技术领域
[0001] 本
发明涉及火
力发电技术领域，尤其涉及一种自动判断并消除原煤仓堵煤的控制系统和方法。
背景技术
[0002] 火电厂原煤仓能够储存一段时间内
锅炉燃烧所需要的燃煤，确保
燃料持续稳定供应给机组；原煤仓堵煤、蓬煤情况经常发生，可能导致原煤仓出口的给煤机因断煤发生跳闸，进而引起锅炉燃烧不稳，需要大量投油、降低机组负荷，严重时还可能引起锅炉灭火、机组停机，造成严重经济损失。
[0003] 目前原煤仓内一般分层分
角度设有多组压缩空气炮；当发生堵煤时，分批次启动压缩空气炮；通过快速打开空气炮储气罐的
阀口，让罐内的压缩空气形成高速喷出的强烈气流，高速冲击堵塞原煤颗粒，这种突然释放的膨胀冲击波克服了物料的静磨擦而形成的起拱或粘壁，同时也对原煤仓内壁形成冲击振打，使仓内原煤得以恢复重力流动顺利下滑，消除堵煤；但目前电厂中仍多采用人工观察结合经验判断原煤仓内是否堵煤，并就地或远程手控启动压缩空气炮，这样需要专人专职操作，浪费大量人力物力，同时对堵煤情况判断的准确性和消除堵煤的时效性都不高，不合理地频繁使用压缩空气炮还会将煤打实，加剧堵煤和蓬煤。
[0004] 目前也有电厂通过监测给煤机落煤筒煤流检测仪的输出、给煤机煤量调节器指令及反馈偏差等方法判定煤仓堵煤，并以此为依据控制压缩空气炮启动清理堵煤，但通过上述方法判断堵煤相对比较滞后，当监测
信号给出堵煤信号时往往原煤仓内堵煤情况已比较严重，此时使用压缩空气炮清理效果并不理想，也容易导致煤仓出口大量原煤被压缩空气炮震落损坏给煤机。
[0005] 原煤仓内顶部设有3D物料
扫描仪或雷达、
超声波连续料位计，原煤仓对应
犁煤器设有
位置传感器，输煤皮带前部或中部设有入炉皮带秤，输煤皮带底部设有皮带速度传感器，称重给煤机内部设有
电子皮带秤；通过实时采集这些计量装置的测量数据和
传感器数据，研发一种能够及时自动判断原煤仓堵煤并控制压缩空气炮清理消除堵煤的控制系统和方法，降低运行人员劳动强度，减少维护
费用，提高火电厂锅炉燃烧和整体运行的
稳定性。
发明内容
[0006] 本发明的目的是提供一种能自动判断煤堵煤并控制压缩空气炮等除堵装置消除原煤仓堵煤的控制系统和方法。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0008] 一种自动判断并消除原煤仓堵煤的控制系统，包括设置在原煤仓外输煤皮带前部或中部的用来测量燃煤重量的入炉电子皮带秤，设置在原煤仓外输煤皮带底部的皮带运行速度传感器，设置在犁煤器上用来测量犁煤器位置的
位置传感器，设置在原煤仓顶部位置的3D物料扫描仪或连续料位计，分层次分角度设置在原煤仓壁上的多组压缩空气炮，设置在原煤仓底部的称重给煤机内的电子皮带秤，设置在原煤仓外的报警装置；控制装置设置在就地或远方；设置在就地时，控制装置通过
电缆和输入卡件以及RS485
接口和通讯电缆方式直接连接入炉电子皮带秤、电子皮带秤、皮带运行速度传感器、3D物料扫描仪或连续料位计、压缩空气炮的输出端和通讯接口，控制装置通过输出卡件和电缆直接连接压缩空气炮和报警装置的输入端；控制系统设置在远方时，就地增加信号收集控制箱，信号收集控制箱通过电缆连接入炉电子皮带秤、电子皮带秤、皮带运行速度传感器、3D物料扫描仪或连续料位计、压缩空气炮的输出端和通讯接口，信号收集控制箱通过输出卡件和电缆直接连接压缩空气炮和报警装置的输入端，并通过光纤电缆及光
