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浙江大学硕士学位论文 火电厂正平衡煤量自动计量管理系统的研究和开发 摘要 y 7 2 2 7 3 9 火力发电厂是资金、技术密集型企业，在市场经济形势下，火电厂只有 进一步提高经济效率，降低发电成本，才能在日趋激烈的市场竞争中立于不 败之地，才能最大限度地占有电力市场的份额。而提高经营管理水平、提高 人员工作效率、技改创新、节能降耗是火电厂提高经济效率和经济效益的必 由途径。 实施按入炉煤量正平衡计算发供电煤耗是电厂节能降耗的一项重要工 作。传统的发供电煤耗计算由于缺乏对入炉煤量的有效计量，一般采用反平 衡计算煤耗，由于影响煤耗的因素很多，而且机理很复杂，根据反平衡计算 出来的煤耗与实际煤耗相差很大，不可能准确反映机组的运行状况和全厂的 经济效率。按入炉煤量正平衡计算发供电煤耗就是以入炉煤计量煤量和入炉 煤机械取样分析的低位发热量为依据进行煤耗计算。入炉煤计量煤量对正平 衡发供电煤耗计算起着决定性的作用。 本文在分析电子皮带秤计量误差的基础上，对火电厂正平衡煤量自动计 量管理系统进行了研究和丌发，提出了自动计量管理系统的整体方案，针对 正平衡煤量计量中皮带秤实物校验和入炉煤分炉计量两个关键性问题，提出 了解决办法，并以浙江北仑发电厂为例，给出了具体实施方案。 关键词；正平衡煤量计量管理系统实物校验装置分炉计量可编程 控制d e l p h i 计算机通信 浙江大学硕i ：学位论文火电厂正平衡煤量自动计量管理系统的研究和开发 a b s t r a c t a sa l le n t e r p r i s ew h i c hc o n c e n t r a t e so n c a p i t a la n dt e c h n o l o g y ，t h e r m a lp o w e r p l a n tw o u l db ea b l et or e m a i ni n v i n c i b l ei n t h ed r a s t i cm a r k e tc o m p e t i t i o n a n df a r t h e s tp o s s e s st h eq u o t i e n to fe l e c t r i cp o w e rm a r k e to n l yi fi m p r o v i n g t h ee c o n o m i c e f f i c i e n c ya n dr e d u c i n g t h eo p e r a t i o nc o s t , u n d e rt h es i t u a t i o no f m a r k e te c o n o m y a n de n h a n c i n gt h e m a n a g e m e n tl e v e l ，h e i g h t e n i n gt h e p e r s o n n e lw o r ke f f i c i e n c y , i m p l e m e n t i n gt e c h n o l o g yi n n o v a t i o n ，r e d u c i n gt h e e n e r g yc o n s u m p t i o ni st h eo n l yw a yf o rt h e r m a lp o w e rp l a n tt oi m p r o v et h e e c o n o m i ce f f i c i e n c ya n de c o n o m i cb e n e f i t i m p l e m e n t i n gt h er e g u l a t i o nw h i c hc a l c u l a t e st h ec o a lc o n s u m p t i o no fp o w e r g e n e r a t i o n a n ds u p p l ya c c o r d i n gt ot h e p o s i t i v e b a l a n c eo fc o a lq u a n t i t y e n t e r i n gf u r n a c ei so n eo ft h ei m p o r t a n tt a s k sf o rp o w e rp l a n tt or e d u c et h e e n e r g yc o n s u m p t i o n t r a d i t i o n a l l y ，c a l c u l a t i o n o ft h ec o a lc o n s u m p t i o no f p o w e rg e n e r a t i o na n ds u p p l yc o m m o n l ya d o p t e dt h ei n v e r s e - b a l a n c em e t h o d d u et ot h el a c ko fe f f e c