火力发电厂锅炉飞灰含碳量监测可靠性优化

周永峰

【摘要】火力发电机组目前最重要的指标是在保证环保绿色发电的前提下能够更好的做到降本增效，因此提高锅炉的燃烧率是很重要的，飞回含碳量是标示锅炉燃烧状况的很重要的指标，因此准确的监测炉膛飞灰含碳量是非常重要的。

【关键词】飞灰含碳量；FWD-2000；可靠性；优化

1、引言

火力发电技术从亚临界到超临界，再到超超临界，经过了几十年的发展，火电机组容量也更大，对黑色能源的利用和环境保护的要求也更高。所以现在的火电做到“生产高效节能，排放绿色环保”是很重要的指标。本文主要从锅炉燃烧率的重要指标飞回含碳量着手，研究如何更准确更及时的测量锅炉的燃烧状态，对锅炉的燃烧优化、降低发电煤耗、提高竞价上网等重要环节提供可靠的参考依据。

2、工程概况

飞灰含碳指的是煤粉在锅炉燃烧后剩余的灰烬中的碳的含量，是反映煤燃烧效率的重要指标。当煤粉在炉膛内燃烧不充分时，会造成机械未完全燃烧损失增大，此时飞回含碳量会增大。可以看出煤粉的燃烧状况直接影响飞回含碳量的变化，则影响煤粉燃烧率的因素即影响飞回含碳量的因素，主要有：煤粉细度、煤品质特性、炉膛热风温度、燃烧器的构造及锅炉负荷等。因此能够实时准确的监测飞灰含碳量對于监视炉膛的燃烧状况非常重要。

一般测量飞灰含碳量是通过对烟气灰烬中的碳进行再次灼烧的方法，通过对比灼烧前后的取样灰量的重量，测量含碳量。这种方法适合于实验室分析，虽然精度高但是不能在线及时的测量锅炉中的飞灰含碳量，不适合于工业应用。目前在工业上应用的较多的方式是微波测量技术，通过监测锅炉烟道中的碳的波段在线实时的测量含碳量，但这种方法受烟道中的烟质流速、煤质变化的影响较大，且测量精度太低，稳定性差，不能准确的反映当前锅炉炉膛内的煤粉燃烧状况，对锅炉燃烧控制和调整没有很好的指导作用。

本文主要通过托电公司安装的FWD-2000型在线监测飞灰含碳装置的使用情况来分析如何能更好的监测飞回含碳量。该型号飞回含碳监测装置应用的还是高精度的实验室化学灼烧失重技术以，在烟气取样以及在线监测装置上做了很好的改善，利用了自抽式无动力取样技术，并且在数据监测分析传输方面做到了更加智能化。整套装置结构简单、性能可靠、测量精度高，能够很好的反映锅炉的炉膛燃烧状况。

3、工艺过程概述

采用失重法测量技术，当含有未燃尽碳的灰样在特定的高温下经灼烧后，由于灰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计算依据，计算出灰样中的含碳量。

系统采用无外加动力、自抽式取样单元，自动地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。再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、收灰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去，然后进行下一次飞灰的取样和含碳量测量的流程。

飞灰取样单元由取样管、引射管、调节喷嘴、旋流集尘器等部件组成。飞灰取样单元采用了独特的耐磨设计和防堵灰设计，能保证装置长期可靠的进行自动采样。

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，如图1所示。

4、飞灰含碳量日常维护常见问题分析

4.1取样器的维护

排灰管是飞灰取样器的重要部件，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。

4.2坩埚的更换

坩埚是灰样的收集容器，坩埚口边缘如有缺口灰影响正常的收灰工作。要更换坩埚时，先按界面上的“运行中”按钮，再将启动方式改为“0”，使升降顶杆运行到工位切换位置，等到初始化过程完毕，按“单步调试”按钮，进入“单步调试”界面，按按钮“顺转45度”或“顺转90度”使转盘转动至合适位置即可更换坩埚。更换坩埚时需特别注意：坩埚和转盘可能高温，必须带手套操作，谨防烫伤！坩埚处理完后再先按界面上的“启动运行”按钮，再将启动方式改为“1”，”按钮使设备进入正常运行状态。

