煤质在线分析技术应用现状和功能定位分析

　　近年来,煤质分析技术以其测量自动化程度及精度高、速度快在燃煤电厂得到应用,对于来煤验收、优化配煤和上煤起到很好的作用,其分析指标包括煤的热值、灰分、挥发分、水分、固定碳含量以及硫分、灰熔点等,所采用的自动量热仪、自动工业分析仪、红外测硫仪、库仑测硫仪等均为离线分析。但是,优化锅炉燃烧和指导锅炉运行,需要在线煤质分析,本文对此进行了分析总结。

　　1　煤质在线分析技术及其产品

　　目前,国内关于煤质在线分析应用较多、较为成熟的技术主要有微波法测量水分、双能γ射线法测量灰分、中子诱发瞬发γ射线元素分析法(PGNAA)等[1~3]。

　　1.1　微波法

　　在外电场的作用下,水分子的极化程度远大于其它物质,表现为水的介电常数远大于其它物质,而物质的介电常数越大,对微波能的吸收越多:

　　式中:Q为物质单位体积每秒吸收的能量,W/cm3;f为微波频率,Hz;E电场强度,V/m;ε′为物质介电常数,F/m;tanδ为物质的正切损耗角。

　　图1为水的介电特性与频率的关系。在某频率下,水的介电常数εγ=75 F/m,煤介电常数εγ=5 F/m,水的正切损耗角tanδ水为0.15~1.2,煤的正切损耗角tanδ煤为0.001~0.05,水对电磁波的衰减为31dB/mm(煤),干煤对电磁波的衰减小于0.01 dB/mm(煤)。因此,通过测量微波穿过介质的衰减,便能够间接测得该物质中的含水量。应用这一技术的典型产品有德国Berthold公司研制的LB354测量仪,这种仪器已应用在上海石洞口第一发电厂和陡河电厂。

　　1.2　双能γ射线法[4]

　　窄束γ射线透射物质时的衰减遵循以下规律:

　　　式中I,I0分别为传送有煤和无煤时γ射线强度(与通量密度成比例的计数);μ为质量衰减系数,m2/kg,与γ射线能量和透射物质的元素有关;xρ为透射物质的质量厚度,kg/m2,可认为是单位面积上的透射物质质量。

　　煤由可燃和不可燃部分组成,其中挥发分和固定碳为可燃部分,它们均由原子序数较小的氢、氧、碳原子组成;灰分是不可燃组分,它主要是由硅、铝、镁、钙等原子序数较大的原子组成。如果煤的可燃组分中各元素原子序数小,则吸收效应较弱,当低能γ射线穿过煤层时其衰减系数小;反之,煤的不可燃组分灰分中各元素原子序数较大,吸收效应较强,当低能γ射线穿过煤层时其衰减系数也大。穿射煤层后的γ射线强弱,直接反映了灰分含量的大小,利用高、低能量的γ射线建立数学模型,测算出灰分值,其方法见图2。

　　应用这一技术的典型产品有德国Berthold公司研制的LB420测量仪,西安森和电力有限公司研制的DTK-H测量仪,西北电力燃料公司研制的TN-2000测量仪,这些仪器已应用在上海石洞口第一发电厂、陡河电厂、小龙潭电厂以及华能榆社电厂。