锅炉飞灰含碳量实时在线测定的研究探索

Electric Power System EquipmentOperation And Maintenance运行与维护

2019年第10期

2019 No.10

锅炉飞灰含碳量实时在线测定的研究探索

刘 波

（国家能源聊城发电有限公司，山东聊城 252000）

［摘 要］一种新型飞灰含碳量在线测定装置的应用前景在于，选择的飞灰测点要能代表锅炉当前的燃烧状态；可以实时、在线测定锅炉飞灰含碳量；结合飞灰含碳量的测量数据，优化运行参数，节约燃煤用量，降低机组碳排放量。［关键词］飞灰含碳；实时检测；灰斗取灰［中图分类号］TM924　　　　　［文献标志码］B　　　　　［文章编号］1001–523X（2019）10–0113–02

Research on Real-time Online Measurement of Carbon Content in Boiler Fly Ash

Liu Bo

［Abstract］The application prospect of a new type of fly ash carbon content on-line measuring device, the selected fly ash measuring point should be able to represent the current combustion state of the boiler. The carbon content of the boiler fly ash can be measured in real time and online. Combined with the measurement data of carbon content of fly ash, optimize operating parameters, save coal consumption and reduce carbon emissions of the unit. ［Keywords］fly ash carbon; real-time detection; ash ash1 研究背景

切。

1.2 国内外研究现状和发展趋势

1.1 项目必要性

锅炉飞灰含碳量是反映发电厂燃煤锅炉燃烧效率的重要指标，实时测量飞灰含碳量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“竞价上网”能力以及粉煤灰综合利用能力已显得日益重要和迫飞灰含碳量的传统测量方法是化学灼烧失重法，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，导致测量的结果不能及时准确地反映当前的锅炉燃烧的工况，对锅炉燃烧的控制和燃烧调整的指导缺乏实时性。而目前电厂投用的在线锅炉飞灰含碳量监测仪基本上都是采用微波测量技术，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，

表1 II段无功补偿装置参数

序号1234

设备名称

1号高压无功补偿成套装置2号高压无功补偿成套装置3号高压无功补偿成套装置4号高压无功补偿成套装置

容量（kvar）80080010001500

电容器额定电流

（A）

41.9941.9952.4978.43

熔丝电流（A）636380120

（1）用铜编织带替代外熔断器，保护装置变为内熔丝加继电保护如图3所示；

(2)继电保护单位核实相关保护定值；

(3)设备各连接部位和电容器中部贴示温蜡片；

（4）加强检修人员的专业技术培训，提高检修质量；（5)加强变电站值班员技术培训，提高变电站运行管理水平。

熔断器仍然采用喷逐式（喷射式），它开断大故障电流性能不理想，保护效果不佳。由于双重熔丝保护不能取得令人满意的效果，也不是电容器保护标准上推荐的方式，故本规范取消这种方式。”因此内外熔丝同时使用是技术规范不推荐的。

综上所述，电容器配置双重熔丝保护，外接熔丝大于50 A，虽然不符合《并联电容器装置设计规范》，但不是此次电容柜爆炸的主要原因。通过现场检查，是防摆型熔断器安装不规范，金属螺帽与熔丝铜扣接触不良，接触点温度过高，超过内外绝缘套管耐热温度，使其机械强度、耐爆能力下降。由于熔丝熔点和抗涌流能力下降，电容器在正常投运中，熔丝熔断，储能拉簧能量释放，灭弧过程中绝缘套管在高温高压作用下，套管破裂失去绝缘、灭弧功能，电弧形成两相或三相弧光短路，烧毁柜内设备，引起开关跳闸。5 方案实施

运行管理部门提出并落实以下预防整改对策，以全面消除外熔断器对电容器柜形成的安全隐患。

图3 铜编织带替代熔断器

6 应用效果

运行管理部门对电容柜进行全面的综合治理后，至今未出现设备烧毁，整改效果明显，消除了安全隐患。7 技术创新点

根据防摆型熔断器工作原理，明确熔丝安装规范及熔丝电流选择，从设计规范角度详细分析，并探讨防范措施。

参考文献

[1] 并联电容器装置设计规范：GB50227-2008[S].

