在线计算中速磨煤机内原煤水分的方法
阅读说明：本技术 在线计算中速磨煤机内原煤水分的方法 (method for calculating raw coal moisture in medium-speed coal mill on line ) 是由 颜祝明 沈跃良 蒋健 袁宏伟 左正涛 胡文平 李怀强 吴健 林艺展 戴锡辉 熊辉 于 2019-11-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种在线计算中速磨煤机内原煤水分的方法,其包括计算煤粉水分；计算密封风流量；计算石子煤量；计算中速磨煤机的保温系数；计算一次热风放出的热量；计算原煤和密封风吸收的热量；计算石子煤带走的热量；将各数据代入热平衡方程；设置对比试验,对原煤水分进行校验；更换煤种,重复所述对比试验,直至得到稳定的参数值。上述在线计算中速磨煤机内原煤水分的方法,对中速磨煤机的研磨产物取样化验,通过热平衡方程计算原煤水分,设置多组对比试验校验,减小了原煤水分的计算误差,有利于对煤种作出准确判断,以合理控制磨煤机的出口温度,并将锅炉运行参数调整至最佳值,从而提高原煤的热能转化率。(the invention discloses a method for calculating raw coal moisture in a medium-speed coal mill on line, which comprises the steps of calculating coal dust moisture; calculating the sealing air flow; calculating the pebble coal quantity; calculating the heat preservation coefficient of the medium-speed coal mill; calculating the heat quantity discharged by the primary hot air; calculating the heat absorbed by the raw coal and the sealing air; calculating the heat quantity taken away by the pebble coal; substituting each data into a heat balance equation; setting a contrast test, and checking the moisture of the raw coal; and replacing the coal type, and repeating the comparison test until a stable parameter value is obtained. According to the method for calculating the raw coal moisture in the medium-speed coal mill on line, the ground product of the medium-speed coal mill is sampled and tested, the raw coal moisture is calculated through a thermal equilibrium equation, a plurality of groups of comparison test checks are set, the calculation error of the raw coal moisture is reduced, accurate judgment on the coal type is facilitated, the outlet temperature of the coal mill is reasonably controlled, the boiler operation parameter is adjusted to the optimal value, and therefore the heat energy conversion rate of the raw coal is improved.)
