抽气式飞灰取样器装置在火电厂应用分析 

        抽气式飞灰取样器装置在火电厂应用分析，针对火电厂常用的撞击式和旋风分离式飞灰取样器装置存在的缺乏取样代表性、取样周期长、灰样量不足等缺陷，以及火电厂烟道负压和烟气浓度等因素给取样工作带来的诸多困难，采用了利技术——抽气式飞灰等速取样器装置进行飞灰取样。该飞灰取样器按照等速取样原理，由电机驱动涡轮抽气机提供分离动力，具有取样准确、方便、快速等优点，在山西漳山发电有限责任公司600MW机组上应用效果良好。
       飞灰可燃物含量是衡量锅炉燃烧状况的重要指标，飞灰取样分为两类，一是为定期开展的热效率试验而进行的取样工作，需依照GB10184—1988电站锅炉性能试验规程进行；二是火电厂日常飞灰取样和分析工作，需在煤粉炉尾部烟道的适宜部位安装1套或数套飞灰取样用固定装置。
       目前各火电企业在用的飞灰试样采集工作存在设备技术水平低，取样困难、灰样代表性差、管路易堵塞等问题。所述的新型抽气式飞灰取样器装置可实现飞灰取样便捷、快速、准确，可使取样结果接近试验规程与相关标准，600MW机组应用中效果良好。
1飞灰取样器技术分析
1.1飞灰取样器的特殊性
       烟气是低颗粒浓度两相流体，锅炉尾部烟道烟气中飞灰质量浓度仅为15～50g/m3，远低于一次风管道，（煤粉质量浓度230～460g/m3）。锅炉尾部烟道为负压状态，特别是空气预热器之后，压力约为-3kPa。因此飞灰取样具有特殊性：
       （1）有足够的烟气颗粒分离能力，才能满足低浓度两相流体颗粒分离的要求；
       （2）有足够的抽吸动力，以克服尾部烟道中的较大负压；
       （3）有足够的烟气采集量，以便从中分离出化验所需的飞灰试样量。
1.2等速取样原理
       不同粒径的飞灰颗粒含有的可燃物量不同，为了使其具有代表性，取样时取样管应保持等速取样工况，即吸入取样管口内气流速度与其周围环境气流速度相等。取样管非等速工况或管口未正对气流方向时，细粒飞灰受流束运动力作用，易改变原来的运动轨迹，而粗粒飞灰受惯性力作用继续保持原来的运动轨迹，使得所采集的飞灰试样粗细颗粒成分与实际飞灰形成误差，导致采集到的飞灰样品缺乏代表性。气流速度对采样效果影响示意图见图1。
2在用飞灰取样器分析
2.1撞击式飞灰取样器
       撞击式飞灰取样器通常安装在锅炉空气预热器出口的水平烟道下方，是一种简易的飞灰取样器装置，目前被各电厂普遍采用，见图2。该飞灰取样器由于结构简单，只能捕捉颗粒度较大的飞灰，无法收集颗粒度较小的飞灰，不能实现等速取样，导致采集到的飞灰样品缺乏代表性，无法准确分析飞灰含碳量。同时还具有采样周期长、无法准确追忆燃烧工况等缺点。
2.2旋风分离式飞灰取样器装置
       除撞击式飞灰取样器之外，其他几种飞灰取样器装置也有应用（见图3），均采用了旋风式离心分离器，只是提供分离动力的方法或布置方式有所不同。其中烟道负压动力式（图3a）又称为自抽式，必须借助于烟道负压，当锅炉低负荷时往往动力不足，取样器无法正常工作，同时分离器功率不能过大，过大会致使取样器采集量受限；压缩空气动力式（图3b）常见于煤粉取样，由于飞灰取样与煤粉取样的条件和对象有所不同，其取样效果虽然优于烟道负压动力式，但同样存在着分离动力不足、灰样采集量小的缺陷；烟道内置式（图3c）由引风机为旋风分离器提供了充足的动力，但将分离器置于烟道中，其工作条件恶劣，易磨损，且不利于维护和检修；旁路动力式（图3d）借助了空气预热器阻力，较其它他式合理可靠，但采样枪的安装位置局限在空气预热器之前，对某些机组有所限制。
