电厂煤质分析报告

 

第二篇：燃煤电厂应用煤质在线检测技术的现状及前景

20xx年第1期　　　　　　　　　　　　　　　东北电力技术

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燃煤电厂应用煤质在线检测技术的现状及前景

CurrentStatusandForecastingonOn2lineDetectingTechnology

ofAppliedCoalQualityforCoal2firedPowerPlant

潘　晶

(东北电力科学研究院有限公司,辽宁　沈阳　110006)

摘要:介绍了国内外煤质在线分析系统的发展概况、仪器性能及使用情况;对各种装置的测量原理、测量指标、测量误差等关键问题做了系统地分析比较,并结合电力生产的实际,对煤炭检测技术及应用现状进行分析研究,对其在火电厂的发展前景进行了探讨。

关键词:煤质;在线分析;燃煤电厂;应用;可行性

[中图分类号]TK411+7　[文献标识码]B　[文章编号]1004-7913(2007)01-0043-05

　　火力发电厂正从生产型向以效益、成本为核心

的市场型企业转变,为大幅度降低成本费用,改烧低质煤或混配煤已成为越来越多电厂首要考虑的问题。入炉煤质的变化对锅炉燃烧具有重大影响,尤其是在锅炉燃煤偏离设计煤种时,来更大的困难。过去,,,,,因此迫切需要能在线分析煤质的新技术和新产品。

此外,燃料资源的质量不稳定性和多样性也会影响到制粉系统和锅炉燃烧的安全性,直接关系到电厂的安全经济运行。为保证和控制燃料质量而进行配煤,对整个燃烧过程进行有效监测以便确定混煤对燃烧效率和污染物排放的影响就变得尤为重要。

煤质在线实时检测技术可以快速、准确地对入炉煤进行实时分析测量,达到有效把握和控制煤炭质量的目的,使燃煤质量更具科学性和可靠性,在提高电力生产的安全性和经济性、实现过程控制方面具有极其重要的意义和巨大的经济潜力。但煤质负荷下的汽动给水泵转速指令与实际转速及给水流量的动态特性试验,从中发现设备或系统方面存在的问题,根据具体情况加以解决。

辽宁发电厂2台350MW机组已运行18个月,期间曾发生过由于控制器故障导致整个小机监视画面数据变成坏点,由于给水遥控自动解列及运行人

在线分析技术难度较大,,设备多为进口,,,在国内电满足电厂用户需求

煤质在线分析技术自20世纪80年代中期开始就在美国、澳大利亚和欧洲得到了较快发展,近10年来引入国内。初期的引进单位多为选煤厂和洗煤厂,在燃煤电厂的应用较少,主要用于对电厂入厂煤或锅炉入炉煤的在线监测。根据燃煤电厂的运营特点,对该类装置的功能需求在以下几方面。

a.控制燃料成本

如果安装煤质在线分析装置用于入厂煤的分析,可以通过以单位时间显示的数据掌握电厂来煤的灰分、水分、热值等重要指标,从而根据机组燃煤特性控制购煤参数,为电厂采购煤提供依据和检验手段,通过实现对煤质的控制来更好地控制燃料成本。

b.控制混煤特性

目前,越来越多的电厂开始燃用混配煤,入炉员监视和采取措施不当而导致的跳机事故。因此,应加强运行、检修人员的技术培训,提高事故状况下应急处理的能力。作者简介:

),男,学士,工程师,现从事电厂热控检修陈立东(1977—

管理工作。

(收稿日期　2006-09-28)

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东北电力技术　　　　　　　　　　　　　　　20xx年第1期

导或电容法等均受到多种干扰参数的影响,无法应用推广。目前,最成功的工业在线水分测定仪利用了微波技术[1],当微波信号穿透煤层时,引起自由水分子旋转,降低了微波的强度和速度,即微波发生了衰减和相移,水分仪通过测量微波的衰减和相移来得出水分。