技术领域
本发明涉及热工检测技术领域，特别是涉及一种在线计算中速磨煤机内原煤水分的方法。
背景技术
火力发电是通过原煤燃烧产生的热量对锅炉中的水进行加热，锅炉水升温蒸发为水蒸气以推动发电机，从而获得电能的一种发电方式。我国原煤储量丰富，生活和工业用电的也主要来源于火力发电，可以说，煤炭长期影响着人们的生活方式。原煤的煤质状况决定了原煤的燃烧率及热能转化率，因此，对原煤的煤质状况进行监测有利于提高原煤利用率，以降低用电成本。目前，主要通过检测入炉煤的水分、灰分或挥发分等技术指标来评估煤质状况，这样，可根据入炉煤的煤质状况对磨煤机的出口温度及锅炉的运行状况进行优化，以使得磨煤机的出口温度及锅炉的运行状况与煤质情况相适应。
然而，传统的磨煤机出口温度控制系统或锅炉运行优化控制系统需要在线测量或辨识实时入炉煤煤质数据，但由于测量或辨识方法的不完善，得到的入炉煤煤质数据有时会出现较大的偏差，甚至出现煤种判断错误，从而引起磨煤机出口温度控制不合理，导致锅炉运行参数偏离最佳值，进而降低锅炉效率。
发明内容
基于此，有必要针对在线测量或辨识实时入炉煤煤质数据方法不完善的技术问题，提供一种在线计算中速磨煤机内原煤水分的方法。
一种在线计算中速磨煤机内原煤水分的方法，通过热平衡计算原煤水分Mar，该在线计算中速磨煤机内原煤水分的方法包括以下步骤：
计算煤粉水分：Mmf＝f1(Vad)×f2(T2)×Mar，其中Mmf代表煤粉水分，f1(Vad)为以原煤挥发份Vad反映不同煤种的煤粉水分Mmf与原煤水分Mar关系的函数，f2(T2)为反映磨煤机出口温度T2与煤粉水分Mmf关系的函数。
计算密封风流量：其中G3代表密封风流量，k3代表密封风流量系数，△P代表密封风磨煤机压差。
计算石子煤量：G4＝k4×G0，其中G4代表石子煤量，k4代表石子煤比例，G0代表原煤质量流量。
计算中速磨煤机的保温系数：k＝f3(T1-T0)，其中，k代表中速磨煤机的保温系数，f3(T1-T0)为磨煤机入口风温T1与环境温度T0差值的函数。
计算一次热风放出的热量：Q1＝G1×(C1×T1-C2×T2)，其中Q1代表一次热风放出的热量，G1代表一次热风风量，C1代表T1温度下的空气比热，T1代表一次热风温度，C2代表T2温度下的空气比热，T2代表磨煤机出口温度。
计算原煤和密封风吸收的热量：
其中，Q2代表原煤和密封风吸收的热量，Cm为煤的干燥基比热，C3为密封风在环境温度T0下的比热。
计算石子煤带走的热量：Q3＝G4×(C4×T2-Cm×T0)，其中Q3代表石子煤带走的热量，C4代表石子煤的比热。
将上述数据代入热平衡方程：k×Q1＝Q2+Q3，即计算出原煤水分Mar。
设置对比试验，对原煤水分Mar进行校验：调整中速磨煤机的原煤质量流量G0，进行原煤水分在线计算，得到多个原煤水分值，将多个原煤水分值与原煤水分Mar进行比较，若相同，则参数选取正确，若部分或全部有较大偏差，则调整f1(Vad)、f2(T2)、f3(T1-T0)、G3及G4等参数的选取，使各原煤水分值与原煤水分Mar相符。
更换煤种，重复对比试验，直至得到稳定的参数值。
在其中一个实施例中，取若干份不同煤种的煤样在马弗炉中进行燃烧，分别测定煤样的挥发分Vad、煤粉水分Mmf及原煤水分Mar，并对煤粉水分Mmf与原煤水分Mar的比值同挥发分Vad的关系进行拟合，以得到函数f1(Vad)。