3新型抽气式飞灰取样器装置
3.1结构与原理
       新型抽气式飞灰取样器克服了烟气抽吸的动力问题，以增加动力设备方法为主要技术措施，合理设计满足分离要求的旋风式离心分离器，保证了取样的准确性和代表性。
3.1.1结构
       该飞灰取样器装置由等速采样枪、旋风式离心分离器、取样瓶、涡轮抽气机、调节挡板门、轴承座、电动机、控制电路等部件组成。其中旋风式离心分离器抽气管经调节挡板门与涡轮抽气机进气口连接，排气口与烟道相通，将分离后的清洁空气排入烟道。抽气式飞灰等速取样器装置结构原理图见图4。
3.1.2工作原理
       烟气在涡轮抽气机吸力的作用下，由采样枪管道进入旋风式离心分离器，沿其内壁自上而下旋转。烟气在旋转过程中，飞灰因重力惯性作用，沿内壁落入漏斗仓进入取样瓶，烟气由排气管排入烟道。调节挡板门改变其开度，可改变涡轮抽气机的进气量，从而改变采样枪管内气流速度，实现烟气等速取样。抽气式飞灰等速取样器装置工作流程见图5。
3.2飞灰取样器装置技术特点
       （1）利用电动机驱动涡轮抽气，为旋风式离心分离提供了动力，烟气与飞灰分离效率高，采样过程快速可靠，克服了同类产品存在的采样困难等缺点；
       （2）由调节挡板门改变采样枪管内气流速度，满足等速采样要求，取样准确，代表性强；
       （3）运行可靠，操作方便，单人操作仅需数分钟即可完成采样过程；
       （4）设备整机采用一体化设计，结构紧凑，布局合理，安装维护方便；
       （5）主体部件为不锈钢材质，高温部件保温可靠，防堵塞、防腐蚀、防结露、防磨损、使用寿命长；
       （6）适应性强，可用于各种燃烧方式、不同吨位的燃煤锅炉在任何负荷工况下的尾部烟气飞灰取样。
4应用情况
       新型抽气式飞灰等速取样器装置于2010年7月和9月在山西漳山发电有限责任公司2×600MW机组安装应用，设备布置于空气预热器后部水平烟道，现场安装照片见图6。应用情况如下：
       （1）该飞灰取样器装置实现了对传统设备的更新换代，飞灰取样操作方便，无需其他设备和工具，单人徒手即可完成取样。且取样速度快，每次取样时间仅数分钟，飞灰样品量大于20g，可满足化学分析用量。
       （2）采集飞灰样品颗粒度特性明显优于撞击式取样器，60μm筛上剩余物小于10%。使用新型抽气式飞灰取样器后，灰样中飞灰含碳量是以前的85%，与依照GB10184—1988规定的取样结果接近。
       （3）该飞灰取样器装置可在机组任何负荷工况下进行飞灰取样。例如在锅炉启动过程中，随时可采集飞灰样品，监控煤粉燃烬率，防止发生锅炉尾部二次燃烧，提高机组运行的安全性。
       （4）由于该飞灰取样器装置采样及时精确，有利于追忆运行状况，分析产生飞灰可燃物含量形成的原因，有利于优化机组运行的经济性，对节能减排发挥了一定的作用。
       （5）机组在基建时就安装了烟道式微波飞灰含碳量在线监测装置，因无法进行同步飞灰取样，缺乏标定手段，所显示的飞灰含碳量数据与锅炉燃烧调整工况的趋势相符，但无法考核数据的准确性。新型抽气式飞灰等速取样器装置安装投运后，可与DCS历史记录相对照，有助于烟道式微波飞灰含碳量在线监测装置的标定。
       获新型利技术的抽气式飞灰等速取样器装置投运1a多，运行可靠，无故障发生，保证了飞灰取样工作的正常进行。该飞灰取样器装置应用于大型火电机组，有利于改善锅炉的燃烧工况，实现锅炉的燃烧优化，节约发电成本，提高机组的安全性、经济性，降低锅炉由于燃烧调整不当造成NOx的生成量。