飞灰含碳量在线检测技术在电站锅炉的应用

飞灰含碳量在线检测技术在电站锅炉的应用作者：苏效奇
来源：《科学与财富》2017年第35期
摘要：飞灰含碳量在线检测能实时反映燃料的燃尽程度，对锅炉运行人员的燃烧调整、降低发电能耗提供很大的帮助。

本文介绍了飞灰在线检测装置系统组成、结构原理以及运行效果。

关键词：飞灰含碳量；在线；检测
锅炉飞灰含碳量是反映火力发电厂燃煤锅炉燃烧效率的重要指标，实时检测飞灰含碳量将有利于指导运行正确调整风煤比，提高锅炉燃烧控制水平；合理控制飞灰含碳量的指标，有利于降低发电成本，提高机组运行的经济性。

随着我国电力发电机组不断向大容量、高参数发展，对锅炉飞灰中的含碳量实现在线检测，以控制和优化锅炉燃烧、降低发电煤耗、提高“竟价上网”能力以及粉煤灰综合利用能力已显得日益重要和迫切。

飞灰含碳量的传统测量方法是化学灼烧失重法，它是是一种离线的实验室分析方法，这种方法虽有其精度高的特点，但因受灰样采集、分析时间滞后等因素影响，导致测量结果不能及时准确反映当前的锅炉燃烧工况，对锅炉燃烧调整的指导缺乏实时性、针对性。

而目前国内外多数燃煤电厂投用的在线锅炉飞灰含碳量监测装置基本上采用微波测量技术，但是微波测量技术对飞灰含碳量的测量受煤种变化的影响比较大，测量稳定性和精度都不理想，较难满足测量精度及稳定性的要求。

而此次我公司采用的在线飞灰测碳装置，综合了传统高精度的实验室化学灼烧失重法测碳技术和无动力、自抽式取样技术，实现了对飞灰含碳量的高精度实时在线智能化测量。

测量数据可以在控制单元显示屏上显示，也可以输送到电厂的DCS系统进行统一管理。

1 系统工作原理及工作过程
该系统采用失重法测量技术、无外加动力、自抽式取样单元，自动将烟道中的灰样通过测量单元中的收灰组件收集到坩埚中。

由测量单元内部的执行机构将装有灰样的坩埚送入灼烧装置进行高温灼烧，灼烧结束后由系统对收灰前、后及灼烧后所称得的重量信号进行计算，获得飞灰的含碳量并在控制单元的显示屏上进行显示。

灼烧后的灰样通过系统的排灰装置排放回烟道中，然后进行下一次飞灰的取样和含碳量测量流程。

采用富氧燃烧技术可以将整个系统的检测周期大大缩短，从而获得更好的实时性，从而指导运行人调整。

2 装置组成及系统安装
该系统主要由取样单元、测量单元组成。

其中取样单元由由吸气嘴、取样管、引射管、排气管、旋流集尘器、静压管等部件组成。

飞灰取样器采用了特殊的结构设计，能够自动跟踪锅
炉烟道流速的变化而保持等速取样状态，因而，取出的灰样具有较好的代表性，从而保证了系统的整体测量可信度。

该单元采用耐磨和防堵灰设计，能保证装置长期可靠的进行自动采样。

自动旋转机构采用了8分的槽轮结构，主动轮每转动一圈，从动轮固定转动45度，实现了对旋转机构的精确定位。

克服了传统通过光电开关定位转盘的思路，避免了因为现场的灰尘污染或堵塞定位孔，造成的定位不准的问题。

升降机构中将丝杆、光杆进行模块化设计，运行非常平稳，几乎听不到轴套和丝杆摩擦的声音，组件设计了定位槽，普通技术人员就可以完成产品组装，丝杠一体化结构更换方便，通用性比较好，维护便利。