在其中一个实施例中，设置多个不同的磨煤机的出口温度T2，分别取不同温度下中速磨煤机磨制的煤样在马弗炉中进行燃烧，并分别测定煤样的煤粉水分Mmf，对煤粉水分Mmf与磨煤机的出口温度T2的关系进行拟合，以得到函数f2(T2)。
在其中一个实施例中，对比试验进行前，对函数f1(Vad)及函数f2(T2)的值进行校验：在煤种不变的条件下取样分析原煤水分Mar及挥发份Vad；改变磨煤机的出口温度T2并对煤粉取样检测煤粉的分析煤粉水分Mmf0；调整函数f1(Vad)和函数f2(T2)，使分析煤粉水分Mmf0与计算煤粉水分Mmf相符；多次调整磨煤机的出口温度T2，对函数f1(Vad)和函数f2(T2)进行校验直至f1(Vad)×f2(T2)的值保持稳定。
上述在线计算中速磨煤机内原煤水分的方法，对中速磨煤机的研磨产物取样化验，通过热平衡方程计算原煤水分Mar，并通过设置多组对比试验，对原煤水分Mar进行校验，以得到稳定的计算参数，实现原煤水分Mar的在线精确计算，减小了原煤水分Mar的计算误差，有利于对煤种作出准确判断，以合理控制磨煤机的出口温度，并将锅炉运行参数调整至最佳值，从而提高原煤的热能转化率。
附图说明
图1为一个实施例中在线计算中速磨煤机内原煤水分的方法的流程图；
图2为一个实施例中中速磨煤机的工作原理图；
图3为一个实施例中中速磨煤机的保温系数与中速磨煤机进出口温差的函数关系图；
图4为一个实施例中煤粉水分与原煤水分的比值同原煤挥发分的函数关系图；
图5为一个实施例中煤粉水分与原煤水分的比值同磨煤机出口温度的函数关系图；
图2中：M1表示原煤，M2表示密封风，R表示一次热风，H表示煤粉、气流及水分，S表示石子煤；
图3中：X轴表示磨煤机入口风温和环境温度的差值，Y轴表示中速磨煤机的保温系数的大小；
图4中：X轴表示原煤挥发分，Y轴表示煤粉水分与原煤水分的比值；
图5中：X轴表示磨煤机出口温度，Y轴表示煤粉水分与原煤水分的比值。
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，下面结合附图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。
请参阅图1，本发明提供了一种在线计算中速磨煤机内原煤水分的方法10，通过热平衡计算原煤水分Mar，该在线计算中速磨煤机内原煤水分的方法10包括以下步骤：
步骤S101：计算煤粉水分：Mmf＝f1(Vad)×f2(T2)×Mar，其中Mmf代表煤粉水分，f1(Vad)为以原煤挥发份Vad反映不同煤种的煤粉水分Mmf与原煤水分Mar关系的函数，f2(T2)为反映磨煤机出口温度T2与煤粉水分Mmf关系的函数。
步骤S102：计算密封风流量：其中G3代表密封风流量，k3代表密封风流量系数，△P代表密封风磨煤机压差。
步骤S103：计算石子煤量：G4＝k4×G0，其中G4代表石子煤量，k4代表石子煤比例，G0代表原煤质量流量。
步骤S104：计算中速磨煤机的保温系数：k＝f3(T1-T0)，其中，k代表中速磨煤机的保温系数，f3(T1-T0)为磨煤机入口风温T1与环境温度T0差值的函数。
步骤S105：计算一次热风放出的热量：Q1＝G1×(C1×T1-C2×T2)，其中Q1代表一次热风放出的热量，G1代表一次热风风量，C1代表T1温度下的空气比热，T1代表一次热风温度，C2代表T2温度下的空气比热，T2代表磨煤机出口温度。
步骤S106：计算原煤和密封风吸收的热量：
其中，Q2代表原煤和密封风吸收的热量，Cm为煤的干燥基比热，C3为密封风在环境温度T0下的比热。
步骤S107：计算石子煤带走的热量：Q3＝G4×(C4×T2-Cm×T0)，其中Q3代表石子煤带走的热量，C4代表石子煤的比热。
步骤S108：将上述数据代入热平衡方程：k×Q1＝Q2+Q3，即计算出原煤水分Mar。
