火电厂入炉煤采样方案的制定与调整.pdf

第5 期 煤 质 技 术 2 0 1 5 年9月 火 电厂入炉煤 采样方 案的制定 与调 整 ’ 李海荣 ，王锋涛 ，张太平 1 ．国网河南省电力公 司电力科学研究 院，河 南 郑 州4 5 0 0 5 2 ； 2 ．湖 北省 电力试验研 究院 ，湖北 武汉4 3 0 0 7 7 摘 要 基于火电厂需根据 自身燃煤特性、采样机性能等情况制定专门的入炉煤采样方案 ，从初级 子样方差、采样单元子样数 、采样方案调整、全水分采样等方面探讨 了火电厂采样方案的制定与调 整 ，指 出应 重视 采样 精 密度 的核 验 工作 ，并根 据初 级子 样 方差 和最 小子样 数 的要 求及 时调 整采样 方 案 。 关键词 入 炉煤；采样方案 ；采样精 密度 ；机械采制样装置；初级子样方差；采样单元；子样数 中图 分类 号 T Q5 3 1 文献 标 识码 B 文章 编 号 1 0 0 7 7 6 7 7 2 0 1 5 0 5 0 0 1 3 0 3 F o r mu l a t i o n a n d a d j u s t me n t o f s a mp l i n g s c h e me f o r f e e d c o a l i n p o w e r p l a n t LI H a i r o ng ，W ANG Fe ng t a o ，ZH ANG Ta i pi ng 。 1 ．El e c t r i c P o we r Re s e a r c h I n s t i t u t e o f S t a t e Gr i d He n a n El e c t r i c P o we r C o mp a n y， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 5 2 ，C h i n a； 2 ．E l e c t r i c Po we r Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Hu b e i Pr o v i n c e ， Wu h a n 4 3 0 0 7 7 ，C h i n a Ab s t r a c t Be c a us e t h a t t h e c o al - f i r e d p owe r pl a nt s ne e d t o f or mul a t e s a m p l i ng s c he m e pl a n of c o a l a s f i r e d a c c or di ng t o i t s own c o mb u s t i o n f e a t u r e s a n d s a mp l i n g ma c h i n e p e r f o r ma n c e ，t h e f o r mu l a t i n g a n d a d j u s t i n g o f s a mp l i n g p l a n s we r e d i s c u s s e d f r o m a s p e c t s s u c h a s p r i ma r y i n c r e me n t v a r i a n c e ，n u mb e r o f i n c r e me n t o f s a mp l i n g u n i t ， s a mp l i n g s c h e me a d j u s t me n t a n d s a mp l i n g o f t o t a l mo i s t u r e ． I t i s p o i n t e d o u t t h a t a t t e n t i o n s h o u l d b e p a i d t o wo r k o f c h e c k i n g t h e s a m p l i n g p r e c i s i o n a n d s a mp l i n g s c h e me s h o u l d b e a d j u s t e d i n t i me a c c o r d i n g t o t h e r e q u i r e me n t s o f p r i ma r y i n c r e me