测量单元由收灰组件、排灰组件、灼烧组件、执行机构、称重组件、PLC、HMI等部件组成。

测量单元的工作过程及功能由系统控制软件实现自动控制。

该装置对每个烟道采用独立的取样、检测和控制系统，所有设备都安装于现场，有利于现场的安装和使用，可以为电厂节省电子间的有限空间。

每个烟道采用一套独立的取样、检测和控制系统，与采用一台主机检测两个烟道系统相比，可以有效分散系统风险，从而进一步提高系统的可靠性。

3 性能指标
（1）测量范围：飞灰含碳量0～30%。

（2）误差：±0.5%。

（3）测量周期：10～15分钟。

（4）历史数据：保留时间12个月。

（5）电源：220VAC。

（6）输出信号：2路模拟量4～20mA含碳量信号（每烟道各1）。

（7）环境温度：-30～65℃。

4 系统安装
系统由二套取样单元、二套测量单元组成，系统设备的安装可以在锅炉运行期间实施，飞灰取样单元安装孔的开孔需要在停炉后进行。

取样点选取在空气预热器出口到除尘器入口之间的烟道上，具体安装位置的选择一般应满足下面条件：烟气温度小于200℃；在水平烟道的直管段外侧壁，同时距烟道底部1/3烟道高度处；或在垂直烟道的直管段侧壁，同时距烟道后壁1/3烟道厚度处；烟道内没有影响正常取样的障碍物；烟气流速和灰尘颗粒具有代表性的部位；烟道外具有安装测量装置和正常使用操作的空间。

根据取样单元所安装的烟道位置不同，需要对取样管进行调整，以保证取样管的进气嘴方向正对烟气流的方向。

安装中还采用了经过专业设计的适用于天平测量的特殊减振器消除了现场振动对天平测量精度的影响；采用半导体致冷技术并将天平安装在能将温度控制在天平正常使用范围的防护箱内，消除工业现场环境因素对天平测量精度影响；除了采用上述的防护措施外，控制系统还对天平进行每天4次的自动校准处理，从而进一步确保天平的测量精度。

5 系统运行效果
设备安装结束，经过调试，对系统进行了标定试验，试验结果见表2。

从初次标定试验结果可以看出：飞灰在线检测装置测得数值大多低于实测值；在飞灰可燃物含量较大时，测量偏差较大，飞灰含碳量较低时测量较准确。

A侧飞灰在线检测装置除工况二外基本准确，B侧飞灰在线检测装置测得数值与实测值存在较大偏差，除工况一外偏差均大于0.5%。

A侧飞灰在线检测装置测得数值与实测值偏差不大，基本可以反映实际飞灰可燃物含量的实际情况；B侧测量结果与实测值存在偏差应与B侧飞灰取样装置取样量较大，所取灰样烧烬程度不足有关。

6 装置维护
当装置工作一段时间后，在取样器的调节喷嘴和弯管内壁上会沾结一些灰尘和结焦，如果长期不进行清理，会造成气路变细，甚至堵死，从而使取样器不能收集灰样。

装置应安排专人定期（每周1-2次）进行维护，主要检查事项如下：（1）测量箱内温控器显示是否正常；当前设定温度为815℃。

（2）测量箱内转盘和齿轮盘表面是否有严重的积灰。

（3）测量箱内坩埚和顶杆是否有缺损及数量是否对。

（4）飞灰取样器喷射嘴是否有堵塞。

（5）人机界面是否显示正常。

（6）检查排灰透明管是否磨穿。

（7）压缩空气调压阀上表显压力是否正常。

结束语
（1）飞灰含碳量在线检测装置测得数值基本可以反应飞灰可燃物的实际情况，对锅炉燃烧调整具有一定的指导意义。

（2）需要定期对装置进行标定试验，调整合适的取样量、灼烧时间，以求准确反映飞灰可燃物的实际情况。

（3）做好装置维护工作，防止堵灰等异常情况造成飞灰含碳量偏离实际值。

参考文献
[1]GB10184-88 电站锅炉性能试验规程.
[2]DL/5567.6-1995 火力发电厂燃料试验方法-飞灰和炉渣可燃物测定方法.
[3]GB/5212-2001 煤的工业分析方法.
[4]程启明，程尹曼，汪明媚，王映斐.火电厂锅炉飞灰含碳量测量技术发展与现状[J].锅炉技术，2011（1）：1-4.
作者简介：苏效奇（1966，02-），男，汉族，工程师，大唐洛阳首阳山发电有限责任公司设备管理部部长，主要从事设备管理工作。