煤質在線分析系統在火電廠的應用研究

董奕勤

摘 要：火力發電作為當前我國發電的最主要形式，已經開始向以成本和效益為核心的市場型企業進行轉變，為了有效的降低生產成本，在煤種選擇時多數情況下以低質煤和混配煤為主要的燃料，這就必然導致鍋爐燃燒會受到入爐煤質變化的影響，特別是對于鍋爐燃煤與設計煤種產生較大偏離時，則會增加鍋爐運行調整的難度。所以利用煤質在線分析系統，可以確保電廠鍋爐安全、經濟的運行。文章分析了煤質在線分析裝置的功能，并進一步對在線測量系統的技術原理進行了具體的闡述。

關鍵詞：火電廠；煤質；在線分析；技術應用

前言

火電廠為了有效降低生產成本，在生產過程中往往會改燒低質煤或是混配煤，這已是當前很多電廠在降低成本時首要考慮的問題，由于入爐煤質發生了較大的變化，這樣勢必會對鍋爐的燃燒狀況帶來一定的影響，對鍋爐運行調整帶來了較大的難度。長期以來火電廠往往是采用采樣化驗來對煤質進行檢測，雖然這種方法能夠對煤質的精度進行有效的分析，但由于在采樣過程中會存在一定的誤差，而且分析結論需要較長的時間，這對于鍋爐的實時燃燒調整和優化運行是十分不利的。所以對于煤質檢測上迫切需要應用在線分析煤質的新技術，這樣可以有效的改善火電廠由于燃料資源質量不穩定或是多樣化所給鍋爐燃燒和制粉系統運行的安全性帶來的影響，確保電廠能夠安全、經濟的運行。所以通過對整個燃燒過程中進行有效的監測，這樣可以根據燃燒的質量來進行配煤，而且對燃料效率和污染物排放也能夠實現有效的監測，從而實現對入爐煤進行實時分析測量，確保能夠實時對煤炭的質量進行控制。煤質在線檢測技術的應用有效的解決了這一問題，確保了煤質的科學性和可靠性，使電廠生產的安全性和經濟性得以較大程度的提升，能夠產生巨大的經濟效益。

1 煤質在線分析裝置的功能

1.1 控制燃料成本

煤質在線分析裝置可以用于入廠煤的分析當中，此裝置可以對電廠來煤的灰分、水分和熱值等一些重要指標都可以以分鐘為單位將具體的指標數據進行顯示，這樣就可以根據機組的燃煤特點來對購煤參數進行有效的控制，確保電廠能夠購置符合其生產特點的煤質，對于燃燒成本的控制也具有極其重要的意義。

1.2 控制混煤特性

由于從生產成本角度考慮，目前很多電廠都選擇混配煤來做為燃料，由于入爐煤質發生了較大的變化，這就導致鍋爐燃燒會受到較大的影響，而利用煤質在線分析裝置，可以實現實時對入爐混煤的煤質數據進行掌握，配制符合鍋爐燃煤設計的混煤，確保鍋爐能夠安全、經濟的運行。

1.3 指導運行，優化燃燒

電廠鍋爐安全穩定的運行，受到煤質變差或是頻繁波動的影響較大，所以利用煤質在線分析裝置可以對電廠入爐煤質量進行有效的控制，確保各關鍵性指標能夠滿足設計煤質的要求。這樣運行人員就可以對鍋爐運行工況進行科學的調整，優化制粉系統的運行，對風煤比進行合理的調整，實現鍋爐優質高效的燃燒。

2 煤質在線分析技術原理

2.1 水分分析

長期以來都是通過紅外線、電導和電容法等來對作為煤質的水分測量技術，但由于在測量過程中各項參數會受到多種因素的干擾，所以無法廣泛的進行應用。目前利用微波技術制造的工業在線水分測定儀，是利用微波在穿透煤層時由于強度和速度降低而產生的衰減和相移來對水分進行確定，目前微波水分儀其工作頻率范圍較寬，對于多次反射下的諧振干擾現象具有較好的抑制作用，同時微波水分儀中又加入了閃爍計數器和射線測量質量補償單元，這樣就對煤層厚度和規程密度的變化的影響起到了良好的規避作用，所以目前在負荷不斷變化的輸煤皮帶上也可以對煤中的水分進行測量。