早期的微波水分仪只能工作在一种频率下,现在其工作频率范围很宽,可抑制由于多次反射而引起的谐振干扰现象。为避免煤层厚度和堆积密度变化的影响,加入闪烁计数器和在屏蔽容器内的放射源组成的射线测量质量补偿单元,可在负荷变化的输煤皮带上测量煤中水分。212　灰分分析

煤质在线监测装置所采用的放射源有中子源和?射线源两种,其中以中子源为放射源的设备所采用的原理又分为中子诱发瞬发??中子活化技术。212　?(Am241)(Cs137)作为高能放射源。数增大而增大。煤中挥发分与固定碳为可燃组分,由原子序数较小的原子组成,而灰分是不可燃组分,主要由硅、铁、钙等原子序数较大的原子组成。当?射线穿过煤层时,可燃组分中的各元素吸收效应较弱,?射线衰减系数小;反之,灰分中各元素吸收效应较强,低能?射线衰减系数也大。高能?射线吸收率与煤单位面积重量有关。这样利用高、低两种能量的射线,经闪烁探测器测量穿过煤炭后的射线强度,就可显示煤中的灰分含量。21212　中子诱发瞬发?射线法测量灰分

煤质的变化会给锅炉燃烧带来很大影响,给运行调

整带来更大的困难。如果能实时掌握入炉混煤的煤质数据,可以根据锅炉设计的燃煤特性合理控制混配的煤种和比例,以求最大限度地满足锅炉安全运行要求。

指导运行

在电厂的实际运行中,经常发生由于锅炉燃用煤质变差或频繁波动而影响运行的安全性和经济性。控制电厂入炉煤质量,其关键性指标是煤的灰分、水分、挥发分等。由于发热量与灰分之间存在

c.

良好的相关性,故由灰分可推算热值。运行人员主要以这几项指标作为指导锅炉运行调整的科学依据,根据经验实时调整燃烧工况,优化制粉系统运行,合理调整风煤比,优化锅炉燃烧。112　其他功能目前国内生产或代理的比较系统的煤质在线分析装置均能显示出煤的灰分、水分、热值这三项指标,能够满足上述几项电厂基本要求。此外,有些装置还可检测出煤中的碳、氢、氧、氮、硫等多种元素成分及灰中硅、铝、铁、钙、钾等成分含量此外,犹他州的πs,,有些来煤灰熔点较低,成为锅炉结焦和非计划停机的主要原因。为解决合理配煤,控制混煤的灰熔点温度,电厂应用美国Gamma2Metrics公司的CQM分析仪在线分析入场煤质,控制混煤的灰熔点温度满足锅炉安全运行的要求,减少了因混煤煤质不稳定造成锅炉结焦而被迫停炉的损失。

2　煤质在线分析技术原理

传统的煤质工业分析一直沿用烧灼法进行测定,现国际上流行采用的在线分析技术主要有以下几种。

a.微波技术在线测量水分;双能?射线衰减技术在线检测灰分;

c.中子诱发瞬发?射线技术检测灰分及碳、氢、氧等多种元素成分;

d.快速?中子活化技术(PGNAA)检测灰分、灰成分及硫分。通常将PGNAA技术与测水仪

b.

中子诱发瞬发?射线法是核技术在煤质在线分

析方面的应用。元素成分的核分析方法主要是基于中子与煤的核反应,主要有弹性散射等6种形式,其中在煤质分析中最重要的是以下两种:快中子非弹性散射,测量煤中C和O的含量;热中子辐射俘获反应,可测得煤中大部分元素的含量,如H、Ca、N、Fe等。21213　快速?中子活化技术测量灰分

快速?中子活化分析技术(PGNAA)是国际上较先进的能够实现在线分析确定煤中灰主要成分的技术,相对X射线而言,PGNAA的穿透力更强,可以穿透整个样品,从而实现全煤流分析,获得有代表性的数据。

