常用飞灰含碳量检测技术比较
飞灰测碳技术简介(正达电力1412)
轻微堵灰故障自动清理。减少维护量。
工作流程
自标定微波测碳系统 飞灰流向图
工作过程
系统采用多点飞灰取样器，将飞灰收集到微波测量管中，由灰位传感 器自动检测测量管灰位，测量管充满后，用微波信号自动检测，换算成 飞灰含碳量信号并输出，自动执行留样、吹扫等工作。
● 信号输出功能：每个测点输出经过隔离的二路420mA模拟信号。和一路干接点开关量（故障报 警）信号。
即：一路与飞灰含碳量成正比的4～20mA模拟信号。
一路与飞灰含水量成正比的4～20mA模拟信号。 （选配）
一路灼烧称重分析与灰可燃物成正比的4～20mA信 号。（选配）
实现功能
3、自动值班
● 在线自动动态标定功能。运行中，自动标定微波检测信号 ● 在线自动动态校准功能。自动校准检测误差，消除煤种变化对数据准确性影响。 ● 自动制氧、加氧。用沸石分子筛制氧技术制氧，为电炉加氧助燃 ● 自动致冷。采用帕尔贴电子致冷技术，快速降低称重模块温度 ● 自动加样。自动抽取灰样到称重灼烧装置，并将灼烧后的灰样排回烟道。
飞灰可燃物含量在线检测装置
——自动标定 飞灰可燃物在线检测系统
镇江正达电力科技有限公司
飞灰测碳的技术简介
灼烧法测碳装置的技术局限性
检测周期长 无足够时间烘干飞灰水分 取样量少 动态称重误差大 机械长期连续运行故障率太高 由于水分及称重误差 准确性差 机械故障多 堵灰频繁 无法运行
飞灰测碳 的 技术简介
● 如果按标准程序分析，精
度很高
锅炉飞灰含碳量测量方法综述
锅炉飞灰含碳量测量方法综述锅炉飞灰中的含碳量是评估锅炉燃烧效率和排放指标的关键参数。
因此，准确地测量锅炉飞灰中的含碳量对于锅炉燃烧管理和节能减排具有重要意义。
本文将综述目前常用的锅炉飞灰含碳量测量方法。
1.重量法重量法是最基本、最常见的测量方法之一，也是其他方法的基础。
该方法需要将飞灰样品进行烧干、称重，再在升高温度下进行磷酸化反应，最后在高温下进行加热脱碳，得出含碳量。
它具有简单、准确、可靠、经济等优点，适用于对大批量飞灰样品的高通量分析。
2.光谱法光谱法是一种基于原子光谱、分子光谱或光散射等理论的测量方法。
例如，可以利用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）测量飞灰中有机物的吸收光谱，然后通过校准曲线计算出含碳量。
光谱法具有操作简单、非破坏性、快速分析等优点，但需要灰分样品较小、反演精度较低。
3.热解-非色谱法（THGA）THGA法是一种高度自动化的技术，将固态飞灰样品在不同温度下热解得出不同挥发度的有机物，并利用热导检测器（TCD）对碳进行检测。
由于其灰分样品只需要10-20mg，能够准确地测量含量低至0.1%的有机组分，因此THGA方法是目前最为准确的飞灰含碳量测量方法之一。
4.等离子体质谱法（ICP-MS）ICP-MS是一种高灵敏度、高准确度的质谱分析技术，可以用于同步测量飞灰中的多种元素和化合物。
例如，在燃煤锅炉中，可以利用ICP-MS同时测量飞灰中的有机碳、无机碳和铝等元素，从而实现对全面含碳的测量。
但ICP-MS的操作较为繁琐，需要高水平的技术支持，成本也较高。
综上所述，根据需要选择合适的方法对锅炉飞灰中的含碳量进行测量，以提高燃烧效率和减少排放。
随着新技术的不断出现，未来具有更高精度、更便捷、高自动化的测量方法必将逐渐得到广泛应用。
基于炉膛飞灰停留时间的电站锅炉飞灰含碳量的测量方法
电站锅炉飞灰含碳量的测量可以通过基于炉膛飞灰停留时间的方法来实现。
该方法基于飞灰在炉膛内停留时间的长短，推断出飞灰中的含碳量。
具体实现方法如下：
收集飞灰样品：在电站锅炉的出口处设置收集器，收集从烟囱中排放出的飞灰样品。
为了保证取样的代表性，收集器应当在烟气流动的稳定区域内，同时，飞灰样品的取样时间和收集量应当尽量均匀。
确定飞灰停留时间：电站锅炉的燃烧过程中，烟气流动速度较快，飞灰会随着烟气进入到锅炉的后部，然后再被排放到烟囱中。
因此，飞灰在锅炉内的停留时间是一个重要的参数，可以通过测量炉膛的温度、烟气流速和炉膛尺寸等参数来计算出。
分析飞灰样品：将收集到的飞灰样品送往实验室进行分析，可以采用常规的碳含量分析方法，如元素分析仪或热解析仪等。
通过分析，可以得到飞灰样品中的含碳量。
计算飞灰含碳量：根据飞灰在炉膛内的停留时间和分析得到的飞灰含碳量，可以计算出飞灰在炉膛内的平均含碳量。
这个值可以用来评估锅炉燃烧效率和环境排放情况。
需要注意的是，该方法的精度受到多种因素的影响，如炉膛结构、燃烧工况、飞灰颗粒大小和形状等因素。
因此，在实际应用中需要根据具体情况进行优化和改进，以提高方法的准确性和可靠性。
基于双气氛热重分析的飞灰含碳量测量方法研究
基于双气氛热重分析的飞灰含碳量测量方法研究近年来，煤燃烧产生的飞灰中碳含量对环境和健康的影响引起了人们的关注。
测量飞灰中碳含量是研究这一问题的关键。
传统的碳含量测量方法包括元素分析法、高温炉燃烧法等，这些方法存在测量精度低、时间长、操作繁琐等缺点。
双气氛热重分析法是一种新的、快速、准确测量飞灰中碳含量的方法。
本文对双气氛热重分析法进行了详细介绍，并研究了双气氛热重分析法测量飞灰中碳含量的影响因素。
1. 双气氛热重分析法介绍双气氛热重分析法是将样品放在热重仪中，以两种具有不同气氛的气体进行加热和燃烧，通过样品的质量变化来测定其中的碳含量。
热重分析仪是一种同时测定样品的质量和温度变化的仪器，它通常配备有质谱分析仪或红外分光仪等检测设备，以确定样品中各种元素或分子的含量。
在双气氛热重分析法中，样品通常在氮气气氛中加热，直到其质量稳定。
然后，以空气气氛替换氮气气氛，并继续加热，使样品中的有机物燃烧成CO2和H2O，进而测定其中的碳含量。
该方法可以快速、准确地测量飞灰中的碳含量，并且样品的处理时间较短，操作简单。
(1) 加热速率：加热速率是影响样品加热过程中热重曲线和质量变化率的重要因素。
加热速率越快，则样品中的有机物越容易燃烧，其CO2和H2O产物也会更多。
因此，在实验中应控制加热速率以保持不变。
(2) 气氛流量：气氛流量对样品中的有机物燃烧有很大的影响。
氮气气氛可以保护样品，在样品加热过程中对其进行保护和固定；而空气气氛可以使样品中的有机物燃烧，而且空气气氛流量越大，则燃烧产物CO2和H2O的排放越多，因此在样品加热过程中，应根据实际情况控制气氛流量。
(3) 样品形态：样品形态对热重分析过程和结果都会产生影响。
对于具有良好导热性的样品，其加热过程会更快，而冷却也会更快，因此最终得到的结果可能不稳定。
此外，如果样品中有较多的小颗粒结构，则无机物和碳会分散在其中，这样就会导致在分析过程中相互影响，进而影响测量结果。
飞灰含碳频谱测量方法解析
飞灰含碳频谱测量方法解析作者：牛贝来源：《智富时代》2019年第02期【摘要】本文介绍了燃煤电厂锅炉飞灰含碳在线监测技术，为优化燃烧系统，降低煤耗，提高锅炉热效率提供了依据。
【关键词】频谱；在线监测；飞灰含碳；锅炉效率一、概述飞灰含碳量是燃煤电厂燃烧效率的重要指标，同时也是锅炉燃烧控制调整的依据，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。
采用燃烧失重法进行测量，测量从制样烘干到完成测量一般需要6个小时，存在延时现象，无法满足测量要求。
同时受到灰样采集、样品代表性、结果滞后等因素的影响，不能及时准确的反映燃烧工况的变化，对锅炉燃烧的控制和调整的指导性、实时性不强。
飞灰含碳量太高会导致以下问题：（1）在锅炉运行工况相同的情况下，若煤粉不能够充分燃烧就会造成锅炉尾部烟气中的飞灰含碳量过高，从而导致锅炉的固体不完全燃烧损失升高、锅炉效率降低、煤耗增加、机组的经济性下降。
