1、HQCT-飞灰测碳仪在燃煤电站锅炉上的应用李正坤 （天津军粮城发电有限公司）摘要 简单介绍了 HQCT-智能型飞灰测碳仪的工作原理、系统结构和特点，并通过在某电站锅炉上的实际应用，指出该仪表能及时反映锅炉燃烧的即时工况，为运行人员的优化操作提供了参考依据，满足了电站实时监控需求。关键词 锅炉 飞灰含碳量 微波 谐振测量 监控1 前言锅炉飞灰含碳量是火力发电厂燃煤锅炉优化燃烧的重要指标之一。当飞灰含碳量高时，会直接导致煤耗的升高，从而使发电成本增高。煤耗的高低不仅关系到发电企业的经济效益，还会影响到电厂的生存与发展。因此，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
2、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。目前对飞灰含碳量的定量测量一般采用“化学灼烧失重法” ，这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，但因受灰样采集数据少、样品代表性差、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工况，对锅炉燃烧控制和调整的指导缺乏实时性。而以前有些电厂安装的测碳仪器又因为堵灰等故障频繁出现，维护量很大，设备根本无法投用。北京华清优燃科技有限公司根据电厂现场实际情况研制的 HQCT-智能型飞灰测碳仪，从根本上解决了取样、测量、排灰等问题，提高了准确性和可靠性。该仪表采用智能控制，操作简便，易于维护，能完全
3、实现实时在线测量监测，是一种新型飞灰含碳检测仪表。2 测量原理与工作过程HQCT-智能型飞灰测碳仪属于节能环保产品，是利用飞灰中的碳粒能够吸收微波能量、其它成分对微波的吸收不敏感的机理来进行测量的，飞灰中的碳成份含量越高，吸收微波能量的作用就越强。该仪表的测量原理是采用固定频率发射能量衡定的微波信号，通过测定测量剩余微波能量的大小来测定飞灰含碳量。其工作过程是采用多点飞灰取样器，从烟道中抽取灰样，经旋流分离器分离进入微波测试装置测量，测量后的微波信号输入到微波测碳仪处理数据，就地显示含碳量，输出隔离的 420mA 模拟量信号以及 RS-485/232 通讯信号，经计算机 COM1/2 接口输入
4、工控机，由经隔离的 420mA 信号与 DCS 数据采集器连接，或直接与各种记录仪、二次仪表等连接，从而构成智能控制网。分析完的灰样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，然后进行下一次飞灰的取样和含碳量的测量。3 系统结构及功能说明HQCT-智能型飞灰测碳仪的基本结构由取灰装置和仪表机柜组成。3.1 取灰装置：包括取样枪、旋流集尘器、Laval 喷管、排烟管、固定面板等，主要用于从尾部烟道中采集灰样。取灰装置根据等速取样原理设计而成，取出的灰样具有较好的代表性，保证了系统的测量可信度。同时，取样枪嘴和取样管迎着烟气面黏附有耐磨耐高温陶瓷贴片，减少了烟气中飞灰颗粒对取样枪嘴和
5、取样管的磨损和腐蚀，有效地延长取样枪的使用寿命。此外，可根据现场烟气流量情况定制取样枪嘴的数量，确保飞灰取样枪能够迅速及时获得足够灰样。3.2 仪表机柜主要由微波测量单元、空气加热单元、嵌入式PC 数字处理单元、振打单元等组成。具体如下：（1）微波测量单元：由微波扫频源、同轴隔离器、谐振腔、微波检波器等组成；灰样进入谐振腔取样管中，微波源发射的微波经过取样管后，被检波器测量出微波能量衰减情况，并将测量数据送入嵌入式PC 处理。（2）空气加热单元：由空气加热器、温控仪、固态继电器以及相应的气动元器件组成。温控仪通过控制电热管，确保空气加热器达到一定的温度，对流经空气加热器的压缩空气进行加热，有利