2.2 灰分分析

2.2.1 雙能γ射線測量灰分。雙能γ射線快速測灰儀一般采用镅（Am241）作為低能放射源，銫（Cs137）作為高能放射源。

低能γ射線穿過物質時的減弱強度隨物質的原子序數增大而增大。煤中揮發分與固定碳為可燃組分，由原子序數較小的原子組成，而灰分是不可燃組分，主要由硅、鐵、鈣等原子序數較大的原子組成。當γ射線穿過煤層時，可燃組分中的各元素吸收效應較弱，γ射線衰減系數小；反之，灰分中各元素吸收效應較強，低能γ射線衰減系數也大。

2.2.2 中子誘發瞬發γ射線法測量灰分。中子誘發瞬發γ射線法是核技術在煤質在線分析方面的應用，主要是基于中子與煤的核反應，其中在煤質分析中最重要的是以下兩種。

一是快中子非彈性散射，測量煤中C和O的含量；二是熱中子輻射俘獲反應，可測得煤中大部分元素的含量，如H、Ca、N、Fe等。

2.2.3 快速γ中子活化技術測量灰分。快速γ中子活化分析技術（PGNAA）是國際上較先進的能夠實現在線分析確定煤中灰主要成分的技術。煤中灰分含量和煤中礦物質元素之間有一定關系。作為放射源的熱中子可以激發被測煤樣中各元素的原子核，使其處于不穩定的高能激發態。這些激發態原子核躍遷到穩定的基態或較穩定的低能態時放出γ射線。分析儀的探測器根據γ射線能譜檢測煤中硫、硅、鋁、鐵、鈣、鈦、鉀等元素的含量，繼而得到煤的灰分。

2.3 煤的發熱量

煤中灰分和發熱量之間有很好的相關性，目前無論是國產設備還是國內代理的引進設備，都是通過回歸方程由灰分值計算出煤發熱量。

2.4 各種測量原理的比較

2.4.1 測定精度。雙能γ射線法的測量精度為0.5～1%。與其相比，中子活化技術的測量精度較高。

2.4.2 煤種相關性。利用雙能γ射線法時，由于其標定與煤種存在著緊密的聯系，而且還對煤中鐵和鈣元素具有極強的敏感性，所以一旦電廠所選擇的煤中含有鐵和鈣等元素，且處于較大的變化范圍時，這時如果利用雙能γ射線進行測量，則會導致較大的誤差產生，所以相對來講，中子活化技術具有更好的適應性。

2.4.3 防護要求。相對于γ射線而言，利用中子來進行防護時，雖然一樣能夠達到防護的要求，但由于其具有較強的穿透力，這必然會給人體帶來更大的傷害。所以當利用中子來進行屏蔽防護時則需要利用水和石蠟等含氫物質、鎘片及鋁片來加強防護，利用這些物質組成的共同防護實現屏蔽保護功能。

2.4.4 中子源。大多數的PGNAA分析儀采用同位素中子源，它是一種自發裂變中子源，平均能量2.5MeV，半衰期為2.5年，之后直接更換中子源。發電設備不工作時輻射安全性較好，標定后不需額外維護，所以在正常工作時分析儀周圍不需要操作或維護人員。設備周圍的屏蔽主要采用碳氫元素。但Cf252的造價高，中子通量也容易波動。

3 結束語

利用煤質在線分析系統，有效的提高燃用煤質的快速分析，確保了電力生產安全和經濟，實現了過程控制，具有較大的經濟潛力，但由于煤質在線分析系統還具有主要無件壽命和放射源的危險性問題，而且投資也較大，可以借鑒的應用經驗較少，所以在電廠采用該系統前需要進行詳細的論證分析，確保上馬后能夠發揮其作用，為電廠帶來更好的經濟效益。

參考文獻

[1]李波，周正.在線煤質監測技術的探索[J].煤礦安全，2008.

[2]高志宏，張西進，朱義勇，等.煤質在線分析測控系統的應用[J].河南電力，2008.

[3]程光坤.煤質在線分析技術應用現狀和功能定位分析[J].熱力發電，2009.