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摘要：本文设计出一套不需要增加大型设备，采用输煤皮带秤和配煤周期计时相结合的分段式数据采集在线计量方法解决燃煤计量问题，通过预估耗煤量设置单次输煤总量和分仓配煤量，应用电子皮带秤和虚拟皮带称的传递原理对煤流经过各个测量点进行称量，通过对系统算法的研究最终准确的统计出单次输煤过程中的输煤总量和分配到各个煤仓的燃煤量。
关键词：输煤程控；燃煤计量；虚拟皮带秤
1、燃煤计量存在的问题
国内的火力发电厂输煤系统大多采用电子皮带秤和皮带秤校验装置对燃煤进行计量，通过安装在原煤仓上方的超声波料位计判断煤仓料位的高低实现煤仓的配煤，这是一种简单有效的计算耗煤量的方法。不过在实际使用中还是存在很多问题，比如煤仓的虚假料位就会大大影响到这种计量方法的准确度。通常锅炉从原煤仓取煤，经过加工的细小煤块从原煤仓底部出料口下落到给煤机再到磨煤机最后进入锅炉燃烧，由于煤块本身颗粒细小且带有一定湿度，煤块和煤块、煤块和仓壁互相粘连使得原煤仓中的燃煤堆积形状发生变化，当煤仓底部取煤的时候，煤仓里的煤形成中间低四周高的倒漏斗形状，这就使得煤仓料位计出现虚假低料位信号，导致犁煤器落下给本还有大量原煤的煤仓配煤。
2、燃煤计量的解决方案
本文的改造方案采用单称计量法，这种计量方法设备投入少，受现场环境限制因素少，整体改造成本低廉。不过由于电子皮带秤数量较少，燃煤在经过长距离的输煤皮带后进入到煤仓间进行配煤，而煤仓间再无称重设备，使得燃煤在长距离输送和分仓配煤过程中的煤量损耗影响到预期取煤和最终配煤的计量准确度，会因此造成数据的较大误差。为了尽量消除煤量损耗的影响，设计出一种全新的虚拟皮带秤和煤流采样周期相结合的燃煤计量方法，通过软件编程把经过电子皮带秤的称重信号扩展到每一个煤仓入料口点，煤仓入料口下部在每个原煤仓入口的落煤口处加装一套弹簧活动挡板，煤流从进料口进入煤仓时冲击活动挡板打开，煤流结束时活动挡板自动复位关闭，活动挡板带有开关量反馈信号送至DCS，通过各个煤仓活动挡板的开关状态信号反映出配煤的启停状态，当煤流经过电子皮带秤开始计算采样时间和总时间，当某个煤仓配煤信号处于启动状态，开始计算配煤时间，同时把采集到的电子皮带秤的瞬时煤流量，通过一系列的逻辑运算合理的计算出燃煤取料量和燃煤分仓的配煤量。这种计量方法可以解决犁煤器和电子皮带秤因滞后产生的误差，活动挡板判断配煤是否启动解决了输煤皮带故障急停等因素导致犁煤器未抬升从而造成采样时间继续累加的错误问题，保证了最终数据与电子皮带秤的一致性[1-2]。
3、燃煤计量流程设计
改造时在1号甲乙输煤皮带距离振动给煤机落煤口较近的地方各安装一套电子皮带秤，专门用来对取煤总量进行计量，而3号输煤皮带的电子皮带秤专门计量各个煤仓的实际分仓配煤量。电厂管理人员根据预估煤量从煤场取煤，根据1号输煤皮带上的电子皮带秤经过的煤量判断是否达到预估值，煤流经过一系列输送到达3号输煤皮带的电子皮带秤，此皮带秤读数作为实际的配煤量与取煤皮带秤读数相比较可以反映出燃煤在运输过程中的损耗量和输送效率，可以为燃料管理提供可参考的数值，并以此判断输煤模式和管理模式是否科学合理，输煤系统是否需要进行大的改造。
这里我们运用虚拟皮带秤原理来介绍输煤改造的具体原理。输煤系统燃煤计量模型如图3-1所示。
图3-1 燃煤计量示意图
根据输煤系统模型可知，当A仓1号犁煤器落下时，经过3号输煤皮带的电子皮带秤流过的燃煤量即为A仓的加仓量，这就相当于在A仓上方安装了一个虚拟皮带秤，记为1号虚拟皮带秤，1号虚拟皮带秤反馈的煤量等于3号输煤皮带电子皮带秤的读数。那么同理煤流继续从A仓入口流过到达B仓入口时，2号犁煤器落下，那么进入B仓的煤量相当于之前经过1号虚拟皮带秤的读数，这又等于在B仓入口处安装了2号虚拟皮带秤。那么以此类推，采用接力棒的形式依次传递皮带秤信号，那么就相当于在A、B、C、D四个原煤仓入口处均安装了虚拟皮带秤。