步骤S109：设置对比试验，对原煤水分Mar进行校验：调整中速磨煤机的原煤质量流量G0，进行原煤水分在线计算，得到多个原煤水分值，将多个原煤水分值与原煤水分Mar进行比较，若相同，则参数选取正确，若部分或全部有较大偏差，则调整f1(Vad)、f2(T2)、f3(T1-T0)、G3及G4等参数的选取，使各原煤水分值与原煤水分Mar相符。
步骤S110：更换煤种，重复对比试验，直至得到稳定的参数值。
上述在线计算中速磨煤机内原煤水分的方法10，对中速磨煤机的研磨产物取样化验，通过热平衡方程计算原煤水分Mar，并通过设置多组对比试验，对原煤水分Mar进行校验，以得到稳定的计算参数，实现原煤水分Mar的在线精确计算，减小了原煤水分Mar的计算误差，有利于对煤种作出准确判断，以合理控制磨煤机的出口温度，并将锅炉运行参数调整至最佳值，从而提高原煤的热能转化率。
请参阅图2，原煤在中速磨煤机的研磨下，形成煤粉及燃值较低的石子煤，磨制的煤粉在中速磨煤机一次热风的作用下干燥，并在一次热风的裹挟下形成煤粉气流，以顺利进入锅炉的炉膛内，为锅炉的燃烧提供燃料，石子煤则经由中速磨煤机的底料口排出，以便于对石子煤进行综合利用。在该过程中，中速磨煤机内热力平衡，也就是说，一次热风向中速磨煤机传递的热量分别被原煤、密封风及石子煤吸收，由于中速磨煤机导热的原因，一次热风通入中速磨煤机后，存在部分热量散失，因此，需计算一次热风的传递效率。在实际生产中，可用中速磨煤机的保温系数来代替一次热风的传递系数，以计算中速磨煤机内各部分吸收的热量总和，这样，可列得中速磨煤机的热平衡方程如下：k×Q1＝Q2+Q3。
需要说明的是，中速磨煤机的保温系数k反映了中速磨煤机的散热损失，其主要与磨煤机入口风温与环境温度T0差值有关。请参阅图3，一实施例中，通过改变磨煤机入口风温，亦即，一次热风温度T1与环境温度T0的差值，对中速磨煤机的保温系数k进行计算，即得到不同进出口温差与中速磨煤机的保温系数k之间的关系曲线，进而得到二者之间的函数关系。
Q1为一次热风放出的热量，其可通过一次热风通入中速磨煤机前的热量总值与一次热风排出中速磨煤机后的热量总值差获得，也就是说，Q1＝G1×(C1×T1-C2×T2)。
需要说明的是，当一次热风由中速磨煤机排出时，磨煤机的出口温度T2与中速磨煤机出口处的一次热风的温度相同，也就是说，可用磨煤机的出口温度T2代替煤粉气流的温度对一次热风放出的热量Q1进行运算。上述G1、T1、T2为锅炉的运行数据，可由中速磨煤机的集散控制系统显示的数据获得，C1与C2均为比热，可以根据温度查表计算得到。
Q2为原煤和密封风吸收的热量总和，其包括煤的干燥基吸收的热量、煤粉中水分吸收的热量、原煤水分蒸发吸收的热量以及密封风吸收的热量，可列的方程式如下：
其中，G0、T0、T1及T2为中速磨煤机的锅炉数据，可通过中速磨煤机的集散控制系统显示的数据获得，Cm及C3均为比热，可以根据温度查表计算得到。
需要说明的是，煤粉水分Mmf与原煤水分Mar以及磨煤机出口温度T2相关。请一并参阅图4与图5，一实施例中，取若干份不同煤种的煤样在马弗炉中进行燃烧，分别测定煤样的挥发分Vad、煤粉水分Mmf及原煤水分Mar，并对煤粉水分Mmf与原煤水分Mar的比值同挥发分Vad的关系进行拟合，即得到煤粉水分Mmf与原煤水分Mar比值同原煤挥发分Vad的关系曲线。另一实施例中，设置多个不同的磨煤机的出口温度T2，分别取不同温度下中速磨煤机磨制的煤样在马弗炉中进行燃烧，并分别测定煤样的煤粉水分Mmf，对煤粉水分Mmf与磨煤机的出口温度T2的关系进行拟合，以及煤粉水分Mmf与原煤水分Mar比值同磨煤机出口温度T2的关系曲线。如此，可推导出煤粉水分Mmf与原煤水分Mar比值同原煤挥发分Vad及磨煤机出口温度T2之间的函数关系。需要说明的是，通过多组对比试验分析得到，f1(Vad)×f2(T2)的数据一般在0.2至0.7的范围内，也就是说，Mmf/Mar的值介于0.2至0.7之间，在实际操作中，可根据具体的原煤挥发分Vad值及磨煤机出口温度T2计算出Mmf/Mar的值，以利于进一步计算原煤水分Mar。
