煤質(zhì)在線分析系統(tǒng)在火電廠的應(yīng)用研究

董奕勤

摘 要：火力發(fā)電作為當(dāng)前我國(guó)發(fā)電的最主要形式，已經(jīng)開(kāi)始向以成本和效益為核心的市場(chǎng)型企業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)變，為了有效的降低生產(chǎn)成本，在煤種選擇時(shí)多數(shù)情況下以低質(zhì)煤和混配煤為主要的燃料，這就必然導(dǎo)致鍋爐燃燒會(huì)受到入爐煤質(zhì)變化的影響，特別是對(duì)于鍋爐燃煤與設(shè)計(jì)煤種產(chǎn)生較大偏離時(shí)，則會(huì)增加鍋爐運(yùn)行調(diào)整的難度。所以利用煤質(zhì)在線分析系統(tǒng)，可以確保電廠鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。文章分析了煤質(zhì)在線分析裝置的功能，并進(jìn)一步對(duì)在線測(cè)量系統(tǒng)的技術(shù)原理進(jìn)行了具體的闡述。

關(guān)鍵詞：火電廠；煤質(zhì)；在線分析；技術(shù)應(yīng)用

前言

火電廠為了有效降低生產(chǎn)成本，在生產(chǎn)過(guò)程中往往會(huì)改燒低質(zhì)煤或是混配煤，這已是當(dāng)前很多電廠在降低成本時(shí)首要考慮的問(wèn)題，由于入爐煤質(zhì)發(fā)生了較大的變化，這樣勢(shì)必會(huì)對(duì)鍋爐的燃燒狀況帶來(lái)一定的影響，對(duì)鍋爐運(yùn)行調(diào)整帶來(lái)了較大的難度。長(zhǎng)期以來(lái)火電廠往往是采用采樣化驗(yàn)來(lái)對(duì)煤質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，雖然這種方法能夠?qū)γ嘿|(zhì)的精度進(jìn)行有效的分析，但由于在采樣過(guò)程中會(huì)存在一定的誤差，而且分析結(jié)論需要較長(zhǎng)的時(shí)間，這對(duì)于鍋爐的實(shí)時(shí)燃燒調(diào)整和優(yōu)化運(yùn)行是十分不利的。所以對(duì)于煤質(zhì)檢測(cè)上迫切需要應(yīng)用在線分析煤質(zhì)的新技術(shù)，這樣可以有效的改善火電廠由于燃料資源質(zhì)量不穩(wěn)定或是多樣化所給鍋爐燃燒和制粉系統(tǒng)運(yùn)行的安全性帶來(lái)的影響，確保電廠能夠安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。所以通過(guò)對(duì)整個(gè)燃燒過(guò)程中進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)，這樣可以根據(jù)燃燒的質(zhì)量來(lái)進(jìn)行配煤，而且對(duì)燃料效率和污染物排放也能夠?qū)崿F(xiàn)有效的監(jiān)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)入爐煤進(jìn)行實(shí)時(shí)分析測(cè)量，確保能夠?qū)崟r(shí)對(duì)煤炭的質(zhì)量進(jìn)行控制。煤質(zhì)在線檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用有效的解決了這一問(wèn)題，確保了煤質(zhì)的科學(xué)性和可靠性，使電廠生產(chǎn)的安全性和經(jīng)濟(jì)性得以較大程度的提升，能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

1 煤質(zhì)在線分析裝置的功能

1.1 控制燃料成本

煤質(zhì)在線分析裝置可以用于入廠煤的分析當(dāng)中，此裝置可以對(duì)電廠來(lái)煤的灰分、水分和熱值等一些重要指標(biāo)都可以以分鐘為單位將具體的指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，這樣就可以根據(jù)機(jī)組的燃煤特點(diǎn)來(lái)對(duì)購(gòu)煤參數(shù)進(jìn)行有效的控制，確保電廠能夠購(gòu)置符合其生產(chǎn)特點(diǎn)的煤質(zhì)，對(duì)于燃燒成本的控制也具有極其重要的意義。

