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0 引言

入廠驗收是火電企業(yè)管理工作中重要的一環(huán)，可以從源頭把控燃料安全。但很多企業(yè)燃料入廠驗收環(huán)節(jié)軟硬件落后，驗收手段已不能適應復雜環(huán)境的要求。在常用的燃煤進廠方式中，汽車運煤最易受到人為因素的干擾，尤其是在燃煤供應商較多的情況下，更易發(fā)生來煤以次充好的情況[1]。在這樣的條件下，傳統(tǒng)的入廠驗收工作無法快速甄別混雜的劣煤，在卸車環(huán)節(jié)中，使得優(yōu)質動力煤與劣煤甚至煤矸石混雜，無法實現不同種類的燃煤分類堆放、取用、定比例摻燒的工作[2]。

本文以北方地區(qū)某大型燃煤企業(yè)為例，利用煤質在線分析技術，在入廠驗收環(huán)節(jié)快速分辨不同煤種，實現入廠燃煤進行分類接卸、分區(qū)堆放、按比例取用的精準配煤技術。

根據本工程燃煤供應數據，每日最多進廠燃料煤種達5種，根據配煤摻燒的需要，必須考慮分類接卸，不允許在卸車過程中摻混。廠內設置15間車位的封閉式汽車卸煤溝，運煤汽車按分配位置卸煤至地下煤斗，再通過煤斗的活化給煤機將煤排至帶式輸送機系統(tǒng)。同時，本工程日最大進廠煤量為27 654 t，采用載重量30 t的汽車運煤，則日最大進廠車輛數為922輛。由于日最大進廠車輛數較多，廠內運煤車輛的秩序維護較為困難。因此，需同步建設智能化燃料管理系統(tǒng)進行車輛調度、管理數字化煤場、管控配煤摻燒。

1 煤質在線分析技術

傳統(tǒng)煤質化驗技術步驟嚴謹、結果精確，化驗所得煤質數據可用于商業(yè)結算和鍋爐效率校核。但常規(guī)的實驗室分析工序復雜，需耗費大量人工成本，且化驗耗時較長，導致煤質分析數據滯后，無法用于入廠驗收及入爐煤質量控制[3]。

由于現代工業(yè)生產過程的自動化與信息化需求，市場上涌現出許多煤質在線分析技術和配套儀器。煤質在線分析技術可實現水分、灰分的快速檢測，同時，通過構建分析模型和經驗公式，可實時計算發(fā)熱量和其他各組分的含量[4]，被廣泛地應用于礦產資源評價。

常用的煤質在線分析技術手段包括：天然γ放射性測量法、近紅外光譜分析法、激光誘導擊穿光譜分析法、X射線熒光法等四種。其中，天然γ放射性測量法基本原理為電離輻射測定，借助專門儀器測定煤炭中放射性物質引起的γ計數率，以此為依據進行各組分測算。但這種方法普適性不高，僅適用于放射性物質含量較高的煤種。近紅外光譜分析法，通過分析煤炭樣品的漫反射近紅外光譜，可以得到樣品中含氫基團的特征信息。由于水的近紅外吸收光譜有很強的特征性，所以通過這種方法測水較為穩(wěn)定且精度很高，但是水中O-H鍵強吸收特征對于物質中其他成分的光譜分析及含量測定則形成了很強的干擾，因此用于煤質分析還存在著較大的困難。激光誘導擊穿光譜分析法，采用超短脈沖激光轟擊樣品產生等離子體，測定等離子體發(fā)出的光譜進行分析，以確定煤炭樣品的各組分含量，但該方法為表面測量，需要被測樣品具有足夠的代表性，且制樣要求較高，因此使用不夠廣泛。

本工程采用X射線熒光法的技術對煤質進行在線分析。該技術基于莫塞萊定律，即元素原子發(fā)出的特征X射線能量與其原子序數的平方成正比，且特征X射線強度與其含量正相關。因此，通過脈沖輻射分析器測得的特征X射線能量和強度，就能實現對元素的定性、定量分析[5]。圖1為X射線熒光法煤質在線分析儀的原理圖。

圖1 X射線熒光煤質在線分析儀簡圖

如圖1所示，儀器采用X射線管作為激發(fā)源，產生X射線照射被測樣品，樣品中的元素受激發(fā)，放射出特征X射線（即熒光)。不同元素所釋放的特征X射線具有特定的能量和波長，通過分析儀測量特征X射線的能量和數量信息，即可測得樣品中對應元素及其含量。根據該方法制造的煤質在線分析儀已有工業(yè)化應用案例，具備了燃煤熱值、灰分和硫分的檢測功能，在國內也有了X射線熒光方法的專利和數家裝置供應商[6]。

為了驗證X射線熒光方法測定煤質參數的準確度，我們對本工程5種燃煤的煤樣分別進行了實驗室化驗和煤質在線分析，對比兩種方法測得的灰分、硫分、發(fā)熱量3項主要指標。檢測結果及對比分析見表1～表3。

表1 灰分測定值對比 %

表2 硫分測定值對比 %

表3 發(fā)熱量測定值對比 MJ/kg

由試驗結果可知，針對同一批次煤樣，煤質在線分析儀測得的發(fā)熱量與工業(yè)分析儀的結果吻合度較高，經過多次重復實驗后，檢測結果仍然處于置信區(qū)間內，性能較為穩(wěn)定，可以有效地甄別入廠煤的煤種及其品質。對于煤中灰分和硫分的檢測，個別樣品煤質分析儀測出的結果偏差較大，主要是由于這部分樣品含有大塊煤泥，煤質不均勻，使得煤中金屬氧化物和硫元素檢測不夠充分，進而影響最終定量值。

