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煤质成份在线检测装置

发布时间：2010/6/16 阅读次数：2266 字体大小: 【小】【中】【大】

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一、引言
随着我国电力工业的迅速发展，大容量燃煤锅炉机组已成为火力发电的主要机组。近年来，锅炉机组运行的安全性和经济性问题日益突出，尤其是锅炉燃用煤种不稳定所带来的一系列问题，严重地制约着机组安全经济运行。由于受采购、中转、运输等方面的影响，大多数火力发电厂的燃煤质量得不到保证，锅炉所燃用的煤种繁多，且经常变化。煤种多变已成为影响火电厂燃煤机组安全经济运行的主要症结之一。目前，燃煤电厂普遍的煤质分析方法是经过采样、缩分、制样、化验等环节，这一过程一般需要8小时以上的时间，同时还存在着突出的煤质分析取样代表性问题(尤其经常燃用混煤的电厂问题更突出)。锅炉运行人员因没有快速、准确的煤质分析手段，无法及时掌握煤质情况及采取对应调整措施，由于煤种变化造成锅炉出力不足、热损失较大、制粉能力下降，锅炉结焦、积灰、熄火放炮等情况时有发生。除煤质对安全经济运行有影响外，煤质测量问题也是严重影响燃煤结算、煤场管理、成本核算等电厂的核心问题之一。
火电厂燃煤煤质的实时准确测量对电厂燃煤结算、煤场管理、燃烧调整、成本核算、安全节能等具有关键作用，但煤质成份在线测量一直是国内外煤炭和电力行业一个重大技术难题。基于放射源物质的灰份仪、煤质分析仪等装置的试点应用没有解决煤质测量的根本问题，即实现全煤流、全元素分析。我国电力煤炭系统曾投巨资引进国外大型煤质成份在线分析系统，也因上述技术问题及安全问题没有应用成功。
近期在山东黄台发电厂投人工业应用的煤质测量系统，是国内第一套商业化运行成功的煤质成份在线检测装置，也是是国际上第一套基于中子管测量技术并投入商业化应用的煤质在线检测装置，填补了该项技术装备的国际空白，该装置在黄台发电厂的成功应用，标志着这一困扰电力行业几十年的重大技术难题得以解决。该装置还可广泛应用于煤矿港口、水泥建筑、安全检测等物质检测和安全控制系统。本文将简要介绍这一装置技术的组成、原理、功能和应用。
二、装置的组成
煤质成份在线检测装置由测量单元、防护单元、控制单元及主机单元构成。

三、装置的原理
1．中子活化分析技术
中子活化分析技术是基于中子与原子核反应的过程，当一个热中子或慢中子打到一个原子核上，中子将被核吸收，使核处于激发状态，并很快放出一个Y射线，使核恢复到稳定的基态。而且对于每一种确定的核素，都以一定的几率发出具有某特征能量的Y射线，根据特征γ射线的能量和强度，即可确定被测介质中存在什么核素和其含量。中子与核素的反应有多种方式，能产生瞬发Y射线的反应主要为热中子俘获[n，γ]反应和非弹性散射[n，n’γ]反应。其中，[n，γ]反应的生成核处于高激发态，在其退激过程中(＜10^-10s)放出Y射线。[n，γ]反应截面口σ∝En ^-1(En为中子能量)，因此[n，γ]反应主要发生在热中子区。由于生成核处于高激发态，在退激过程中，可发出多条γ射线。可以选择产额较高、不受其它γ射线干扰的谱线作为特征γ射线。非弹性散射[n，n’γ]反应是阈能反应，仅发生于快中子能量范围，其生成核大多处于第一激发态，往往发射单一能量的特征γ射线。测量原理见图2。MJA型装置采用将热中子俘获反应和快中子非弹散射反应相结合的分析技术，通过分析γ射线特征峰的能量来识别核素种类，通过分析γ射线特征峰面积来分析元素的含量，从而实现煤质全元素成份的在线分析。
2．装置工作流程煤质
在线检测装置由煤样成型单元、测量与防护单元、控制单元及分析处理单元组成。
煤流首先经过煤样成型装置进行整形，以保证测量要求的煤样形状，然后进入测量段。测量装置结构见图3。测量装置跨在输煤皮带上，中子发生器和探测器分别布置于输煤皮带的下方和上方。进入测量段的煤流在高能中子的照射下，部分核素与高能中子发生非弹散射反应，放射出特征γ射线。探测器和中子发生器之间布置有慢化体，部分高能中子经过慢化体被慢化成低能的热中子。低能的热中子与部分核素发生俘获反应，放射出特征γ射线。信号经数据采集系统进行滤波、放大、数模变换，然后送至信号处理与分析单元。控制单元接受到皮带启动信号后，按照控制逻辑依次启动中子发生器、数字化谱仪、中子通量仪，系统处于待机状态。检测到测量条件满足后，启动中子发生器高压，开始进行测量。根据中子通量仪的信号，调节电压，保持中子通量稳定在规定范围内。处理分析单元首先利用谱分析软件对谱仪送来的信号进行处理与识别，分析谱中包含的特征元素及特征峰的面积。然后，应用煤质成份分析软件计算煤质成份的含量及工业分析数据。

