煤炭加工与综合利用2020 年第 11 期