6、于保证空气反吹管道中的干燥和温度。为了维持旋流集尘器的温度，采用特型电伴热套进行加热，并在外部裹覆保温层,有助于旋流集尘器收集到适当的飞灰，并且防止因温度下降引起旋流集尘器堵灰。（3）嵌入式PC 数字处理单元：主要在仪表柜门上安装的测量盒内部。测量盒面板上安装有专业定制的嵌入式PC，测量盒内部装有研华模块（4017+、4024、4050） 、直流稳压电源、电路转换板、GPRS 远程通讯模块以及继电器等。微波测量单元获取的测量结果通过相应模块传送进入嵌入式PC，经过分析处理计算出测量飞灰含碳量。嵌入式PC 控制整个系统的动作流程，不但将测量结果就地显示，而且通过RS485 通讯接口将测量结果传给
7、上位机。此外嵌入式PC 还可以完成就地参数的设置。当重新取样标定后，标定系数的设定可以直接在嵌入式PC 上完成。GPRS 远程通讯模块与嵌入式PC机相连，用于将现场的实时数据远程传给生产厂家。在发生故障时，生产厂家能够及时获取数据，进行分析，提供远程技术支持。（4）振打单元：由专业振打器和电路转换板组成。其中电路转换板置于测量盒中，防止灰尘静电等影响电路板的正常工作。振打器用于对三通阀进行敲击，使得取样管中的灰样密实，从而降低因灰样不够密实引起的测量误差。3.3 灰样截取功能：用于灰样的采集与送检，实现与实验室化验结果的比对。3.4 压缩空气吹扫功能：当一次测量完成后，需要将取灰管中的灰样吹走
8、，以便获取下一次的灰样，此时开启电磁阀即可将灰样吹走，灰样经由旋流集尘器上部的排烟管进入尾部烟道。为了防止飞灰粉体对相应元器件的损坏，特地设计制作了专门的防堵装置进行防堵，有利于系统的长期稳定运行。4 优点和特点采用预热空气加压反吹法解决了灰路堵塞问题。该装置装置具有实时性，测量能在短时间完成，代表性好，及时反映锅炉燃烧过程中飞灰含碳量的变化。4.1 HQCT-智能型飞灰测碳仪的优点 设计了专利的振打装置，防止飞灰堵塞取样通道； 设计了专利的隔离装置，防止逆止阀损坏，延长设备使用寿命； 采用操作简单的手动三通阀留取灰样，具有更高的可靠性； 采用 GPRS 远程通讯模块，具有远程监测和诊断功能；
9、在发生故障时，厂方技术人员能够及时获取数据，进行分析，提供远程技术支持； 采用进口高精度微波源和检测器，确保测量结果真实反映运行情况。4.2 HQCT-智能型飞灰测碳仪的特点 可靠性高，系统能够长期稳定运行； 精度高：含碳量在 06%，绝对误差小于 0.8%；含碳量在 615%，绝对误差小于 1%； 易于维护：测量仪表的控制核心采用嵌入式计算机测控系统，系统标定和操作方便；整个仪表的关键部件容易拆除和更换。5 运行分析在某电站#2 炉的 A、B 两侧尾部烟道上安装 HQCT-I 智能型飞灰测碳仪表，投运以来仪表设备运行稳定，具有较高的测量精度：在飞灰含碳小于 6%时平均测量误差为 0.581%
10、（A侧）和 0.394%（B 侧） ，都小于 0.8%；在飞灰含碳大于 6%时平均测量误差为 0.689%，小于1%，精度满足电厂监控要求，测量趋势准确，响应及时，能够为锅炉运行人员优化操作提供有力的依据。5.1 运行曲线分析下面给出不同工况时，烟道 A、B 两侧飞灰测碳仪表测量趋势图，为便于分析比较，同时给出机组负荷和氧量变化趋势。每一幅趋势变化图的时间范围是 12 个小时。图 1 机组负荷和氧量小范围扰动情况图 1 表明：在 12 个小时内，机组负荷和氧量在小范围内发生波动，A、B 两侧仪表测量结果都能及时准确地做出响应，由于氧量变化范围较小，仪表测量结果变化也不大，但是测量结果是与氧量的