n t v a r i a n c e a n d t h e n u mb e r o f mi n i mu m i n c r e me n t ． Ke y wo r d s c o a l a s f i r e d；s a mp l i n g s c h e me ；s a mp l i n g p r e c i s i o n；m e c h a n i c a l s a mp l i n g a n d p r e p a r i n g s y s t e m ；p r i ma r y i n c r e m e n t v a r i a n c e ；s a m p l i n g u n i t ；i n c r e me n t a mo u n t 入炉煤质监督是火 电厂燃煤管理工作的重要内 容 ，对于火 电机组的节能降耗意义重大。入炉煤质 不仅 与锅炉燃烧调整 、烟气脱硫设施的正常运行密 切相关 ，其煤质检测结果还是正平衡计算机组煤耗 的基本依据 ，直接用于衡量机组运行的技术 、经济 水平。同时 ，重视入炉煤检测工作 ，也有助于掌握 入 炉 煤 与 入 厂 煤 的 热 值 差 ，提 高 燃 煤 管 理 水 平 】 。 众所周知 ，燃煤质量误差 中，8 0 ％来 自采样 ， 入炉煤监督的重点是如何制定采样方案 ，提高采样 精密度日 ] 。按照国家标准规定，火电厂入炉燃煤采 样精密度应小于等于 1 ． 6 引。但 电力行业标准对 入炉煤采样精密度有更严格的规定 用于煤耗计算 的入炉煤采样精密度应小于等于 1 _ 5 ] 。因为入炉 煤量的计量精 确度为 0 ． 5 ，与之相 比，入 炉煤 采样精密度 即使达标 ，其对机组煤耗计算准确度的 影响仍显著一倍 ，以机组 的发 电煤耗 3 0 0 g ／ k Wh 为例 ，入炉煤采样精密度超过 1 ． 0 时 ，则煤耗计 算误差在 3 g ／ k Wh以上[ 6 ] 。 理论上 ，在采样机设计合理 、维护到位 、采制 样装置无实质性偏移的情况下，可以通过调整采样 方案 ，得到预期的采样精密度。但在实际工作 中， 火电厂普遍存在入炉煤检测结果不可靠从而影响机 组煤耗计算以及入炉煤与入厂煤热值差大等问题 。 1 采样精密度 按照国标和 I S O标准 的定义 ，采样精 密度表 征了规定条件下独立试验结果间的符合程度，常用 两倍的方差平方根 即标准差 来表示 。精密 度及方差的计算公式见式 1 ～ 2 。 P一2 ／ 1 V V p t 一一 - L 73 p 2 式 中，P为采样精密度 ；V 。 为采样 、制样 、 化验总方差 ；V 为初级子样方差 ；V 。 为制样和化 验方差 ； 为采样单元子样数 。 关于制样和化验方差 国标要求其 目标值 为 0 ． 0 5 p ，即 0 ． 2 V [ 8 ] 。初级子样方差 V ，可 以 按照国标规定直接测定或采用精密度推算。 此外 ，在煤流 中采样时，还应注意到初级子样 】 3 第5 期 煤 质 技 术 2 0 1 5 年 9 月 间存在序列相关性 ，即紧密相邻的煤组成趋于一 致，较远的煤组成不相 似 ] 。考虑序 列相关 的影 响，I S O标准 附录 A推介了方差 图法 ，在考虑 序列相关性影响的前提下 ，估算达到某一精密度所 需的初级子样数 。该法采用公式 3 计算总方差 、 ／ r 。 p I 。 一一 Vc-C n ／2 3 p 一一 3 O 式 中，m 为采样单元煤量；V 为修正后方差 图截距 ，仅与采样随机误差有关 ；B为方差图的斜 率 ；V 和 B可以通过对多组试验数据绘图或 回归 分析得到。 由公式 3 可见 ，总方差 。 与采样单元的 煤量有关 ，即入炉煤流的采样精密度与其对应的煤 量有关。为了进一步讨论煤 量对 采样精 密度的影 响 ，将公式 3 整理可得公式 4 。 }s p t 一 BV 4 一 一 I J 4 对于按时间基系统采样的入炉煤来说 ，采样单 元煤量和子样数的比值即为一个采样间隔内的上煤 量 ，运行 中上煤流量和采样间隔相对稳定 ，括号内 项可近似为常数。由此可见 ，总方差与采样单元的 子样数呈反比关系。即电厂入炉煤样对应的上煤 量越大 ，上煤时间越长 ，采样 单元 中的子样数越 多，总方差越小 ，相应的入炉煤采样精密度越好。 2 采样方案的制定与调整 由上可知 ，入炉煤样的采样精密度不仅与初级 子样方差、制样化验方差有关，还与采样单元的上 煤量 、子样数 、采样间隔密切相关。