t i v em e a s u r eo fc o a lq u a n t i t ye n t e r i n gf u r n a c e t h e c a l c u l a t e dr e s u l ta c c o r d i n gt oi n v e r s e - b a l a n c em e t h o dw i l lg r e a t l yd i f f e rw i t h t h ea c t u a lc o a lc o n s u m p t i o n ，b e c a u s et h e r ea r e m a n y f a c t o r sa f f e c t i n gt h ec o a l c o n s u m p t i o n ，a n dt h em e c h a n i s mo fi n v e r s e - b a l a n c em e t h o di st o oc o m p l e x t h e r e f o r e ，i t i s i m p o s s i b l e t or e f l e c tt h e o p e r a t i o n s t a t eo ft h e p o w e r g e n e r a t i o n u n i t sa n dt h ee c o n o m i ce f f i c i e n c yo ft h ep o w e rp l a n t t h ec o a l c o n s u m p t i o n o f p o w e rg e n e r a t i o na n ds u p p l ya c c o r d i n g t ot h ep o s i t i v eb a l a n c e o fc o a lq u a n t i t ye n t e r i n gf u r n a c ei sc a l c u l a t e db a s e do nt h em e a s u r e dc o a l 浙江大学硕土学位论文 二j ( 电厂正平衡煤量自动计量管理系统的研究和开发 q u a n t i t ye n t e r i n gf u r n a c ea n dt h ea n a l y t i cq u a n t i t yo fh e a to ft h em e c h a n i c c o a ls a m p l e r t h em e a s u r e m e n to ft h ec o a l q u a n t i t ye n t e r i n gf u r n a c ew i l lt a k e t h ed e c i s i v er o l ei nt h ec a l c u l a t i o no ft h ec o a l c o n s u m p t i o n o f p o w e r g e n e r a t i o na n ds u p p l ya c c o r d i n g t ot h ep o s i t i v eb a l a n c em e t h o d t h e o b j e c t i v eo ft h i sp a p e r i st oi n v e s t i g a t ea n d e x p l o i ta na u t o m a t i cm e t e r i n g m a n a g e m e n ts y s t e mo fp o s i t i v eb a l a n c ec o a lq u a n t i t yb a s e do nt h ea n a l y s i so f t h em e t e r i n ge r r o ro ft h ee l e c t r o n i cb e l ts c a l e ，a n d p r e s e n ta ni n t e g r a ls c h e m e o ft h ea u t o m a t i cm e t e r i n gm a n a g e m e n t s y s t e m ，p u t f o r w a r das o l u t i o nt ot h e t w om a i n p r o b l e m s i nt h e p o s i t i v eb a l a n c e c o a lq u a n t i t y m e t e r i n gm e t h o d , a n d p r e s e n tac o n c r e t ei m p l e m e n t a t i o ns c h e m ef o r z h e j i a n gb e i l u n t h e r m a l p o w e rp i a n l k e yw o r d s ：p o s i t i v e b a l a n c e ，m e t e r i n go fc o a lq u