发电厂锅炉在线飞灰测碳方案分析

刘俊 王政斌 南京华展电力科技有限公司技术部

发电厂锅炉在线飞灰测碳方案分析

刘俊 王政斌 南京华展电力科技有限公司技术部

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。传统测量飞灰含碳量采用化学灼烧失重法是一种离线的实验室分析方法，对灰样的代表性要求高、分析滞后，难以快速反映锅炉燃烧工况。目前的电站锅炉飞灰含碳量在线检装置，为无动力、自抽式等速取样设备，实现了对飞灰含碳量的实时在线测量。现有应用比较成熟的在线测碳技术采用微波法及在线灼烧法。本文就以此为例进行比较阐述。

锅炉 飞灰测碳 微波法 灼烧法

1 概述

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。装置的投运还将有助于电厂管理人员分析锅炉燃烧效率，提高制粉系统和送风系统的安全运行。锅炉飞灰含碳量在线检测装置在指导电厂安全运行、节约燃料成本、降低煤耗、包括产生环境效益等方面发挥了越来越重要的作用。

传统测量飞灰含碳量采用化学灼烧失重法是一种离线的实验室分析方法，对灰样的代表性要求高、分析滞后，难以快速反映锅炉燃烧工况。目前的电站锅炉飞灰含碳量在线检装置，为无动力、自抽式等速取样设备，实现了对飞灰含碳量的实时在线测量。

现有应用比较成熟的在线测碳技术采用微波衰减法、微波谐振法及灼烧法。

2 装置结构

针对国内300MW机组以上锅炉大多采用两个烟道排放飞灰的特点，一般的在线测碳装置设计均采用两套独立的飞灰取样和微波测量系统。但在实际应用中，各测量原理实现机构有其区别。微波衰减法机构组成为：测量单元---主机单元；微波谐振法机构组成为：取样单元---测量单元-----主机单元；灼烧法机构组成为：取样单元----测量控制单元。

3 装置原理

3.1 测量原理

原理一，采用微波测量技术，根据飞灰中未燃尽的碳对微波的吸收特性，分析确定飞灰中碳的含量。

原理二，采用微波谐振测量技术，根据飞灰中未燃尽的碳对微波谐振能量的吸收特性，分析确定飞灰中碳的含量。

在锅炉内，未燃烧的煤粉都转化为石墨颗粒，在微波电磁场内，作为一种导体的石墨微粒感生了微波电流，电流流过石墨的体积电阻从而产生了焦耳热，即为碳吸收的谐振能量值，只要测出吸收的能量值，即可得出相应的含碳量数值。

原理三，采用在线灼烧失重技术，根据在线灼烧失重进行计算，实现飞灰中含碳值的测量。当含有未燃尽碳的灰样在规定温度下经灼烧后，由于灰样中残留的碳被燃尽后使灰样的质量出现损失，利用灰样的烧失量作为依据可以计算出灰样中的含碳量。

3.2 工作原理

微波衰减法测量装置不进行设备取样，直接在烟道壁安装测量探头，进行信号发射及接收。将信号送至主机单元进行处理运算。如图一。

图一微波衰减法原理示意图

目前的在线测碳技术取样均为无外加动力、自抽式取样器，自动等速地将烟道中的灰样收集到相应的测量机构，系统对飞灰含碳量进行测量。再经主机单元作进一步变换、运算、存储及显示。已分析完的灰样均可根据主机程序中的设置命令或手动控制状态，可以自动排放回烟道或者送入收灰容器，以便于实验室分析化验。

微波谐振法系统框图

灼烧法测量系统框图

4 基于各测量原理的参数对比

因测量原理的差异，在设备性能及指标上，也存在相应的差异，对比如下表一：

表一 各测量原理参数对比

5 系统综合对比

5.1 校验方法

微波衰减法原理测碳不进行取样，直接在烟道壁进行测量，导致测量值无法进行直接标定，只能通过电除尘尾部取样进行间接校验。微波谐振法原理测碳进行取样，并可以将分析后的灰样进行保留，以便实验室进行分析校验。灼烧法为实验室分析方法，测量精度高，测量准确。

5.2 测量技术

微波烟道法直接对烟道一定截面进行测量，测量精度较低，且无法校验，故现在已从电厂实际应用中逐渐淡出。微波法测量测量周期短，校验方便，现在为电厂应用较多的测量技术。但其受煤种影响，需在更换煤种时进行重新设备标定。现在大多国内电厂为掺煤燃烧，故其应用也有其局限性。灼烧法不受煤种变化影响，为实验室测量精度，为电厂应用的发展方向。

5.3 测量范围及周期

微波法为应用吸收特性，故无法测量过高含碳量，为其局限性；灼烧法为烧失法，可测量较高的含碳量。故其测量范围远远优于微波法。微波法测量周期要较灼烧法短，在电厂应用中，可更为及时为运行人员提供参考，方便运行人员及时调整风煤比。

5.4 安装方案及测点选定

在实际的电厂应用中，因在尾部烟道内的烟气混合物流场随时变化，故测点的选择就显得尤为重要，测点选择正确，将会使测量更具代表性。各测量原理均对灰样温度有相应要求，故烟气混合物温度不可过高。一般的测点均选择平直或者垂直烟道，并且平直和垂直管段的长度须较长，以满足尽量不产生紊流条件故在实际电厂应用中，一般选择在电厂空预器出口至电除尘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 飞灰测碳经济性分析

飞灰含碳量是直接反映电站锅炉燃烧效率和煤粉灰质量的重要指标，飞灰含碳量的高低关系到煤粉灰的价格，直接影响到电厂的综合效益。此外，飞灰含碳量过高，将加重对锅炉尾部受热面的磨损，降低设备的使用寿命。锅炉飞灰含碳量过高，还有可能增加锅炉结焦及锅炉尾部二次燃烧的可能，对锅炉安全运行造成威胁。

由于锅炉飞灰含碳量在线检测装置的测量，为电厂锅炉的优化燃烧提供了可靠的调整依据。而及时的调整锅炉的运行状况，规避安全风险，并从节省燃料，增加效率等方面带来直接或间接的经济效益。

[1]徐志远等编，《石墨制化工设备》，化学工业出版社

[2]国家电力公司，《火电厂燃料试验方法飞灰和炉渣可燃物测定方法》，中国电力出版社；

[3]国家电力公司，《煤的工业分析方法》中国电力出版社。

刘俊（1980年8月24日），男，汉族，江苏省南京市人，技术工程师，大学本科学历，主要研究方向为弱电控制。工作单位：南京华展电力科技有限公司。