关于提高激光盘煤仪精准度的研究和应用

关于提高激光盘煤仪精准度的研究和应用

杨凯

（浙能乐清发电有限责任公司浙江省温州市325600）

摘要：近年来随着煤炭供求形势的完全市场化，煤价持续攀升，火电厂燃料成本急剧上升，平均占到整个发电成本的70％以上甚至更高，所以加强火电厂燃料管理力度，推进燃料进、耗、存精细管理成为当前火电厂的首要任务之一。本文介绍了我厂关于提高激光盘煤仪精度方面的研究和应用。实际运行表明，改进后的激光盘煤仪盘煤误差由原来的5%左右降低至1%以内，有效解决了我厂无法获得煤场精确存煤量的难题。

关键词：激光盘煤仪；盘煤精度；火电厂

1前言

当前火力发电厂市场环境、社会环境、经营环境都不是很乐观，燃煤资源紧张，节能减排压力大，如何深挖现有设备的潜力，提高设备稳定效益、提高机组运行的经济效益，是摆在每个电厂面前的一个重大课题。

我公司有6个条形煤场，布置有三台斗轮机，每台斗轮机负责堆取两个煤场，每个煤场最大存煤约6万吨。为了掌握煤场库存量，我厂每月都组织相关人员对煤场库存量进行盘点。煤场盘点工作内容主要包括测定存煤堆积密度和体积，盘点帐务核算，出具盘点报表。盘点报表一方面能够反过来校核进煤和耗煤误差，修正煤耗计算和财务账面煤量库存；另一方面也能为合理确定各种运行工况下最佳存煤量提供依据，最大限度降低煤场自然损耗。

2．煤场测量原理

一个堆煤场地的测量，需要在测量平面上均匀设置测量点，对每个点的堆煤高度进行测量，然后再按三维物体计算体积。

煤场测量工作原理

上图是基于固定式激光扫描仪测量煤场的工作原理。图中，在某个轨道位置Y(i+m)上，激光扫描仪内部测量机构采用旋转测量的方法，一次扫描Y(i+m)测量面，获得一个扫描轮廓。图中，该轮廓和煤场基准面将构成一个封闭区域，即图中的阴影区。该区即为轨道刻度Y(i+m)处的测量界面。按照设计间距，一次对整个轨道上所有设置点都做旋转测量，可以获得一个完整的煤场测量截面序列。利用这些截面序列做三维差分计算，即可获得煤场的堆煤体积。

其中，Si为第i个扫描截面的面积；Δyi为第i+1个扫描截面和第i个扫描截面之间的间隔。利用“黎曼和”算法，可以获得所有煤场断面的离散积分，即为该煤场的总体积V。

3提高激光盘煤仪测量精度的方法

3.1增加大车轨道位置测量

由激光盘煤仪煤场测量原理我们知道，煤场轨道位置测量数据，对煤场核算至关重要。

斗轮机大车行走位置的测量方法比较多，目前最主流的方式有两种，分别是“车轮旋转测量法”和“激光测距法”。

车轮旋转测量法的原理是，大车车轮半径是一个常数，在车轮不打滑（斗轮机行走速度底，行走可靠，该条件可以满足）的情况下，大车车轮行走时的旋转角度和行走距离成正比。设置轨道位置测量单元，可以根据轮轨旋转行走时的测量角度，计算大车的轨道位置。

激光测距法采用的是定点激光测量法。即在大车上设置激光测距仪，在轨道末端设置反射板。煤场测量过程中，实时记录每一个界面距离轨道末端的实际距离。

根据我厂的实际情况，我们选择了车轮旋转测量法，该方法测量简单可靠，精度较高。轨道方向是煤场平面的主轴方向，构成堆煤平面的一维坐标。它和折算后的侧向垂直方向，共同构成笛卡尔垂直坐标平面，形成二维测量坐标面，共同完成煤场的测点布置。

3.2斗轮悬臂水平检测

原盘煤手册中要求盘煤时悬臂抬到水平位置，但是人工通过经验判断的水平与实际水平位置存在较大的出入，因此在实际盘煤中往往会选择将悬臂升至最高位置。

悬臂水平，是扫描仪确定初始姿态的保证。因为斗轮机的立柱和掘煤的大臂是结合在一起的。当大臂左右、上下调整姿态时，其立柱也会作关联调整。盘煤系统直接安装在立柱顶端。如果不调整大臂的初始位置，那么，盘煤系统的姿态就无法保证，甚至不能正确扫描煤场数据。调整大臂姿态，应该包括左右旋转位置、上下俯仰位置，两个重要姿态。其中，左右位置以输煤带和轨道为参照，并根据历次的盘煤经验，准确确定大臂的左右位置。

俯仰姿态，决定大臂的水平度，同样决定立柱顶端测量系统的支撑平台水平度。云台在安装时，我们要求大臂水平度、测量平台水平度一致。若有焊接偏差，必须纠正。在斗轮机开始盘煤前，需要将大臂调整到水平状态，并于轨道方向重合。

“倾角仪”用于测量“扫描仪激光器旋转轴线”的水平度和左右肩角。其中，俯仰角度数据反映在倾角仪状态信息中，并以“大臂水平”角度数据给出。

3.3基准点精准定位

煤场基准点位置的高低堆煤场盘煤数据影响极大，正常情况下基准点每下降10cm，盘煤量增大近500吨。为了统一标准，我们对所有斗轮机的取煤下限位进行调整，已轨道下1米。同时为了确定基准体积，我们计算出煤场一件库房的体积，并将此作为标准体积，每次激光盘煤核算时将该体积纳入核算范围，以此来校准和调偏一些不可抗力，比如地基沉降，钢结构变化能引起的测量误差。

4.效果验证

为了验证激光盘煤仪进行改造后的实际效果，我们将一艘煤船的燃煤全部堆进空煤场，用激光盘煤仪进行多次重复性试验，试验数据见表1：

相对误差计算说明：

1）计算出每个煤场4次盘煤的平均值。

2）分别用每次盘煤量减去平均值，得出每次差值，在算出差值的平均值

3）用差值的平均值除以总量平均值得出盘煤的相对误差。

根据实测的盘煤数据，计算出的相对误差为0.35％，此误差小于我公司1％的允许误差，完全满足要求。

表1

5.注意事项

斗轮悬臂水平位置一旦完成调节任务，整个盘煤过程中，就不需要再作调整。斗轮机在行走过程中，会出现水平角度变化。这是由于轨道、走台存在一定坡度的原因，该坡度通常不大，不会引起太大的测量偏差。由于扫描仪的肩角在安装时已经调整完毕，盘煤时只需要调整俯仰角度。只要煤场在扫描范围内，理论上，肩角不会引起数据偏差。

6．总结

现场试验证明，经过增加大车轨道位置测量，斗轮悬臂水平检测，基准点精准定位改进后，极大地提高激光盘煤的准确度，满足现场需要。

参考文件：

[1]张波.激光盘煤技术在火电厂储煤场管理中的应用[J].激光杂志，2014（5）.

[2]郝山武.DNDGN型多功能激光盘煤仪子火力发电厂的应用[J].科技情报开发与经济，2011（26）

[3]倪君，张祥飞.堆取料机自动控制规范化探讨[J].水泥技术，2008（4）.