國(guó)內(nèi)外研究概況

LIBS（激光誘導(dǎo)擊穿光譜）技術(shù)是上世紀(jì)60年代提出的，這是一種利用超短脈沖激光聚焦樣品表面形成等離子體，再利用光譜儀對(duì)等 離子體發(fā)射光譜進(jìn)行分析，以此來識(shí)別樣品中的元素組成成分，進(jìn)而進(jìn)行材料的識(shí)別、分類、定性以及定量分析的一種手段。該技術(shù)幾乎 可以鑒別、檢測(cè)所有的元素，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于土壤成分檢測(cè)、食品安全檢測(cè)、巖礦分析和鋼鐵、石油、塑料、水泥、寶石等的鑒定， 在危險(xiǎn)品爆炸物、古文物鑒定、大氣檢測(cè)、軍事、海洋礦產(chǎn)及微生物等眾多領(lǐng)域也有涉及。未來有望取代X射線在人們生產(chǎn)生活中發(fā)揮巨大 功能。經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域隨著節(jié)能減排發(fā)展戰(zhàn)略的深入推進(jìn)，2014年9月，國(guó)家發(fā)改委、環(huán)保部和國(guó)家能源局聯(lián)合下發(fā)的《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行 動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）》中明確提出，鑒于目前火電機(jī)組的節(jié)能降耗所面臨的嚴(yán)峻形勢(shì)，到2020年我國(guó)現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)組改造后的平均供 電煤耗要低于310g/kwh。如何根據(jù)煤質(zhì)的成分檢測(cè)數(shù)據(jù)，做好的燃燒優(yōu)化控制調(diào)整，確保最佳的風(fēng)煤比、煤水比及功煤比，從而提高鍋爐 燃燒效率、節(jié)能減排是當(dāng)前急需解決的課題。我國(guó)LIBS技術(shù)目前已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室研究階段走向了實(shí)際應(yīng)用階段，即火力發(fā)電行業(yè)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)技術(shù)-LIBS煤質(zhì)實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)。迄今為 止，由于國(guó)內(nèi)由于煤價(jià)市場(chǎng)行情的波動(dòng)及煤原采集的不確定性，煤質(zhì)波動(dòng)比較大，在煤質(zhì)在線檢測(cè)及燃燒優(yōu)化精準(zhǔn)調(diào)整中應(yīng)用方面的研究 報(bào)道及案例甚少。所以該技術(shù)在電力行業(yè)的具廣泛的應(yīng)用前景。山東某電廠在電力技術(shù)革新中勇抓新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，成為國(guó)內(nèi)首家應(yīng)用LIBS煤質(zhì)實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電的電力公司，該公司針對(duì)大多數(shù)燃煤機(jī)組仍采用人工離線分析，在開采、制備、轉(zhuǎn)化方面耗費(fèi)時(shí)間 長(zhǎng)，分析結(jié)果滯后，一旦煤質(zhì)出現(xiàn)波動(dòng)便無(wú)法及時(shí)投油助燃或者進(jìn)行燃燒調(diào)整等問題，在其名下330MW機(jī)組入爐煤已經(jīng)中成功投用LIBS煤 質(zhì)實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)。LIBS煤質(zhì)實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的煤質(zhì)在線實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，可以將煤流動(dòng)態(tài)行程以及煤質(zhì)全元素指標(biāo)展示在燃料監(jiān)督信息 實(shí)時(shí)發(fā)布在檢測(cè)平臺(tái)上，為鍋爐燃燒提供優(yōu)化精準(zhǔn)的在線實(shí)時(shí)可視化檢測(cè)數(shù)據(jù)，從根本上解決了燃煤發(fā)電過程中出現(xiàn)的諸多難題，成為未 來電力行業(yè)技術(shù)革新的必然方向。

LIBS煤質(zhì)實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)的技術(shù)路線及應(yīng)用前景

2.1 技術(shù)路線

LIBS煤質(zhì)實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)的技術(shù)路線的建立需要經(jīng)歷建模、調(diào)試、應(yīng)用等多個(gè)步驟。首先需要在輸煤系統(tǒng)上安裝一體化的LIBS技術(shù)在線 實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，用來電采集電力發(fā)電過程中使用的無(wú)煙煤以及各類不同煤種，制作成定標(biāo)煤樣，以此建立定標(biāo)煤樣光譜數(shù)據(jù)模型。這樣的 模型需要經(jīng)歷反復(fù)調(diào)試的訓(xùn)練，以提高LIBS技術(shù)的測(cè)試精度；其次利用大數(shù)據(jù)云端平臺(tái)建立一套煤質(zhì)在線分析計(jì)算的模型，得到實(shí)時(shí)煤質(zhì) 分析數(shù)據(jù)及煤質(zhì)指標(biāo)變化趨勢(shì)；之后在發(fā)電機(jī)組DCS上獲得入爐煤皮帶、原煤倉(cāng)料位、給煤機(jī)出力、磨煤機(jī)出力、給粉機(jī)出力等基本參 數(shù)，以此為依據(jù)開發(fā)出一套煤流行程可視化的燃煤實(shí)時(shí)監(jiān)督系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地展示、跟蹤、查詢、分析運(yùn)行機(jī)組的煤質(zhì)變化趨勢(shì)， 以便于對(duì)鍋爐燃燒的動(dòng)態(tài)監(jiān)控；再次通過實(shí)現(xiàn)煤質(zhì)實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)與動(dòng)態(tài)煤流可視化系統(tǒng)的對(duì)接，適時(shí)指導(dǎo)鍋爐燃燒調(diào)整，提高了運(yùn)行機(jī)組 的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性；最后一步就是通過精細(xì)化調(diào)整確保來鍋爐在不同煤種和不同工況下都處于最佳的燃燒工況，從而計(jì)算出鍋爐最終的燃 燒優(yōu)化模型及控制策略。整個(gè)技術(shù)路線的建立都是基于目前電力行業(yè)實(shí)際的燃煤狀況，結(jié)合大數(shù)據(jù)云端采集和分析系統(tǒng)，依托信息化技術(shù) 實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和檢測(cè)裝置，對(duì)解決電力行業(yè)實(shí)際燃煤中出現(xiàn)的各種問題具有十分重要的意義。

