锅炉飞灰含碳量是反映火力发电厂燃煤锅炉燃烧效率的重要指标,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。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。
   传统测量飞灰含碳量是采用化学灼烧失重法,它是一种离线的实验室分析方法,对灰样的代表性要求高、分析滞后,难以快速反映锅炉燃烧工况。而目前有些电厂投用的锅炉飞灰含碳量监测仪是采用撞击式方法取样分析,由于所采集的灰样颗粒较大,因而影响了飞灰取样的代表性,特别是其灰路存在严重的堵管现象,导致经常提供虚假的测量数据。
   我公司开发生产的HAWK型电站锅炉飞灰含碳量在线检测装置,跟踪国际上先进的测量和传感技术,自行研制了无动力、自抽式等速取样设备,应用先进的微波谐振测量方法,实现了对飞灰含碳量的实时在线测量。凭借公司多年来在锅炉测控领域的开发经验,成功解决了取样灰路的堵塞以及磨损问题,保证了系统长期可靠运行。
 
系统结构:
    针对国内100MW机组以上锅炉采用两个烟道排放飞灰的特点,装置设计采用两套独立的飞灰取样和微波测量系统,而共用主机处理系统,如图1所示。

系统原理:
测量原理:采用微波谐振测量技术,根据飞灰中未燃尽的碳能改变微波谐振腔的谐振频率特性,分析确定飞灰中碳的含量。
工作过程:系统采用无外加动力、自抽式动态取样器,自动等速地将烟道中的灰样收集到微波测试管中并自动判别收集灰位的高低。当收集到足够的灰样时,系统对飞灰含碳量进行微波谐振测量。测量信号经过现场预处理后传送到集控室,再经主机单元作进一步变换、运算和存储,并在显示器上显示含碳量的数值及曲线。已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。

装置组成:
1.多点无动力自抽式飞灰取样器:

多点飞灰取样器由吸气嘴、取样管、引射管、排气管、旋流集尘器、静压管等部件组成。飞灰取样器采用了特殊的结构设计,能够自动跟踪锅炉烟道流速的变化而保持等速取样状态,因而,取出的灰样具有较好的代表性,从而保证了系统的整体测量可信度。由于取样器没有抽气泵等转动部件,因而取样器的运行可靠性大大增强;飞灰取样器烟道内部分采用不锈钢外镀陶瓷设计,彻底解决了取样器磨损问题。针对国内很多飞灰取样器存在收灰困难情况,我公司采用特殊设计的多点飞灰取样器,彻底解决收灰困难,收灰量少,收灰时间长等问题。

2.微波测试单元:
由微波源、隔离器、微波测量室、微波检测器、振动器、灰位探测器、气动组件、加热器、前置处理电路等组成。在微波测量室中对飞灰灰样进行微波测量分析,测量完的飞灰根据程序设置或手动操作命令返回烟道或装入收灰容器,而测量数据则由前置处理电路处理后发送给主机单元,测试箱如图4。

3.电控单元(安装于主机柜内):
由控制操作器、电源变换箱、专用接线端子及机箱等组成,完成系统手动操作功能,现场处理单元的电源分配,以及信号的转接工作。
 
4.主机单元:
研华PⅣ主机,256M内存、120G硬盘、AD采集模块、DA模块、DIO模块显示接口卡等工业测控卡件、17〞LCD显示器、通讯接口、专用工业级电源、键盘等。采用WINDOWS2000操作系统,界面友好易操作。
 
5.气源:
现场仪用气源管道通过金属硬管传输到每个测试箱附近,同装置配备的金属软管相连接,要求气源压力≥0.5Mpa,供气量约为0.03m³/分钟,此气源用于装置的振打、反吹系统。气源金属管用无缝钢管,长度依现场情况而定。
 
6.电缆:
测试箱和主机柜之间:
两根18芯信号电缆VVP18*23/0.15  400米
两根3芯电源电缆ZRVV3*77/0.15   300米
一根3芯电源电缆3*77/0.20       100米
 
7.标准配置:
飞灰取样器:水平或垂直1.3米长                        2套   重约5kg
微波测试箱:800×600×280mm(长×宽×深)            2台   重约80kg
主  机  柜:2200×800×600(具体尺寸颜色由用户而定) 1台   重约200kg
 
性能指标:
1.测量范围:0~25% (常规测量范围)
2.测量误差:±0.4% (典型值,含碳量在0~6%时)
            ±0.6% (典型值,含碳量在6~25%时)
3.检测周期:1~3分钟(视灰流量而定)
4.历史数据:保留时间大于36个月
5.电源功耗:220VAC,平均0.5kW,最大2.2kW
6.工作气源:仪用空气≥0.5Mpa,耗气量约为0.03m3/分钟
7.信号输出:模拟量:2路隔离的4~20mA含碳量信号,分别代表A、B侧实时含碳量,信号最大负载500Ω
            开关量:3路报警继电器结点信号,分别代表系统报警和A、B侧高碳报警,继电器结点容量:2A/ 120VAC
8.环境温度:主机单元:0℃~50℃
            电控单元:-25℃~65℃
            测试单元:-25℃~65℃
 
装置功能:
1.实时数据及曲线显示
2.历史数据及曲线查询
3.平均数据及曲线查询
4.同步灰样保留
5.在线标定
6.远程诊断
7.数据通讯
8.投油保护
9.数据外村
10.报警及状态指示

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