劉俊 王政斌 南京華展電力科技有限公司技術(shù)部

發(fā)電廠鍋爐在線飛灰測碳方案分析

劉俊 王政斌 南京華展電力科技有限公司技術(shù)部

鍋爐飛灰含碳量是反映火力發(fā)電廠燃煤鍋爐燃燒效率的重要指標，實時檢測飛灰含碳量將有利于指導(dǎo)運行正確調(diào)整風煤比，提高鍋爐燃燒控制水平；合理控制飛灰含碳量的指標，有利于降低發(fā)電成本，提高機組運行的經(jīng)濟性。傳統(tǒng)測量飛灰含碳量采用化學(xué)灼燒失重法是一種離線的實驗室分析方法，對灰樣的代表性要求高、分析滯后，難以快速反映鍋爐燃燒工況。目前的電站鍋爐飛灰含碳量在線檢裝置，為無動力、自抽式等速取樣設(shè)備，實現(xiàn)了對飛灰含碳量的實時在線測量。現(xiàn)有應(yīng)用比較成熟的在線測碳技術(shù)采用微波法及在線灼燒法。本文就以此為例進行比較闡述。

鍋爐 飛灰測碳 微波法 灼燒法

1 概述

鍋爐飛灰含碳量是反映火力發(fā)電廠燃煤鍋爐燃燒效率的重要指標，實時檢測飛灰含碳量將有利于指導(dǎo)運行正確調(diào)整風煤比，提高鍋爐燃燒控制水平；合理控制飛灰含碳量的指標，有利于降低發(fā)電成本，提高機組運行的經(jīng)濟性。裝置的投運還將有助于電廠管理人員分析鍋爐燃燒效率，提高制粉系統(tǒng)和送風系統(tǒng)的安全運行。鍋爐飛灰含碳量在線檢測裝置在指導(dǎo)電廠安全運行、節(jié)約燃料成本、降低煤耗、包括產(chǎn)生環(huán)境效益等方面發(fā)揮了越來越重要的作用。

傳統(tǒng)測量飛灰含碳量采用化學(xué)灼燒失重法是一種離線的實驗室分析方法，對灰樣的代表性要求高、分析滯后，難以快速反映鍋爐燃燒工況。目前的電站鍋爐飛灰含碳量在線檢裝置，為無動力、自抽式等速取樣設(shè)備，實現(xiàn)了對飛灰含碳量的實時在線測量。

現(xiàn)有應(yīng)用比較成熟的在線測碳技術(shù)采用微波衰減法、微波諧振法及灼燒法。

2 裝置結(jié)構(gòu)

針對國內(nèi)300MW機組以上鍋爐大多采用兩個煙道排放飛灰的特點，一般的在線測碳裝置設(shè)計均采用兩套獨立的飛灰取樣和微波測量系統(tǒng)。但在實際應(yīng)用中，各測量原理實現(xiàn)機構(gòu)有其區(qū)別。微波衰減法機構(gòu)組成為：測量單元---主機單元；微波諧振法機構(gòu)組成為：取樣單元---測量單元-----主機單元；灼燒法機構(gòu)組成為：取樣單元----測量控制單元。

3 裝置原理

3.1 測量原理

原理一，采用微波測量技術(shù)，根據(jù)飛灰中未燃盡的碳對微波的吸收特性，分析確定飛灰中碳的含量。

原理二，采用微波諧振測量技術(shù)，根據(jù)飛灰中未燃盡的碳對微波諧振能量的吸收特性，分析確定飛灰中碳的含量。

在鍋爐內(nèi)，未燃燒的煤粉都轉(zhuǎn)化為石墨顆粒，在微波電磁場內(nèi)，作為一種導(dǎo)體的石墨微粒感生了微波電流，電流流過石墨的體積電阻從而產(chǎn)生了焦耳熱，即為碳吸收的諧振能量值，只要測出吸收的能量值，即可得出相應(yīng)的含碳量數(shù)值。

原理三，采用在線灼燒失重技術(shù)，根據(jù)在線灼燒失重進行計算，實現(xiàn)飛灰中含碳值的測量。當含有未燃盡碳的灰樣在規(guī)定溫度下經(jīng)灼燒后，由于灰樣中殘留的碳被燃盡后使灰樣的質(zhì)量出現(xiàn)損失，利用灰樣的燒失量作為依據(jù)可以計算出灰樣中的含碳量。