a n t i t y , m a n a g e m e n t s y s t e m ，m a t e r i a lc a l i b r a t i o nd e v i c e ，m e t e r i n ga c c o r d i n gt oe a c h s p e c i f i cb o i l e r , p r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e r , d e l p h il a n g u a g e ，c o m p u t e rc o m m u n i c a t i o n 浙江大学硕士学位论文 火电厂正平衡煤量自动计量管理系统的研究和开发 第一章引言 1 1火电厂正平衡煤量计量的重要意义【， 火力发电厂是资金、技术密集型企业，在市场经济形势下，火电厂只有 进一步提高经济效率，降低发电成本，才能在日趋激烈的市场竞争中立于不 败之地，才能最大限度地占有电力市场的份额。而提高经营水平、提高人员 工作效率、技改创新、节能降耗是火电厂+ 提高经济效率和经济效益的必由途 径。 实施按入炉煤量正平衡计算发供电煤耗是电厂节能降耗的一项重要工 作。为此，原中华人民共和国电力工业部早在1 9 9 3 年就颁布了火力发电厂 按入炉煤量正平衡计算发供电煤耗的方法。传统的发供电煤耗计算由于缺乏 对入炉煤量的有效计量，一般采用反平衡计算煤耗，即根据锅炉、汽轮发电 机组的设计效率，充分考虑锅炉燃烧过程中的各种能量损耗，推算出该机组 当日的发供电煤耗。由于影响煤耗的因素很多，而且机理很复杂，根据反平 衡计算出来的煤耗与实际煤耗相差很大，不可能准确反映机组的运行状况和 全厂的经济效率。反平衡法的出发点是静i t 的，非统计的，掺杂着人为的因 素，误差较大，更不能控制现场生产情况。 按入炉煤量正平衡计算发供电煤耗就是以入炉煤计量煤量和入炉煤机械 取样分析的低位发热量为依据进行煤耗计算。正平衡法的出发点是建立在动 态基础上的，它根据“煤一发电”这一动态过程，方法科学，数据准确，精 度高，能够指导现场生产，也能反映发电机组的运行状态；正平衡系统的建 立，使得电厂有可能实现真正的自动化、智能化，这是反平衡法难以实现的。 按入炉煤量正平衡计算发供电煤耗的具体公式如下吲： 浙江大学硕：l 学位论文火电一正平衡煤量自动计量管理系统的研究和开发 1 、日发电煤耗 b r v = b m n r f 幸1 0 6( 克千瓦时) 式中：n r f 一日发电量( 千瓦时) b r b 一日标准耗用量( 吨) b n , = ( b r m q 一+ b 。q m + b r q q 0 1 2 9 2 7 1 ( 吨) 式中：b 。b m 、b 。一一分别为日入炉煤耗用量，日入炉的燃油耗用量与 日入炉的其它燃料耗用量( 吨) q q 。q 。一分别为燃煤、燃油和其它燃料当日收到基低位 发热量( 千焦千克) b m = b r i + b m o b m c 2 4( 吨) b , j - - 一日入炉煤计量装置的燃煤耗用量( 吨) b r a e 0 一日0 点煤仓存煤量( 吨) b 。“一日2 4 点煤仓存煤量( 吨) 2 、日供电煤耗 b r g = b ，以* 1 0 6 ( e 千瓦时) 式中：n r g 一一日供电量，即日发电量减去同厂用电量( 千瓦时) 从上面公式可知，影响正平衡发供电煤耗计算的因素主要为入炉煤计量 煤量、燃煤的低位发热量和厂用电量。而入炉煤计量煤量对正平衡发供电煤 耗计算起着决定性的作用。 浙江北仑发电厂自9 1 年投产以来，供电煤耗逐步由3 5 0 克千瓦时降低 到目前的3 2 0 克千瓦时，达到国内先进水平，但与国际先进水平尚有一定差 距。北仑发电厂装机容量为3 0 0 0 m w ，年发电量达到1 8 0 亿千瓦时。每降低1 克，千瓦时煤耗，意味着能节约标准煤量： b j y = 1 8 0 4 1 0 8 + 1 = 1 8 + 1 0 1 0 9 = 1 8 1 0 4( 吨) 浙江大学顾十学位论文火电厂正平衡煤量自动计量管理系统的研究和开发 即1 8 万吨标准煤量。若原煤低位发热量按2 2 0 0 0 千焦千克计算，可节约原 煤煤量为： b 。= 1 8 1 0 4 2 9 2 7 1 2 2 0 0 0 = 2 3 9 4 9( 吨) 即可节约原煤2 3 9 4 9 吨，若原煤价格按3 0 0 ，i 邝电计算，。年可节约发电成本 7 1 8 万元。而北仑发电厂的电子皮带秤使用精度为0 5 ，影响煤耗约2 克 千瓦时，根据上面的分析计算，每年影响发电成本上千万元，对经济性影响 非常巨大。 从目前我国火电厂的煤耗水平看，降低1 克乃至几克煤耗并不是一件可 望不可即的事，对中、小型火电厂估计可通过各种途径降低煤耗1 0 克以上， 对大容量机组和大型发电厂，可降低几克煤耗。象北仑发电厂，主要设备、 技术从国外引进，完全有条件再降低3 5 克煤耗，与国际先进水平看齐。根 据上面的分析计算，这样每年可节省几千万元的发电成本，其经济效率不可 估量。而实现发供电煤耗的降低，首先要有比较准确的正平衡煤耗计算，根 据上述分析，就要求有比较准确的正平衡入炉煤煤量计量。 