一种煤仓煤质实时在线显示分析系统

技术领域

本发明涉及一种煤仓煤质实时在线显示分析系统，属于煤质掺烧掺配及输煤程控技术领域。

背景技术

燃煤电厂锅炉是根据特定煤种设计及校核，因设计、校核煤种不同，锅炉炉型、结构、燃烧器选型布置及制粉系统选择以及投产后锅炉运行方式有所不同，锅炉燃烧最佳煤种为设计、校核煤种。电厂煤质工业分析中，通常采用烧灼法进行实验室离线分析，数小时甚至隔天后才能得出分析结果，煤质成分参数滞后。

煤质工业分析不能及时获得煤质信息，绝大多数燃煤电厂长期存在燃煤煤质偏离设计校核煤质，导致机组运行存在以下诸多问题：

(1)优质动力煤日益减少，劣质煤清洁利用显得尤为重要；

(2)燃烧发热效率偏低；

(3)污染排放超标；

(4)过分追求市场便宜煤种以至于锅炉燃烧出现频繁结渣、燃烧稳定性差、环保指标频繁超标环保运营成本增加等影响到锅炉安全、经济、环保运行。

在煤粉燃烧过程中由于没有实时在线配煤机制，造成锅炉燃烧不稳、结渣、沾污严重、污染物排放浓度高、锅炉效率低等一系列问题，影响到锅炉经济性、安全性和环保性，锅炉效率低等一系列问题，影响到锅炉经济性、安全性和环保性。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种煤仓煤质实时在线显示分析系统，所述的煤质实时在线显示分析系统采用煤质参数分仓分层显示方式，不需要改造输煤系统，利用加装的煤质在线实时检测和煤仓煤质信息库能够保证锅炉在不同负荷下快速响应，达到安全稳定、经济、环保运行，通过燃料煤仓仓内煤质煤量实时在线显示分析，对于电厂锅炉及各种需高温烧结的窑厂水泥厂等燃烧的煤质掺烧掺配及输煤程控具有重要的实用价值。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种煤仓煤质实时在线显示分析系统，所述的煤仓煤质实时在线显示分析系统包括煤仓储煤设施、可编程智能控制器(PLC)、输煤程控系统(PLC)、锅炉控制系统(DCS)和厂级监控信息系统(SIS)；

所述煤仓储煤设施包括煤仓，所述煤仓的进口对应着进煤输煤皮带，所述进煤输煤皮带上设有进煤量皮带秤、犁煤器和煤质在线检测仪，所述煤仓的出口对应着给煤机和出煤量皮带秤；

所述煤仓储煤设施中煤质在线检测仪的实时测量煤质数据(灰分、水分、硫分、热值、挥发分、煤量)、犁煤器起落信号、进煤量信号及输煤量信号输送至可编程智能控制器内，根据现场实际工况将煤仓自下而上划分为若干层，所述可编程智能控制器内建立存储数据库，存储数据库设有若干存储区，使用可编程智能控制器内连续的存储区存放每一层的实时煤质煤量数据，可编程智能控制器经过控制程序的逻辑判断、数学计算、数据统计分析后得到每一层煤的重点关键数据，每一层煤的重点关键数据通过通讯线与所述的输煤程控系统、锅炉控制系统和厂级监控信息系统数据交换，进行数据显示。

所述可编程智能控制器与输煤程控系统、锅炉控制系统和厂级监控信息系统之间数据交换采用工业总线方式，对于煤仓比较少的原系统可以采用硬接线模式电气连接。所述的工业总线通讯协议为Modbus、CANbus、Profibus、Profinet、CC-Link或Devicenet。

可编程智能控制器与输煤程控系统数据交换：

输煤程控系统是电厂主要系统之一，所述输煤程控系统用于火电厂燃煤输送系统，包括上煤程控、配煤程控和上位机监控；

可编程智能控制器从输煤程控系统读取犁煤器起落信号、进煤量信号，输煤程控系统内写入煤质在线检测仪的实时测量数据及可编程智能控制器的实时计算数据，所述编程智能控制器的实时计算数据包括煤仓每层煤质成分数据。

可编程智能控制器与锅炉控制系统数据交换：

所述锅炉控制系统按电厂运行逻辑根据各种模拟数据量，经过电厂运行的逻辑实现对电厂中执行部件的控制，这个是一个综合的系统，能准确采集各种数据和正确发出控制指令是基本功能；

