LIBS煤质实时检测技术在电力行业的推广及应用

国内外研究概况

LIBS（激光诱导击穿光谱）技术是上世纪60年代提出的，这是一种利用超短脉冲激光聚焦样品表面形成等离子体，再利用光谱仪对等 离子体发射光谱进行分析，以此来识别样品中的元素组成成分，进而进行材料的识别、分类、定性以及定量分析的一种手段。该技术几乎 可以鉴别、检测所有的元素，目前已经广泛应用于土壤成分检测、食品安全检测、岩矿分析和钢铁、石油、塑料、水泥、宝石等的鉴定， 在危险品爆炸物、古文物鉴定、大气检测、军事、海洋矿产及微生物等众多领域也有涉及。未来有望取代X射线在人们生产生活中发挥巨大 功能。经济领域随着节能减排发展战略的深入推进，2014年9月，国家发改委、环保部和国家能源局联合下发的《煤电节能减排升级与改造行 动计划（2014-2020年）》中明确提出，鉴于目前火电机组的节能降耗所面临的严峻形势，到2020年我国现役燃煤发电机组改造后的平均供 电煤耗要低于310g/kwh。如何根据煤质的成分检测数据，做好的燃烧优化控制调整，确保最佳的风煤比、煤水比及功煤比，从而提高锅炉 燃烧效率、节能减排是当前急需解决的课题。我国LIBS技术目前已经从实验室研究阶段走向了实际应用阶段，即火力发电行业实时在线检测技术-LIBS煤质实时检测技术。迄今为 止，由于国内由于煤价市场行情的波动及煤原采集的不确定性，煤质波动比较大，在煤质在线检测及燃烧优化精准调整中应用方面的研究 报道及案例甚少。所以该技术在电力行业的具广泛的应用前景。山东某电厂在电力技术革新中勇抓新的经济增长点，成为国内首家应用LIBS煤质实时检测技术实现火力发电的电力公司，该公司针对大多数燃煤机组仍采用人工离线分析，在开采、制备、转化方面耗费时间 长，分析结果滞后，一旦煤质出现波动便无法及时投油助燃或者进行燃烧调整等问题，在其名下330MW机组入炉煤已经中成功投用LIBS煤 质实时检测技术。LIBS煤质实时检测技术所实现的煤质在线实时检测系统，可以将煤流动态行程以及煤质全元素指标展示在燃料监督信息 实时发布在检测平台上，为锅炉燃烧提供优化精准的在线实时可视化检测数据，从根本上解决了燃煤发电过程中出现的诸多难题，成为未 来电力行业技术革新的必然方向。

LIBS煤质实时检测技术的技术路线及应用前景

2.1 技术路线

LIBS煤质实时检测技术的技术路线的建立需要经历建模、调试、应用等多个步骤。首先需要在输煤系统上安装一体化的LIBS技术在线 实时检测系统，用来电采集电力发电过程中使用的无烟煤以及各类不同煤种，制作成定标煤样，以此建立定标煤样光谱数据模型。这样的 模型需要经历反复调试的训练，以提高LIBS技术的测试精度；其次利用大数据云端平台建立一套煤质在线分析计算的模型，得到实时煤质 分析数据及煤质指标变化趋势；之后在发电机组DCS上获得入炉煤皮带、原煤仓料位、给煤机出力、磨煤机出力、给粉机出力等基本参 数，以此为依据开发出一套煤流行程可视化的燃煤实时监督系统。该系统能够实时地展示、跟踪、查询、分析运行机组的煤质变化趋势， 以便于对锅炉燃烧的动态监控；再次通过实现煤质实时检测数据与动态煤流可视化系统的对接，适时指导锅炉燃烧调整，提高了运行机组 的经济性和稳定性；最后一步就是通过精细化调整确保来锅炉在不同煤种和不同工况下都处于最佳的燃烧工况，从而计算出锅炉最终的燃 烧优化模型及控制策略。整个技术路线的建立都是基于目前电力行业实际的燃煤状况，结合大数据云端采集和分析系统，依托信息化技术 实现的实时监控和检测装置，对解决电力行业实际燃煤中出现的各种问题具有十分重要的意义。

2.2 应用前景

作为一种应用于电力行业的新兴技术，LIBS煤质实时检测技术能够实现各制粉系统的煤质实时监测，对煤炉中的煤质成分和种类进行 实时检测，借助云端数据平台，向电力中心提供动态可视化的煤质在线分析数据，从而实现煤质全元素指标的实时在线检测，依据提供煤 质实时分析数据实时精确地计算锅炉效率，并根据设计的先进控制策略，能够对煤炉实现在线的燃烧优化和精准调整，提高锅炉燃烧效率的同时提升脱硝效率和环保指标。迄今为止，有关此项技术的相关报道和实际工程应用的案例十分稀少，但随着经济领域的产业升级和结 构调整，LIBS煤质实时检测技术在电力行业的应用成果会很快得到证实，该技术对产业升级和技术革新都具有广泛的现实意义和广阔的应 用前景。是电力行业产业优化、实现节能减排发展目标的重要途径，同时对燃煤发电机组锅炉精准燃烧调整具有重要的参考和示范作用， 是促进集团公司关于煤电节能减排升级改造工作顺利开展的必备途径。

LIBS煤质实时检测技术的推广意义

LIBS煤质实时检测技术，可依据实时分析数据以及发电机组其它设备运行参数，利用大数据平台优化设计的控制策略，从而对锅炉整 个燃烧过程实现精准的优化调整，实现锅炉燃烧过程的最佳的风煤比、功煤比及煤水比，且无论入炉煤煤质怎么变化，该技术都能够始终 保证锅炉燃烧是在一个最佳的工况下运行，消除了人工离线分析的滞后和其它因素干扰，在一定程度上降低锅炉煤耗，提高锅炉的燃烧效 率；从根本上提高锅炉主蒸汽压力及汽温的稳定性，从而提升机组AGC模式下的各项指标；也能够保证脱硝入口NOx的相对稳定，提高脱 硝效率及烟气排放指标。该技术如果能够得到大力推广，那么就可能改变煤作为一种对环境有害的化石能源的燃烧方式，使煤也能清洁高 效在经济发展中贡献更大的力量。

小结

LIBS煤质实时检测技术，可依据实时分析数据以及发电机组其它设备运行参数，利用大数据平台优化设计的控制策略，从而对锅炉整 个燃烧过程实现精准的优化调整，实现锅炉燃烧过程的最佳的风煤比、功煤比及煤水比，且无论入炉煤煤质怎么变化，该技术都能够始终 保证锅炉燃烧是在一个最佳的工况下运行，消除了人工离线分析的滞后和其它因素干扰，在一定程度上降低锅炉煤耗，提高锅炉的燃烧效 率；从根本上提高锅炉主蒸汽压力及汽温的稳定性，从而提升机组AGC模式下的各项指标；也能够保证脱硝入口NOx的相对稳定，提高脱 硝效率及烟气排放指标。该技术如果能够得到大力推广，那么就可能改变煤作为一种对环境有害的化石能源的燃烧方式，使煤也能清洁高 效在经济发展中贡献更大的力量。

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审核编辑黄昊宇