另外，实现火电厂正平衡入炉煤自动计量管理，有利于运行人员合理调 节机组的运行参数，指导设备的安全、经济运行，提高机组效率，提高机组 的自动化水平，降低人员劳动强度，提高劳动生产率。 综上所述，火电厂正平衡入炉煤计量对降低发电成本、提高经济效率和 经济效益、提高企业的市场竞争力具有特别重要的意义。 1 2电子皮带秤误差分析1 4 1 5 6 1 5 2 7 l s 3 7 1 5 5 上节我们阐述了火电j 一f 平衡入炉煤计量的重要意义，而入炉煤计量离 不开电子皮带秤。在火电厂的输煤系统中一般在进仓皮带输送机上装有电子 皮带秤，以达到入炉煤计量的目的。下面我们着重讨论一下电子皮带秤的基 浙江大学硕j j 学位论文火电厂正1 衡煤量自动计量管理系统的研究和开发 本原理和其误差分析。 1 2 1概述 电子皮带秤是在皮带输送机上，利用重力对物料的作用，自动连续地累 计称量散状物料的计量器具。根据我国电子皮带秤检定规程4 ，1 条款规定， 皮带秤的准确度等级分为四等，即i 、i i 、i l i 、i v 。各级皮带秤累计称量散状 物料的最大允许误差如表1 1 所示。 准确度等级最大允许误差( ) 检定使用中 i 0 1 2 5o 2 5 0 2 50 5 i i i o 51 0 i v 1 02 o 表1 1 各级皮带秤累计称量散状物料的最大允许误差 i i 级皮带秤代表了目前普遍使用的皮带秤的先进水平。北仑发电厂一期 输煤系统入炉煤皮带秤由美国t h a y e r 公式生产，型号为4 r t 一6 a r 1 2 0 0 ， 最大允许误差0 ，2 5 ，为i i 级秤。 电子皮带秤有以下特点： l 、 皮带秤的计量对象是连续流动的物料，它既可显示物料的瞬时输送 量，亦可累计物料在某一段时间内的输送总量。 2 、 皮带秤是在皮带运行的动态状况下进行计量的，故没有静态秤那种 每次称量时的稳定过程。 3 、 由于皮带速度大多在2 3 8 5 m s 左右，故皮带秤必须具有较高的响 应速度。 4 、 为适应现代工业生产的要求，皮带秤必须具有多种功能，如显示瞬 浙江大学硕上学位论文火电厂币平衡煤量自动计量管理系统的研究和开发 时输送量、累计总量，扣除皮带自重，远方显示，记录打印，及自 动调零、自动跨度调整等。 1 2 2 皮带秤的基本结构和工作原理 电子皮带秤主要由多托辊秤架、称重传感器、测速传感器和二次仪表四 部分组成，如图1 1 所示。 散状物料 图1 一i 皮带秤的基本结构 物料的重力通过皮带和称重框架传给称重传感器，由之进行力一电转换。 接触式或非接触式测速传感器把皮带速度变为频率信号。两种信号经乘法器、 放大器、积分器等处理后得到物料累计量和瞬时流量。 物料累计量的计算公式为： w = ，o r q ( t ) d t = f0 1q ( t ) + v ( t ) d t 式中：w ：t 时间间隔内的物料累计量， t ：物料通过皮带秤的时间， q ( t ) ：瞬时输送流量， q ( t ) ：皮带秤单位长度上物料负荷， v ( t ) ：用皮带的速度代替物料的速度。 测力传感器常采用电阻应变式传感器，测速传感器则以磁阻式测速和光 电测速方法比较常见。 浙江人学硕士学位论文火电厂正平衡煤量自动计量管理系统的研究和开发 1 2 3 皮带秤的误差分析 根据皮带秤的工作原理和基本结构，对皮带秤的误差进行分项分析。皮 带秤的称重误差由以下5 项合成： 1 、称重力误差c i ； 2 、皮带速度误差c 2 ； 3 、信号处理误差c 3 ； 4 、校准误差c 4 ： 5 、环境影响误差c 5 。 造成上述5 项误差的原因极为复杂。然而，归根结底，最主要的影响是 所谓的“皮带效应”。皮带效应涉及诸如托辊的非准直度、皮带张力及其变化、 皮带运行阻力、皮带刚性、皮带自重及其变化、皮带输送机的结构性能、皮 带速度等等方面。它是皮带秤这。一计量器具的工作原理所决定的，是不可避 免的，我们只能尽力去减小它的有害的影响。 图1 2 是皮带秤的误差分析树。由于“皮带效应”这一分支很复杂，我 们单独用图1 3 进行说明。实际上，皮带效应对各项误差分量都有影响，不 过对称重力误差的影响最为突出，所以图1 2 中只对c 1 计入了“皮带效应”。 振 显示导入方式 图1 2皮带秤的误差分析树 浙江大学硕十学位论文火电厂正平衡煤量自动计量管理系统的研究和开发 大块 物料冲击 魁堡堕垄 运行阻力 皮带跑偏 皮带物料挤压 振弯r 一 1 压入阻力 挤压阻甙一 阻力 振动 皮带刚度托辊 装辞铲跳动 装秤装置机架挠曲 燮悼匀攀曲 、横向张力垂直方向位移 纵向张力及其变化 皮带效应 图l 一3皮带效应的误差分析树 称重力误差分量c 1 是皮带秤诸误差分量中最重要，影响因素最多也最难 分析的一个。其影响因素主要为“皮带效应”，包括皮带抗弯刚度、运行皮带 托辊的转动阻力、皮带横移阻力、挤压阻力、冲击力、离心力、水平力等等。 皮带速度误差分量c 2 影响因素主要为皮带张力变化和皮带的非准直度， 包括测力与测速地点不一致引起的误差，测轮与皮带不垂直引起的误差，测 轮偏心度引起的误差，皮带弯曲状况等等。 信号处理误差分量c 3 包括信号处理过程中相乘、放大、积分、a d 转换、 数字显示等环节产生的误差。 