總的來說，采用煤質在線分析儀可快速測得商品煤中發(fā)熱量、灰分及硫分等主要參數，檢測結果采信度較高，可根據煤質在線分析儀的檢測結果實現入廠商品煤的區(qū)分與標定。針對混煤不均勻且存在大塊煤泥的情況，可進一步使用專門的化驗儀器對結果進行校核修正，以便更好地指導后續(xù)的配煤摻燒工作。

2 入廠驗收工藝流程

本工程同步建設燃料智能化管理系統(tǒng)，其中重要的一個模塊是智能車輛調度系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用高效的識別、判定裝置，實現對出、入廠的汽車的隊列管理及分流，保障采樣、稱重、卸車、回皮以及出場等環(huán)節(jié)的順利進行，防止入廠檢斤驗收流程秩序混亂。圖2為本工程入廠驗收模塊布置圖。

如圖2所示，系統(tǒng)于運煤車輛出入口處識別車輛信息。其中，燃料供應商負責辦理車輛注冊手續(xù)，建立運煤車輛車型數據庫，錄入車輛車廂的長、寬、高、底高、車號、拉筋位置等車輛信息，并建立礦點信息檔案。系統(tǒng)識別車輛后，獲取供應商及車型等重要信息，建立車輛入廠信息并提交供應商管理數據庫。同時，將獲取的車型信息及時處理，提交至智能采制樣環(huán)節(jié)，以便采樣機制定采樣點。

圖2 燃煤入廠驗收工藝流程圖

車輛經調度系統(tǒng)指引，到達隨機分配的采樣模塊位置時，模塊控制裝置匹配車輛與采樣機位，確定隨機采樣點。通過定位裝置及道閘控制車輛停放。停放到位后，提示司機熄火下車，對車輛進行隨機采樣，并記錄采樣時間、采樣點數。采樣頭回位后，系統(tǒng)發(fā)出語音提示和顯示屏文字指示，提示車輛離開采樣區(qū)前往重車衡位置，道閘開啟放行運煤車輛。

在上述采樣過程中，煤質在線分析儀從采樣機所取得的樣品中，吸入具有代表性的燃料樣品顆粒，對煤質進行快速分析。通常情況下，從煤質在線分析儀獲取樣品到測出煤質數據，耗時約2 min。煤質在線分析儀按設定參數對來煤完成甄別后，立即將數據反饋給車輛調度系統(tǒng)，便于系統(tǒng)為車輛分配其煤種對應的卸車位，以免燃煤在接卸過程中發(fā)生摻混。

由于煤質在線分析需耗時2 min，因此，將重車衡布置于采樣機之后，充分利用等待時間對運煤車輛進行稱量，使入廠驗收模塊布局緊湊、節(jié)奏明快。本工程6臺重車衡與6臺采樣機一一對應，車輛采樣完成后，道閘開啟，車輛直行即可到達緊靠采樣機位的對應重車衡位置。由于系統(tǒng)隨機分配采樣機位，等同于系統(tǒng)為車輛隨機分配了重車衡磅位，可控制過磅作弊行為的發(fā)生。

車輛到達磅位時，系統(tǒng)通過紅外或激光定位器確定車輛是否停車到位，停車到位后開始稱重，自動記錄并上傳車輛信息、稱重時間、毛重等重要信息。稱重完成語音播報稱重重量，攔車器抬起，語音提示車輛稱重成功，提示可以下衡。此時，車輛調度系統(tǒng)已獲取煤質在線分析數據，立即為車輛分配對應煤種的卸車位。

近年來環(huán)保要求日益嚴格，因此，本工程接卸部分建設15間封閉式卸車位。卸車位上方標識車位編號并設顯示屏，與車輛調度系統(tǒng)配合，指引車輛前往正確的卸車位。車輛到達對應煤種分配的卸煤溝位置后，進車端預埋的地感線圈可感應到車輛到達，成功匹配調度系統(tǒng)分配的車號與卸車位后，立即控制卸車位開啟。同時，開啟照明設施及噴霧抑塵系統(tǒng)，對車輛進行輔助卸煤。

卸車完成后，由車輛調度系統(tǒng)指引汽車前往空車衡進行回皮?？哲嚭馓幵O置視頻監(jiān)控系統(tǒng)，用于檢查車輛卸車情況，并防止車輛將廠內物品運出。檢查無異常情況后，將車輛指引至運煤出入口，打印回執(zhí)，完成燃煤入廠驗收的整個工藝流程。

3 結語

提高火電廠燃料管理水平，首先要實現入廠煤驗收監(jiān)管的智能化。在實際工程設計中，可將燃料智能管控系統(tǒng)與智能裝備相結合。在入廠驗收環(huán)節(jié)中設置煤質在線分析設備，可快速甄別入廠煤種，可有效防止入廠燃料濫竽充數的情況。同時，在入廠環(huán)節(jié)對煤炭進行分門別類地驗收，才有可能做到燃煤的分類堆放與按比例取用，有助于建立煤炭的優(yōu)化利用體系，實現更精準科學的配煤摻燒。