因此 ，电厂在 制定采样方案时必须充分考虑以上因素的影响 ，方 能提高入炉煤采样精密度 ，满足相关标准的要求 。 简而言之 ，所谓采样方案的制定与调整就是以初级 子样方差为基础 ，确定和优化入炉煤的采样单元、 子样数 、采样间隔等。 2 ． 1 初 级子 样方 差 初级子样方差是总方差的主要组成之一 ，其大 小取决于煤的品种 、标称最大粒度 、加工处理和混 合程度 、欲测参数的绝对值以及子样质量[ 4 。在制 定入炉煤采样方案之初 ，应根据初级子样方差的本 质特性 ，考虑降低初级子样方差。主要包括 1 将采样机布设在入炉煤破碎设备之后，以 降低入炉煤采样粒度。 1 4 2 采样器开 口尺寸 、运行速度要符合要求 ， 保证初级子样质量满足要求n 。 。 。 3 采取适 当的方法和措施 ，减少入炉煤的变 异性 。 4 上煤流 量尽 可能稳定，煤层厚度均 匀平 整 。 但火电厂 特别是 内陆火电厂的燃煤来源广 泛 、煤种多样 ，而入炉煤则是根据锅炉燃烧及环保 设施要求 ，将各种煤进行配比掺烧的混煤 。有的电 厂还实行锅炉分仓上煤 ，造成不同时间段入炉煤也 存在明显差异。因此 ，火电厂入炉煤煤质变异性很 大。实际工作 中，可按照国标规定的方法确定初级 子样方差[ 1 。其 中，用采样精密度推算初级子样 方差的方法较为常用 ，计算公式见式 5 。 Vl P。 ／ 4 一 V 5 以河南 A 电厂为例 ，其燃煤来源于山西 、内 蒙等地的近 8家煤矿。2 0 1 4年 1 2月，采用例行子 样数双份试样法 ，对入炉煤采样 精密度进行了核 验。现场试验共采取 2 0对试样 ，每对试样对应的 采样单元煤量为 1 0 0 0 t 左右。每个试样包含 1 5 个 子样。试验以干基灰分为统计参数 ，所有试样化验 结果详见表 1 。 表 1 精密度核验化验 结果统计 A ／ ％ 单号样 双号样 单号样 双号样 编号 。⋯ ⋯ ⋯ 编号 。 1 31 ． 6 O 33 ． 0 9 1 1 3 O ． 8 0 3 0 ． 0 8 2 3 0 ． 6 0 3 0． 4 3 1 2 26 ． 6 6 2 6 ． 0 8 3 3 4 ． 4 4 33 ． 3 2 1 3 3 2 ． 43 3 2 ． 1 4 4 3 2 ． 7 4 31 ． 7 6 1 4 3 0． 2 6 2 9 ． 2 6 5 3 2 ． 5 6 3 2 ． 37 1 5 2 6 ． 99 2 9 ． 0 3 6 3 O． 8 4 2 9 ． 5 1 l 6 3 O ． 4 O 3 0 ． 5 0 7 31 ． 9 6 3 O ． 7 7 1 7 2 9 ． 0 7 2 9 ． 6 4 8 3 5． 7 9 3 4 ． 8 2 1 8 3 0 ． 4 2 2 9 ． 9 5 9 3 3． 2 8 3 3 ． 1 9 1 9 3 1 ． 0 7 2 9 ． 61 1 0 3 4． 5 9 3 5 ． 3 7 2 0 3 0 ． 2 1 3 1 ． 5 2 方羞 V s p t ∑d 2 ／ 2 n p 根据 国标 G V T 1 9 4 9 4 。 3 2 0 0 4 _ 1 l j规定对检 测结果进行数据计算和处理。按公式 6 计算采 样精密度为 0 ． 9 9 。当自由度 。 2 0时 ，9 5 置 信概率的下限因数为 0 ． 7 7 ，上限因数为 1 ． 4 4 ，按 采样精密度下 限 P 公式 7 、采 样精 密度上 限 P。 公式 8 计算 采样精 密度置信 范 围为 0 ． 7 6 ％～1 ． 4 3 。此为以 1 0 0 0 t 煤为采样单元时 第5 期 煤 质 技 术 2 0 1 5年9月 的精密度 。结合公式 4 对 3 0 0 0 t 煤为采样单元 时的采样精密度进行大致估算 总方差与采样单元 的子样数呈反比关系 ，在 9 5 概率下其精 密度范 围为 0 ． 4 4 ～0 ． 8 2 ％。 P 2 6 P 一0 ． 7 7 P 7 P。 一1 ． 4 4 P 8 根 据 行 标 D L ／ T 5 6 7 ． 2 1 9 9 5 _ 5 ]及 DL ／ T 7 4 7 2 0 1 O 【 l 0 的规定 ，入炉煤采样 的最差允许 精 密度为 1 ，而 A 电厂白天采样精密度 采样单元 1 0 0 0 t 左右 在 9 5 9 ／ 6 概率下 的上限值 为 1 ． 4 3 9 ／ 6 ， 超过 规 定 值 ，估 算 夜 间 采 样 精 密 度 采 样 单 元 3 0 0 0 t 左右符合要求。