校准误差分量c 4 决定于皮带秤的校准方法，电子皮带秤检定规程1 1 条指出，实物检测是目前检测皮带秤的最准确的方法。但即使是实物校准， 由于我们不可能在任意多的量程点上进行校准试验，通常只在4 0 和8 0 两 点进行，所以该误差分量仍不可避免。 环境误差分量c 5 影响因素主要有温度、湿度、风、振动、电磁干扰等等。 通过以上对皮带秤计量误差的分析，我们知道了各个误差分量在总误差 中所占的比重和各种主要影响因素，我们可以分别采取办法尽量减小皮带秤 浙；_ _ i = 大学硕士学位论文火电厂正甲衡煤量自动计量管理系统的研究和开发 的计量误差。当我们对皮带秤进行检定时，还要引入由于检定器具、检定人 员、检定环境和检定方法造成的误差。 1 3火电厂正平衡煤量计量存在的问题和解决对策 随着科学技术特别是计算机技术、传感器技术、通讯技术、信息技术的 飞速发展，电子皮带秤在计量准确度、计量功能、参与自动控制、远方显示 记录、数据自动处理等方面得到了显著提高。而火力发电厂的自身发展也越 来越需要运用电子皮带秤进行正平衡的煤量计量。电子皮带秤在火电厂扮演 着一个越来越重要的角色。但是，由于种种原因，电子皮带秤在我国火力发 电厂的运用没有达到令人满意的效果，在许多方面存在着各种问题尚需进 步改进。下面简单谈一下我国火电厂正平衡煤量计量存在的问题和解决对策。 1 3 1 存在的问题 1 、对皮带秤的认识问题：长期以来，我国对皮带秤计量技术缺乏理论 研究，实际经验也很少。随着对外开放的深入，我国的电子技术和 微电脑技术不断引进、消化和发展。皮带秤技术也是如此。1 9 8 5 年 我国成为国际法制计量组织( o i m l ) 正式成员国，1 9 9 0 年我国分 布电子皮带秤检定规程，1 9 9 6 年原中国电力工业部分布电子 皮带秤在线实物检测装置规程。一系列标准、规程的颁布，加速了 我国计量工作的发展，也逐步更新了人们的思想观念。作为火力火 电厂，也在这一过程中提高了对皮带秤的认识。但毕竟时间比较短， 目前仍存在着对电子皮带秤计量工作认识上的差距。 2 、与市场经济的差距：火力发电厂长期实行计划经济下的管理方式， 发电指标、煤耗指标等技术经济任务由各省电力公司下达。电厂的 主要目标就是要完成发电任务和各项检修计划，对电厂自身的经营、 成本、效益考虑不多，企业领导精力都放在生产上。随着电力市场 浙江大学硕上学位论文火电厂正平衡煤量自动计量管理系统的研究和开发 的逐步形成，“厂网分开、竞价上网”，对每个火电厂都带来了新的 冲击。睢有降低发电成本，提高劳动效率，确保机组最佳经济运行， 才能提高市场竞争力，在市场竞争中立于不败之地。这就要求各级 领导重视燃煤计量工作，提高正平衡煤量计量的准确性。 3 、管理上的差距；虽然我国制定了一系列计量规程、标准，各级电力 公司也制定了一些关于火电厂燃煤正平衡计量工作的规定，但这还 远远不够，各火电厂应根据本厂实际，因地制宜，制定出实施细则， 并在组织上、人员上、技术上等各方面给予保证。 4 、应用环境上的差距：由于我国火电厂分布广，容量等级多，输煤系 统大多自行设计、制造、安装，自动化程度低，现场环境较差，这 都给正平衡燃煤自动计量工作带来了不少困难。 5 、皮带秤技术上的差距：目前我国火电厂应用的电子皮带秤大部分是 国产的，性能稳定性比较差，往往刚调试结束时应用效果不错，但 时间一长就会暴露出这样那样问题，使电子皮带秤不能正常投用， 或计量精度不能令人满意，这反过来也影响了人们对电子皮带秤的 信任度。 6 、运行维护上的差距：由于种种原因，在输煤系统中把电子皮带秤作 为一个辅助设备对待，在运行维护上往往重视皮带机、卸船机、堆 取料机、碎煤机等。其实电子皮带秤在火电厂的地位绝不能亚于上 述设备。运行维护上的问题是目前影响电子皮带秤正常运行的一个 藿要因素。 7 、实物校验问题：我们已分祈电子皮带秤有各种各样的误差源，用来 检定电子皮带秤方法不少，但最有效、最准确的方法只有通过实物 进行校验。然而，由于现场的各种条件限制，目前我国火电厂仍有 许多电子皮带秤未安装实物校验装置。有些火电一虽然安装了实物 校验装置，但由于设计、安装、调试、运行、维护和管理上的一系 浙江大学硕士学位论文火电j 正平衡煤量自动计量管理系统的研究和开发 列问题，使实物校验未能真正发挥作用。 8 、分炉计量问题：由于大多数火电。几台机组公用一套输煤系统，相 应的电子皮带秤对这些机组的燃煤同时进行计最，这就很难区分每 一台机组的燃煤消耗，于是就有“个分炉计量的问题，也即通过一 定系统、装置和软件将各台机组的燃煤分开计量，对有原煤仓的锅 炉，甚至对每一个煤仓的进煤量分开计量。分炉计量对锅炉的燃烧 调整，优化机组运行工况，确保机组安全经济运行也有显著的意义。 1 3 2解决对策 根据上述的分析，火电厂在正平衡煤量计量上存在若干问题，有些问题 可通过提高认识、加强领导、强化管理等方法得以解决。后两个问题我认为 目前在技术上可以得以解决，本文就试图从电子皮带秤的实物校验装贾和分 炉计量系统两方面进行研究，找出切实可行的方案，以提高我国火电厂正平 衡燃煤汁量管理的水平。 