（2）飞灰含碳量过高会使锅炉的炉膛出口烟气温度偏高，造成炉膛出口的换热器的管壁超温，如果受热面金属长期超温，可能会导致受热面的损坏率增高。
另外，飞灰中的碳会沉积在锅炉尾部烟道中，达到一定浓度时可能会二次燃烧，影响锅炉运行的安全性。
（3）粉煤灰是水泥生产中的一种添加剂，各火力发电厂都在大力发展粉煤灰项目，从而提高企业利润。
飞灰含碳量过大时会影响飞灰作为添加剂的作用，不利于水泥生产企业对锅炉固体污染物的回收，影响发电厂运行的经济性。
飞灰含碳量作为燃煤电厂燃烧效率的重要指标，同时也是锅炉燃烧控制调整的依据，国家发改委、环保部、能源局在联合印发的《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年》中明确要求：“全国新建燃煤发电机组平均供电煤耗低于300克标准煤/千瓦时”。
所以，在线飞灰含碳量的检测显得尤为重要，只有实现飞灰含碳量的在线可靠监测才能实现煤耗的降低、运营成本的减少及NOx等污染源的排放达标。
二、不同测量方法比较传统测量飞灰含碳量检测是采用化学灼烧失重法，即利用取样器在烟道中提取一定重量的飞灰样品，然后放入马弗炉中高温灼烧若干小时，然后利用燃烧前后的重量差来确定飞灰中的含碳量。
微波在线飞灰含碳量测定技术及分析
ｓ ｎ ｉｇ ｉｓｒ ｅ ｓｎ ｎ ｔ ｕｍｅ ｔ ，ｃ ｒｅ ｔｙｕ ｅ ｎ ｔ ｓｃ ｕｎｒ ｎ ｂ ｏ ｄ，ａｅ ｂ ｉｇ ａ ａｙｉａｌ ｏ ａ ｅ ；ａ ｃ ｍｐ ｎｅ ｙ ｐ ｏ ｏａ ｓ ｎ ｓ ｕｒ ｎｌ ｓ ｄ ｉ ｈｉ ｏ ｔｙ ａ ｄ ａ ｒ ａ ｒ ｅｎ ｎ ｌｔ ｌ ｃ ｍｐ ｒ ｄ ｃ ｙ ｃ ｏ ａ ｉｄ ｂ ｒ ｐ ｓｌ
锅炉 飞灰 含碳量 大 小是火 力发 电 厂燃煤 锅炉 燃烧 效率 和运行 经 济性 的主要 指标 之一 。随着我 国发 电机组 不 断 向大 容量 、 参数 发展 ， 高 对锅 炉 飞 灰 中的含碳 量 实现 在 线 检 测 ， 以控 制 和 优 化锅 炉 燃烧 ， 降低 发 电煤 耗 ， 高“ 价上 网” 力 以及粉 提 ｏ ｔｎ ｙａｈｉｏ ｅｏ ｅｍｅｎ ｒｇｉｉｇｔ ｌ ｃ ｍｂ ｓｏ ｄｕｔ ｎ ａｓ ｅｂ ｉ ｒ ｉ ｎｔ ｉ ａｂ ｎｃｎｅ ｔｎｆ ｓ ｓ ｎ ｆ ｈ ａｓｆ ｕｄｎ ｉ ｙ ｏ ｕｔ ｎａｊｓ ｍ ｏｎ ｈ ｉｌ ｔ ｏ ｍｅ ｉ ｍｅ ｔｏｒｉｅｔ ｏｌ ’ ｔ ｈ ｅ
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锅炉飞灰含碳量测量方法综述
文章编号 ：１０ ４ ２ （０ １ ０ ０ ６— ７ ９ ２ １ ）５—０述
程启 明 ， 晓青 ， 映斐 ， 明媚 胡 王 汪
（ 上海 电力 学院 电力与 自动化工程学 院 ， 上海 ２０９ ） ００ ０
摘
要 ：阐述 了飞灰 含碳量检测方 法的发展和现状 ， 析了它们的工作 原理 和优缺点 ， 介绍 了相应 的典 型 分 并
锅 炉飞 灰含 碳量 是火 电厂燃煤 锅 炉燃烧 效率 的重要 指标 ． 当飞灰 含碳 量高 时 ， 明煤 耗 和发 电 说 成本 过 高． 时 、 确 地 监 测 飞灰 含 碳 量 ， 利 于 实 准 有 调整 风 煤 比 ， 可将 飞灰 含碳 量控 制 在最 佳范 围 内 ， 以提 高锅 炉 燃 烧控 制水 平 ， 证 机 组经 济 、 保 安全 、
线测 量 ．
性及高介 电常数等物理 、 化学特性 ， 来检测飞灰 中 的含碳 量 ． 根据 测量 原理 的不 同 ， 它可分 为燃 烧失 重法 、
热重 分 析法 、 波 法 、 学 反射 法 等 １ 种 测量 微 光 ０多
目前 国内 外 已提 出 多 种 飞 灰 含 碳 量 检 测 方 法 ， 要 分 为 物 理 测 量 方 法 ¨ 和 软 测 量 方 主 法¨ ” 两 大类 ． 本文 介 绍 了各 种 飞灰 含 碳 量 测 量
第２ ７卷 第 ５期
２１ ０ １年 ｌ Ｏ月
上
海 电 力 学 院 学
报
Ｖｏ ． ７， Ｎｏ ５ １２ ．
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｏ Ｓ ａ ｇ ａ Ｕｎ ｖ ｒｉｙ ｏ Ｅｌ ｃｒｃ Ｐｏ ｒ ｏ ｒ ａ ｆ ｈ ｎｈ ｉ ｉ ｅ ｓｔ ｆ ｅ ｔｉ ｗｅ
０ｃ ． ２ １ ｔ Ｏｌ
收 稿 日期 ：２ １ ０ ２ ０ １— ２— ３
飞灰含碳量的标准
飞灰含碳量标准一、定义和术语1.飞灰：指在燃烧过程中产生的固体废弃物，通常来源于煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧。
2.飞灰含碳量：指飞灰中碳的含量，通常以质量百分比表示。
二、测量方法1.实验室分析法：将收集到的飞灰样品送至实验室进行分析，采用燃烧法、元素分析法等方法测定碳含量。
2.在线监测法：在现场安装在线监测设备，实时监测飞灰中的含碳量。
三、取样和样品处理1.取样：在飞灰产生过程中，采用随机取样的方法采集具有代表性的样品。
2.样品处理：将采集到的飞灰样品进行破碎、研磨等处理，以充分混匀。
四、实验室要求1.实验室应具备相应的分析仪器和设备，如高温炉、天平等。
2.实验室应保持清洁、干燥，避免样品污染。
3.实验室应由经过专业培训的分析人员负责分析测试。
五、数据分析与报告1.分析人员应按照规定的程序和方法对飞灰样品进行测试，并记录测试数据。
2.根据测试数据，计算飞灰含碳量的平均值、标准差等统计指标。
3.分析人员应撰写分析报告，包括测试数据、结论和建议等内容，以便客户或相关部门使用。
六、质量保证与质量控制1.采用标准物质进行内部质量控制，如标准煤样等。
2.对分析人员进行定期培训和考核，确保分析结果的准确性。
3.对实验室设备进行定期维护和校准，确保设备的准确性。
4.对样品处理过程中进行严格的质量控制，确保样品具有代表性。
5.对数据分析过程进行严格的审核和监督，确保数据的真实性和可靠性。
6.对实验室环境进行严格的监控和管理，确保实验室符合相关规定和标准。
7.对测量不确定度进行评估和计算，以提高测量结果的可信度和精度。
8.建立完善的质量保证体系，确保每个环节都得到有效的控制和管理。
9.在每个实验开始前，应进行空白试验以确保实验的可行性及准确性；同时要对仪器设备进行检查并校准，确保其在最佳状态下工作；另外还需要检查化学试剂是否符合要求并注意及时更换失效的试剂；并在每个实验后进行对比实验以验证其准确性和可重复性；对于实验数据应及时进行记录并进行统计处理以便后续的分析；此外还应注意在实验过程中要严格遵守操作规程并按要求对各项指标进行测量及记录；最后要保证实验环境的清洁及安全并注意保护好实验样品以防止其受到污染或丢失。
三种飞灰含碳量在线检测装置比较分析
三种飞灰含碳量在线检测装置比较分析飞灰含碳量在电厂的经济、安全运行中是比较重要的参数。
锅炉飞灰含碳量偏高说明锅炉燃烧不完全，降低锅炉的热效率。
同时也增大了锅炉受热面的磨损。
飞灰含碳量高对煤粉综合利用及环境的影响。
因为飞灰含碳量高会降低粉煤灰综合利用厂粉煤灰的质量。
煤粉灰的销售是粉煤灰综合利用厂的效益的来源。
其中一级粉煤灰是建筑市场中很好的材料，不仅价格高，而且销路好。
但是锅炉燃烧烟气中的飞灰含碳量高，就造成煤粉灰的细度，烧失量，需水量比明显增加，使得粉煤灰综合利用厂的一级灰只能当作二级灰来卖，假如指标超标严重的话，按照是建筑科学研究院的规定，还不能对外销售。
最后，飞灰含碳量偏高严重加重了环境的污染。
锅炉燃烧烟气中的飞灰含碳量上升，也增大了烟囱向大气的排放烟尘量；如果电除尘捕捉下来的灰走湿排放，增加了外排污水的污染。