2019.10 电力系统装备丨113

2019年第10期

2019 No.10

Operation And Maintenance运行与维护

Electric Power System Equipment电力系统装备

测量稳定性和精度都不理想，较难满足用户对测量精度及稳定性的要求，而且大部分的维护量较大。

1.3 基础条件

1所示。

从表1可知，单灰样最大误差为-1.268%（6月13日），12个灰样的平均误差仅为-0.094%。

表1 飞灰取样测量值对比

序

灰样号号

检测头测定的残余碳吸光度x1

x2

x3

x4

x5

x6

聊城电厂实测人工化验值值5.400 误差

聊城发电有限公司2×600 MW超临界燃煤发电机组锅炉为东方锅炉（集团）股份有限公司采用日本BHK公司技术制造的国产超临界参数复合变压直流本生型锅炉，锅炉本体形式采用∏型布置，一次中间再热、单炉膛、尾部双烟道结构，16月3日-0.024 -0.017 -0.041 -0.077 -0.108 -0.102 4.4870.913 固态排渣，前后墙对冲燃烧方式。2 研究内容

对国电聊城发电厂测定锅炉飞灰含碳量的要求如下：（1）选择的飞灰测点要最能代表锅炉当前的燃烧状态；（2）要求必须实时、在线测定锅炉飞灰含碳量；（3）要求测定结果准确、可靠。

取样点的选取必须具有代表性，以及测量结果的实时性与准确性是本项目的研究重点。实时测量飞灰含碳量系统能迅速准确测定煤炭六大成分，不需要采样、制样就能瞬间一次性测定煤炭成分，没有采、制样误差，设备实现免维护，使电厂运行人员能够实时了解燃烧情况，并有数可依的对煤量、送风量及相关参数进行优化调节，使锅炉燃烧在深度调峰及运行灵活性越来越严的情况下保持最优状态，达到降低煤耗、提高经济效益的目的。3 实施方案

3.1 最佳取灰点和取灰方式的确定

（1）经在锅炉现场选比，确定取灰点选在锅炉第一级静电除尘器A或B通道中靠中间的一个灰斗取灰。

第一级静电除尘器捕取的灰约占进入5级静电除尘器总量的85%左右。而且在这一级之前，已有省煤器灰斗将较大颗粒的灰收集了；细的和最细的灰越过第一级灰斗掉入后级除尘器，因而，第一级静电除尘器收集的灰最能代表锅炉燃烧状态。

（2）用两根管道取灰，理由为：第一根管道在靠近灰斗正常顶灰面附近，以保持取的灰是实时的，这是主取灰管；为防止灰斗顶灰面波动太大导致第一根取灰管取不到灰，特在取灰管下面0.5m左右设置了第二根取灰管取灰。

两根取灰管都装有旋转给灰机，保证均匀给灰。两根取灰管还都装有光电开关，用于控制用。

正常情况下，主要由第一根灰管取灰，即当第一根灰管的光电开关检测不到光时（表示管中有灰），旋转给粉机带电旋转给灰，以保证取的灰最能代表当前锅炉燃烧状况。

当锅炉燃烧异常或负荷变化大造成顶灰面下沉，第一根灰管断灰，第一根灰管的光电开关导通，将信号上传给控制器，控制器将第一根灰管旋转给粉机断电，同时启动第二根灰管的旋转给粉机给粉，以保持持续取灰。

3.2 选择飞灰含碳量的测定装置

采用国内较为先进的煤炭成分实时快速测定装置测定飞灰含碳量。系统由两部分组成。

第一部分由检测头和与检测头原配的控制器组成。测定系统不能含有放射性，保证人身安全。采用次红外线作为检测介质测定物料成份。该部分在系统中定义为下位机。设备必须没有放射性，能实时、在线、快速、同时测定煤炭六大成分。