中速磨煤机密封风流量G3的大小与密封风磨煤机压差成正比，也就是说，其中，密封风流量系数k3可根据中速磨煤机的设计参数确定。
Q3为石子煤带走的热量，其可由未磨制前原煤中的干燥基所含热量与排出的石子煤所携带的热量差计算得到，也就是说，Q3＝G4×(C4×T2-Cm×T0)。其中，T0与T2为中速磨煤机的锅炉数据，可通过中速磨煤机的集散控制系统显示的数据获得，Cm及C4均为比热，可以根据温度查表计算得到。
中速磨煤机石子煤量G4的大小与磨煤机出力，亦即，原煤质量流量G0成正比，磨煤机出力越大，石子煤量越多，也就是说，G4＝k4×G0，k4为石子煤比例，其可根据的运行状况确定，在实际操作中，往往通过对原煤取样挑拣，以计算石子煤比例k4，于此不再赘述。
在实际生产作业中，由于误差的存在，测得的f1(Vad)、f2(T2)及f3(T1-T0)的函数式以及G3与G4往往并非为一确切数值，而是在一特定范围内波动，也就是说，f1(Vad)、f2(T2)、f3(T1-T0)、G3及G4分别为区间值，如此，求得的原煤水分Mar也在一定范围内波动，原煤水分Mar的准确性较差。因此，往往需要设置对比试验，对原煤水分Mar进行校验，减小各函数及数值的误差，以提高所求原煤水分Mar值的准确性。一实施例中，以步骤S101至步骤S108所求得的原煤水分Mar为基准，再设置对组对比试验，具体的，调整中速磨煤机的原煤质量流量G0，也就是说，调整中速磨煤机的处理量，以得到几个不同中速磨煤机处理能力下的原煤水分值Mar1、Mar2及Mar 3，分别对Mar1与Mar、Mar2与Mar及Mar3与Mar进行比较，若每组数据两两相符，则各参数选取正确，若不符，还需对f1(Vad)、f2(T2)、f3(T1-T0)、G3及G4的参数进行调整，以保证计算得到的Mar1、Mar2及Mar 3均分别与原煤水分Mar相符，具体的，将Mar1与Mar的差值、Mar2与Ma r的差值及Mar3与Mar的差值控制在0.1％至0.2％之间，从而使得计算得到的原煤水分值与原煤水分Mar相符，以减小原煤水分Mar的误差，提高准确度。对单一煤种的原煤水分Mar校验完毕后，还需对不同煤种的原煤水分Mar进行校验，以进一步提高原煤水分Mar计算的准确度，以实现原煤水分Mar的在线计算。具体的，选取与步骤S101至步骤S108采用煤种不同的煤样进行上述原煤水分Mar的校验，具体操作可参照前述步骤，于此不再赘述。
一实施例中，在对比试验进行前，对函数f1(Vad)及函数f2(T2)的值进行校验，通过预先对函数f1(Vad)及函数f2(T2)的值进行校验，将函数f1(Vad)及函数f2(T2)稳定下来，这样，仅需进一步对f3(T1-T0)、G3及G4三个参数进行校验，即可减小原煤水分Mar测量的误差，进而提高原煤水分Mar在线计算的准确度。具体的，对步骤S101至步骤S108所采用煤种进行取样化验，通过煤的燃烧试验来测量分析煤样的原煤水分Mar及挥发份Vad，随后改变中速磨煤机的出口温度T2并对煤粉取样检测煤粉的分析煤粉水分Mmf0；通过调整函数f1(Vad)和函数f2(T2)的各个参数，使分析煤粉水分Mmf0与计算煤粉水分Mmf相符，以提高原煤水分Mar数据的信度。再次，多次调整磨煤机的出口温度T2，得到不同磨煤机的出口温度T2下的Mmf1、Mmf2及Mmf3等煤粉水分值，对Mmf1对应的函数f1(Vad)和函数f2(T2)的值、Mmf2对应的函数f1(Vad)和函数f2(T2)的值及Mmf3对应的函数f1(Vad)和函数f2(T2)的值分别进行校验，直至各个f1(Vad)×f2(T2)的值之间的差值小于1％，也就是说，函数f1(Vad)和函数f2(T2)的均趋于稳定，以提高计算得到的原煤水分Mar的准确性。
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。