1.2 控制混煤特性

由于從生產(chǎn)成本角度考慮，目前很多電廠都選擇混配煤來(lái)做為燃料，由于入爐煤質(zhì)發(fā)生了較大的變化，這就導(dǎo)致鍋爐燃燒會(huì)受到較大的影響，而利用煤質(zhì)在線分析裝置，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對(duì)入爐混煤的煤質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行掌握，配制符合鍋爐燃煤設(shè)計(jì)的混煤，確保鍋爐能夠安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。

1.3 指導(dǎo)運(yùn)行，優(yōu)化燃燒

電廠鍋爐安全穩(wěn)定的運(yùn)行，受到煤質(zhì)變差或是頻繁波動(dòng)的影響較大，所以利用煤質(zhì)在線分析裝置可以對(duì)電廠入爐煤質(zhì)量進(jìn)行有效的控制，確保各關(guān)鍵性指標(biāo)能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)煤質(zhì)的要求。這樣運(yùn)行人員就可以對(duì)鍋爐運(yùn)行工況進(jìn)行科學(xué)的調(diào)整，優(yōu)化制粉系統(tǒng)的運(yùn)行，對(duì)風(fēng)煤比進(jìn)行合理的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)鍋爐優(yōu)質(zhì)高效的燃燒。

2 煤質(zhì)在線分析技術(shù)原理

2.1 水分分析

長(zhǎng)期以來(lái)都是通過(guò)紅外線、電導(dǎo)和電容法等來(lái)對(duì)作為煤質(zhì)的水分測(cè)量技術(shù)，但由于在測(cè)量過(guò)程中各項(xiàng)參數(shù)會(huì)受到多種因素的干擾，所以無(wú)法廣泛的進(jìn)行應(yīng)用。目前利用微波技術(shù)制造的工業(yè)在線水分測(cè)定儀，是利用微波在穿透煤層時(shí)由于強(qiáng)度和速度降低而產(chǎn)生的衰減和相移來(lái)對(duì)水分進(jìn)行確定，目前微波水分儀其工作頻率范圍較寬，對(duì)于多次反射下的諧振干擾現(xiàn)象具有較好的抑制作用，同時(shí)微波水分儀中又加入了閃爍計(jì)數(shù)器和射線測(cè)量質(zhì)量補(bǔ)償單元，這樣就對(duì)煤層厚度和規(guī)程密度的變化的影響起到了良好的規(guī)避作用，所以目前在負(fù)荷不斷變化的輸煤皮帶上也可以對(duì)煤中的水分進(jìn)行測(cè)量。

2.2 灰分分析

2.2.1 雙能γ射線測(cè)量灰分。雙能γ射線快速測(cè)灰儀一般采用镅（Am241）作為低能放射源，銫（Cs137）作為高能放射源。

低能γ射線穿過(guò)物質(zhì)時(shí)的減弱強(qiáng)度隨物質(zhì)的原子序數(shù)增大而增大。煤中揮發(fā)分與固定碳為可燃組分，由原子序數(shù)較小的原子組成，而灰分是不可燃組分，主要由硅、鐵、鈣等原子序數(shù)較大的原子組成。當(dāng)γ射線穿過(guò)煤層時(shí)，可燃組分中的各元素吸收效應(yīng)較弱，γ射線衰減系數(shù)小；反之，灰分中各元素吸收效應(yīng)較強(qiáng)，低能γ射線衰減系數(shù)也大。

2.2.2 中子誘發(fā)瞬發(fā)γ射線法測(cè)量灰分。中子誘發(fā)瞬發(fā)γ射線法是核技術(shù)在煤質(zhì)在線分析方面的應(yīng)用，主要是基于中子與煤的核反應(yīng)，其中在煤質(zhì)分析中最重要的是以下兩種。