所以飞灰含碳量的在线测量对电厂机组的安全运行、公司的经济利益和生态环境都有着相当大的影响。
对于飞灰含碳量测量的主要来源——飞灰含碳量在线检测装置现在社会上主要有微波衰减法、微波谐振法、灼烧失重法三种，现在对这三张在线检测装置进行简单的分析。
一、概述——各种在线检测装置：1、微波衰减法：第一代飞灰含碳量在线检测装置测量原理：根据飞灰中未燃尽的碳对微波能量的吸收特性，进行分析确定飞灰中碳的含量。
微波衰减法是采用撞击时取样方法，将烟道内的灰样收集到取样瓶内，再经过测量设备进行微波测量；锅炉飞灰中含有未燃尽的碳颗粒，由于碳具有导电性，它对微波具有吸收作用，吸收要求被测介质在禁止状态，需要一个短时间的测量过程。
微波的吸收过程主要有两个方面：A：被测飞灰样本的含碳量：在同样多的灰样下，含碳量越多，对微波的吸收也越多。
反之，含碳量越少，对微波的吸收也越少；B：被测飞灰样本的多少：同样含碳量的灰样，被测样本越多，对微波的吸收就越多，反之被测样本越少，对微波的吸收就越少。
所有的微波检测设备只能对飞灰含碳量测出一个相对线性关系值，含碳量的绝对值，需要通过人工对同一飞灰样本（仪器测量过的样本）进行化学分析一次，测出含碳量的绝对值，对微波检测设备进行一次标定，这样微波检测设备才能测量出飞灰含碳量的绝对值。
基于双气氛热重分析的飞灰含碳量测量方法研究
基于双气氛热重分析的飞灰含碳量测量方法研究飞灰是燃煤发电厂在燃烧煤炭时产生的一种固体废弃物，其中含有大量的碳元素。
飞灰中的碳元素含量是煤炭燃烧产生的二氧化碳排放的关键因素之一。
准确测量飞灰中的碳含量对于评估能源利用效率和减少二氧化碳排放具有重要的意义。
而双气氛热重分析是一种常用的测量飞灰中碳含量的方法之一。
本文将对基于双气氛热重分析的飞灰含碳量测量方法进行研究，探讨其原理、操作步骤和应用技术。
一、双气氛热重分析原理双气氛热重分析是利用恒温恒湿条件下，样品在不同气氛环境中发生质量变化的方法。
当样品受热时，碳元素会在氧气或惰性气体（如氮气）的作用下发生燃烧或氧化反应，从而释放出气体或固体产物。
通过热重仪可以记录样品在不同气氛下的质量变化情况，从而得到样品中碳元素的含量。
1. 样品制备需要从燃煤发电厂获取飞灰样品，并对样品进行干燥处理，确保样品中没有水分。
然后将样品研磨成粉末状，以便于后续的热重分析。
2. 热重分析仪准备在进行双气氛热重分析之前，需要对热重分析仪进行准备。
设置好恒温恒湿的环境条件，确保实验过程稳定。
然后，安装好氧气和惰性气体的进气管道，以便于在实验过程中切换不同的气氛。
3. 实验操作将经过干燥处理和研磨的飞灰样品放置在热重分析仪的样品舱内，并密封好。
然后，通过控制气氛切换装置，使样品先后处于氧气和惰性气体的环境中。
在升温过程中，记录样品的质量变化情况。
根据质量变化曲线，可以确定样品中碳元素的含量。
三、应用技术及发展趋势基于双气氛热重分析的飞灰含碳量测量方法有着准确、可靠的优势，被广泛应用于煤炭燃烧过程中碳排放的监测和评估。
随着环保意识的提高和碳排放管理的日益严格，双气氛热重分析技术在未来的应用中有望进一步得到推广和应用。
在实际应用中，还可以结合其他分析方法，如X射线荧光光谱分析、红外光谱分析等，综合评估飞灰中的碳含量，提高测量的准确性和可靠性。
还可以开发新的样品制备技术和数据处理方法，以进一步优化双气氛热重分析的测量效果。
电站锅炉飞灰含碳量的测量方法与相关技术
本技术公开了一种电站锅炉飞灰含碳量的测量方法，其特征在于：步骤一：将影响飞灰含碳量的燃烧因子分解为热风温度因子、燃尽因子、一次风压因子和煤质因子；步骤二、根据正交旋转法，利用最大方差正交旋转后的因子成分矩阵得到四个因子的影响权重；并对飞灰含碳量建立因子分析模型；本技术采用的建模方法相比于其它建模方法，不受算法的限制，在DCS系统中实用性较强；数据较其它单一算法更全面；与硬件测量比对，参数的适应性更强；具有超前性和灵敏度高、稳定性好、测量精确度高、通用性强的特点，可广泛应用在电力等领域。
权利要求书1.一种电站锅炉飞灰含碳量的测量方法，其特征在于：步骤一：将影响飞灰含碳量的燃烧因子分解为热风温度因子F1、燃尽因子F2、一次风压因子F3和煤质因子F4；步骤二、根据正交旋转法，利用最大方差正交旋转后的因子成分矩阵得到四个因子的影响权重，并对飞灰含碳量建立因子分析模型；步骤A：该飞灰含碳量的因子分析模型具体为：飞灰含碳量＝-0.248F1+0.871F2+0.243F3-0.083F4 (1)其中：F1为热风温度因子，F2为燃尽因子，F3为一次风压因子，F4为煤质因子；步骤B：获取热风温度因子步骤B1：获取影响所述热风温度因子F1的一次风温度T1和二次风温度T2：所述一次风温度T1采用磨煤机出口的温度平均值；所述二次风温度T2为左、右侧空气预热器出口的温度平均值；步骤B2：利用最大方差正交旋转后的因子成分矩阵,得到一次风温度T1和二次风温度T2在热风因子中的影响权重，得到公式(2)F1＝0.4485KT1+0.5515KT2 (2)KT1为一次风温度系数；KT2为二次风温度系数；步骤B3：利用单一变量进行试验，得到一次风温度T1和二次风温度T2单一影响飞灰含碳量的试验曲线，得到公式(3)、(4)：KT1＝-0.0242T1+8.8347 (3)KT2＝-0.0237T2+9.8733 (4)步骤C、获取燃尽因子F2：步骤C1、燃尽因子F2受过剩空气和煤粉细度的影响，利用最大方差正交旋转后的因子成分矩阵,得到K、Km在燃尽因子中的影响权重，得到公式(5)：F2＝0.45K+0.55Km (5)K为过剩空气影响系数；Km为煤粉细度影响系数；Km＝0.16×m1.16+0.02 (6)m为煤粉细度；过剩空气影响系数用锅炉出口氧量得出，其影响飞灰含碳量的系数，通过单一变量试验下过剩空气系数单一影响飞灰的试验曲线得出，见公式(7)：K＝61.7284a2-146.9136a+89.2136 (7)步骤D:一次风压因子F3通过一次风压设计值与实际一次风压的差值x与飞灰含碳量的经验折线函数来表征；步骤E:煤质因子F4通过燃烧产物在炉膛中停留时间τ与飞灰含碳量的经验折线函数来表征。
锅炉飞灰含碳量测量方法综述
锅炉飞灰含碳量测量方法综述程启明;胡晓青;王映斐;汪明媚【摘要】阐述了飞灰含碳量检测方法的发展和现状,分析了它们的工作原理和优缺点,并介绍了相应的典型产品.由于每种方法各有其特点,在应用中,应根据实际情况进行选择.【期刊名称】《上海电力学院学报》【年(卷),期】2011(027)005【总页数】6页(P519-524)【关键词】飞灰含碳量;测量方法;锅炉;软测量【作者】程启明;胡晓青;王映斐;汪明媚【作者单位】上海电力学院电力与自动化工程学院,上海200090;上海电力学院电力与自动化工程学院,上海200090;上海电力学院电力与自动化工程学院,上海200090;上海电力学院电力与自动化工程学院,上海200090【正文语种】中文【中图分类】TK227.3;TQ533.4锅炉飞灰含碳量是火电厂燃煤锅炉燃烧效率的重要指标.当飞灰含碳量高时，说明煤耗和发电成本过高.实时、准确地监测飞灰含碳量，有利于调整风煤比，可将飞灰含碳量控制在最佳范围内，以提高锅炉燃烧控制水平，保证机组经济、安全、稳定地运行.但由于飞灰含碳量受煤种、锅炉结构、运行操作水平等多种因素的影响，很难直接在线测量.目前国内外已提出多种飞灰含碳量检测方法，主要分为物理测量方法［1-14］和软测量方法［15-28］两大类.本文介绍了各种飞灰含碳量测量方法的工作原理、特点与生产厂家，这对实际应用中测量方法的选择有一定的参考价值.1 飞灰含碳量的物理测量方法飞灰含碳量的物理测量方法是利用碳的可燃性及高介电常数等物理、化学特性，来检测飞灰中的含碳量.