为 了提高 白天的采样 精密度 ，将精密度上限值 1 ． 4 3 代入公式 5 推 算 ，入炉煤采样的初级子样方差为 1 2 ． 2 7 。 2 ． 2采 样单 元 子样数 从公式 2 和 4 均可看出，在初级子样方 差一定的情况下 ，增加采样单元的子样数可以降低 总方差 、提高采样精密度 。因此 ，电厂要保证入炉 煤的采样精密度 ，在制定采样方案时 ，应合理设定 采样间隔、划分采样单元 ，以保证采样单元有足够 的子 样数 。 采样单元是指与 1 个总样 检测样对应的煤 量 [ 1 。对 于 每班 值 采 取 1个 入 炉 煤 样 并 进 行 化验的电厂 ，每班 值 上 煤量 即为 1个 采样单 元。也有 的电厂输完一种煤 即采取 1个入炉煤样 ， 此时的采样单元为所上煤种的煤量。随着锅炉负荷 升降，入炉煤量不断变化 ，每个煤样对应的采样单 元也在变化 。 以 A 电厂为例 ，例行采样方 案规定按照时 间 段划分采样单元 ，白天按照上午段和下午段收集 2 个入炉煤样 ，夜间按照前夜和后夜收集 2个入炉煤 样。每天共收集 4个入炉煤样 ，分别进行化验。所 有入炉煤样的采样间隔设置均为 1 5 0 S 。根据近期 的输煤运行数据统计，输煤流量基本稳定在 8 0 0 t／ h左右 ，4个 采样时段对应 的上 煤量有明显 差异。 其中，白天 2个 时段 的上煤量约为 1 0 0 0 t左右 ， 夜间 2个 时段 的上煤 量约为 3 0 0 0 t 。估算 可知 ， 白天 2个入炉煤样对应的子样数 约为 3 0个 ，夜间 约为 9 0个 。试验结果表明 ，白天 2个时段 的采样 精密 度不 能满 足要 求 。 采样方案的制定与调整 ，需要根据初级子样方 差进行。以 A 电厂为例 ，将试验所得初级 子样方 差代入公式 9 ] ，计算要 使精密度达 到 1 ． O ， 采样单元所需采取的最小子样数为 6 2个 。 4 V ／ P 一 4 p t 9 2 ． 3 A 电厂 采样 方案调 整 试验结果表明 ，A电厂夜间的采样精密度满足 要求 ，只需对 白天 2个时段的采样方案进行调整。 目前 ，电厂所有入炉煤样 的采样 间隔设置均为 1 5 0 S 。据此 ，电厂可在 以下 2种方法中，任选 1种进 行采样方案调整 1 白天 2个时段上煤时 ，缩短采制样装置的 采样间隔 ，子样数增加至 6 2个以上。应注意采样 间隔必须大于完成 1 个子样采制的时间 ，A电厂为 6 0 S 左右。如将采样间隔从 1 5 0 S 缩短为 7 0 S ，子 样数将增加为 6 4个以上。 2 按照最小子样数 6 2个 、上煤流量基本稳 定在 8 0 0 t ／ h左右 ，粗略估算采样单元上煤量约为 2 1 0 0 t 左右 。因此 ，可将 白天 2个时段 的入 炉煤 样合并为 1 个入炉煤样进行采制，并调整 白天总上 煤量在 2 1 0 0 t 以上 。 2 ． 4全 水 分采样 以上采样方案的制定是以干基灰分作为测定参 数 ，通过提高采样精 密度 ，保证煤 耗计算 的精 确 度 。实际工作中，入炉煤样采制样过程 中的全水分 损失对煤耗的影响更为直接 ，过大的水分损失会造 成煤耗计算值偏高。考虑全水分损失问题 ，制定的 采样方案应尽量减少煤样的采制时间。全水分测定 可 以每班或每个煤种的上煤量 为 1个分析检 测单 元 [ 5 l 。 3 结 语 火 电厂入炉煤采样 目前普遍采用全 自动控制的 机械采制样装置 ，电力行业要求的采样精密度远高 于国家标 准规定值 。同时 ，入炉煤煤 质变异性较 大 ，不利于采样精密度的提高 。因此 ，火电厂需要 根据 自身燃煤特性、采样机性能等情况 ，制定专门 的入炉煤采样方案。另外 ，还应重视按要求半年进 行 1 次的采样精密度核验工作 ，一般应选用均匀性 最差的煤进行采样精密度核验 ，根据初级子样方差 和最小子样数的要求 ，及时调整采样方案 。 参考文献 E l i D L ／ T 1 0 5 2 --2 0 0 7 ，节能技术监督导则 I s ] ． 下转第 2 7页 1 5 第5 期 煤 质 技 术 2 0 1 5 年9 月 表 2 精 密度试 验数据及处理 注 d为单样与双样精密度之差值 。 1 预 期 采 样 精 密 度 Po 。因为 干 基 灰 分 A 一 一3 1 ． 2 6 ， 所以预期精密 度 P0 1 ． 6 0 。 2 最差允许精密度 Pw Pw2 ． 