相结合,还可确定水分、热值等指标。211　水分分析

过去主要采用的水分测量技术,如红外线、电

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煤中灰分含量和煤中矿物质元素之间有一定关系。作为放射源的热中子可以激发被测煤样中各元素的原子核,使其处于不稳定的高能激发态。这些激发态原子核跃迁到稳定的基态或较稳定的低能态时放出?射线。分析仪的探测器根据?射线能谱检测煤中硫、硅、铝、铁、钙、钛、钾等元素的含量,继而得到煤的灰分(见图1)[2]

。

易波动。

另一种中子源是14MeV的(D,T)中子管,体积较Cf252大,以电子脉冲式工作,但中子管的寿命较短(4000h)。

3　国外应用情况

20世纪80年代中期,煤质的在线分析开始在

电厂进行试验,但并未获得商业应用。促进这项技术发展的动力是环境保护的要求。80年代后期,美国政府公布了一系列法规,对大气污染的排放标准作了严格的限制,迫使发电厂和电力公司必须做出选择:是交付巨额的罚款,还是进行改进使排放符合新标准。19xx年,美国印地安那州的Gibson电厂率先安装了5台Gamma2Metrics煤质在线分析仪。Gibson电厂总结出使用煤质分析仪对电厂运行有3个方面改进:

a.排放符合环保要求SO2超标而引;

;

,提高了电厂的性鉴于煤质在线分析技术的发展,各国的标准委员会已经着手制定煤质在线分析仪的有关标准。美国ASTM-5委员会的煤质在线分析仪工作小组起草了标准导则的草案并得到批准。设在伦敦的IEA煤炭技术研究院(IEACoalResearch)出版了专著“煤质在线分析仪”,详细阐述在线分析仪的技术发展、应用和效果,并列出了在世界各地安装的实例。可以肯定,今后数年内,这项技术将在世界上得到更好的进展。

图1　PGNAA技术原理示意图

213　煤的发热量

煤中灰分和发热量之间有很好的相关性,目前

无论是国产设备还是国内代理的引进设备,都是通过回归方程由灰分值计算出煤发热量。214　各种测量原理的比较

a.测定精度

双能?射线法的测量精度为015%～1%其相比,b.煤种相关性

双能?关。,若电厂来煤的铁、钙元素变化范围较大,则采用?射线测量方法的误差会较大。而中子活化技术则与煤种无关。

c.防护要求

与?射线法相比,中子穿透力强,对人体的危害也更大,故对屏蔽防护要求高,一般要采用水或石蜡等含氢物质、镉片及铅片共同组成屏蔽防护。

d.

测量指标

双能?射线法可测量煤的灰分、水分、发热量;中子活化技术除人们感兴趣的灰分、水分、发热量外,还可测定硫分、对锅炉结焦有影响的钠、氯,以及硅、钙等元素成分。

中子源大多数的PGNAA分析仪采用同位素中子源,即锎—252(Cf252),它是一种自发裂变中子源,

e.

4　国内燃煤电厂的应用现状

目前国内电厂应用在线测量系统的方式主要有

两种:一是安装于入炉皮带上,对入炉煤质进行检测,用以指导燃烧调整;二是固定于入厂皮带上,检验来煤质量,指导入厂煤按质分堆存放,以利于煤炭的掺配燃烧。各电厂的应用(已投用)情况列于表1。411　微波水分仪

在线水分仪国内尚无成型产品,陡河电厂和上海石洞口二厂安装的水分仪,均是从德国BERTHOLD公司购买的LB354型微波水分仪,与LB420型灰分仪配套安装使用,目的是消除水分对

平均能量为215MeV,自发裂变的中子产额可达2131×1012中子/(g?s),中子半衰期为215年,之后直接更换中子源。设备不工作时辐射安全性较好,标定后不需额外维护,所以在正常工作时分析仪周围不需要操作或维护人员。设备周围的屏蔽主要采用碳氢元素,Cf252的造价高,中子通量也容