11、变化成稳定的反比关系。图 2 机组负荷和氧量发生大范围的扰动图 2 表明：当机组负荷和氧量发生大范围的扰动时，A 、B 两侧仪表的测量结果也发生大范围的变化，并且与氧量变化成反比，且发生时间上与氧量变化基本一致，表明飞灰测碳仪表不仅在测量结果上、而且在时间上，都能较为及时准确地反映锅炉运行的变化。图 3 机组负荷和氧量基本上不变化时图 3 表明：当机组维持在一个稳定的运行工况时，机组负荷和氧量基本不发生变化，此时，A、B 两侧仪表测量值也基本保持在一个水平线上，表明飞灰测碳仪表测量结果波动小，具有很高的稳定性。图 4 当机组负荷和氧量发生突变时在图 4 中，机组负荷分别有一个剧减和一个激增变化
12、，此时，氧量也发生相应的激增和骤减的调整，同时氧量还产生一定的波动。此时，A、 B 两侧飞灰测碳仪表的测量结果能够及时反映这种突变工况，对于氧量的波动，仪表测量结果也有很好的反映。上述曲线表明，飞灰含碳测量值与烟气含氧量成反比关系。随着烟气氧量升高，飞灰含碳降低；随着氧量降低，飞灰含碳升高。这与锅炉燃烧的定性结论是一致的。上述测量结果为锅炉的实时运行调整提供了准确的依据。5.2 测量精度分析对 A、B 两侧随机抽取样本若干，分别记录仪表测量结果，并取出灰样进行实验室化验。样本编号、测量结果、化验结果以及测量的绝对误差如下表所示：A 侧 B 侧样本编号 测量结果化验结果绝对误差样本编号 测量结果
13、 化验结果 绝对误差A2606 4.69% 3.92% 0.77% B2609 4% 3.9% 0.1%A2607 3.24% 2.87% 0.37% B2610 5.42 % 6.24% 0.82%A2608 2.64 % 2.8% 0.16% B2603 4.68% 4.57% 0.11%A2601 4.72% 3.73% 0.99% B2604 3.99% 4.43% 0.44%A2602 3.85% 3.2% 0.65% B2605 5.97 % 5.47% 0.5%A1601 1.98 % 2.43% 0.45% B1802 6.62 % 7.25% 0.63%A20516 5.16
14、% 5.82% 0.66% B20858 8.58% 8.56% 0.02%B20966 9.66% 8.69% 0.97%B18750 7.50% 6.94% 0.56%B18654 6.54% 5.55% 0.99%B2801 7.53% 7.65% 0.12%B2803 7.12% 7.75% 0.63%B2804 12.81% 11.77% 1.04%B2805 13.97% 12.73% 1.24%上述数据表明，该公司研制的飞灰测碳仪表，在飞灰含碳量小于 6%时平均测量误差为0.581%（A 侧）和 0.394%（ B 侧） ，都小于 0.8%；在飞灰含碳量大于 6%时平均测量误差为
15、 0.689%，小于 1%，精度满足电厂监控需求，测量趋势准确，响应及时，能够为锅炉运行人员优化操作提供有力的依据。6 结束语长期的运行实践及数据分析表明，HQCT-智能型飞灰测碳仪通过技术改进，解决了一般在线飞灰测碳仪容易积堵的问题。无论在设备可靠性、测量稳定性、精确性、响应的及时性等方面均能满足电厂实时监控需求，能及时反映锅炉燃烧的即时工况，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。同时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。参考文献：1.HQCT-I 智能型飞灰含碳量在线检测装置用户手册，2009姓名 工作单位 邮寄地址 邮政编码 联系电话 电子邮件 作者简历李正坤 天津军粮城发电有限公司生产技术部天津市东丽区小东庄300300 大学本科毕业，从事热工技术管理工作
