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(cè)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(biāo)，實(shí)時(shí)檢測(cè)飛灰含碳量將有利于指導(dǎo)運(yùn)行正確調(diào)整風(fēng)煤比，提高鍋爐燃燒控制水平；合理控制飛灰含碳量的指標(biāo)，有利于降低發(fā)電成本，提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。傳統(tǒng)測(cè)量飛灰含碳量采用化學(xué)灼燒失重法是一種離線的實(shí)驗(yàn)室分析方法，對(duì)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(wú)動(dòng)力、自抽式等速取樣設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了對(duì)飛灰含碳量的實(shí)時(shí)在線測(cè)量?，F(xiàn)有應(yīng)用比較成熟的在線測(cè)碳技術(shù)采用微波法及在線灼燒法。本文就以此為例進(jìn)行比較闡述。

鍋爐 飛灰測(cè)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(biāo)，實(shí)時(shí)檢測(cè)飛灰含碳量將有利于指導(dǎo)運(yùn)行正確調(diào)整風(fēng)煤比，提高鍋爐燃燒控制水平；合理控制飛灰含碳量的指標(biāo)，有利于降低發(fā)電成本，提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。裝置的投運(yùn)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(fēng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。鍋爐飛灰含碳量在線檢測(cè)裝置在指導(dǎo)電廠安全運(yùn)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(lái)越重要的作用。

傳統(tǒng)測(cè)量飛灰含碳量采用化學(xué)灼燒失重法是一種離線的實(shí)驗(yàn)室分析方法，對(duì)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(wú)動(dòng)力、自抽式等速取樣設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了對(duì)飛灰含碳量的實(shí)時(shí)在線測(cè)量。

現(xiàn)有應(yīng)用比較成熟的在線測(cè)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(duì)國(guó)內(nèi)300MW機(jī)組以上鍋爐大多采用兩個(gè)煙道排放飛灰的特點(diǎn)，一般的在線測(cè)碳裝置設(shè)計(jì)均采用兩套獨(dú)立的飛灰取樣和微波測(cè)量系統(tǒng)。但在實(shí)際應(yīng)用中，各測(cè)量原理實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)有其區(qū)別。微波衰減法機(jī)構(gòu)組成為：測(cè)量單元---主機(jī)單元；微波諧振法機(jī)構(gòu)組成為：取樣單元---測(cè)量單元-----主機(jī)單元；灼燒法機(jī)構(gòu)組成為：取樣單元----測(cè)量控制單元。

3 裝置原理

3.1 測(cè)量原理

原理一，采用微波測(cè)量技術(shù)，根據(jù)飛灰中未燃盡的碳對(duì)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(cè)量技術(shù)，根據(jù)飛灰中未燃盡的碳對(duì)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(chǎng)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(guò)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(cè)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(jìn)行計(jì)算，實(shí)現(xiàn)飛灰中含碳值的測(cè)量。當(dāng)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(jì)算出灰樣中的含碳量。

3.2 工作原理

微波衰減法測(cè)量裝置不進(jìn)行設(shè)備取樣，直接在煙道壁安裝測(cè)量探頭，進(jìn)行信號(hào)發(fā)射及接收。將信號(hào)送至主機(jī)單元進(jìn)行處理運(yùn)算。如圖一。

圖一微波衰減法原理示意圖

目前的在線測(cè)碳技術(shù)取樣均為無(wú)外加動(dòng)力、自抽式取樣器，自動(dòng)等速地將煙道中的灰樣收集到相應(yīng)的測(cè)量機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)對(duì)飛灰含碳量進(jìn)行測(cè)量。再經(jīng)主機(jī)單元作進(jìn)一步變換、運(yùn)算、存儲(chǔ)及顯示。已分析完的灰樣均可根據(jù)主機(jī)程序中的設(shè)置命令或手動(dòng)控制狀態(tài)，可以自動(dòng)排放回?zé)煹阑蛘咚腿胧栈胰萜?，以便于?shí)驗(yàn)室分析化驗(yàn)。