根据测量原理的不同，它可分为燃烧失重法、热重分析法、微波法、光学反射法等10多种测量方法［1-14］，其中微波法是目前应用最多、测量速度最快的测量方法.1.1 燃烧失重法燃烧失重法［1］是一种传统的飞灰含碳量测量方法.其测量原理是利用取样器在烟道中提取一定重量的飞灰样品，放入马弗炉中完全燃烧，然后利用燃烧前后的重量差来计算飞灰中的含碳量.燃烧失重法的全部过程包括定时采样、试样积累、制样、称重、燃烧再称重等工序，其操作复杂，且中间环节多、引入误差的机会多，还受人为因素的影响，化验分析结果往往滞后几小时，不能及时指导飞灰含碳量的在线调整，只能用于离线测量.近10年来，这种测试方法有了很大发展，美国Rupprecht＆Palashnick公司已开发出了一种在线监测的燃烧失重法，其测量原理与传统方法相同，先将一个装在微粒天平上的空过滤筒称重，然后等速采集飞灰样品，将过滤筒再次称重后加热至804℃，并维持数分钟以氧化样品中的碳，再次称重，最后自动计算样品中的碳.其测量时间为15 min，样品量大约是 35 g，测量精度约为±0.5%.燃烧失重法的优点是测量准确性高，且测量结果与煤质和煤种无关，若采样系统具备反吹装置可有效地解决管路堵灰问题，适用于当前国内火电厂的用煤现状，因此获得广泛应用.该方法的缺点是取样间隔长、时滞性大、实时性差，难以及时反映锅炉燃烧工况.尽管开发了在线监测系统，但测量时间还是需要15 min左右，难以对锅炉运行提供有效、实时的运行指导.1.2 反射测量法反射测量法是根据飞灰中碳颗粒与其他物质颗粒反射率的明显差异，选择不同的发射信号源，来测量飞灰含碳量的方法，已产品化的有光学反射法、红外线测量法和放射法3种.光学反射法［2］将灰样和粘合剂按一定比例混合，压制成环状物放入辉光放电室内，用单色器和光电探测器分辨辉光放电室内所产生的发射信号，并依据单色器的范围，确定飞灰含碳量和飞灰的其他组分.红外线测量法［3］是利用红外线对飞灰中碳粒反射率不同的原理进行测量的，按事先标定的反射率直接得出测量结果.放射线法又分为γ射线法［4］和X射线法［5］两种，它们的测量原理是光电效应和康普顿散射效应.当飞灰中含碳量低时，光电效应较强而康普顿散射效应较弱.反之，则光电效应较弱而康普顿散射效应较强.因此，通过核探测器记录的反散射γ或X射线强度的变化就可以测量出飞灰中的含碳量.光学反射法具有仪器简单经济、测定时间快等特点，适合连续监测.但此法与燃烧失重法一样，需要用已知的灰样标定进行测量，当飞灰颗粒不均匀时，不同颗粒中的含碳量与反射信号之间无法构成严格的线性关系，从而影响测量精度.另外，煤种、灰成分的变化对测量精度影响很大，很难保证数据的可靠性.其主要产品有丹麦M＆W ASKETEKNIK公司的RCA V10/V11型飞灰测碳仪，所需的样品量约为3 g，测量时间为4～5 min，其测量精度大于0.5%.红外线法具有仪器设备简单、成本低、速度快且又不污染环境等特点.但与光学反射法一样，当飞灰颗粒大小不一并且颗粒中的含碳量不均匀时，反射信号不是严格的按比例变化，同时反射信号还会随煤种的变化而变化.因此，测量精度受飞灰颗粒和煤种的影响很大，很难保证测量精度.丹麦、荷兰、英国多家公司生产此类产品，测量时间约为3 min，测量精度约为0.5%.放射线法属非接触性测量，标定简单，精度较高，且不受压力、粘度、湿度、腐蚀性等影响.但若飞灰颗粒太大将无法得出精确结果，且由于飞灰碳颗粒偏大且密度较小，在灰样装入样品盒时碳颗粒会流向盒的四周，从而使测量值偏低.另外，灰中原子序数高、比重大的Fe和Ca等元素对测量精度有很大影响，需要修正基体效应产生的误差.由于该法需要一个稳定的放射源，存在辐射问题，即便低能量的γ射线能量也较大，对人体也有伤害，维护成本较高.低能X射线散射法能量低，对人体影响很小，防护比较容易.黑龙江省科学技术物理研究所进行了相关的技术开发，其样品的实验测量精度小于0.5%.1.3 热重分析法热重分析法［6］是在程序控制的温度下，测量物质质量变化与温度关系的一种方法.飞灰受热或冷却，其结构、相态和化学性质的变化必将伴有相应的质量变化(失重或增重).热重仪可以测量飞灰试样的质量变化并自动进行数据记录和处理，绘出质量变化与温度的关系曲线，由此测得的质量损失可对飞灰试样组成等进行定量分析，从而测出飞灰含碳量.此法具有操作简便、自动化程度高、准确度高、分析速度快，以及试样微量化等优点.但此法的分析时间需要1 h左右，不能做到实时快捷，且检测过程操作复杂，仪器价格昂贵，不易推广使用.由于无法检测体系在受热过程中逸出的挥发性组分，使得热分析技术难以推广.目前，热重分析法常与质谱等其他先进的检测系统联用.美国LECOTGA2601热重分析仪一次称量可同时测定19个样品，测量过程均由仪器按程序控制，可检测样品的水分、挥发分、灰分、固定碳等项目.1.4 流化床CO2法流化床CO2法［7］的测量原理是通过向流化床燃烧室供给一定数量的空气，将飞灰中的碳燃烧成CO2，测量CO2含量并据此算出飞灰的含碳量.此法具有测量准确性较高、测量结果与灰质和灰种基本无关等优点.此法的缺点是送入的空气量要很精确，而工程实践中很难保证流化床燃烧室严格的密封性.此外，飞灰中的碳酸盐会出现受热分解出CO2的现象，这会影响测量精度.此法的主要产品有英国Bristol Babrock Lid公司的Clgm飞灰测碳仪，样品量约为2.5 g，测量时间约5 min，测量精度为 0.5%.1.5 激光感生击穿光谱法激光感生击穿光谱法［8］的测量原理是当一束高功率的脉冲激光光束集中照射到样品时，样品烧蚀为高温等离子体，通过测量等离子体发射光谱对应的波长和强度就可以得到所测对象中的组成元素及其浓度大小.此法属于非接触实时测量，无需取样和进行样品预处理，一次光谱可测量多种组分，测量对象包括固体、液体和气体，具有高检测灵敏度.但此法除了需要对谱线数据进行标定外，其激光能量与碳元素强度密切相关，会导致粉煤灰样品烧蚀不稳定，探测到的谱线强度不能准确反应出样品中的碳元素含量，影响测量的精确性.因此，在实际测量中应选择合适的激光能量，适当降低靶面附近的激光能量密度，避免空气的强烈击穿.华中科技大学开发出了激光感生击穿光谱煤质分析仪.1.6 微波法微波法是目前研究最多、测量速度最快、商业化程度最高的一种测量方法.它又可分为微波吸收法和微波谐振法两种.其中微波吸收法［9］是根据飞灰中的碳粒吸收微波诱导而产生涡流的原理，飞灰中含碳量越高，导电率就越高，由感生电流产生的热量也越高，吸收的微波就越多，因此测量剩余微波能量的大小就可测定飞灰含碳量.而微波谐振法［10］是利用微波电路中谐振腔内部电场能与磁场能可相互交替变化的特点来进行测量的.由于谐振时电场能与磁场能的幅值相等，失谐时这两种能量不能自行转化，从而使谐振腔具有选频特性.当在腔中引入小体积的飞灰产生微扰时，将导致谐振频率等参量发生微小变化，根据微扰前的物理量和微扰后的测量值来计算谐振腔体参量的改变量，从而确定飞灰的含碳量.微波法的优点是测量速度快、精度高、仪器简单、生产维护费用低且环境无污染，因而在国内燃煤锅炉中得到广泛应用.此法的缺点是需要进行标定，难以适应目前火电厂煤质多变的情况，且测量腔容易堵灰，严重的堵灰会导致仪器无法使用.此外，采用单点撞击式取样器，取出的灰样中大颗粒居多，灰样代表性差，测量准确度不高，只能反映飞灰含碳量的变化趋势.近年提出的烟道内置式微波法测碳系统［11］采用了无灰路直接测量方式，将烟道作为测量腔，且将微波传感器安装在锅炉尾部烟道上，从根本上改变了以往必须采用取样系统才能完成的飞灰含碳量的测量.它无取样管路，结构简单，维护工作量小，可使微波信号沿垂直气流方向快速穿越整个烟道，测量在瞬间完成，真正做到了实时、准确测量，解决了现有微波法存在的采样代表性不够和管路堵灰问题.