3.2 工作原理

微波衰減法測量裝置不進行設(shè)備取樣，直接在煙道壁安裝測量探頭，進行信號發(fā)射及接收。將信號送至主機單元進行處理運算。如圖一。

圖一微波衰減法原理示意圖

目前的在線測碳技術(shù)取樣均為無外加動力、自抽式取樣器，自動等速地將煙道中的灰樣收集到相應(yīng)的測量機構(gòu)，系統(tǒng)對飛灰含碳量進行測量。再經(jīng)主機單元作進一步變換、運算、存儲及顯示。已分析完的灰樣均可根據(jù)主機程序中的設(shè)置命令或手動控制狀態(tài)，可以自動排放回煙道或者送入收灰容器，以便于實驗室分析化驗。

微波諧振法系統(tǒng)框圖

灼燒法測量系統(tǒng)框圖

4 基于各測量原理的參數(shù)對比

因測量原理的差異，在設(shè)備性能及指標上，也存在相應(yīng)的差異，對比如下表一：

表一 各測量原理參數(shù)對比

5 系統(tǒng)綜合對比

5.1 校驗方法

微波衰減法原理測碳不進行取樣，直接在煙道壁進行測量，導(dǎo)致測量值無法進行直接標定，只能通過電除塵尾部取樣進行間接校驗。微波諧振法原理測碳進行取樣，并可以將分析后的灰樣進行保留，以便實驗室進行分析校驗。灼燒法為實驗室分析方法，測量精度高，測量準確。

5.2 測量技術(shù)

微波煙道法直接對煙道一定截面進行測量，測量精度較低，且無法校驗，故現(xiàn)在已從電廠實際應(yīng)用中逐漸淡出。微波法測量測量周期短，校驗方便，現(xiàn)在為電廠應(yīng)用較多的測量技術(shù)。但其受煤種影響，需在更換煤種時進行重新設(shè)備標定?，F(xiàn)在大多國內(nèi)電廠為摻煤燃燒，故其應(yīng)用也有其局限性。灼燒法不受煤種變化影響，為實驗室測量精度，為電廠應(yīng)用的發(fā)展方向。

5.3 測量范圍及周期

微波法為應(yīng)用吸收特性，故無法測量過高含碳量，為其局限性；灼燒法為燒失法，可測量較高的含碳量。故其測量范圍遠遠優(yōu)于微波法。微波法測量周期要較灼燒法短，在電廠應(yīng)用中，可更為及時為運行人員提供參考，方便運行人員及時調(diào)整風煤比。

5.4 安裝方案及測點選定

在實際的電廠應(yīng)用中，因在尾部煙道內(nèi)的煙氣混合物流場隨時變化，故測點的選擇就顯得尤為重要，測點選擇正確，將會使測量更具代表性。各測量原理均對灰樣溫度有相應(yīng)要求，故煙氣混合物溫度不可過高。一般的測點均選擇平直或者垂直煙道，并且平直和垂直管段的長度須較長，以滿足盡量不產(chǎn)生紊流條件故在實際電廠應(yīng)用中，一般選擇在電廠空預(yù)器出口至電除塵的水平或者垂直管道，前大于3米，后大于1米的管段中部。

6 飛灰測碳經(jīng)濟性分析

飛灰含碳量是直接反映電站鍋爐燃燒效率和煤粉灰質(zhì)量的重要指標，飛灰含碳量的高低關(guān)系到煤粉灰的價格，直接影響到電廠的綜合效益。此外，飛灰含碳量過高，將加重對鍋爐尾部受熱面的磨損，降低設(shè)備的使用壽命。鍋爐飛灰含碳量過高，還有可能增加鍋爐結(jié)焦及鍋爐尾部二次燃燒的可能，對鍋爐安全運行造成威脅。

由于鍋爐飛灰含碳量在線檢測裝置的測量，為電廠鍋爐的優(yōu)化燃燒提供了可靠的調(diào)整依據(jù)。而及時的調(diào)整鍋爐的運行狀況，規(guī)避安全風險，并從節(jié)省燃料，增加效率等方面帶來直接或間接的經(jīng)濟效益。

[1]徐志遠等編，《石墨制化工設(shè)備》，化學(xué)工業(yè)出版社

[2]國家電力公司，《火電廠燃料試驗方法飛灰和爐渣可燃物測定方法》，中國電力出版社；

[3]國家電力公司，《煤的工業(yè)分析方法》中國電力出版社。

劉?。?980年8月24日），男，漢族，江蘇省南京市人，技術(shù)工程師，大學(xué)本科學(xué)歷，主要研究方向為弱電控制。工作單位：南京華展電力科技有限公司。