2.2 應(yīng)用前景

作為一種應(yīng)用于電力行業(yè)的新興技術(shù)，LIBS煤質(zhì)實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)各制粉系統(tǒng)的煤質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)煤爐中的煤質(zhì)成分和種類進(jìn)行 實(shí)時(shí)檢測(cè)，借助云端數(shù)據(jù)平臺(tái)，向電力中心提供動(dòng)態(tài)可視化的煤質(zhì)在線分析數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)煤質(zhì)全元素指標(biāo)的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，依據(jù)提供煤 質(zhì)實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)精確地計(jì)算鍋爐效率，并根據(jù)設(shè)計(jì)的先進(jìn)控制策略，能夠?qū)γ籂t實(shí)現(xiàn)在線的燃燒優(yōu)化和精準(zhǔn)調(diào)整，提高鍋爐燃燒效率的同時(shí)提升脫硝效率和環(huán)保指標(biāo)。迄今為止，有關(guān)此項(xiàng)技術(shù)的相關(guān)報(bào)道和實(shí)際工程應(yīng)用的案例十分稀少，但隨著經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)升級(jí)和結(jié) 構(gòu)調(diào)整，LIBS煤質(zhì)實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)在電力行業(yè)的應(yīng)用成果會(huì)很快得到證實(shí)，該技術(shù)對(duì)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和技術(shù)革新都具有廣泛的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的應(yīng) 用前景。是電力行業(yè)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排發(fā)展目標(biāo)的重要途徑，同時(shí)對(duì)燃煤發(fā)電機(jī)組鍋爐精準(zhǔn)燃燒調(diào)整具有重要的參考和示范作用， 是促進(jìn)集團(tuán)公司關(guān)于煤電節(jié)能減排升級(jí)改造工作順利開展的必備途徑。

LIBS煤質(zhì)實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)的推廣意義

LIBS煤質(zhì)實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)，可依據(jù)實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)以及發(fā)電機(jī)組其它設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，利用大數(shù)據(jù)平臺(tái)優(yōu)化設(shè)計(jì)的控制策略，從而對(duì)鍋爐整 個(gè)燃燒過程實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的優(yōu)化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒過程的最佳的風(fēng)煤比、功煤比及煤水比，且無(wú)論入爐煤煤質(zhì)怎么變化，該技術(shù)都能夠始終 保證鍋爐燃燒是在一個(gè)最佳的工況下運(yùn)行，消除了人工離線分析的滯后和其它因素干擾，在一定程度上降低鍋爐煤耗，提高鍋爐的燃燒效 率；從根本上提高鍋爐主蒸汽壓力及汽溫的穩(wěn)定性，從而提升機(jī)組AGC模式下的各項(xiàng)指標(biāo)；也能夠保證脫硝入口NOx的相對(duì)穩(wěn)定，提高脫 硝效率及煙氣排放指標(biāo)。該技術(shù)如果能夠得到大力推廣，那么就可能改變煤作為一種對(duì)環(huán)境有害的化石能源的燃燒方式，使煤也能清潔高 效在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中貢獻(xiàn)更大的力量。

小結(jié)

LIBS煤質(zhì)實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)，可依據(jù)實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)以及發(fā)電機(jī)組其它設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，利用大數(shù)據(jù)平臺(tái)優(yōu)化設(shè)計(jì)的控制策略，從而對(duì)鍋爐整 個(gè)燃燒過程實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的優(yōu)化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒過程的最佳的風(fēng)煤比、功煤比及煤水比，且無(wú)論入爐煤煤質(zhì)怎么變化，該技術(shù)都能夠始終 保證鍋爐燃燒是在一個(gè)最佳的工況下運(yùn)行，消除了人工離線分析的滯后和其它因素干擾，在一定程度上降低鍋爐煤耗，提高鍋爐的燃燒效 率；從根本上提高鍋爐主蒸汽壓力及汽溫的穩(wěn)定性，從而提升機(jī)組AGC模式下的各項(xiàng)指標(biāo)；也能夠保證脫硝入口NOx的相對(duì)穩(wěn)定，提高脫 硝效率及煙氣排放指標(biāo)。該技術(shù)如果能夠得到大力推廣，那么就可能改變煤作為一種對(duì)環(huán)境有害的化石能源的燃燒方式，使煤也能清潔高 效在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中貢獻(xiàn)更大的力量。

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審核編輯黃昊宇