可编程智能控制器从锅炉控制系统读取给煤机的出煤量信号，锅炉控制系统写入可编程智能控制器的实时计算数据，所述的实时计算数据包括煤仓当前热值信号、煤仓当前硫分信号、煤仓当前灰分信号、给煤机小时总煤量、给煤机小时总热值、给煤机小时加权平均硫分。

可编程智能控制器与厂级监控信息系统数据交换：

火电厂的厂级监控信息系统(Supervisory Information System，简称SIS)是为火电厂全厂实时生产过程综合优化服务的厂级监控管理信息系统，SIS将成为电厂MIS(属于厂级管理现代化范畴)和各种分散计算机控制系统的桥梁，厂级监控信息系统既是厂内单元机组DCS和公用辅助车间级自动化系统的上一级系统，又向MIS提供生产实时数据以支持MIS的需要，所述厂级监控信息系统集过程实时监测、性能优化及生产过程管理为一体，在整个电厂范围内实现信息共享，管控一体化，全面提升发电厂的整体效益和现代化管理水平；

厂级监控信息系统监测内写入可编程智能控制器计算的重点数据，所述重点数据包括：煤仓总热值信号、煤仓总煤量信号、煤仓总灰分信号、给煤机小时总煤量和给煤机小时总热值。

进一步的，所述煤仓储煤设施包括12个煤仓，分为2组，每组设有1-6号的煤仓，每个煤仓进口对应着2条进煤输煤皮带，皮带A和皮带B，每条进煤输煤皮带上均有进煤量皮带秤HA和HB、用于阻挡煤流和放行煤流的犁煤器CA和CB及煤质在线检测仪MA和MB，每个煤仓出口对应着1组给煤机DA和出煤量皮带秤EA，其中，6号煤仓位于输煤皮带的末端，无犁煤器。

所述煤仓储煤设施的运行动作及煤质煤量数据关联为：

1号煤仓上的犁煤器CA1处于放行状态，皮带A上的煤流进1号煤仓，此时煤质煤量数据为MA和HA的实时数据；犁煤器CB1处于放行状态，皮带B上的煤流进1号煤仓，此时煤质煤量数据为MB和HB的实时数据；

2～5号煤仓和1号煤仓进煤是一样的流程；1～5号煤仓上的犁煤器均处于放行状态，煤流进入6号煤仓；

1号煤仓上的给煤机DA1处于运行状态，给煤机上的皮带秤EA1测量的是1号煤仓的出煤数据，1～6号煤仓同样的原理。

所述可编程智能控制器的控制程序为：

(I)根据现场实际运行状况，在可编程智能控制器内建立逻辑关联对应数据库；

(II)根据现场实际运行状况，所述煤仓自下而上划分为5层，煤仓内最下面的煤为第一层，使用可编程智能控制器内连续的存储区存放每一层的煤质煤量数据，建立存储数据库，存储区M100～M199存放第一层数据，存储区M200～M299存放第二层数据，存储区M300～M399存放第三层数据，存储区M400～M499存放第四层数据，存储区M500～M599存放第五层数据；

(III)根据“先入先出”的原则，采用指针地址寻址方式编写逻辑分层程序；

煤仓进煤逻辑：1)对应煤仓的犁煤器放行煤流，煤流入煤仓；2)可编程智能控制器计算出煤仓的进煤量大于分层的一层煤量，可编程智能控制器计算出此时煤质相关数据；3)可编程智能控制器从第一层开始判断是否该层有煤，即第一层的存储区内煤量数据是否为零，如果煤量数据为零则说明第一层没有煤，则将可编程智能控制器计算的煤质数据赋值给第一层的存储区内，煤仓进煤流程结束；4)如果有煤则煤层数自加一层，然后程序跳转到步骤3)继续判断；

煤仓出煤逻辑：1)对应煤仓的给煤机运行，可编程智能控制器计算给煤机的出煤量；2)当出煤量计算值等于煤仓内最下面一层煤的煤量时，煤质煤量数据依次向下传递赋值，存储区M200～M299内数据赋值给存储区M100～M199，存储区M300～M399内数据赋值给存储区M200～M299，存储区M400～M499内数据赋值给存储寄存器M300～M399，依次后推，最上面一层的存储区数据均赋值为零。

本发明的有益效果是：

(1)采用煤质参数分仓分层显示方式，不需要改造输煤系统，利用加装的煤质在线实时检测和煤仓煤质信息库能够保证锅炉在不同负荷下快速响应，达到安全稳定、经济、环保运行；

(2)实时检测煤的灰分、热值、水分、硫分、煤量等数据，将该系统的灰分、热值、水分、硫分、阶段性累计煤量等数据传输到输煤程控PLC，将煤质在线设备中的实时数据计算分析后传输到锅炉控制系统(DCS)和厂级监控信息系统(SIS)中；