1 4本文所做的工作 本文在分析电子皮带秤计量误差的基础上，对火电厂正平衡煤量自动计 量管理系统进行了研究和开发，提出了自动计量管理系统的整体方案，并针 对正平衡煤量计量中皮带秤实物校验和入炉煤分炉计量两个关键性问题，提 出了解决办法，并以浙江北仑发电厂为例，给出了具体实施方案。 本文所做的主要工作有： 1 、阐述了火电厂正平衡煤量计量的重要意义，在分析电子皮带秤误差 的基础上，指出了当前火电厂正平衡煤量计量工作存在的问题； 2 、给出了正平衡煤量自动计量管理系统的整体方案； 3 、系统地介绍了皮带秤实物校验装置的总体方案、机械机构的设计和 浙江大学颂1 一学位论文火电厂正平衡煤量白动计量管理系统的研究和开发 计算、电气系统设计、控制系统硬件设计和可编程控制器软件编写； 4 、详细地研究了入炉煤分炉计量系统的工作原理、总体方案、关键技 术、d e l p h i 编程。 浙江人学硕十学位论文火电厂正平衡煤量自动计量管理系统的研究和开投 第二章火电厂正平衡煤量自动计量管理系统的整体方案 2 1北仑发电厂一期输煤系统概况呻 北仑发电厂一期输煤系统是为北仑发电厂一期工程2 6 0 0 m w 燃煤发电 机组配套设计的。锅炉的燃煤量为每小时5 6 7 吨。输煤系统的年输送能力为 4 0 0 万吨。一期输煤系统主要包括码头上二台额定出力为1 5 0 0 t h 的钢丝绳牵 引式卸船机；煤场上三台额定堆、取能力为3 6 0 0 、1 8 0 0 t h 的斗轮式堆取料 机；十七条皮带机，全长6 ，3 8 k m ，其输送能力为：卸船线3 6 0 0 t h ，进仓线 单线9 0 0 t h 、双线1 8 0 0 t h ；以及碎煤机、磁铁分离器、金属探测器、自动 取样系统、除尘系统、喷水抑尘系统、污水系统、消防系统、暖通空调系统、 工业电视系统、电子皮带秤等辅助设备。整个输煤系统采用3 1 5 k v 、4 0 0 v 供 电，在煤场和码头各有一个配电所。控制系统均采用可编程控制器，以实现 自动控制。它有三套相对独立的系统，即美国a l l e n - - b r a d l e y 公司制造 的p l c 3 系统( 用于输煤中央控制系统) ，同本y a s k a w a 公司的c p 一3 1 5 ( 用 于卸船机) ，日本o m r o n 公司c - - 2 0 0 0 h ( 用于堆取料机) 。各套p l c 系统 通过r e m o t ei o 柜进行信息采集、通讯，实现设备的联锁、保护、和自动 运行。在中央输煤控制室有两套上位机系统，用于整个输煤系统的管理和控 制。整个输煤系统由日本三菱重工业株式会社( m i t s u b i s h i ) 设计、制造、 供货。 一期输煤系统在卸船线c 一2 皮带机装有型号为6 r f 一8 a r 一1 8 0 0 电子 皮带秤，设计精度为1 8 0 0 f s ，作为到厂原煤的计量装置；在进仓线c 1 0 a b 皮带机上装有型号为4 r f - - 6 a r - - 1 2 0 0 电子皮带秤，设计精度1 4 0 0 f s ，作 为入炉煤的计量装置；上述皮带秤的瞬时流量和累积总量在煤控室的c r t 上 浙江大学硕j ，学位论文火电厂正甲衡煤量自动计量管理系统的研究和开发 有显示。电子皮带秤由美国t h a y e r 公司制造，主要由脉冲测速器，负荷感应 片l c 一1 3 7 和数字负荷、速度变送器d l s t 和可编程累积器p i 一1 6 4 组成， 具有显示总重量、瞬时流量、报警信息、操作提示、自诊断功能，还有自校 验功能进行零位校验和量程校验。由于在一期输煤系统规划设计时，我国对 电子皮带秤未规定要求安装实物校验装置，所以电子皮带秤没有实物校验装 置，而且由于c 一1 0 a b 同时向n o 1 、n o 2 机组供煤，无法区分每台机组的 进煤量。 2 2 正平衡煤量自动计量管理系统的基本组成吲 正如我们已经知道，要实现火电厂正平衡煤量计量自动管理，涉及到许 多方面。为了经济、可靠、实用的目的，我们的系统尽量基于原来输煤系统 的设备和现场条件以及电厂已经形成的一整套管理方法和流程。 系统包括以下功能： 1 、入炉煤的分炉计量； 2 、入炉煤电子皮带秤的自动实物校验； 3 、 到厂煤水尺验收及到j 一煤电子皮带秤计量数据汇总： 4 、煤场自动盘煤： 5 、 自动取样系统煤数据分析； 6 、正平衡煤耗自动计算； 7 、 火电厂经济运行分析； 8 、 各种统计报表的自动生成； 9 、 与电j m i s 系统联网，实现数据共享。 浙江大学硕i ：学位论文火电厂正甲衡煤量自动计量管理系统的研究和开发 煤船调度信息 水尺验收数据 到厂煤皮带秤 c 一2 数据 煤场 盘煤 入炉煤煤量 分炉计量结果 输煤系统 主控制系统 锅炉煤仓 煤位信息 到厂煤煤质 化验数据 火电厂正平衡 煤量自动计量 管理系统 正平衡煤耗 自动计算 各种统计报表 生成、打印 北仑发电厂 m 1 s 系统 入炉煤皮带秤 c i o a 数据 入炉煤皮带秤 c 一1 0 b 数据 入炉煤煤质 化验数据 入炉煤皮带秤 自动实物校验 电厂运行 经济性分析 图2 一l 正平衡煤量自动计量管理系统框图 正平衡煤量自动计量管理系统通过与到厂煤皮带秤的通讯和各种煤船调 度信息、水尺验收数据的输入，实现水尺验收与皮带秤数据的比较，指导到 ，煤数量验收；到一煤自动取样装置的煤样分析结果输入管理系统，指导到 厂煤的质量验收，两者一起合成后指导到厂煤的财务结算。