火力發電廠鍋爐飛灰含碳量監測可靠性優化

周永峰

【摘要】火力發電機組目前最重要的指標是在保證環保綠色發電的前提下能夠更好的做到降本增效，因此提高鍋爐的燃燒率是很重要的，飛回含碳量是標示鍋爐燃燒狀況的很重要的指標，因此準確的監測爐膛飛灰含碳量是非常重要的。

【關鍵詞】飛灰含碳量；FWD-2000；可靠性；優化

1、引言

火力發電技術從亞臨界到超臨界，再到超超臨界，經過了幾十年的發展，火電機組容量也更大，對黑色能源的利用和環境保護的要求也更高。所以現在的火電做到“生產高效節能，排放綠色環保”是很重要的指標。本文主要從鍋爐燃燒率的重要指標飛回含碳量著手，研究如何更準確更及時的測量鍋爐的燃燒狀態，對鍋爐的燃燒優化、降低發電煤耗、提高競價上網等重要環節提供可靠的參考依據。

2、工程概況

飛灰含碳指的是煤粉在鍋爐燃燒后剩余的灰燼中的碳的含量，是反映煤燃燒效率的重要指標。當煤粉在爐膛內燃燒不充分時，會造成機械未完全燃燒損失增大，此時飛回含碳量會增大。可以看出煤粉的燃燒狀況直接影響飛回含碳量的變化，則影響煤粉燃燒率的因素即影響飛回含碳量的因素，主要有：煤粉細度、煤品質特性、爐膛熱風溫度、燃燒器的構造及鍋爐負荷等。因此能夠實時準確的監測飛灰含碳量對于監視爐膛的燃燒狀況非常重要。

一般測量飛灰含碳量是通過對煙氣灰燼中的碳進行再次灼燒的方法，通過對比灼燒前后的取樣灰量的重量，測量含碳量。這種方法適合于實驗室分析，雖然精度高但是不能在線及時的測量鍋爐中的飛灰含碳量，不適合于工業應用。目前在工業上應用的較多的方式是微波測量技術，通過監測鍋爐煙道中的碳的波段在線實時的測量含碳量，但這種方法受煙道中的煙質流速、煤質變化的影響較大，且測量精度太低，穩定性差，不能準確的反映當前鍋爐爐膛內的煤粉燃燒狀況，對鍋爐燃燒控制和調整沒有很好的指導作用。

本文主要通過托電公司安裝的FWD-2000型在線監測飛灰含碳裝置的使用情況來分析如何能更好的監測飛回含碳量。該型號飛回含碳監測裝置應用的還是高精度的實驗室化學灼燒失重技術以，在煙氣取樣以及在線監測裝置上做了很好的改善，利用了自抽式無動力取樣技術，并且在數據監測分析傳輸方面做到了更加智能化。整套裝置結構簡單、性能可靠、測量精度高，能夠很好的反映鍋爐的爐膛燃燒狀況。

3、工藝過程概述

采用失重法測量技術，當含有未燃盡碳的灰樣在特定的高溫下經灼燒后，由于灰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計算依據，計算出灰樣中的含碳量。

系統采用無外加動力、自抽式取樣單元，自動地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。再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、收灰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去，然后進行下一次飛灰的取樣和含碳量測量的流程。

飛灰取樣單元由取樣管、引射管、調節噴嘴、旋流集塵器等部件組成。飛灰取樣單元采用了獨特的耐磨設計和防堵灰設計，能保證裝置長期可靠的進行自動采樣。

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，如圖1所示。

4、飛灰含碳量日常維護常見問題分析

4.1取樣器的維護

排灰管是飛灰取樣器的重要部件，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。

4.2坩堝的更換

坩堝是灰樣的收集容器，坩堝口邊緣如有缺口灰影響正常的收灰工作。要更換坩堝時，先按界面上的“運行中”按鈕，再將啟動方式改為“0”，使升降頂桿運行到工位切換位置，等到初始化過程完畢，按“單步調試”按鈕，進入“單步調試”界面，按按鈕“順轉45度”或“順轉90度”使轉盤轉動至合適位置即可更換坩堝。更換坩堝時需特別注意：坩堝和轉盤可能高溫，必須帶手套操作，謹防燙傷！坩堝處理完后再先按界面上的“啟動運行”按鈕，再將啟動方式改為“1”，”按鈕使設備進入正常運行狀態。