4.3光电开关的维护

每个测量单元内有6个光电开关。其中2个是检测转盘位置的，另4个是检测顶杆升降位置的。这里讲的光电开关的维护是指检测转盘位置的那2个光电开关。当光电开关槽内表面有明显的积灰时，用干净的布轻轻的将积灰檫干净或用压缩空气吹扫干净即可。

4.4排灰嘴的维护

排灰嘴内孔和外圈钢丝刷在长期运行后可能会出现堵灰和螺旋变形的情况。如出现上述现象，先停运设备。然后用铁丝清除排灰嘴内孔的堵灰；用小一字螺丝刀理顺外圈的钢丝刷，使钢丝都一致向下。处理完再启动设备。

4.5升降机构的维护

升降机构中的运动配合部件有1根升降螺杆、1根转盘下降称重时的拉杆和3根升降导柱，在这些部件的滑动配合表面上需要涂润滑脂（黄油）。当润滑脂干涩或太脏时，要将原润滑脂清除掉，再涂上新的润滑脂。具体操作步骤为：先停运设备，拆掉升降部件的前封板，对润滑脂进行清除和更换工作。更换后恢复封板，再按人机界面上的“启动运行”按钮以启动设备工作。

5、针对FWD-2000飞回含碳量测量装置存在的问题优化

从以上对FWD-2000型号的测量装置的仔细分析中可以发现一些问题，取样和测量装置由于是机械结构，且涉及到好几个自动控制电机，因此在生产现场环境比较恶劣的地方安装后由于长时间运行会出现机械结构故障，导致整个测量系统瘫痪。因此在以上测量系统的基础上能将一些容易出问题的机械部件进行优化则会大大提升该测量系统的稳定性及可靠性。

FWD-2000型号测量飞灰装置中取样后进行灼烧的旋转电机、升降电机等由于电机时间工作长环境温度高等因素会出现故障，且旋转盘和升降电机的行程比较大，时间长会导致动作错位，因此精简这套机械部件对系统的稳定性提升很重要。以下介绍托电五期对该套装置进行的一些改造。

将原先的由电机带动的旋转部分和升降机构都改成由电磁阀控制的气动执行器，大大缩短了测量装置的动作行程，并且由于电磁阀的可靠性高于电机，因此提升了测量的稳定性。由于气动执行器的快速反映特性，使得整个测量装置从取样、称重、灼烧、再称重、排灰几个工序的时间缩短很多，因此也提高了系统的灵敏性，所以改进后的测量装置能更及时准确的监测烟道中的含碳量，对锅炉炉膛的燃烧判断和燃烧整体优化能起到更好的作用。

6、结论

火力发电机组目前最重要的指标是在保证环保绿色发电的前提下能够更好的做到降本增效，因此提高锅炉的燃烧率是很重要的，飞回含碳量是标示锅炉燃烧状况的很重要的指标，因此准确的监测炉膛飞灰含碳量是非常重要的。通过以上对FWD-2000型号的飞回含碳量测量装置的研究，可以看出它是一种依据电力行业实验室检测标准流程，运用现代成熟的控制理论，结合精密传动、传感器检测、工业控制、人机通讯等尖端技术，实现了飞灰含碳量的高精度实时在线智能化测量。且由于该测量装置的高精度性，可靠性以及改造后体现出的稳定性和灵敏性，为电厂运行和技术管理人员进行锅炉运行优化调整和优化提供重要手段和参考依据，提高锅炉运行水平和效率，降低污染物排放。为锅炉效率在线检测系统、锅炉燃烧优化系统、锅炉运行优化调整系统等提供重要输入参数。有效控制飞灰含碳量，保证粉煤灰品质等级，提高电厂售灰效益和社会综合效益，并能降低烟尘以及污水排放。高可靠性自动控制执行系统，减少人工操作和维护工作，降低运行成本。

参考文献：

[1] 《托电五期机组基建飞灰含碳安装技术协议》

[2] 《FWD-2000型飞灰含碳测量装置维护手册》