(3)通过可编程智能控制器对实时检测数据分析得出计算数据，作为实现精细调配掺烧的基础参数数据，为管控平台提供实时准确的煤质信息，满足入炉煤精细化掺烧要求。细化入炉煤质实时检测数据，实施项目后使入炉煤质掺烧、上煤加仓、给煤机、磨煤机煤质实时数据传输模型实现科学运行和管理，达到降低生产成本的目的。

附图说明

图1为实施例所述煤仓煤质实时在线显示分析系统的网络构架图；

图2为实施例所述煤仓储煤设施的结构示意图；

图3为实施例所述煤仓进煤程序控制流程图；

图4为实施例所述煤仓出煤程序控制流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

一种煤仓煤质实时在线显示分析系统，所述的煤仓煤质实时在线显示分析系统包括煤仓储煤设施、可编程智能控制器(PLC)、输煤程控系统(PLC)、锅炉控制系统(DCS)和厂级监控信息系统(SIS)；

所述煤仓储煤设施包括煤仓，所述煤仓的进口对应着进煤输煤皮带，所述进煤输煤皮带上设有进煤量皮带秤、犁煤器和煤质在线检测仪，所述煤仓的出口对应着给煤机和出煤量皮带秤；

所述煤仓储煤设施中煤质在线检测仪的实时测量煤质数据(灰分、水分、硫分、热值、挥发分、煤量)、犁煤器起落信号、进煤量信号及输煤量信号输送至可编程智能控制器内，根据现场实际工况将煤仓自下而上划分为若干层，所述可编程智能控制器内建立存储数据库，存储数据库设有若干存储区，使用可编程智能控制器内连续的存储区存放每一层的实时煤质煤量数据，可编程智能控制器经过控制程序的逻辑判断、数学计算、数据统计分析后得到每一层煤的重点关键数据，每一层煤的重点关键数据通过通讯线与所述的输煤程控系统、锅炉控制系统和厂级监控信息系统数据交换，进行数据显示，如图1所示。

所述可编程智能控制器与输煤程控系统、锅炉控制系统和厂级监控信息系统之间数据交换采用工业总线方式，对于煤仓比较少的原系统可以采用硬接线模式电气连接。所述的工业总线通讯协议为Modbus、CANbus、Profibus、Profinet、CC-Link或Devicenet。

可编程智能控制器与输煤程控系统数据交换：

输煤程控系统是电厂主要系统之一，所述输煤程控系统用于火电厂燃煤输送系统，包括上煤程控、配煤程控和上位机监控；

可编程智能控制器从输煤程控系统读取犁煤器起落信号、进煤量信号，输煤程控系统内写入煤质在线检测仪的实时测量数据及可编程智能控制器的实时计算数据，所述编程智能控制器的实时计算数据包括煤仓每层煤质成分数据。

可编程智能控制器与锅炉控制系统数据交换：

所述锅炉控制系统按电厂运行逻辑根据各种模拟数据量，经过电厂运行的逻辑实现对电厂中执行部件的控制，这个是一个综合的系统，能准确采集各种数据和正确发出控制指令是基本功能；

可编程智能控制器从锅炉控制系统读取给煤机的出煤量信号，锅炉控制系统写入可编程智能控制器的实时计算数据，所述的实时计算数据包括煤仓当前热值信号、煤仓当前硫分信号、煤仓当前灰分信号、给煤机小时总煤量、给煤机小时总热值、给煤机小时加权平均硫分。

可编程智能控制器与厂级监控信息系统数据交换：

火电厂的厂级监控信息系统(Supervisory Information System，简称SIS)是为火电厂全厂实时生产过程综合优化服务的厂级监控管理信息系统，SIS将成为电厂MIS(属于厂级管理现代化范畴)和各种分散计算机控制系统的桥梁，厂级监控信息系统既是厂内单元机组DCS和公用辅助车间级自动化系统的上一级系统，又向MIS提供生产实时数据以支持MIS的需要，所述厂级监控信息系统集过程实时监测、性能优化及生产过程管理为一体，在整个电厂范围内实现信息共享，管控一体化，全面提升发电厂的整体效益和现代化管理水平；

