飛灰含碳量在線檢測技術在電站鍋爐的應用

摘 要：飛灰含碳量在線檢測能實時反映燃料的燃盡程度，對鍋爐運行人員的燃燒調整、降低發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組成、結構原理以及運行效果。

關鍵詞：飛灰含碳量；在線；檢測

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。隨著我國電力發電機組不斷向大容量、高參數發展，對鍋爐飛灰中的含碳量實現在線檢測，以控制和優化鍋爐燃燒、降低發電煤耗、提高“竟價上網”能力以及粉煤灰綜合利用能力已顯得日益重要和迫切。

飛灰含碳量的傳統測量方法是化學灼燒失重法，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，導致測量結果不能及時準確反映當前的鍋爐燃燒工況，對鍋爐燃燒調整的指導缺乏實時性、針對性。而目前國內外多數燃煤電廠投用的在線鍋爐飛灰含碳量監測裝置基本上采用微波測量技術，但是微波測量技術對飛灰含碳量的測量受煤種變化的影響比較大，測量穩定性和精度都不理想，較難滿足測量精度及穩定性的要求。而此次我公司采用的在線飛灰測碳裝置，綜合了傳統高精度的實驗室化學灼燒失重法測碳技術和無動力、自抽式取樣技術，實現了對飛灰含碳量的高精度實時在線智能化測量。

測量數據可以在控制單元顯示屏上顯示，也可以輸送到電廠的DCS系統進行統一管理。

1 系統工作原理及工作過程

該系統采用失重法測量技術、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。由測量單元內部的執行機構將裝有灰樣的坩堝送入灼燒裝置進行高溫灼燒，灼燒結束后由系統對收灰前、后及灼燒后所稱得的重量信號進行計算，獲得飛灰的含碳量并在控制單元的顯示屏上進行顯示。灼燒后的灰樣通過系統的排灰裝置排放回煙道中，然后進行下一次飛灰的取樣和含碳量測量流程。采用富氧燃燒技術可以將整個系統的檢測周期大大縮短，從而獲得更好的實時性，從而指導運行人調整。

2 裝置組成及系統安裝

該系統主要由取樣單元、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構設計，能夠自動跟蹤鍋爐煙道流速的變化而保持等速取樣狀態，因而，取出的灰樣具有較好的代表性，從而保證了系統的整體測量可信度。該單元采用耐磨和防堵灰設計，能保證裝置長期可靠的進行自動采樣。

自動旋轉機構采用了8分的槽輪結構，主動輪每轉動一圈，從動輪固定轉動45度，實現了對旋轉機構的精確定位。克服了傳統通過光電開關定位轉盤的思路，避免了因為現場的灰塵污染或堵塞定位孔，造成的定位不準的問題。

升降機構中將絲桿、光桿進行模塊化設計，運行非常平穩，幾乎聽不到軸套和絲桿摩擦的聲音，組件設計了定位槽，普通技術人員就可以完成產品組裝，絲杠一體化結構更換方便，通用性比較好，維護便利。

測量單元由收灰組件、排灰組件、灼燒組件、執行機構、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控制軟件實現自動控制。該裝置對每個煙道采用獨立的取樣、檢測和控制系統，所有設備都安裝于現場，有利于現場的安裝和使用，可以為電廠節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，與采用一臺主機檢測兩個煙道系統相比，可以有效分散系統風險，從而進一步提高系統的可靠性。

3 性能指標

（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）歷史數據：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）環境溫度：-30～65℃。

4 系統安裝

系統由二套取樣單元、二套測量單元組成，系統設備的安裝可以在鍋爐運行期間實施，飛灰取樣單元安裝孔的開孔需要在停爐后進行。取樣點選取在空氣預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滿足下面條件：煙氣溫度小于200℃；在水平煙道的直管段外側壁，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壁，同時距煙道后壁1/3煙道厚度處；煙道內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。根據取樣單元所安裝的煙道位置不同，需要對取樣管進行調整，以保證取樣管的進氣嘴方向正對煙氣流的方向。

安裝中還采用了經過專業設計的適用于天平測量的特殊減振器消除了現場振動對天平測量精度的影響；采用半導體致冷技術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箱內，消除工業現場環境因素對天平測量精度影響；除了采用上述的防護措施外，控制系統還對天平進行每天4次的自動校準處理，從而進一步確保天平的測量精度。

5 系統運行效果

設備安裝結束，經過調試，對系統進行了標定試驗，試驗結果見表2。

從初次標定試驗結果可以看出：飛灰在線檢測裝置測得數值大多低于實測值；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確。A側飛灰在線檢測裝置除工況二外基本準確，B側飛灰在線檢測裝置測得數值與實測值存在較大偏差，除工況一外偏差均大于0.5%。A側飛灰在線檢測裝置測得數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側測量結果與實測值存在偏差應與B側飛灰取樣裝置取樣量較大，所取灰樣燒燼程度不足有關。

6 裝置維護

當裝置工作一段時間后，在取樣器的調節噴嘴和彎管內壁上會沾結一些灰塵和結焦，如果長期不進行清理，會造成氣路變細，甚至堵死，從而使取樣器不能收集灰樣。裝置應安排專人定期（每周1-2次）進行維護，主要檢查事項如下：（1）測量箱內溫控器顯示是否正常；當前設定溫度為815℃。（2）測量箱內轉盤和齒輪盤表面是否有嚴重的積灰。（3）測量箱內坩堝和頂桿是否有缺損及數量是否對。（4）飛灰取樣器噴射嘴是否有堵塞。（5）人機界面是否顯示正常。（6）檢查排灰透明管是否磨穿。（7）壓縮空氣調壓閥上表顯壓力是否正常。

結束語

（1）飛灰含碳量在線檢測裝置測得數值基本可以反應飛灰可燃物的實際情況，對鍋爐燃燒調整具有一定的指導意義。（2）需要定期對裝置進行標定試驗，調整合適的取樣量、灼燒時間，以求準確反映飛灰可燃物的實際情況。（3）做好裝置維護工作，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

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[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發展與現狀[J].鍋爐技術，2011（1）：1-4.

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