电信号转换装置将信号收集控制箱与远方的控制装置相连接。
[0009] 控制系统能够通过实时采集上述各电子皮带秤、传感器、料位计的测量数据并控制压缩空气炮及报警装置实现原煤仓堵煤的自动判断、自动清理消除和自动报警功能。
[0010] 本发明的另一个目的是提供一种自动判断并消除原煤仓堵煤的控制方法，包括以下步骤：
[0011] A、控制装置或信号收集控制箱实时采集输煤皮带上的入炉电子皮带秤测量重量、位置传感器测量的原煤仓对应犁煤器位置数据、称重给煤机内的电子皮带秤测量重量、皮带运行速度传感器测量的输煤皮带运行速度数据，进入步骤B；
[0012] B、根据输煤皮带上的入炉电子皮带秤测量重量、犁煤器位置、输煤皮带运行速度数据计算入仓煤量，进入步骤C；
[0013] C、根据原煤仓存煤量加上入仓煤量再减去称重给煤机内的电子皮带秤的测量重量计算仓内煤量，进入步骤D；
[0014] D、按设定时段间隔控制仓内3D物料扫描仪或连续料位计进行测量；根据3D物料扫描仪的测量数据能够得到仓内等效煤位高度，连续料位计能够直接测量得到的仓内煤位高度；进入步骤E；
[0015] E、判断原煤仓堵煤情况，当仓内发生堵煤时，由于下煤不畅导致原煤内部出现膨空，同时根据原煤仓煤位-煤量曲线关系，仓内煤位高度和煤量具有一一对应关系，将导致3D物料扫描仪或连续料位计测量得到煤位高度和对应的煤量会大于计算得到的煤位高度和对应的煤量，将测量得到的与计算得到的煤位或煤量的偏差与设定值进行比较，判断仓内堵煤情况，分别为：
[0016] 煤位偏差判断堵煤：根据仓内煤量利用煤位-煤量曲线数据计算仓内煤位，得到仓内煤位高度的间接测量值；计算3D物料扫描仪或连续料位计测量得到的仓内煤位高度和计算得到的仓内煤位高度的偏差，偏差在设定时段内持续大于设定值时判定发生堵煤；
[0017] 煤量偏差判断堵煤：根据3D物料扫描仪或连续料位计测量得到的仓内煤位高度利用煤位-煤量曲线数据转换为仓内煤量，得到仓内煤量的测量值；计算煤量测量值和计算得到的仓内煤量的偏差，偏差在设定时段内持续大于设定值时判定发生堵煤；
[0018] 进入步骤F；
[0019] F、判断发生堵煤时，根据采集到的压缩空气炮运行状态信号，控制低于计算得到的仓内煤位高度的压缩空气炮自下往上分批启动，利用压缩空气高速冲击堵塞原煤颗粒，消除堵煤，进入步骤G；
[0020] G、设定延时后若煤位偏差或煤量偏差仍然大于设定值，控制报警装置启动。
[0021] 在步骤B中，计算原煤从输煤皮带上的入炉电子皮带秤运送到原煤仓对应犁煤器的运送时间τ为：
[0022]
[0023] 式中L为输煤皮带上的入炉电子皮带秤到原煤仓对应犁煤器的距离；v为输煤皮带的运行速度，一般输煤皮带按额定速度运行，当输煤皮带速度传感器测量值与额定速度不一致时，v取设定时间长度内的输煤皮带测量速度的平均值；
[0024] 为不大于τ的最大整数，即对煤的运送时间τ向下取整数；tn时段内的入仓煤量按照第 时段和 时段输煤皮带上的入炉电子皮带秤测量重量的线性组合形式计算：
[0025]
[0026] 式中I(tn)为tn时段内入仓煤量；Q(tn)为tn时段内输煤皮带上的入炉电子皮带秤的测量重量。