微波諧振法系統(tǒng)框圖

灼燒法測(cè)量系統(tǒng)框圖

4 基于各測(cè)量原理的參數(shù)對(duì)比

因測(cè)量原理的差異，在設(shè)備性能及指標(biāo)上，也存在相應(yīng)的差異，對(duì)比如下表一：

表一 各測(cè)量原理參數(shù)對(duì)比

5 系統(tǒng)綜合對(duì)比

5.1 校驗(yàn)方法

微波衰減法原理測(cè)碳不進(jìn)行取樣，直接在煙道壁進(jìn)行測(cè)量，導(dǎo)致測(cè)量值無(wú)法進(jìn)行直接標(biāo)定，只能通過(guò)電除塵尾部取樣進(jìn)行間接校驗(yàn)。微波諧振法原理測(cè)碳進(jìn)行取樣，并可以將分析后的灰樣進(jìn)行保留，以便實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析校驗(yàn)。灼燒法為實(shí)驗(yàn)室分析方法，測(cè)量精度高，測(cè)量準(zhǔn)確。

5.2 測(cè)量技術(shù)

微波煙道法直接對(duì)煙道一定截面進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量精度較低，且無(wú)法校驗(yàn)，故現(xiàn)在已從電廠實(shí)際應(yīng)用中逐漸淡出。微波法測(cè)量測(cè)量周期短，校驗(yàn)方便，現(xiàn)在為電廠應(yīng)用較多的測(cè)量技術(shù)。但其受煤種影響，需在更換煤種時(shí)進(jìn)行重新設(shè)備標(biāo)定?，F(xiàn)在大多國(guó)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(shí)驗(yàn)室測(cè)量精度，為電廠應(yīng)用的發(fā)展方向。

5.3 測(cè)量范圍及周期

微波法為應(yīng)用吸收特性，故無(wú)法測(cè)量過(guò)高含碳量，為其局限性；灼燒法為燒失法，可測(cè)量較高的含碳量。故其測(cè)量范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于微波法。微波法測(cè)量周期要較灼燒法短，在電廠應(yīng)用中，可更為及時(shí)為運(yùn)行人員提供參考，方便運(yùn)行人員及時(shí)調(diào)整風(fēng)煤比。

5.4 安裝方案及測(cè)點(diǎn)選定

在實(shí)際的電廠應(yīng)用中，因在尾部煙道內(nèi)的煙氣混合物流場(chǎng)隨時(shí)變化，故測(cè)點(diǎn)的選擇就顯得尤為重要，測(cè)點(diǎn)選擇正確，將會(huì)使測(cè)量更具代表性。各測(cè)量原理均對(duì)灰樣溫度有相應(yīng)要求，故煙氣混合物溫度不可過(guò)高。一般的測(cè)點(diǎn)均選擇平直或者垂直煙道，并且平直和垂直管段的長(zhǎng)度須較長(zhǎng)，以滿足盡量不產(chǎn)生紊流條件故在實(shí)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(cè)碳經(jīng)濟(jì)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(biāo)，飛灰含碳量的高低關(guān)系到煤粉灰的價(jià)格，直接影響到電廠的綜合效益。此外，飛灰含碳量過(guò)高，將加重對(duì)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(guò)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(duì)鍋爐安全運(yùn)行造成威脅。

由于鍋爐飛灰含碳量在線檢測(cè)裝置的測(cè)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(shí)的調(diào)整鍋爐的運(yùn)行狀況，規(guī)避安全風(fēng)險(xiǎn)，并從節(jié)省燃料，增加效率等方面帶來(lái)直接或間接的經(jīng)濟(jì)效益。

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

[2]國(guó)家電力公司，《火電廠燃料試驗(yàn)方法飛灰和爐渣可燃物測(cè)定方法》，中國(guó)電力出版社；

[3]國(guó)家電力公司，《煤的工業(yè)分析方法》中國(guó)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?yàn)槿蹼娍刂啤９ぷ鲉挝唬耗暇┤A展電力科技有限公司。