但目前仍存在着微波能量向烟气通道两端逸散、烟道飞灰密度不稳定、电子器件受环境温度影响产生的特性变化等问题，国内外都在作相关的研究与产品开发工作. 采用微波法的产品数量较多，如澳大利亚CSIRO矿产和工程公司开发的微波测碳仪，测量精度在0.08% ～0.28%之间，测量时间小于3 min;深圳赛达力电力设备有限公司生产的MCM型飞灰测碳仪，测量精度为约0.5%.1.7 光声效应法在光声效应法［12］的测试过程中，需要将样品放在密封的光声池内，用脉冲单色光照射，以吸收光中的能量，并转为热能传播到周围的气体中.样品池顶端高灵敏度的微音器就能检测到由此引起的声信号，由于声信号的强度与样品吸收光的能量成正比，因此通过检测声信号就可以检测粉煤灰中的含碳量.此法的优点是实时快捷、操作方便、成本低廉、精度较高，以及受粉煤灰中其他成分影响小等.此法的缺点是由于不同的粉煤灰样品的密度等性质差别很大，检测之前需对被测的粉煤灰样品进行标定;粉煤灰样品的成分非常复杂，其他矿物成分产生的光声效应会不同程度地影响测试结果;自然状态下的粉煤灰材料很不均匀，其成分复杂，且颗粒大小分布较大，测量的精确性和可重复性会受影响;测量结果还受气煤流度、温湿度变化、管道内压力，以及煤粉分散度等多种因素影响.美国Ametek公司设计了商用型的光声测量仪Carbon Analyzer(CA200).1.8 电容法电容法［13］是根据将飞灰作为电介质，认为飞灰的介电常数是飞灰中含碳量的函数，含碳量的变化引起介电常数的变化这一原理进行测量的.它通过测量电容式传感器的电容值，可测得飞灰中的含碳量.此法具有非接触式、安全可靠、安装容易、适应性强、精度高、响应快等优点.但介电常数与飞灰含碳量之间并非线性关系，其参数关系难以用解析式描述.另外，介电常数会随着飞灰中水分的改变而变化，此法不适宜水分经常变化的飞灰含碳量测量.浙江省电力建设总公司开发出了电容式测碳仪.1.9 静电法静电法［14］的依据是:在煤量一定的情况下，由煤粉粒子形成的静电场的大小与粉体的相对介电常数成反比，而粉体的介电常数与煤粉的含碳量成正比.因此，在煤粉浓度、温度一定的情况下，由特殊制造的静电场感应传感器采集到静电场的强、弱信号，经分析、处理、放大后传输至监测系统，从而输出当前煤粉的含碳量.此法快速实时、运行可靠、维护容易，其测量精度达到0.5%，能够满足现场要求.但由于锅炉负荷变化对测量值有影响，因此要用给煤机对煤量进行修正，需要标定后才能使用.南京大得科技有限公司开发出了PCM-2000型静电法煤粉含碳量测量仪.2 飞灰含碳量的软测量方法各种测碳仪由于技术或成本的原因难以成功地应用于现场，而电厂出于提高经济效益的目的，又迫切要求能够快速、精确测量飞灰含碳量.软测量技术是利用一些易于实时测量的、与被测变量密切相关的变量(二次变量)，通过在线分析来估计不可测或难测的变量的方法.软测量为飞灰含碳量的实时测量提供了一种重要手段，它具有泛化能力好、运算时间短、适应范围广等优点，具有很好的推广应用前景.飞灰含碳量的软测量方法主要有数值计算建模和智能建模两种［15-28］.由于飞灰含碳量的诸多影响因素具有耦合性强、非线性强等特征，锅炉飞灰含碳量的软测量适合采用智能建模法.2.1 数值计算建模法通过数值计算法测量能够较为准确地获得飞灰含碳量值，并且能够指导如何控制飞灰含碳量的生成.国内外研究者已提出了多种飞灰含碳量数值计算方法，如文献［15］通过将炉膛从冷灰斗到大屏底部进行分切片，将炉膛分为若干区段，根据各区段间的能量平衡和物质平衡，建立对实际锅炉煤粉燃尽率与飞灰含碳量预测的一维计算方法.此法直接利用电站锅炉运行数据进行建模，这些运行数据可以覆盖锅炉的整个运行工况，具有很好的代表性，其建模精度较高.但由于建模时考虑的方向不同，使它们在实际应用中存在一定的局限性，且计算时作出一些假设或简化，因此其预测模型的测量精度会受到影响，很难用于现场实时监测.2.2 智能建模法智能建模运用人工智能方法，利用火电厂DCS系统及其他现有系统丰富的数据资源，具有建模精度高、通用性好的特点，可及时准确地建立模型.智能建模法一般对电站锅炉飞灰含碳量进行实炉试验，以获得特定工况下的试验数据，并利用这些数据应用人工智能技术建立模型.但是由于试验的工况有限，并不能代表锅炉的整个运行工况，因此建立的模型并不能很好地反映锅炉飞灰含碳量的变化.2.2.1 神经网络法神经网络作为一种非线性模拟的具有生命力的方法，已广泛应用于软测量建模过程.BP网络是目前应用最广泛的多层前向网络，它能实现任何非线性连续映射，在飞灰含碳量进行软测量建模时，大都采用了BP神经网络进行辨识建模.如文献［16］以热态实炉试验数据为训练样本，采用改进算法的BP神经网络结构，建立了大型四角切圆燃烧锅炉飞灰含碳量特性的神经网络模型.文献［17］在分析锅炉飞灰含碳量的影响因素和锅炉燃烧特性试验的基础上，建立了锅炉飞灰含碳量在线软测量的BP神经网络模型，取得了较好的试验结果.由于BP算法存在训练时间长、收敛速度慢、收敛于局部极小点等缺陷，因此出现了多种BP网络改进算法和优化算法，如附加运量法、自适应学习速率、L-M算法、GA算法、BFGS法等，一些改进措施被用于飞灰含碳量的软测量.例如，文献［18］采用基于L-M算法的BP神经网络建立了飞灰含碳量软测量模型;文献［19］采用了基于BP神经网络结合遗传算法(GA)的新型软测量模型，获得了当前最佳的锅炉燃烧调整方式，解决了锅炉变工况下运行参数基准值的问题，从而使预测更加快速、准确.RBF网络在一定程度上解决了BP网络训练时间长和存在局部极值的问题，具有收敛速度快、全局优化的特点，目前在建模中应用较广.文献［20］采用BP网络的L-M算法、BFGS算法和RBF网络算法进行了飞灰含碳量软测量建模，模型实验结果表明RBF网络的训练精度最高、耗时最短，L-M算法次之，BFGS算法相对较差，但这3种算法在训练速度和精度上均优于BP改进算法.2.2.2 支持向量机法支持向量机法(SVM)应用结构风险最小化(SRM)原则，有效地解决了机器学习理论中的泛化问题.该方法的优点包括:最小化结构风险目标函数有效地抑制了欠学习和过学习现象，获得了良好的泛化能力;该算法转化为一个二次规划问题，得到全局最优点，解决了神经网络的局部极小值问题;拓扑结构只与支持向量有关，计算速度快，更适合于在线应用;适合于小样本学习.文献［21］利用支持向量机建立了大型四角切圆燃烧锅炉飞灰含碳量特性的模型，并对该模型进行了训练和校验，结果表明所建模型能根据燃煤特性及相关操作参数准确预报锅炉在不同工况下的飞灰含碳量特性，并具有良好的泛化性.最小二乘支持向量机(LS-SVM)是标准SVM在二次损失函数下的形式，把模型优化问题转化为线性方程组的求解，大大提高了求解速度.文献［22］针对某300 MW 四角切圆电厂锅炉的实测工况数据，采用LS-SVM方法进行飞灰含碳量软测量建模研究，引入了局部学习思想，采用改进的核函数，实现了模型参数的自动优化.支持向量机能够有效地解决高维问题，但是输入变量之间存在的线性与非线性属性影响了模型的精度和泛化能力.2.2.3 集成软测量法一般采用机理分析来选取软测量的辅助变量，但是由于对象机理的复杂性，往往会扩大辅助变量的选择范围，使得样本数据过于庞大.因此，出现了飞灰含碳量软测量的混合建模方法.例如，文献［23］采用将主元回归分析(PCA)与神经网络结合的混合建模方法进行了含碳量在线测量，既保留了原始变量的特征信息，又简化了神经网络的结构，使神经网络的优点得以充分发挥.实验结果表明，混合模型与单一神经网络模型相比可以获得较高的测量精度.文献［24］提出了KPCASVM的飞灰含碳量软测量建模方法，并对某300 MW四角切圆锅炉不同工况下的飞灰含碳量进行预测，仿真结果验证了这种建模方法的有效性和优越性，说明其具有良好的推广应用前景.