一是快中子非彈性散射，測(cè)量煤中C和O的含量；二是熱中子輻射俘獲反應(yīng)，可測(cè)得煤中大部分元素的含量，如H、Ca、N、Fe等。

2.2.3 快速γ中子活化技術(shù)測(cè)量灰分?？焖佴弥凶踊罨治黾夹g(shù)（PGNAA）是國(guó)際上較先進(jìn)的能夠?qū)崿F(xiàn)在線分析確定煤中灰主要成分的技術(shù)。煤中灰分含量和煤中礦物質(zhì)元素之間有一定關(guān)系。作為放射源的熱中子可以激發(fā)被測(cè)煤樣中各元素的原子核，使其處于不穩(wěn)定的高能激發(fā)態(tài)。這些激發(fā)態(tài)原子核躍遷到穩(wěn)定的基態(tài)或較穩(wěn)定的低能態(tài)時(shí)放出γ射線。分析儀的探測(cè)器根據(jù)γ射線能譜檢測(cè)煤中硫、硅、鋁、鐵、鈣、鈦、鉀等元素的含量，繼而得到煤的灰分。

2.3 煤的發(fā)熱量

煤中灰分和發(fā)熱量之間有很好的相關(guān)性，目前無(wú)論是國(guó)產(chǎn)設(shè)備還是國(guó)內(nèi)代理的引進(jìn)設(shè)備，都是通過(guò)回歸方程由灰分值計(jì)算出煤發(fā)熱量。

2.4 各種測(cè)量原理的比較

2.4.1 測(cè)定精度。雙能γ射線法的測(cè)量精度為0.5～1%。與其相比，中子活化技術(shù)的測(cè)量精度較高。

2.4.2 煤種相關(guān)性。利用雙能γ射線法時(shí)，由于其標(biāo)定與煤種存在著緊密的聯(lián)系，而且還對(duì)煤中鐵和鈣元素具有極強(qiáng)的敏感性，所以一旦電廠所選擇的煤中含有鐵和鈣等元素，且處于較大的變化范圍時(shí)，這時(shí)如果利用雙能γ射線進(jìn)行測(cè)量，則會(huì)導(dǎo)致較大的誤差產(chǎn)生，所以相對(duì)來(lái)講，中子活化技術(shù)具有更好的適應(yīng)性。

2.4.3 防護(hù)要求。相對(duì)于γ射線而言，利用中子來(lái)進(jìn)行防護(hù)時(shí)，雖然一樣能夠達(dá)到防護(hù)的要求，但由于其具有較強(qiáng)的穿透力，這必然會(huì)給人體帶來(lái)更大的傷害。所以當(dāng)利用中子來(lái)進(jìn)行屏蔽防護(hù)時(shí)則需要利用水和石蠟等含氫物質(zhì)、鎘片及鋁片來(lái)加強(qiáng)防護(hù)，利用這些物質(zhì)組成的共同防護(hù)實(shí)現(xiàn)屏蔽保護(hù)功能。

2.4.4 中子源。大多數(shù)的PGNAA分析儀采用同位素中子源，它是一種自發(fā)裂變中子源，平均能量2.5MeV，半衰期為2.5年，之后直接更換中子源。發(fā)電設(shè)備不工作時(shí)輻射安全性較好，標(biāo)定后不需額外維護(hù)，所以在正常工作時(shí)分析儀周?chē)恍枰僮骰蚓S護(hù)人員。設(shè)備周?chē)钠帘沃饕捎锰細(xì)湓?。但Cf252的造價(jià)高，中子通量也容易波動(dòng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

利用煤質(zhì)在線分析系統(tǒng)，有效的提高燃用煤質(zhì)的快速分析，確保了電力生產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)了過(guò)程控制，具有較大的經(jīng)濟(jì)潛力，但由于煤質(zhì)在線分析系統(tǒng)還具有主要無(wú)件壽命和放射源的危險(xiǎn)性問(wèn)題，而且投資也較大，可以借鑒的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)較少，所以在電廠采用該系統(tǒng)前需要進(jìn)行詳細(xì)的論證分析，確保上馬后能夠發(fā)揮其作用，為電廠帶來(lái)更好的經(jīng)濟(jì)效益。

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