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本文介紹了國內外煤質在線分析系統的發展概況、儀器性能及使用情況,對各種裝置的測量原理、測量指標、測量誤差等關鍵問題做了系統地分析比較,并結合電力生產的實際,對煤炭檢測技術及應用現狀進行分析研究,對其在火電廠的發展前景進行了探討。

關鍵詞:煤質；在線分析；火電廠；應用

1前言 火力發電廠正從生產型組織向以效益、成本為核心的市場型企業轉變,為大幅度降低煤價,改燒低質煤或混配煤已成為越來越多電廠首要考慮的問題。入爐煤質的變化對鍋爐燃燒具有重大影響,尤其是在鍋爐燃煤偏離設計煤種時,將給運行調整帶來更大的困難。過去,通過采制樣化驗煤質的方法盡管具有很高的分析精度,但存在較大的采制樣誤差,而且至少要數小時才能分析出結果,對實時燃燒調整和優化運行的促進作用非常有限,因此迫切需要能在線分析煤質的新技術和新產品。此外,燃料資源的質量不穩定性和多樣性也會影響到制粉系統和鍋爐燃燒的安全性,直接關系到電廠的安全經濟運行。因此,為保持和控制燃料質量而進行配煤,并對整個燃燒過程進行有效監測以便確定混煤對燃燒效率和污染物排放的影響就變得尤為重要。煤質在線實時檢測技術可以快速、準確地對入爐煤進行實時分析測量,達到有效把握和控制煤炭質量的目的,使燃煤質量更具科學性和可靠性,在提高電力生產的安全性和經濟性、實現過程控制方面具有極其重要的意義和巨大的經濟潛力。該技術從80年代中期開始就在美國、澳大利亞和歐洲得到了較快地發展,近10年才引入國內。設備多為進口,價格較高,多用于選煤廠和洗煤廠,在電廠的應用業績較少。

2煤質在線分析裝置的功能根據燃煤電廠的運營特點,該類裝置的功能體現在以下幾方面:

控制燃料成本

將煤質在線分析裝置用于入廠煤的分析,可以通過以每分鐘顯示的數據掌握電廠來煤的灰份、水分、熱值等重要指標,從而根據機組燃煤特性控制購煤參數,為電廠購煤提供檢驗手段和依據,更好地控制燃料成本。

控制混煤特性

目前,越來越多的電廠開始燃用混配煤,入爐煤質的變化會給鍋爐燃燒帶來很大影響,給運行調整帶來更大的困難。如果能實時掌握入爐混煤的煤質數據,可以根據鍋爐設計的燃煤特性合理控制混配的煤種和比例,最大限度地滿足鍋爐安全運行要求。

指導運行,優化燃燒

在電廠的實際運行中,經常發生由于鍋爐燃用煤質變差或頻繁波動而影響運行的安全性和經濟性。控制電廠入爐煤質量,其關鍵性指標是煤的灰份、水分、揮發分及熱值。運行人員主要以這些指標作為指導鍋爐運行調整的科學依據,根據經驗實時調整燃燒工況,優化制粉系統運行,合理調整風煤比,優化鍋爐燃燒。

3煤質在線分析技術原理

傳統的煤質工業分析一直沿用燒灼法進行測定,現國際上流行采用的在線分析裝置主要是以下幾種類型:

微波技術在線測量水份；

雙能γ射線衰減技術在線檢測灰份；

中子誘發瞬發γ射線技術檢測灰份及碳、氫、 氧等多種元素成分；

快速γ中子活化技術(即PGNAA)檢測灰份、灰成分及硫分。通常與測水儀結合,還可確定水分、熱值等指標。

3.1水分分析

過去采用的水分測量技術,如紅外線、電導或電容法等,都受到多種干擾參數的影響,無法應用推廣。目前,最成功的工業在線水分測定儀是利用微波技術[1]。當微波信號穿透煤層時,引起自由水分子旋轉,這一效應降低了微波的強度和速度,即微波發生了衰減和相移。水分儀通過測量微波的衰減和相移來得出水分。早期的微波水分儀只能工作在一種頻率下,而現在它的工作頻率范圍很寬,可抑制由于多次反射而引起的諧振干擾現象。為避免煤層厚度和堆積密度變化的影響,加入閃爍計數器和在屏蔽容器內的放射源組成的射線測量質量補償單元,可在負荷變化的輸煤皮帶上測量煤中水分。

3.2灰份分析

煤質在線監測裝置所采用的放射源有中子源和γ射線源兩種,其中以中子源為放射源的設備又分中子誘發瞬發γ射線技術與快速γ中子活化技術,以下將分別作以介紹。