文献［25］提出了偏最小二乘与人工神经网络的结合模型，简化了神经网络的复杂程度，减少了训练时间，保证了模型的精确度.2.2.4 数据融合法由于飞灰样品的密度、粒度、温度、湿度，以及飞灰中各种矿物质的含量等都对测量精度有影响，因此需要采用多个传感器从不同角度检测被测介质的特性，然后利用数据融合将多个传感器检测到的数据进行分析和集成，降低了各种因素对测量结果的影响，提取出被测对象的有效信息，形成对被测对象信息全面和完整的描述.这样可获得比单个传感器或多个传感器的算术平均值更准确的测量结果，从而提高了测量的精度和稳定性.文献［26］采用目前广泛使用的烟道式微波测碳仪进行在线监测，但在实际中烟气密度和流速对仪器的测量精度有很大影响，使测量结果产生较大波动，因而通过选择和设计合适的传感器测量出微波功率衰减、相位变化量、烟道烟气密度和流速这4个与飞灰含碳量测量结果强相关的特征量，获得了对飞灰含碳量的多维信息描述，并选用基于L-M优化算法的3层BP神经网络对互补的多传感器的信息进行有效融合，从而提高了飞灰含碳量的测量精度和测量稳定性.3 结论(1)物理测量方法中，微波吸收法具有测量速度快、精度高、设备简便、生产维护费用低等优点，其效果明显好于其他物理测量方法，但此法制成的设备存在测量腔堵灰问题，而烟道式飞灰微波测碳系统解决了堵灰问题，目前应用较为广泛. (2)由于物理测量方法存在设备复杂、造价高、维护成本高、测量精度影响因素多等缺点，而软测量方法具有泛化能力好、预测精度高、适应范围广、计算简单、成本低等优点，因此软测量方法会有较好的推广应用前景.参考文献:【相关文献】［1］熊东平.烧失法在线飞灰测碳装置在600 MW机组中的应用［J］.电力设备，2007，8(12):82-83.［2］OUAZZANE A K，CASTAGNER J L，JONES A R，et al.Design of an optical instrument to measure the carbon content of fly ash［J］.Fuel，2002，81(15):1 907-1 911.［3］何伦英，徐丽辉.红外吸收法测定碳含量的测量不确定度评定［J］.化学分析计量，2006，15(4):13-14.［4］潘理黎，王佳莹，杨玉峰，等.火电厂飞灰含碳量在线监测设备现状［J］.热力发电，2008，37(11):10-14.［5］杨振华，向钟，杨建康.低能X射线散射荧光法快速测煤灰及炉渣中的残碳量［J］.煤质技术，2003(2):44-46.［6］徐朝芬，孙学信，郭欣.热重分析试验中影响热重曲线的主要因素分析［J］.热力发电，2005(6):34-36.［7］刘鸿，周克毅.锅炉飞灰测碳仪的技术现状及发展趋势［J］.锅炉技术，2004，35(2):65-68. ［8］吴戈，陆继东，余亮英，等.激光感生击穿光谱技术测量飞灰含碳量［J］.热能动力工程，2005，20(4):365-369.［9］张扬，马道林，陆明.微波在线飞灰含碳量测定技术及分析［J］.发电设备，2006(3):180-184.［10］KATARZYNA S G，JANUSZ G，HENRYK J，et al.Characterization of the coal fly ash for the purpose of improvement of industrial on-line measurement of unburned carbon content［J］.Fuel，2004，83(13):1 847-1 853.［11］李强，宣益民，冯长青，等.MCE-I型烟道式飞灰含碳量在线测量系统的研制［J］.工程热物理学报，2003，24(3):523-526.［12］MAOHONG F，ROBERT C，BROWN S.Precision and accuracy of photo-acoustic measurements of unburned carbon in fly ash［J］.Fuel，2001，80(11):1 545-1 554. ［13］陈一帆.电容式测碳仪测量原理分析［J］.浙江电力，2003(3):58-60.［14］王建国，姜忠.燃煤含碳量在线测量装置的研究［J］.湖南电力，2009，29(2):25-27. ［15］唐良广，郑楚光，赵海波.实际锅炉中煤粉燃尽率与飞灰含碳量的预测［J］.华中科技大学学报，2001，29(1):14-17.［16］周昊，朱洪波，曾庭华，等.基于人工神经网络的大型电厂锅炉飞灰含碳量建模［J］.中国电机工程学报，2002，22(6):96-100.［17］陈强，王培红，李琳，等.电站锅炉飞灰含碳量在线软测量模型算法［J］.电力系统自动化，2005，29(2):45-49.［18］李智，蔡九菊，郭宏.基于神经网络的电站锅炉飞灰含碳量软测量系统［J］.节能技术，2004，22(4):6-7.［19］陈敏生，刘定平.电站锅炉飞灰含碳量的优化控制［J］.动力工程，2005，25(4):545-549. ［20］王海群，张素贞，刘军.人工神经网络在燃煤锅炉含碳量测量中的应用［J］.锅炉技术，2004，35(2):35-35.［21］王春林，周昊，周樟华，等.基于支持向量机的大型电厂锅炉飞灰含碳量建模［J］.中国电机工程学报，2005，25(20):72-76.。
浅析火电厂锅炉飞灰含碳量测量技术与展望
浅析火电厂锅炉飞灰含碳量测量技术与展望发表时间：2016-11-10T10:31:24.413Z 来源：《电力设备》2016年第16期作者：蔡宗霖[导读] 本文还会对近些年兴起的软测量技术给予一定介绍。
对飞灰含碳量测量方法的选择与研究有一定的参考指导价值。
（京能山西漳山发电有限责任公司 046021）摘要：飞灰含碳量的是反映火电厂经济运行的重要指标，其高低直接影响着锅炉的效率。
因此准确的监测飞灰含碳量有着非常重要的意义。
本文对当前常见的多种物理测量方法做了相应的研究，指出了它们的优缺点。
报告了近年来发展起来的飞灰含碳量软测量方法的现状，并分析了它们的技术特点。
最后本文展望了测碳技术的新发展，对火电厂选择测碳方法与研究有一定的参考指导价值。
关键词：飞灰含碳量；测量方法；展望引言飞灰含碳量是火电厂重要监测的参数，其高低直接影响着锅炉的燃烧效率。
当飞灰含碳量偏高，主要锅炉风煤配比不合理造成的，燃烧不完全，其直接结果导致发电成本升高，而且也增大了固体颗粒的排放，使粉煤灰的可利用价值降低，同时也对环境也造成严重的影响；飞灰含碳量偏低则说明空气过剩，将有大量的热能通过烟道排出，造成换热效果不够好，同时还会增加氮氧化物的排放【1】。
对于实时准确监测飞灰含碳量，有利于操作人员随时调整运行方式，将飞灰含碳量控制在最佳范围，从而尽量提高燃烧程度，提高机组运行水平。
但是影响飞灰含碳量的因素错综复杂，是一个高度的非线性结构体。
目前国内外许多公司研发的在线测碳设备均已商品化。
本文将介绍各种在线测碳设备的工作原理、特点。
本文还会对近些年兴起的软测量技术给予一定介绍。
对飞灰含碳量测量方法的选择与研究有一定的参考指导价值。
1 飞灰含碳量的物理测量技术1.1 微波透射衰减法测量技术利用未燃尽的碳对特定波长微波的吸收及对微波相位的影响来测量飞灰含碳量，这是微波透射衰减法测碳原理。
目前在我国火电厂使用的产品主要有：深圳赛达力电力设备有限公司研发生产的MCM型微波飞灰测碳仪，测量精度还较为准确为0.5%左右，澳大利亚CSIRO 矿产和工程公司开发的微波测碳仪，测量精度较为高，约在0.08%-0.28%之间，测量周期在三分钟之内。
新型飞灰含碳测量技术的应用
新型飞灰含碳测量技术的应用摘要: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，也是锅炉燃烧调整到重要依据之一，随着电厂运行管理和节能降耗的要求不断提升，实时准确的飞灰含碳量的在线测量显得越发重要。