[0027] 本发明通过采集输煤皮带上的入炉电子皮带秤测量重量、原煤仓对应犁煤器位置信号、称重给煤机内电子皮带秤测量重量、输煤皮带运行速度数据、仓内3D物料扫描仪或连续料位计测量数据，能够实现原煤仓堵煤的自动判断功能，同时通过控制压缩空气炮及仓外报警装置能够实现堵煤自动清理消除和自动报警功能。
附图说明
[0028] 图1为就地控制系统连接方式。
[0029] 图2为远程控制系统连接方式。
[0031] 图4为原煤仓的煤位-煤量曲线图。
具体实施方式
[0032] 本发明旨在提供一种控制系统和方法，能根据采集到的相关设备的运行数据和传感器测量数据判断原煤仓堵煤情况，在判定发生堵煤时自动启动压缩空气炮消除堵煤，同时在堵煤无法消除时，提供自动报警功能。
[0033] 下面结合附图1、2对发明中控制系统的实施方式做进一步的说明。
[0034] 燃煤通过原煤仓外输煤皮带和犁煤器进入原煤仓，输煤皮带前部或中部设有入炉电子皮带秤，输煤皮带底部设有皮带运行速度传感器，犁煤器设有位置传感器；原煤仓内顶部位置设有3D物料扫描仪或连续料位计，煤仓壁分层次分角度布置多组压缩空气炮；原煤从煤仓底部出口进入称重给煤机，称重给煤机内设有电子皮带秤；煤仓外设有报警装置；控制系统可设置在就地或者远方。
[0035] 参见附图1，控制系统设置在就地时，控制装置通过电缆和输入卡件以及RS485接口和通讯电缆方式直接连接各电子皮带秤、传感器、料位计、压缩空气炮的输出端和通讯接口，通过输出卡件和电缆直接连接压缩空气炮和报警装置的输入端。
[0036] 参见附图2，控制系统设置在远方时，就地增加信号收集控制箱通过电缆直接连接各电子皮带秤、传感器、料位计、压缩空气炮的输出端和通讯接口以及压缩空气炮和报警装置的输入端，通过光纤电缆及光电信号转换装置将信号收集控制箱与远方控制装置相连。
[0037] 该控制系统能够通过实时采集上述计量装置和传感器测量数据并控制压缩空气炮及报警装置实现原煤仓堵煤的自动判断、自动清理消除和自动报警功能。
[0038] 下面结合附图3对发明中控制方法的实施方式做进一步的说明。
[0039] 1、控制装置或信号收集控制箱实时采集输煤皮带上入炉电子皮带秤测量重量、原煤仓对应犁煤器位置信号、称重给煤机内电子皮带秤皮带测量重量、输煤皮带运行速度数据，设定计算单位时间间隔长。
[0040] 2、计算入仓煤量：当检测到原煤仓对应的犁煤器落下信号时，此时输煤皮带上的原煤开始落入煤仓，但原煤通过输煤皮带从入炉电子皮带秤位置运送到犁煤器位置需要的时间长为τ，那么某一时段的加仓煤量为此前τ时间的入炉电子皮带秤测量重量；原煤通过输煤皮带从入炉电子皮带秤运送到原煤仓对应犁煤器的运送时间τ的计算方法为：
[0041]
[0042] 式中L为输煤皮带上的入炉电子皮带秤到原煤仓对应犁煤器的距离；v为输煤皮带的运行速度，一般输煤皮带按额定速度运行，当输煤皮带速度传感器的测量值与额定速度不一致时，v取设定时间长度内的测量得到皮带运行速度的平均值；
[0043] 原煤从入炉电子皮带秤到原煤仓对应犁煤器的运送时间τ并不一定为整数，那么在某一时段内的入仓煤量就包含了两部分，分别为 和 这两个相邻时段入炉电子皮带秤的测量重量的各自一部分；
[0044] 为不大于τ的最大整数，即对实数τ向下取整；
[0045] 单位时段内通过入炉皮带秤的煤是相对均匀的，可将入仓煤量I(tn)表示为和 这两个相邻时段入炉电子皮带秤测量重量的线性组合形式：