第二部分是系统的核心部分，即上位机，计算模块集目前世界上最先进的算法之长，创新性地研发出最新的算法，利用大数据原理和人工智能（AI）技术，使其具有强大的自学习能力，具有对不同煤种识别能力强，动态精度高等优点。拟用中日合作研发的BG700煤炭成分实时快速测定装置测定飞灰含碳量。

3.3 设备的测定精度

从聊城发电厂取回12个飞灰灰样，在北塘发电厂实验室用BG700逐一对12个灰样的残余碳进行测量，实测结果如表

114丨电力系统装备 2019.10

26月4日-0.019 -0.016 -0.034 -0.068 -0.097 -0.090 5.360 5.183 0.177 36月5日-0.024 -0.016 -0.045 -0.084 -0.123 -0.117 2.080 2.801 -0.721 46月6日-0.019 -0.015 -0.037 -0.073 -0.106 -0.100 3.100 3.673 -0.573 56月7日-0.020 -0.016 -0.039 -0.075 -0.109 -0.102 3.300 3.886 -0.586 66月8日-0.022 -0.016 -0.040 -0.076 -0.108 -0.102 3.700 4.047 -0.347 76月9日-0.021 -0.016 -0.040 -0.077 -0.111 -0.105 4.040 4.118 -0.078 86月10日-0.023 -0.016 -0.044 -0.081 -0.117 -0.111 3.320 3.411 -0.091 96月11日-0.022 -0.016 -0.041 -0.078 -0.112 -0.106 4.080 3.859 0.221 106月12日-0.025 -0.016 -0.048 -0.085 -0.122 -0.116 3.740 2.604 1.136 116月13日-0.028 -0.017 -0.052 -0.091 -0.131 -0.125 1.000 2.268 -1.268 126月14日-0.028 -0.016 -0.055 -0.095 -0.136 -0.132

2.080

1.785 0.295

因此，选用BG700煤炭成分实时快速测定装置作为厂飞灰含碳量的测定装置。

3.4 工作方式与配置

当第一根取灰管取到灰，将光电开关阻断光，控制器启动第一根灰管的旋转给粉机卸灰，将样灰送入下面的梭槽，延时30s启动检测头开始测定飞灰含碳量。当第一根管断灰，1号光电开关受光导通，控制器停转第一根灰管的旋转给粉机，同时启动第二根灰管的旋转给粉机，保持持续检测该锅炉的飞灰含碳量。当第二根灰管的光电开关也因断灰而导通，表明锅炉停运或异常，控制器停止飞灰含碳量检测工作。

之后，如果第二根灰管的光电开关检测到有灰，控制器启动第二根灰管的旋转给粉机，持续30s后，控制器启动飞灰含碳量的检测工作。当第一根灰管的光电开关也检测到有灰，则控制器停运第二根灰管的旋转给粉机，启动第一根灰管的旋转给粉机，以保持检测到的是对锅炉燃烧状况最优代表性的飞灰。

在正常测定飞灰含碳量的过程中，样灰梭槽下面的给粉机持续振动，将测定过的灰送入梭槽下面的漏斗，直接排入下面的干灰泵同大灰斗的灰一起排走。如图1所示。

干灰仓最高粉位线光电开关1旋转给粉机1

干灰仓

旋转给粉机2

检测头

光电开关2

样粉梭槽振动给粉机

干灰泵

图1 实时在线快速测定飞灰含碳量装置示意图

4 效益预测

在设备运行正常、可靠、满意后，可考虑将飞灰含碳量测定信号送入锅炉燃烧调节系统参与锅炉燃烧调节和控制，以保证锅炉高效运行。结合飞灰含碳量的测量数据，优化运行参数，节约燃煤用量，降低机组碳排放量，同时提高了粉煤灰的质量，变废为宝，具有很好的社会效益。