灰分测定结果的影响。按照厂商提供数据,1%的

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表1　国内电厂已投运煤质在线分析系统情况

用户

设备型号

TN-2000

应用原理双能?射线

显示指标入炉煤灰分、热值、煤量

入炉煤灰分、热值、煤量

山西阳光发电有限责任公司山西柳林发电有限责任公司云南小龙潭电厂

线测试,测试间隔为1s。界面显示单位时间平均

的灰分值、热值,单位时间煤量、总煤量、输煤的机组号和仓号以及灰分、热值、煤量曲线。所得实时数据可并入局域网,为电厂发电部、燃煤部、企管部等各个相关部门提供数据,达到全厂规范管理的目的。

利用双能?射线技术监测煤质受影响因素较多。

a.环境

环境因素包括温度、湿度等,尤其以温度影响最为常见。温度会影响探测器的倍增系数及分辨率。设备要求环境温度最好在5～35℃之间,同时避免强烈的机械震动。

b.煤样

煤样因素包括煤样的粒度、质量厚度及水分的影响。

c.粒度和质量厚度

-,?透射。透过煤层的?光子。在实际测量煤的灰分时,煤流或煤层颗粒不可能完全均匀,在煤颗粒之间存在的空隙也是随机的,因此?射线束面积上煤的粒度、质量厚度是不同的。虽为同一煤质,粒度与质量厚度不同会造成其质量衰减系数不同,也会造成灰分测量值有所差异。

d.水分

对中、高灰分的煤种,水分的增加使仪器的灰分测量值降低。在实际测试中,当水分变化较大时,必须加以校正。

灰中元素含量的相对变化

被测煤的硅、铝、钙、镁、硫等元素的变化直接影响对?射线的质量吸收系数,因而也会影响灰分的测量值,尤其是铁、硫等对?射线的衰减影响敏感,在实际原煤中Fe主要是以FeS的形式存在。为了深入了解FeS对测试结果的影响,有人曾对

e.

FeS的干扰进行过试验,结果是测量灰分值与FeS

TN-2000双能?射线

TN-2000双能?射线入厂煤灰分、热值

华能榆社电厂DTK-HLB420、LB354MJA

双能?射线入炉煤灰分、热值双能?射线、

灰分、水分

微波

中子诱发瞬元素分析、工业分发

析、灰成分

上海石洞口电厂

山东黄台电厂

山东潍坊电厂MJA

中子诱发瞬元素分析、工业分发

析、灰成分

山东莱城电厂MJA

中子诱发瞬元素分析、工业分发

PGNAA

析、灰成分

入厂煤灰分、水分、热值、灰成分等

洛阳龙羽发电厂CQM

水分(约相当于012%,10使用时,±012%,由水分引起的灰分测量误差可忽略不计,可以大大提高灰分测量精度。同时,2台仪器可共用一个Cs137辐射源进行单位面积重量的补偿,相对减少

投资。该微波测水仪包括微波发射天线、微波接收天线、运算处理装置、显示装置,可安装在输煤皮带上实行在线检测。412　灰分仪

41211　双能?射线测灰仪

目前国内安装双能?射线测灰仪的电厂也较多,如上海石洞口电厂使用的德国Berthold公司的LB420测灰仪,所配备的闪烁探测器采用漂移和衰

减的自动补偿,以保证长期使用的稳定性。国外较典型的双能?射线快速测灰仪还有澳大利亚SCANTECH公司的COALSCAN3500型、美国ScienceApplication公司的Model400型等。

TN-2000型测灰仪也是采用双能透射法进行

的线性相关性非常显著,FeS对煤样的测试结果影

响非常敏感。当煤中FeS每增加1%,仪器测试灰分增加3137%,故煤中Fe元素的含量变化将直接影响测量准确度。

在线测试中的煤流要求

在煤层的质量厚度比较小时,煤质监测仪的灵敏度随质量厚度的增加而增大,约在5g/cm2时达

f.