四、装置的功能
MJA型电站煤质成份在线检测装置能够在线地测量煤的全元素成份及煤的工业分析成份。其主要功能包括：
1．煤质元素在线分析。该装置实现了对煤质成份全部12种主要元素的直接在线测量，这是本装置最大的技术优势和核心功能，而以前各种煤质分析装置都是个别元素指标的分析测量。具体利用两种不同的反应分别测量不同的元素。
(1)热中子俘获反应：H、N、S、A1、Si、Fe、Ca、Ti
(2)快中子非弹散射反应：C、O
2．煤质工业指标在线分析。可以直接测量内外水分，在线测量工业分析。这对锅炉燃烧实时的运行优化带来极大的方便。包括：水份、灰份、挥发份、固定碳、发热量
3．煤灰成份在线分析及煤质结渣结焦特性在线诊断。该装置直接测量了灰分中的具体成份物质，从而可以直接利用这些成份数据计算灰熔点，判断燃煤结渣结焦特性。这是其它任何测量装置所无法具备的功能。灰成份主要包括：SiO2、Fe2O3、A12O3、TiO2、CaO。
4．锅炉燃烧优化。利用测量煤质数据系统扩展了相应的应用功能，包括：
(1)锅炉燃烧效率诊断分析
a)利用正、反平衡在线计算锅炉效率；
b)实时分析锅炉各项热损失。
(2)锅炉制粉系统运行指导
a)根据煤质特性、锅炉负荷，分析与之相适应的最佳风煤比；
b)根据煤质特性、锅炉负荷，分析与之相适应的经济煤粉细度；
c)根据煤质特性、锅炉负荷，确定与之相适应的最佳热风温度。
(3)电站锅炉污染物排放估算NOX、SOx污染物的生成预测分析。
6．热损失和锅炉效率利用直方图、趋势图，实时显示锅炉煤质参数的变化，提供煤质成份、特性、各项热损失以及锅炉效率。
7．煤质与锅炉耦合模型提供煤质成份、燃烧特性、各项热效率和锅炉效率的历史数据库，可自动建立煤质与锅炉耦合的模型。
六、软件功能
系统软件在Windows 9X平台下，采用Visual Basic 6、Power Station Fortran开发，采用了VB内置的Access数据库。软件可方便移植Windows NT平台上。
1．煤质元素在线分析采用曲线、报表形式实时显示煤质元素成份分析结果。
2．煤质工业指标在线分析采用曲线、报表数据，实时显示工业分析及发热量的分析结果。
3．煤灰成份在线分析采用曲线、报表数据，实时显示煤灰成份分析结果。
4．煤质特性在线诊断采用报表数据，实时显示煤质结焦特性、煤灰熔点的诊断结果。
5．锅炉效率在线分析采用报表数据、曲线，实时显示燃烧效率及锅炉各项热损失的诊断分析结果。
6．锅炉制粉系统运行参数指导

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