發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部

發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部

鍋爐飛灰含碳量是反映火力發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運行正確調整風煤比，提高鍋爐燃燒控制水平；合理控制飛灰含碳量的指標，有利于降低發電成本，提高機組運行的經濟性。傳統測量飛灰含碳量采用化學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、自抽式等速取樣設備，實現了對飛灰含碳量的實時在線測量。現有應用比較成熟的在線測碳技術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運行正確調整風煤比，提高鍋爐燃燒控制水平；合理控制飛灰含碳量的指標，有利于降低發電成本，提高機組運行的經濟性。裝置的投運還將有助于電廠管理人員分析鍋爐燃燒效率，提高制粉系統和送風系統的安全運行。鍋爐飛灰含碳量在線檢測裝置在指導電廠安全運行、節約燃料成本、降低煤耗、包括產生環境效益等方面發揮了越來越重要的作用。

傳統測量飛灰含碳量采用化學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、自抽式等速取樣設備，實現了對飛灰含碳量的實時在線測量。

現有應用比較成熟的在線測碳技術采用微波衰減法、微波諧振法及灼燒法。

2 裝置結構

針對國內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計均采用兩套獨立的飛灰取樣和微波測量系統。但在實際應用中，各測量原理實現機構有其區別。微波衰減法機構組成為：測量單元---主機單元；微波諧振法機構組成為：取樣單元---測量單元-----主機單元；灼燒法機構組成為：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，根據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，根據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，未燃燒的煤粉都轉化為石墨顆粒，在微波電磁場內，作為一種導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，即可得出相應的含碳量數值。

原理三，采用在線灼燒失重技術，根據在線灼燒失重進行計算，實現飛灰中含碳值的測量。當含有未燃盡碳的灰樣在規定溫度下經灼燒后，由于灰樣中殘留的碳被燃盡后使灰樣的質量出現損失，利用灰樣的燒失量作為依據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備取樣，直接在煙道壁安裝測量探頭，進行信號發射及接收。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的測量機構，系統對飛灰含碳量進行測量。再經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主機程序中的設置命令或手動控制狀態，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。

微波諧振法系統框圖

灼燒法測量系統框圖

4 基于各測量原理的參數對比

因測量原理的差異，在設備性能及指標上，也存在相應的差異，對比如下表一：

表一 各測量原理參數對比

5 系統綜合對比

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

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，故現在已從電廠實際應用中逐漸淡出。微波法測量測量周期短，校驗方便，現在為電廠應用較多的測量技術。但其受煤種影響，需在更換煤種時進行重新設備標定。現在大多國內電廠為摻煤燃燒，故其應用也有其局限性。灼燒法不受煤種變化影響，為實驗室測量精度，為電廠應用的發展方向。

5.3 測量范圍及周期

微波法為應用吸收特性，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于微波法。微波法測量周期要較灼燒法短，在電廠應用中，可更為及時為運行人員提供參考，方便運行人員及時調整風煤比。

5.4 安裝方案及測點選定

在實際的電廠應用中，因在尾部煙道內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，以滿足盡量不產生紊流條件故在實際電廠應用中，一般選擇在電廠空預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量的重要指標，飛灰含碳量的高低關系到煤粉灰的價格，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，降低設備的使用壽命。鍋爐飛灰含碳量過高，還有可能增加鍋爐結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，為電廠鍋爐的優化燃燒提供了可靠的調整依據。而及時的調整鍋爐的運行狀況，規避安全風險，并從節省燃料，增加效率等方面帶來直接或間接的經濟效益。

[1]徐志遠等編，《石墨制化工設備》，化學工業出版社

[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，《煤的工業分析方法》中國電力出版社。

劉俊（1980年8月24日），男，漢族，江蘇省南京市人，技術工程師，大學本科學歷，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。