本文主要介绍通过对市场现有产品的分析，对产品进行重新结构专利设计，彻底解决了产品不能长期可靠运行的问题，并在南通醋酸纤维有限公司自备电厂的应用情况。
关键词:燃煤电厂;锅炉;微波;节能减排;灼烧随着国家节能减排的任务层层分解落实，燃煤火力电站锅炉的飞灰含碳量的指标的大小越来越被管理层重视，通过这个指标，能够反映一个燃煤锅炉燃烧效率的水平，另外，如果有了这个实时数据，运行操作人员就能够根据这一实时数据，即使调整运行相关参数，使得锅炉能够运行在最优状态。
这也成为集团或上级考核运行业绩的重要指标，所以，锅炉飞灰含碳量实时在线检测就是燃煤电厂急待解决和落实到问题。
一、国内常见飞灰测碳技术现状及存在问题实验室：飞灰含碳量的传统测量方法是化学灼烧失重法，该方法已纳入中国电力工业标准，它是一种离线的实验室分析方法，这种方法虽有其精度高的特点，但因受灰样采集、分析时间滞后等因素影响，导致测量的结果不能及时准确地反映当前的锅炉燃烧的工况，对锅炉燃烧的控制和燃烧调整的指导缺乏实时性。
目前电厂认可的飞灰含碳量测量的方法就是这种实验室的化学灼烧失重法。
微波技术：早期国内电厂投用的在线锅炉飞灰含碳量监测仪基本上都是采用微波测量技术来测量飞灰中的含碳量的，但是微波测量技术对飞灰含碳量的测量受煤种变化的影响比较大，一旦锅炉燃烧的煤种发生变化后，含碳量的测量精度就没法得到保证，甚至含碳量的测量值与实际含碳量的变化趋势都不一致。
这是由于飞灰中的成分较为复杂，主要含有二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁和氧化铁、氧化镁、氧化钙、碳、硫、磷等，其中碳的含量对微波的影响最大，但是不同煤种中所含有的矿物质成份及比例是不可能完全一样的，当其他成分发生变化时，会直接影响含碳量测量精度；从技术原理上讲，采用微波法的飞灰测碳装置存在的这些问题是由微波法测量技术本身所存在的特性造成的，它是无法采用辅助的手段来解决的。
灰飞含碳量在线检测
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去烟道 取样器 三通阀 收灰瓶 谐振腔 微波源 加热器 电磁阀
来自烟道 TO DCS 振动器
灰位探头 检波器
计算机
ห้องสมุดไป่ตู้显示器
压缩空气
图3 微波谐振法飞灰含碳量检测装置结构
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图4 DK-FC型电站锅炉飞灰含碳量在线检装置
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方法二 反射测量法
反射测量法是根据飞灰中碳颗粒与其他物质颗粒反射 率的明显差异，选择不同的发射信号源，来测量飞灰含碳 量的方法，有光学反射法、红外线测量法和放射法三种。
激光感生击 穿法
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总结
飞灰含碳量实时在线检测装置面临的难题 工作环境恶劣，容易堵灰，接触面磨损，以上因素导致检测装置 的稳定性不高，维护工作量大。更重要的是实时在线方法需要标 定，煤质的变化对测量精度影响很大。
在线灼烧失重法是比较理想的测量方式
如何实现煤质的变化及工况的改变都不严重影响测定结果？ 飞灰含碳量降低与排烟热损失之间的矛盾？ 如何监测循环流化床锅炉的飞灰含碳量？ 实时在线测量技术与软测量的结合？
锅炉烟气中飞灰含碳量 实时在线测量
研控计1320班 刘涛 1132227005
Main Point
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4
背景及意义
实时在线 测量方法 总结
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背景及意义
飞灰含碳量是火力发电厂燃煤锅炉燃烧效率的重 要指标, 精确地、实时地监测飞灰含碳量有利于 • 提高锅炉燃烧控制水平
• 使锅炉保持最佳的经济运行工况
P P0 exp 2 l A 10log P0 P A uk P0 输入功率，l介质厚度， 传播系数 A微波功率衰减，u飞灰浓度，k与飞灰含碳量对应的常数
飞灰和炉渣可燃物含量的测定方法对比
飞灰和炉渣可燃物含量的测定方法对比摘要：本文将对飞灰和炉渣可燃物含量的测定方法进行对比，以期来更详细地了解这两种方法测定可燃物含量的优缺点，并确定适合领域。
首先，将介绍测定可燃物含量的基本原理和方法，并简要介绍飞灰和炉渣可燃物含量测定方法。
然后，将分析飞灰和炉渣可燃物含量测定方法的优缺点。
最后，将总结出适合应用飞灰和炉渣可燃物含量测定的领域。
关键词：可燃物含量测定；飞灰；炉渣正文:可燃物含量是衡量煤炭水泥等可燃物的性质的重要指标，主要反映了可燃物的主要成分。
一般来说，通过测定可燃物含量，可以对可燃物进行分类和质量评价，因此，测定可燃物含量的方法受到了广泛关注。
目前，最常用的可燃物含量测定方法有飞灰法和炉渣法，它们都是基于原理熔融化可燃物中的碳含量来测定可燃物含量的方法。
首先，飞灰法是一种常见的可燃物含量测定方法，它的基本原理是，在高温熔融的状态下，可燃物中含有的碳元素会分解出飞灰，飞灰中含有的碳元素可以用Kjeldahl仪器直接测定，从而得出可燃物含量。
优点是可以直接测定碳含量，结果准确，缺点是需要熔融温度较高，工序复杂，耗时较长，不适合对沉淀物进行测定。
其次是炉渣法，是一种较新的可燃物含量测定方法，其基本原理是将可燃物置于加热的炉中，将可燃物中的碳元素分解成碳和气体，然后将炉渣中的碳含量用Kjeldahl仪器测定，从而得出可燃物含量。
优点是可以使用温度较低，耗时较短，适用于沉淀物的测定；缺点是由于炉渣中的碳的微量分解，会影响结果的准确性。
通过以上对比可以看出，飞灰法和炉渣法对可燃物含量的测定存在各自的优缺点，如果只是测定煤炭等固体可燃物，就可以使用飞灰法，如果需要测定沉淀物，则可以使用炉渣法。
此外，两种方法在应用时都要满足一些基本条件。
首先，在飞灰法测定可燃物含量时，必须保证测定过程中的温度足够高，否则就会影响最终的测定结果。
并且，测定可燃物时，添加剂的选择也至关重要，这将影响可燃物的分解效率，从而影响最终测定结果。
基于双气氛热重分析的飞灰含碳量测量方法研究
基于双气氛热重分析的飞灰含碳量测量方法研究
近年来，随着工业化进程的加快和能源消耗的不断增加，大量的煤炭被燃烧释放出废
气和颗粒物，对环境造成了严重的污染。
飞灰是煤炭燃烧后剩余的固体颗粒物，含有大量
的有害物质，对空气和水体的污染十分严重。
而飞灰含碳量是评价飞灰污染程度的重要指
标之一。
目前常用的飞灰含碳量测量方法主要有热燃烧法和光学显微镜法。
这些方法存在着一
些局限性，如测量时间长、结果误差大以及对样品处理要求高等。
开发一种准确、快速和
简便的飞灰含碳量测量方法是十分必要的。
在本研究中，我们基于双气氛热重分析的原理，提出了一种新的飞灰含碳量测量方法。
该方法主要利用了飞灰在不同气氛下的热重变化规律，通过测量样品在不同温度下失重的
情况，进而确定飞灰中的碳含量。
具体实验步骤如下：将待测的飞灰样品加到量热仪的样品舱中，并在舱内加入高纯氮
气或空气，形成两种不同的气氛。
然后，根据预先设定的升温程序，将样品加热到一定的
温度范围，期间实时测量样品的重量变化。
通过分析样品在不同温度下的失重曲线，可以
得到飞灰中的碳含量。
为了验证该方法的可行性和准确性，我们选择了几个常见的飞灰样品进行了实验。
结
果表明，该方法可以快速获取飞灰中的碳含量，并具有较高的测量精度和重复性。