在实际运行中煤流可能会被任意一个煤仓的犁煤器截流，那么这个煤仓的虚拟皮带秤称得的煤量是作为计量本仓的实际加仓量还是作为传递给下一个虚拟皮带秤煤量，这就需要根据本仓犁煤器是否落下和活动挡板是否打开有关，如果犁煤器处于落下状态且弹簧活动挡板打开，说明煤流进入该仓，该仓虚拟皮带称称得的煤量就是实际加仓量，反之则将该仓虚拟皮带称称得的读数传递给后面煤仓的虚拟皮带秤。我们取某个煤仓的犁煤器落下状态和活动挡板打开状态两个信号同时发出至DCS系统才能开始配煤计时。
4、周期采样算法在燃煤计量的实现
在实际运行中输煤皮带上的实际煤流量并不是均匀分布并且皮带运行时受到横纵向张力的影响使得皮带瞬时速度不停变化，需要选取周期计量法来解决这一问题，通过选取一个合理的时间周期，在一定的周期时间内煤流可以看成是匀速均匀分布的，这样我们可以根据瞬时流量值的大小得出输煤皮带上煤流的疏密程度，瞬时流量大则表示输煤皮带上燃煤分布的密，瞬时流量小则表示输煤皮带上燃煤分布的稀疏，实际上不同的采样周期计量的燃煤量是不相等的。这样我们就可以根据每一个很短的时间周期内流过电子皮带秤的燃煤值进行采样并且将采样的数据从计算机缓存区的低位地址开始堆栈，当某原煤仓开始配煤时活动挡板和犁煤器状态信号同时发出，开始配煤计时，到本次配煤结束，根据虚拟皮带秤的传递原则，将这段配煤时间内电子皮带秤计量的若干个周期所采集的数据进行累加，再根据时间推移原则将已计入累加量的采样数据清零，周而复始，从而得出较为合理的总的实际配煤量。
这里我们选取第一个采样周期T，取第一个堆栈地址采集的瞬时流量的燃煤量，可以得出以下4-1公式：
公式中，表示第n+1个采样周期里预备配给到下一个原煤仓的剩余燃煤量。
上述方法是在给各个煤仓配煤时计量燃煤的方法，对于作为首仓的A仓来说，从开始进行顺序配煤时A仓的燃煤计量就从计算机的数据堆栈的第一个数值开始取值累加，并根据5-5的公式就能知道进入A仓的燃煤量。而的情况下，对于后续煤仓如B仓和C仓的燃煤计量，我们需要取出第n+1个采样周期里剩余的燃煤量作为其燃煤计量累加数据的初始值，然后再取后面周期里的燃煤量依次相加。对于尾仓D仓的计算，用上述公式则比较麻烦，需要考虑经过经过3号输煤皮带电子皮带秤的燃煤时间是否为采样周期的整数倍，而且在配煤到尾仓中途是否还有损耗等因素，所以运行人员无法根据设定尾仓的燃煤计量的燃煤值进行判断，必须等到煤流全部流入尾仓时通过记录煤流结束时刻，然后再判断进入尾仓的时间是否为采样周期的整数倍从而进行下一步计算。
6、燃煤计量的统计结果
根据此算法编程并在实际应用中，改造前的燃煤计量统计数据，其总的配煤量的计量值的准确度大约在96%左右，分仓配煤后各个煤仓的实际配煤计量值的准确度大约在94%到98%之间，而改造后的实际进煤效率准确度达到了99%。此算法能够统计总进煤量和分仓进煤量，并且算法的准确度较高，可在输煤程控燃煤计量方法的改造中采用。
参考文献：
[1]田东英．输煤自动化控制系统设计[J]．石家庄：科技风，2013，147(21):28-30
[2]崔来建．火电厂优化配煤及输煤控制系统的设计[D]．西安：西安交通大学，2005
论文作者:唐滨
论文发表刊物:《防护工程》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/29
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