通过与入炉煤皮 带秤的通讯，以及和输煤系统主控制系统的信息交换，实现入炉煤分炉计量， 并与入炉煤自动取样系统的煤样化验分析数据一起，完成正平衡煤耗的自动 计算。本系统通过与皮带秤实物校验装置子系统的通讯，利用输煤系统主控 制系统的有关信息，实现对入炉煤皮带秤的自动实物校验。通过到厂煤和入 炉煤计量的各种运算，实现对煤场的自动盘点工作，并与人工盘煤进行比较。 通过各种数据的统计分析实现电厂运行的经济性分析，并生成各种报表打印 输出。管理系统与北仑发电厂的m i s 系统联网，实现各种数据的共享，特别 浙江人学硕 学位论文 火电厂正平衡煤量自动汁量管理系统的研究和开发 是为机组运行操作人员、生产管理人员、财务管理人员、经营计划管理人员、 燃料管理人员等提供大量的实时信息，并供电厂高层决策人员参考查询。 分析正平衡煤量自动计量管理系统的每项功能和各子模块，可以发现， 皮带秤实物校验子系统和入炉煤分炉计量子系统是整个管理系统的关键部 分。本论文的任务就是完成这两个关键子系统的研究、开发。 浙江大学硕上学位论文火电厂正平衡煤量自动计量管理系统的研究和开发 第三章皮带秤实物校验装置子系统 3 1实物校验装置的主要结构及工作原理1 4 f i s 6 1 i ” b s i t 9 j 电子皮带秤的实物检测是在现场实际运行状态下，用日常输送计量的物 料，对称重装置进行的一种综合检测，这是目前检测皮带秤最准确的方法。 检测方法可以分为二种，一种是在线实物检测，即物料通过料斗秤计量后再 经过皮带秤进行动态计量，或者先进行皮带秤动态计量，再通过料斗秤，把 料斗秤的示值作为标准值与皮带秤的累计示值进行比较。另种检测方法是 离线实物检测，用汽车衡等手段，把通过皮带秤的物料取出进行静态称重， 再通过皮带秤。由于电子皮带秤属于连续动态计量设备，影响其精度的因素 很多，故需要经常性地进行校验，才能保证电子皮带秤的称量精度。而在线 实物校验是目前所知的最基本、最可靠、最权威的方法，为国内外计量部门 所一致公认。 3 1 1实物校验装置工作原理 皮带秤实物校验装置由称量斗、电阻应变式称重传感器、控制系统、显 示仪表、电动闸门、标准砝码及其控制执行机构和给料、卸料器等组成。其 测量原理框图如图3 1 。 图3 1 实物校验装置的力值测量原理 浙江大学硕士学位论文火电厂正平衡煤量自动汁量管理系统的研究和开发 从图可见，系统来煤经进煤设备进入料斗，将重物值传递给称重传感器 产生与重量值成正比的电信号输出至显示仪表，经显示仪表处理后以数字显 示出重量值，最后料斗内的煤经出煤设备送回系统中对电子皮带秤进行校验。 为了保证使用中料斗秤精度，根据量值传递方法，配有相应的标准砝码，便 于随时校验料斗秤精度。 3 1 2测力传感器的工作原理 测力传感器应用的场所很多，不同场所和不同的计量对象对测力传感器 的载荷形式、载荷能力和精确度等要求不一。因此，测力传感器的种类和型 式也多种多样。实物校验装置常采用电阻应变式测力传感器，其与其它传感 器相比，具有以下特点： l 、 工作可靠，可以连续和长期使用，且其稳定性能较好； 2 、具有互换性； 3 、 易于与各种二次仪表配合； 4 、 结构简单、体积小、量程选择范围大； 5 、 输出信号的直线性和重复性较好，且滞后较小； 6 、 使用寿命长，只要传感器的容量选择恰当，一般不易损坏； 7 、安装方便，维护简单； 电阻应变式传感器作为力与电量的变换元件，是基于电阻应变片在受拉 力或受压力而发生弹性变形时，其电阻值会相应改变。在实际应用中，常将 两片或几片应变电阻片串接在电路，或组成测量电桥。如果接成全桥联接方 式，则 u y = ( & r r o ) + u o 其| f 1 ：u 。为全桥输出电压； a r 为电阻随被测物理量变化而产生的电阻增量； u o 为电桥输入电压； 浙江大学硕士学位论文火屯厂正甲衡煤量自动计量管理系统的研究和开发 r o 为电桥每臂的初始电阻值。 测力传感器的特性参数有额定载荷、非线性度、滞后误差、不重复性、 输出灵敏度、零点漂移、超载能力、使用温度范围、绝缘电阻等。 3 1 3实物校验装置的主要结构 l 、框架：框架用以支承料斗、力值传递及测量装置、料斗闸门、提升 结构等。其刚度对测量精度影响较大，故在设计时应考虑在获得最 大受力情况下，具有最小的应变量。安装框架用的基础必须坚实、 牢固。 2 、称重传感器：用于力值测量，一般采用四只压式称重传感器支承在 料斗的四只角上，四只传感器的输出采用并联方式，以提高测量精 度，增强抗干扰能力。 3 、料斗及料斗门：料斗用以存放标定所需的物料，为防止卸料时料斗 四角积斜，四个棱角镶有衬板。料斗上装有振动器，防止料斗内积 煤。料门设计要保证卸料均匀，料门开启采用电动控制。 4 、标准砝码：为保证使用中的电子料斗秤的自身精度，配有一套标准 砝码。标准砝码一般采用一吨整体式或二吨整体式。标准砝码的加、 卸载由电动垂直提升机构来完成。通过这一套精度保证系统能方便 地对电子料斗秤精度进行自检。 5 、卸料皮带机：用于将料斗中的标定物料输送的下方系统，从而通过 皮带秤对皮带秤进行校验。 