本研究基于双气氛热重分析的飞灰含碳量测量方法对于快速获得飞灰样品中的碳含量
具有重要意义。
该方法具有操作简便、测量精确、时间短等优点，在飞灰污染治理和环境
监测中具有广泛应用前景。
需要进一步研究和改进，以提高该方法的实用性和适用性。
几种飞灰含碳量在线检测方式的比较
几种在线检测产品比较传统测量飞灰含碳量采用化学灼烧失重法是一种离线的分析方法，对灰样的代表性要求高、分析滞后，难以实时快速反映锅炉真实燃烧状况。
公司先后对国内外多种飞灰含碳量在线检测装置产品进行了对比研究（包括撞击取样式、烟道测量式、红外照相测量式、燃烧灰样测C02、微波等速取样式等）。
1、采用撞击式方法取样分析，由于采集飞灰主要是依靠重力取样，所采集的灰样颗粒较大，所取灰样不具代表性，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；此外运行维护量较大。
2、采用烟道测量非取样式分析，由于没有把烟气浓度信号接入，所测量的区域受烟气浓度影响很大，常常不能准确反应真实的飞灰含碳量；所测量区域也并非整个烟道截面；此外由于其采用非接触式测量，灰样不能收集保留下来，无法准确衡量装置的准确性以及实时校验。
3、红外照相测量式因其安装在锅炉炉膛上，每次测量只能对炉膛内很小区域的烟气进行摄像，测量代表性差，并且摄像头易损坏，维护费用高。
4、燃烧灰样测C02方式其结构复杂、测量周期长，应用很少。
5、微波谐振法，利用微波谐振腔的工作特性，将飞灰作为谐振腔的工作介质，通过检测谐振参数的变化，来实现对飞灰含碳量的测量。
由于不同的煤质其燃烧后的飞灰中所含物质的密度、氧化物成分分别不同，实践中发现微波测量精度受煤种变化的影响比较大，更换煤种后需要重新进行标定，因此，难以满足用户对测量精度的要求。
灼烧法飞灰特点：公司根据多年对客户需求的了解，研究开发了灼烧法飞灰含碳量在线检测装置，属于第三代高精度在线测碳产品，该产品将大家公认的实验室灼烧失重技术应用到工业现场的在线测量上，解决了目前微波测碳精度受煤种变化的难题，满足了电厂用户对飞灰含碳量小指标考核的要求，是在线飞灰检测技术的一次质的飞跃。
装置对每个烟道采用独立的取样、检测和控制系统，所有设备都安装于现场，有利于现场的安装和使用，可以为电厂节省电子间的有限空间。
每个烟道采用一套独立的取样、检测和控制系统，与采用一台主机检测两个烟道系统相比，可以有效分散系统风险，从而进一步提高系统的可靠性。
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常用飞灰含碳量检测技术比较
目前国内飞灰含碳量在线检测装置有微波检测法和灼烧失重法。
一、微波检测法又分为：微波衰减（吸收）法和微波谐振法。
1.1微波衰减（吸收）法测碳原理——检测信号功率（强度）变化（我厂一期4*125MW 采用的产品）
1.1.1 电磁波在传输过程中，不论遇到何种电介质都要产生能量的损耗。
即任何介质对电磁波都有吸收的特性，只是物质的介电常数、介质损耗、传输特性不同对电磁波的吸收强弱不同。
这是电磁波的一种公认特性。
因为飞灰可燃物主要成分是碳及碳的介电常数，微波测试单元就用固定频率发射能量衡定的微波信号，飞灰中可燃物的含量越高，吸收微波能量的作用就越强。
所以，这种检测方法对煤种变化影响不大。
1.1.2系统工作过程——系统采用无动力飞灰取样器，自动将烟道中的灰样收集到微波测试装置的测量管中，由灰位控制器自动判别收集灰位的高度。
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。
已分析完的灰样受智能飞灰控制装置指令，打开电磁阀接入压缩空气吹扫，根据程序设定或手动设置，飞灰可以自动经采样管道吹回烟道或者送入收灰容器，以便于化学分析化验。
然后进行下一次飞灰的取样和含碳量的测量。
系统就是如此循环往复的工作。
系统对飞灰含碳量进行微波测量分析后，受智能飞灰控制装置指令，打开吹扫电磁阀接入压缩空气吹扫，（根据程序设定或手动设置）飞灰可以自动经采样管道吹回烟道或者送入收灰容器，以便于化学分析化验。
1.1.3 主要特点
采用多点无动力等速取样装置，（取样不需要电、气等能源）自抽力强劲，取样速度快，灰样反吹回烟道，不堵灰。
灰路系统全封闭，无接触检测，结构简单。
整套装置没有电机、齿轮及其他任何机械转动部件，操作维护简单、方便。
检测结果数据准确、可靠。
装置防磨损、防腐，寿命较长。
1.2微波谐振法——检测微波频率变化（我厂2*300MW采用的产品）
由于不同物质的频率特性不同，而飞灰中物质组成复杂，特别是煤种变化时主要是矿物质变化，所以，这种方法在煤种变化时不能检测飞灰含碳量变化。
二、灼烧失重法
2.1 原理：
该产品采用的是灼烧法失重法测量技术，也就是电厂化验室采用的测量技术，它基于中国电力工业标准《飞灰和炉渣可然物测定方法》及《煤的工业分析方法》中的相关方法，当含有未燃尽碳的灰样在规定的高温下经灼烧后，由于灰样中残留的碳被燃尽后使灰样的质量出现了损失，利用灰样的烧失量作为依据计算出灰样中的含碳量。
含碳量的质量（%）= [灼烧前灰样加坩埚的质量（g）—灼烧后灰样加坩埚的质量（g）] / [灼烧前灰样加坩埚的质量（g）—收灰前坩埚的质量（g）]
2.2工作过程：
系统采用多点无动力自抽式取样单元，自动地将烟道中的灰样收集到测量单元的坩埚中。
再由测量单元内部的执行机构将装有灰样的坩埚送入灼烧装置进行高温灼烧，灼烧结束后由系统对收灰前、收灰后及灼烧后所称得的重量信号进行计算，获得飞灰的含碳量并在控制单元的显示屏上进行显示。
灼烧后的灰样通过系统的排灰装置排放回烟道中去，然后进行下一次飞灰的取样和含碳量测量的流程
2.3 采用失重法测量技术。
理论上该产品能保证测量结果的准确性，而且测量结果与煤种无关，不受煤种变化的影响。
但该装置安装在现场，采用等速取样器采样，灰样进入坩埚，高精度天平称重，微波炉加热，高精度天平再称重，粉碎灰饼，吸回烟道。
2.4实际现场应用尚存在一些问题：
2.4.1取样问题：
该装置的无动力取样装置结构、尺寸、吸力较小，取样速度慢，所以取样时间长，灰样冷却较快，容易堵灰；
2.4.2微波炉加热问题：
2.4.2.1不能达到实验室加热温度；（电力工业标准《飞灰和炉渣可然物测定方法》中应在
810±10℃下，慢灰要1小时，快灰要30分钟。
）
2.4.2.2由于微波加热特性制约，和坩埚盛灰的最低要求制约，灰样厚度超出范围，灼烧
只能烧坩埚内的灰样外表面，而内部为原灰样（即：夹心）。
将坩埚内灰样研碎即看见）
2.4.2.3不能按《规程》先烘干水分，在灼烧测挥发份；所以失重变化数据中有水分变化
因素。
（因受烟道中温差变化因素，飞灰有时会出现结露现象）
2.4.2.4 灼烧温度、时间都不能达到要求，所以灰样无法烧透（夹心）。
2.4.3 称重问题:
2.4.3 .1天平安装在现场测量柜中进行实时称重，而现场在锅炉运行时是不停地振动，因此天平也一直振动，不可能处于静止状态，所以无法保证正常测量精度。
2.4.4机械问题
由于该装置的正常工作必须将灰样不断转移水平工位和垂直工位，所以有非常复杂的机械装置和电机、齿冷等转动部件、同时又4只坩埚（易碎)，使用中经常出现坩埚破碎、机
械故障、电机故障及坩埚工位错误等各种机械故障，且一般维护人员也较难故障。
由于设备故障会涉及到复杂的机械装置、电气电子装置、气路、灰路系统，即使专人维护，也难以解决错综复杂的问题。
2.4.5 时间滞后问题：
装置取样速度慢，并需要机械运转、称重、灼烧，使得检测周期时间长。
所以，灼烧失重式飞灰在线检测装置在现场使用中检测滞后时间长、灰样不能烧透、称重不准确、堵灰、机械故障率高，维护要求高、难维护时通病。