飛灰含碳量在線檢測技術(shù)在電站鍋爐的應(yīng)用

摘 要：飛灰含碳量在線檢測能實時反映燃料的燃盡程度，對鍋爐運(yùn)行人員的燃燒調(diào)整、降低發(fā)電能耗提供很大的幫助。本文介紹了飛灰在線檢測裝置系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)原理以及運(yùn)行效果。

關(guān)鍵詞：飛灰含碳量；在線；檢測

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)，實時檢測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。隨著我國電力發(fā)電機(jī)組不斷向大容量、高參數(shù)發(fā)展，對鍋爐飛灰中的含碳量實現(xiàn)在線檢測，以控制和優(yōu)化鍋爐燃燒、降低發(fā)電煤耗、提高“竟價上網(wǎng)”能力以及粉煤灰綜合利用能力已顯得日益重要和迫切。

飛灰含碳量的傳統(tǒng)測量方法是化學(xué)灼燒失重法，它是是一種離線的實驗室分析方法，這種方法雖有其精度高的特點，但因受灰樣采集、分析時間滯后等因素影響，導(dǎo)致測量結(jié)果不能及時準(zhǔn)確反映當(dāng)前的鍋爐燃燒工況，對鍋爐燃燒調(diào)整的指導(dǎo)缺乏實時性、針對性。而目前國內(nèi)外多數(shù)燃煤電廠投用的在線鍋爐飛灰含碳量監(jiān)測裝置基本上采用微波測量技術(shù)，但是微波測量技術(shù)對飛灰含碳量的測量受煤種變化的影響比較大，測量穩(wěn)定性和精度都不理想，較難滿足測量精度及穩(wěn)定性的要求。而此次我公司采用的在線飛灰測碳裝置，綜合了傳統(tǒng)高精度的實驗室化學(xué)灼燒失重法測碳技術(shù)和無動力、自抽式取樣技術(shù)，實現(xiàn)了對飛灰含碳量的高精度實時在線智能化測量。

測量數(shù)據(jù)可以在控制單元顯示屏上顯示，也可以輸送到電廠的DCS系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理。

1 系統(tǒng)工作原理及工作過程

該系統(tǒng)采用失重法測量技術(shù)、無外加動力、自抽式取樣單元，自動將煙道中的灰樣通過測量單元中的收灰組件收集到坩堝中。由測量單元內(nèi)部的執(zhí)行機(jī)構(gòu)將裝有灰樣的坩堝送入灼燒裝置進(jìn)行高溫灼燒，灼燒結(jié)束后由系統(tǒng)對收灰前、后及灼燒后所稱得的重量信號進(jìn)行計算，獲得飛灰的含碳量并在控制單元的顯示屏上進(jìn)行顯示。灼燒后的灰樣通過系統(tǒng)的排灰裝置排放回?zé)煹乐?，然后進(jìn)行下一次飛灰的取樣和含碳量測量流程。采用富氧燃燒技術(shù)可以將整個系統(tǒng)的檢測周期大大縮短，從而獲得更好的實時性，從而指導(dǎo)運(yùn)行人調(diào)整。

2 裝置組成及系統(tǒng)安裝

該系統(tǒng)主要由取樣單元、測量單元組成。其中取樣單元由由吸氣嘴、取樣管、引射管、排氣管、旋流集塵器、靜壓管等部件組成。飛灰取樣器采用了特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠自動跟蹤鍋爐煙道流速的變化而保持等速取樣狀態(tài)，因而，取出的灰樣具有較好的代表性，從而保證了系統(tǒng)的整體測量可信度。該單元采用耐磨和防堵灰設(shè)計，能保證裝置長期可靠的進(jìn)行自動采樣。

自動旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用了8分的槽輪結(jié)構(gòu)，主動輪每轉(zhuǎn)動一圈，從動輪固定轉(zhuǎn)動45度，實現(xiàn)了對旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的精確定位?？朔藗鹘y(tǒng)通過光電開關(guān)定位轉(zhuǎn)盤的思路，避免了因為現(xiàn)場的灰塵污染或堵塞定位孔，造成的定位不準(zhǔn)的問題。

升降機(jī)構(gòu)中將絲桿、光桿進(jìn)行模塊化設(shè)計，運(yùn)行非常平穩(wěn)，幾乎聽不到軸套和絲桿摩擦的聲音，組件設(shè)計了定位槽，普通技術(shù)人員就可以完成產(chǎn)品組裝，絲杠一體化結(jié)構(gòu)更換方便，通用性比較好，維護(hù)便利。

測量單元由收灰組件、排灰組件、灼燒組件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、稱重組件、PLC、HMI等部件組成。測量單元的工作過程及功能由系統(tǒng)控制軟件實現(xiàn)自動控制。該裝置對每個煙道采用獨立的取樣、檢測和控制系統(tǒng)，所有設(shè)備都安裝于現(xiàn)場，有利于現(xiàn)場的安裝和使用，可以為電廠節(jié)省電子間的有限空間。每個煙道采用一套獨立的取樣、檢測和控制系統(tǒng)，與采用一臺主機(jī)檢測兩個煙道系統(tǒng)相比，可以有效分散系統(tǒng)風(fēng)險，從而進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。

3 性能指標(biāo)