[0046]
[0047] I(tn)为tn时段入仓煤量；
[0048] Q(tn)为tn时段入炉电子皮带秤测量重量。
[0049] 3、计算仓内煤量：仓内煤量等于仓内存煤量加上入仓煤量再减去出仓煤量，仓内存煤量为之前时段计算得到的上个时段末的仓内煤量；
[0050] S(tn)＝S(tn-1)+I(tn)-O(tn)
[0051] I(tn)为第tn时段内称重给煤机内电子皮带秤测量重量。
[0052] S(tn)为第tn时段末仓内煤量。
[0053] 4、测量仓内煤位：按照设定的时段间隔控制仓内顶部的3D物料扫描仪或连续料位计进行测量；3D物料扫描仪可直接测出仓内等效煤位高度或根据实测或几何方法计算得到的煤仓体积和煤位关系将3D物料扫描仪测量的仓内原煤形状体积数据折算为仓内等效煤位高度，雷达、
超声波连续料位计能够直接测量得到的仓内煤位高度，从而得到tn时段末仓内煤位高度的测量值H'(tn)；
[0054] 5、原煤仓内堵煤判断：仓内煤位和煤量具有一一对应关系，根据原煤仓内煤位-煤量实测数据或者煤仓实际结构进行计算能够得到图4所示的煤位-煤量曲线及对应的数据，采用线性插值方法将仓内煤量转换为对应的煤位高度或将仓内煤位转换为对应的煤量：
[0055] 计算仓内煤位：根据计算得到的仓内煤量值S(tn)，在煤位-煤量曲线关系数据中找到该值所属的最小两点区间S(tn)∈[Sa,Sb]，煤量区间[Sa,Sb]对应的煤位高度区间为[Ha,Hb]；
[0056] 对该区间进行线性化并依据线性插值得到该仓内煤量S(tn)对应的煤位高度；
[0057]
[0058] H(tn)为计算得到tn时段末的仓内煤位高度，即仓内煤位高度的间接测量值。
[0059] 根据3D物料扫描仪或连续料位计测量得到的tn时段末仓内煤位高度H'(tn)计算对应的仓内煤量S'(tn)的方法与此一致，为避免重复不再详述。
[0060] 当原煤仓内堵煤时，由于下煤不畅导致原煤内部出现膨空，将导致计算得到的煤量和对应煤位高度与3D物料扫描仪和连续料位计测量得到煤位高度和对应的煤量数据出现偏差，通过将偏差与设定值进行比较，判断仓内堵煤情况；
[0061] 计算tn时段末仓内3D物料扫描仪或连续料位计测量煤位H'(tn)和计算煤位H(tn)的偏差ΔH(tn)：
[0062] ΔH(tn)＝H'(tn)-H(tn)
[0063] 或计算tn时段末仓内3D物料扫描仪或料位计测量煤位H'(tn)所对应的煤量S'(tn)和计算煤量S(tn)的偏差ΔS(tn)：
[0064] ΔS(tn)＝S'(tn)-S(tn)
[0065] 当煤位偏差ΔH(tn)或煤量偏差ΔS(tn)在连续k时段内均大于系统设定值，判定发生了堵煤；k为可根据现场原煤仓实际运行情况设定的时段数；
[0066] 6、消除堵煤：判定原煤仓内堵煤后，根据采集到的压缩空气炮运行状态信号以及计算得到的煤位高度，控制低于计算煤位高度的压缩空气炮自下往上分批次启动，利用压缩空气高速冲击堵塞原煤颗粒，清理消除堵煤；
[0067] 7、自动报警：设定延时后若3D料位扫描仪或连续料位计测量得到的煤位高度和计算煤位高度的偏差或煤位高度测量值对应的煤量和计算煤量的偏差仍在大于设定值，则控制报警装置启动报警。