煤质测量。山西阳光发电有限责任公司以及山西柳林发电责任公司安装的均为该型煤质在线监测仪。设备安装在锅炉上煤皮带尾部,自动对煤样进行在

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到最大,此后随质量厚度的增加而缓慢下降。在煤层太薄时,测量系统可能出现较大的偏差,测试结果难以准确。41212　中子诱发瞬发?射线煤质监测仪

MJA是比较典型的电站煤质在线检测装置。国内的黄台电厂、潍坊电厂等11家电厂均安装了该装置,有的已完成调试,进入正式使用阶段。整套系统主要由煤质元素分析装置、工业分析软件并配套煤质水分仪等组成。设备包括安装于皮带上的中子煤质分析仪、微波水分仪、煤层限高器三部分,配有电子控制柜、计算处理柜组成。煤质检测信号可接入DCS和MIS系统。装置使用的是可控制和关断的电子式中子源,断电后无放射性,但中子管的寿命较短,4000h左右即需更换。41213　快速?中子活化煤质分析仪较典型代表是美国Gamma-Metrics生产的在线测煤仪,包括CQM、ECA、1812C等一系列产品。该公司创建于19xx年,隶属于世界著名的美国热电(ThermoElectron)集团。

CQM是快速?中子活化分析仪(PGNAA),置微波水分仪,A送煤的组成成分,还可选配微波水分仪,以计算热值及SO2的排放量。目前国内外有30台CQM、10余台ECA、80余台1812C分析仪在使用,其中国外较多,国内电厂的业绩尚少,只有洛阳龙羽电厂已经安装投用。洛阳龙羽电厂将设备安装在入厂煤汽车采样机的给料胶带机机架上,对入厂煤进行实时分析灰分、水分、硫分、发热量、灰分中的氧化物和其他参数。

采用煤质在线分析系统也是平衡计算发供电煤耗的需要。电力部已正式发文,要求自19xx年1月1日起,火电厂发供电煤耗统一以入炉煤计量煤量和以入炉煤机械取样分析的低位发热量正平衡计算,这已成为电厂节能的一项重要工作。通过煤耗的偏差分析还可以发现电厂管理工作中的漏洞。正平衡计算数据是今后火电厂和大型机组节能管理、提高锅炉燃烧率、降低发电成本的一项重要的考核指标。采用煤质在线分析系统后,就可以取得单位时间的煤质数据,继而准确快捷地计算发供电煤耗,提高电厂的燃烧和能源管理水平,进一步节约能源,改善环境。

6　结束语

煤质在线分析系统在燃煤电厂的应用主要体现。其优化电厂性能的方式主要表现在:;:,及时,达到指导运行、优化燃烧的目,优化吹灰程序;及时、合理地进行煤耗核算。

煤质在线分析系统可以实现燃用煤质的快速分析,在提高电力生产的安全性和经济性、实现过程控制方面具有极其重要的意义和巨大的经济潜力。但系统尚存在主要元件的寿命短、放射源的危险性、较大的系统投资等多方面问题。国内电厂已投运的应用实例并不多,可借鉴的经验较少,因此建议电厂进行详细的论证。

参考文献:

[1][2]

5　燃煤电厂的应用远景

国外煤质在线分析仪在火力发电厂的成功应用已引起我国电力行业和仪表制造行业的关注。由于受到投资和造价的限制,国内使用煤质在线分析仪的电厂较少。从长远看,为了节约煤资源,提高锅炉燃烧效率和降低发电成本,加强煤质监督,采用煤质在线分析系统势在必行。

许丽珍.德国煤质在线分析仪的技术考察[J].中国电力,

1995.

KurtSnider,MichaelEcans,RichardWoodward.Usinganon2lineelementalcoalanalyzerforimprovedboilerefficiency[C].HunterCoal2genPaper,2004.

作者简介:

),女,硕士在读,工程师,现从事电厂锅炉潘　晶(1974—

技术研究和试验工作。

(收稿日期　2006-09-01)

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