6 、控制动力柜：实物校验装置自成系统，它有一套自身的动力系统和 控制系统，包括程控器、接触器、中间继电器、开关、二次仪表、 各种控制按钮、指示灯泡等。实物校验装置的控制有各种方式，包 括现场就地控制、远方自动控制等。 浙江人学硕j 学位论文火电厂正平衡煤量自动汁量管理系统的研究和开发 3 2实物校验装置的总体设计方案确定 上节我们描述了实物校验装置的工作原理和主要结构。现在我们来讨论 北仑发电厂一期输煤系统入炉煤电子皮带秤的实物校验装置。t f 如前面我们 已经说过的，在。一一期输煤系统规划设计没有考虑电子皮带秤的实物校验装置， 所以我们的设计也只能依据现场的实际情况和安装条件。参考北仑发电厂一 期输煤系统的流程图，我们可以发现在t 8 转运站的设备布置情况如图3 2 。 上 图3 2 北仑电厂一期输煤系统t 8 转运站布置图 从图3 - - 2 可知，t 8 转运站钢结构主要分为四层，最高层布置有上游皮 带机c - - 9 a 的驱动装置，在c - - 9 a 头部的上方有一+ 台磁铁分离器，用于把煤 中的磁性金属分离出来。接下来一层是给料皮带机层，其上方有一个有效容 积约3 0 立方米的料斗，给料皮带机为双向可逆皮带机，其由一台变频器控制， 浙江大学硕士学位论文火电厂正甲衡煤量自动计量管理系统的研究和开发 运行速度可控制。给料皮带机若正向运转，物料通过落煤管进入碎煤机，经 碎煤机破碎后送到下游皮带机c 一1 0 a 上：给料皮带机若反向运转，物料不经 碎煤机直接送到下游皮带机c 一1 0 a 。在c 一1 0 a 皮带机尾部上方布置有一台 磁铁分离器，然后经过三十米左右，有一台电子皮带秤。t 8 转运站采用钢结 构。其中碎煤机层平台考虑到碎煤机载荷较大、运行时对基础要求高，采用 钢筋混凝土结构。料斗用来对物料进行缓冲，改善碎煤机的工作情况，它由 四个支承点支撑。 3 2 。1实物校验装置的布置 当电子料斗秤作为电子皮带秤的实物校验装置时，在布置设计中，应尽 量靠近电子皮带秤，中间过渡环节要尽可能少，以减少物料在转运过程中因 飞扬、积存、泄漏等因素而造成人为的标定误差。常用的实物校验装置布置 形式有以下几种： l 、先校后标定，如图3 3 2 、先标定后校，如图3 4 3 、加装移动式小皮带，如图3 5 4 、加装犁式卸料器，如图3 6 皮带机 电子料斗秤 图3 3 先校后标定 一2 6 浙江大学硕十学位论文火电厂i f 甲衡煤量自动计量管理系统的研究和开发 电子皮带秤 电子皮带秤 电子料斗秤 图3 4 先标定后校验 移动式小皮带 电子料斗秤 图3 5 加装移动式小皮带的系统布置图 2 7 浙江人学硕一l 学位论文火电厂i f 甲衡煤量自动计量管理系统的研究和开发 电子皮带秤 图3 6 加装犁式卸料器的系统布置图 从t 8 转运站及皮带秤的布置图来看，方式二先标定后校验和方式三加装 移动小车不可行，方式四加装犁式卸料器由于在c 一9 a 和t 8 无位置布置也 不可行。唯有方式一可以考虑。由于t 8 转运站内设备布置已经定型，不可能 作大的改动，也即不可能再另# l - 力u 装标定料斗秤，所以只能在原有基础上进 行改造。经现场测定，下列布置方式可以采用，见图3 7 。 上 网3 7 实物校验装置改造布置图 网凼卜一 浙江大学硕士学位论文火电厂正平衡煤量自动计量管理系统的研究和开发 从上图我们可以看出，要进行实物校验装置的改造性设计，最佳的办法 是利用原来的缓冲煤斗，将其改为称重料斗，然后将原料斗的四个支撑点改 用测力传感器支撑，在料斗的下部增加个闸板门，其控制采用电动，在碎 煤机层混凝土基础上放置标定实物校验装置的标准砝码，标准砝码采用电动 提升机构进行标定操作。为防i 上料斗内积煤，在料斗外壁安装一个振动器。 料斗的标定煤通过给料皮带机的反转送入下游c 一1 0 a 皮带机。为提高标定精 度，按照电子皮带秤在线实物检测装置规程规定，皮带秤与称量斗之问 不应有碎煤机、磁铁分离器和自动采样装置，所以给料皮带机必须反转不经 碎煤机，标定皮带秤时c 一1 0 a 的磁铁分离器也应停止运行。由于原缓冲煤斗 的容积约为3 0 立方米，故决定改造的实物校验装置的设计出力为2 4 吨。 3 2 2实物校验装置的砝码布置及砝码提升机构 按照惯例，2 4 吨实物校验装置的标定用标准砝码应为2 4 吨，如果按每个 砝码2 吨计，需1 2 个砝码，但从现场条件，很难布置砝码和提升机构，而且 碎煤机层的设计未考虑砝码的载荷。因此根据碎煤机层载荷数据及现场情况， 选用6 x 2 - - - - 1 2 吨砝码，对实物校验装置标定时采用1 2 吨砝码标定精度，用 1 2 吨砝码加1 2 吨煤作为模拟砝码进行超载试验等。 砝码布置图如下： 图3 8 标准砝码布置图 砝码垂直提升机构均匀布置在料斗四周，每只垂直提升机构对应一个标 准砝码，提升机构的控制由可编程控制器和各种接触器完成。提升机构装有 浙江大学硕b 学位论文火屯厂正平衡煤量自动计量管理系统的研究和开发 两个限位开关，分别代表于砝码的提升完成和下降完成。 3 2 3料斗、传感器、振动器 由缓冲料斗改造而成的称重料斗由四个传感器支撑，整个斗体除了一些 电缆软连接外处于悬空状态，使整个料斗和其中物料的重力完全作用于传感 器。为了保证测量精度，四个传感器的安装要水平。在料斗