0 0 ％。 3 采样精密度波动范围。实际试验样品对数 量 1 0 ，由表 1中数据可知 s 一 2 d _ 。 2- _ X l O - o ． 5 2 3 P一2 S1 ． 0 4 3 由 GW T 1 9 4 9 4 ． 3表 1得 n 。 1 0时，a L 0． 7 0， a 1 ． 7 5。 对于单个采样单元 P1 ． 0 4 3 ； 上 限 a P 1 ． 7 5 X 1 ． 0 4 31 ． 8 3 ； 下限 a L P0 ． 7 0 X 1 ． 0 4 30 ． 7 3 ％ ； 采样精密度波动范围0 ． 7 3 ～1 ． 8 3 ％。 统 计计 算结 果详 见表 3 。 表 3统计计算 结果 3 试验 结果评定 由于 P0 1 ． 6 0 ，a L P P0 口 P，且 a P Pw，说明火车机械化采样精密度符合预期要求 。 4 结 语 针对松藻煤 电公 司使用的火车机械化采样机 ， 按照 GW T 1 9 4 9 4 ． 3 2 o 0 4 煤炭机械化采样 第 3 部分 精密度测定和偏倚试验进行采样机的精密 度试验。经上述试验数据计算分析可表明，该火车 机械化采样机的采样精密度符合预期要求。 参 考文献 [ 1 3 GB ／ T 1 9 4 9 4 --2 0 0 4 ． 1 ，煤炭机械化采样 第 1部分 采样方法 I- s ] ． E 2 l G B ／ T 1 9 4 9 4 ．3 2 0 0 4 ．3 ，煤炭机械 化采样 第 3部 分精密度测定和偏倚试验 [ S ] ． [ 3 3 G B 4 7 4 --2 0 0 8 ，煤样 的制备 方法 [ s ] ． 作者简介 唐晶 1 9 8 7 一 ，男 。重庆人 。助理 工程师 ，现任 松藻煤电公司煤质检测中心站站长。从事煤炭质量管理工作 。 收稿 日期2 0 1 5 - 0 7 - 2 7 上接第 1 5页 [ 2 3 DL ／ T 9 0 4 --2 0 0 4 ，火力发电厂技术经济指标计算方 法 [ S ] [ 3 ] 张小霓，谢 星．入炉煤机械采制样装置性能检验 [ J ] ．热力发电 ，2 0 1 0 3 4 24 5 ． [ 4 3 G B ／ T 1 9 4 9 4 ．1 2 o 0 4 ，煤炭机 械化采样 第 1部 分 采样方 法 l- s ] [ 5 ]D L ／ T 5 6 7 ．2 1 9 9 5 ，入 炉 煤 和入 炉 煤粉 样 品 的采 取方法 E s ] [ 6 3 李林 ．论入 炉煤采 样精 密度对 电厂发 电煤耗 的影 响 [ J ] ．煤质技术，2 0 0 8 3 4 56 ． [ 7 ] I S 0 1 3 9 0 9 --1 2 0 0 1 H a r d c o a l a n d c o k eMe c h a n i c a l s a m p l i n gP a r t 1 G e n e r a l i n t r o d u c t i o n [ S ] ． [ 8 ] G B 4 7 4 --2 0 0 8 ，煤样 的制备 方法 [ S ] ． [ 9 ] I S 0 1 3 9 O 9 --7 2 0 0 1 H a r d c o a l a n d c o k eMe c h a n i c a l s a mp l i n gP a r t 7 me t h o d s f o r d e t e r i n g t h e p r e c i s i o n o f s a mp l i n g ，s a m p l e p r e p a r a t i o n a n d t e s t i n g [ S ] ． [- 1 0 ]D L ／ T 7 4 7 2 0 1 0 ，发 电 用煤机 械 采 制样 装置 性 能 试验验收 导则 [ S ] ． [ 1 1 1 G B ／ T 1 9 4 9 4 ．3 2 0 0 4 ，煤 炭机 械 化 采样 第 3部 分 精 密度 测定和偏倚 试验 [ S ] ． [ 1 2 3 G B 4 7 5 --2 0 0 8 ，商品煤样人工采取方法 I S ] ． 作者 简介 李 海荣 1 9 7 3 一 ，女 ，河 南焦作 人 ，工程 师 ，就 职于 固网河南省 电力公 司电力科学研究院 ，从事燃煤采制化工作 多 年 ，负责完成多 台燃煤机械化采制样装置的性能试验。 收 稿 日期 2 0 1 5 0 8 0 5 2 7