4.3光電開關的維護

每個測量單元內有6個光電開關。其中2個是檢測轉盤位置的，另4個是檢測頂桿升降位置的。這里講的光電開關的維護是指檢測轉盤位置的那2個光電開關。當光電開關槽內表面有明顯的積灰時，用干凈的布輕輕的將積灰檫干凈或用壓縮空氣吹掃干凈即可。

4.4排灰嘴的維護

排灰嘴內孔和外圈鋼絲刷在長期運行后可能會出現堵灰和螺旋變形的情況。如出現上述現象，先停運設備。然后用鐵絲清除排灰嘴內孔的堵灰；用小一字螺絲刀理順外圈的鋼絲刷，使鋼絲都一致向下。處理完再啟動設備。

4.5升降機構的維護

升降機構中的運動配合部件有1根升降螺桿、1根轉盤下降稱重時的拉桿和3根升降導柱，在這些部件的滑動配合表面上需要涂潤滑脂（黃油）。當潤滑脂干澀或太臟時，要將原潤滑脂清除掉，再涂上新的潤滑脂。具體操作步驟為：先停運設備，拆掉升降部件的前封板，對潤滑脂進行清除和更換工作。更換后恢復封板，再按人機界面上的“啟動運行”按鈕以啟動設備工作。

5、針對FWD-2000飛回含碳量測量裝置存在的問題優化

從以上對FWD-2000型號的測量裝置的仔細分析中可以發現一些問題，取樣和測量裝置由于是機械結構，且涉及到好幾個自動控制電機，因此在生產現場環境比較惡劣的地方安裝后由于長時間運行會出現機械結構故障，導致整個測量系統癱瘓。因此在以上測量系統的基礎上能將一些容易出問題的機械部件進行優化則會大大提升該測量系統的穩定性及可靠性。

FWD-2000型號測量飛灰裝置中取樣后進行灼燒的旋轉電機、升降電機等由于電機時間工作長環境溫度高等因素會出現故障，且旋轉盤和升降電機的行程比較大，時間長會導致動作錯位，因此精簡這套機械部件對系統的穩定性提升很重要。以下介紹托電五期對該套裝置進行的一些改造。

將原先的由電機帶動的旋轉部分和升降機構都改成由電磁閥控制的氣動執行器，大大縮短了測量裝置的動作行程，并且由于電磁閥的可靠性高于電機，因此提升了測量的穩定性。由于氣動執行器的快速反映特性，使得整個測量裝置從取樣、稱重、灼燒、再稱重、排灰幾個工序的時間縮短很多，因此也提高了系統的靈敏性，所以改進后的測量裝置能更及時準確的監測煙道中的含碳量，對鍋爐爐膛的燃燒判斷和燃燒整體優化能起到更好的作用。

6、結論

火力發電機組目前最重要的指標是在保證環保綠色發電的前提下能夠更好的做到降本增效，因此提高鍋爐的燃燒率是很重要的，飛回含碳量是標示鍋爐燃燒狀況的很重要的指標，因此準確的監測爐膛飛灰含碳量是非常重要的。通過以上對FWD-2000型號的飛回含碳量測量裝置的研究，可以看出它是一種依據電力行業實驗室檢測標準流程，運用現代成熟的控制理論，結合精密傳動、傳感器檢測、工業控制、人機通訊等尖端技術，實現了飛灰含碳量的高精度實時在線智能化測量。且由于該測量裝置的高精度性，可靠性以及改造后體現出的穩定性和靈敏性，為電廠運行和技術管理人員進行鍋爐運行優化調整和優化提供重要手段和參考依據，提高鍋爐運行水平和效率，降低污染物排放。為鍋爐效率在線檢測系統、鍋爐燃燒優化系統、鍋爐運行優化調整系統等提供重要輸入參數。有效控制飛灰含碳量，保證粉煤灰品質等級，提高電廠售灰效益和社會綜合效益，并能降低煙塵以及污水排放。高可靠性自動控制執行系統，減少人工操作和維護工作，降低運行成本。

參考文獻：

[1] 《托電五期機組基建飛灰含碳安裝技術協議》

[2] 《FWD-2000型飛灰含碳測量裝置維護手冊》