（1）測量范圍：飛灰含碳量0～30%。（2）誤差：±0.5%。（3）測量周期：10～15分鐘。（4）歷史數(shù)據(jù)：保留時間12個月。（5）電源：220VAC。（6）輸出信號：2路模擬量4～20mA含碳量信號（每煙道各1）。（7）環(huán)境溫度：-30～65℃。

4 系統(tǒng)安裝

系統(tǒng)由二套取樣單元、二套測量單元組成，系統(tǒng)設(shè)備的安裝可以在鍋爐運(yùn)行期間實施，飛灰取樣單元安裝孔的開孔需要在停爐后進(jìn)行。取樣點選取在空氣預(yù)熱器出口到除塵器入口之間的煙道上，具體安裝位置的選擇一般應(yīng)滿足下面條件：煙氣溫度小于200℃；在水平煙道的直管段外側(cè)壁，同時距煙道底部1/3煙道高度處；或在垂直煙道的直管段側(cè)壁，同時距煙道后壁1/3煙道厚度處；煙道內(nèi)沒有影響正常取樣的障礙物；煙氣流速和灰塵顆粒具有代表性的部位；煙道外具有安裝測量裝置和正常使用操作的空間。根據(jù)取樣單元所安裝的煙道位置不同，需要對取樣管進(jìn)行調(diào)整，以保證取樣管的進(jìn)氣嘴方向正對煙氣流的方向。

安裝中還采用了經(jīng)過專業(yè)設(shè)計的適用于天平測量的特殊減振器消除了現(xiàn)場振動對天平測量精度的影響；采用半導(dǎo)體致冷技術(shù)并將天平安裝在能將溫度控制在天平正常使用范圍的防護(hù)箱內(nèi)，消除工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境因素對天平測量精度影響；除了采用上述的防護(hù)措施外，控制系統(tǒng)還對天平進(jìn)行每天4次的自動校準(zhǔn)處理，從而進(jìn)一步確保天平的測量精度。

5 系統(tǒng)運(yùn)行效果

設(shè)備安裝結(jié)束，經(jīng)過調(diào)試，對系統(tǒng)進(jìn)行了標(biāo)定試驗，試驗結(jié)果見表2。

從初次標(biāo)定試驗結(jié)果可以看出：飛灰在線檢測裝置測得數(shù)值大多低于實測值；在飛灰可燃物含量較大時，測量偏差較大，飛灰含碳量較低時測量較準(zhǔn)確。A側(cè)飛灰在線檢測裝置除工況二外基本準(zhǔn)確，B側(cè)飛灰在線檢測裝置測得數(shù)值與實測值存在較大偏差，除工況一外偏差均大于0.5%。A側(cè)飛灰在線檢測裝置測得數(shù)值與實測值偏差不大，基本可以反映實際飛灰可燃物含量的實際情況；B側(cè)測量結(jié)果與實測值存在偏差應(yīng)與B側(cè)飛灰取樣裝置取樣量較大，所取灰樣燒燼程度不足有關(guān)。

6 裝置維護(hù)

當(dāng)裝置工作一段時間后，在取樣器的調(diào)節(jié)噴嘴和彎管內(nèi)壁上會沾結(jié)一些灰塵和結(jié)焦，如果長期不進(jìn)行清理，會造成氣路變細(xì)，甚至堵死，從而使取樣器不能收集灰樣。裝置應(yīng)安排專人定期（每周1-2次）進(jìn)行維護(hù)，主要檢查事項如下：（1）測量箱內(nèi)溫控器顯示是否正常；當(dāng)前設(shè)定溫度為815℃。（2）測量箱內(nèi)轉(zhuǎn)盤和齒輪盤表面是否有嚴(yán)重的積灰。（3）測量箱內(nèi)坩堝和頂桿是否有缺損及數(shù)量是否對。（4）飛灰取樣器噴射嘴是否有堵塞。（5）人機(jī)界面是否顯示正常。（6）檢查排灰透明管是否磨穿。（7）壓縮空氣調(diào)壓閥上表顯壓力是否正常。

結(jié)束語

（1）飛灰含碳量在線檢測裝置測得數(shù)值基本可以反應(yīng)飛灰可燃物的實際情況，對鍋爐燃燒調(diào)整具有一定的指導(dǎo)意義。（2）需要定期對裝置進(jìn)行標(biāo)定試驗，調(diào)整合適的取樣量、灼燒時間，以求準(zhǔn)確反映飛灰可燃物的實際情況。（3）做好裝置維護(hù)工作，防止堵灰等異常情況造成飛灰含碳量偏離實際值。

參考文獻(xiàn)

[1]GB10184-88 電站鍋爐性能試驗規(guī)程.

[2]DL/5567.6-1995 火力發(fā)電廠燃料試驗方法-飛灰和爐渣可燃物測定方法.

[3]GB/5212-2001 煤的工業(yè)分析方法.

[4]程啟明，程尹曼，汪明媚，王映斐.火電廠鍋爐飛灰含碳量測量技術(shù)發(fā)展與現(xiàn)狀[J].鍋爐技術(shù)，2011（1）：1-4.

作者簡介：蘇效奇（1966，02-），男，漢族，工程師，大唐洛陽首陽山發(fā)電有限責(zé)任公司設(shè)備管理部部長，主要從事設(shè)備管理工作。