厂级监控信息系统监测内写入可编程智能控制器计算的重点数据，所述重点数据包括：煤仓总热值信号、煤仓总煤量信号、煤仓总灰分信号、给煤机小时总煤量和给煤机小时总热值。

进一步的，所述煤仓储煤设施包括12个煤仓，分为2组，每组设有1-6号的煤仓(1#煤仓、2#煤仓、3#煤仓、4#煤仓、5#煤仓、6#煤仓)，每个煤仓进口对应着2条进煤输煤皮带，皮带A和皮带B，每条进煤输煤皮带上均有进煤量皮带秤HA和HB、用于阻挡煤流和放行煤流的犁煤器CA和CB及煤质在线检测仪MA和MB，每个煤仓出口对应着一组给煤机DA和出煤量皮带秤EA，其中，6号煤仓位于输煤皮带的末端，无犁煤器，如图2所示。

所述煤仓储煤设施的运行动作及煤质煤量数据关联为：

1号煤仓上的犁煤器CA1处于放行状态，皮带A上的煤流进1号煤仓，此时煤质煤量数据为MA和HA的实时数据；犁煤器CB1处于放行状态，皮带B上的煤流进1号煤仓，此时煤质煤量数据为MB和HB的实时数据；

2～5号煤仓和1号煤仓进煤是一样的流程；1～5号煤仓上的犁煤器均处于放行状态，煤流进入6号煤仓；

1号煤仓上的给煤机DA1处于运行状态，给煤机上的皮带秤EA1测量的是1号煤仓的出煤数据，1～6号煤仓同样的原理。

所述可编程智能控制器的控制程序为：

(I)根据现场实际运行状况，在可编程智能控制器内建立逻辑关联对应数据库，如下表所示：

(II)根据现场实际运行状况(例如一次用煤量为5吨，则可以设置5吨煤为一层)，所述煤仓自下而上划分为5层，煤仓内最下面的煤为第一层，煤仓内最上面的煤为第五层，使用可编程智能控制器内连续的存储区存放每一层的煤质煤量数据，建立存储数据库，存储区M100～M199存放第一层数据，存储区M200～M299存放第二层数据，存储区M300～M399存放第三层数据，存储区M400～M499存放第四层数据，存储区M500～M599存放第五层数据；

(III)根据“先入先出”的原则，采用指针地址寻址方式编写逻辑分层程序；

煤仓进煤逻辑：1)对应煤仓的犁煤器放行煤流，煤流入煤仓；2)可编程智能控制器计算出煤仓的进煤量大于分层的一层煤量，可编程智能控制器计算出此时煤质相关数据；3)可编程智能控制器从第一层开始判断是否该层有煤，即第一层的存储区内煤量数据是否为零，如果煤量数据为零则说明第一层没有煤，则将可编程智能控制器计算的煤质数据赋值给第一层的存储区内，煤仓进煤流程结束；4)如果有煤则煤层数自加一层，然后程序跳转到步骤3)继续判断；

煤仓出煤逻辑：1)对应煤仓的给煤机运行，可编程智能控制器计算给煤机的出煤量；2)当出煤量计算值等于煤仓内最下面一层煤的煤量时，煤质煤量数据依次向下传递赋值，存储区M200～M299内数据赋值给存储区M100～M199，存储区M300～M399内数据赋值给存储区M200～M299，存储区M400～M499内数据赋值给存储寄存器M300～M399，依次后推，最上面一层的存储区数据均赋值为零。

对于煤仓煤质实时在线显示分析系统的安装流程为：

1、现场调研，确定用户的实际需求：例如产品内元器件的品牌规格需求、加工生产工艺标准要求、现场施工标准要求、工期要求；

2、根据需求采购相应元器件，进行硬件设计、软件编程、生产加工、出厂调试、发货；

3、根据现场施工方案，现场施工，设备设施安装、电缆光缆铺设、系统调试；

4、系统验收。

常规的燃煤电厂锅炉在煤粉燃烧过程中由于没有实时在线配煤机制，易造成锅炉燃烧不稳、结渣、沾污严重、污染物排放浓度高、锅炉效率低等一系列问题，而本申请所述的煤仓煤质实时在线显示分析系统中对煤质参数实行分仓分层显示，以可编程智能控制器(PLC)为控制程序的核心，将实时检测的煤质煤量数据经过可编程智能控制器的计算，得到煤仓内每一层煤的煤质煤量数据，将这些计算出的煤质煤量数据输送至相应的输煤程控系统(PLC)、锅炉控制系统(DCS)和厂级监控信息系统(SIS)，进行数据显示，便于工作人员根据这些显示数据进行煤质掺烧掺配及输煤程控，满足入炉煤精细化掺烧要求，确保锅炉在不同负荷下快速响应，达到安全稳定、经济、环保运行。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。