文／中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì) 姚金龍

前不久，有機(jī)會(huì)和東南大學(xué)能源學(xué)院司風(fēng)琪教授一起在美國(guó)里海大學(xué)能源研究中心卡洛斯副主任、姚政研究員陪同下參觀了PPL（賓州電力公司）下屬的MONTOUR電廠。

PPL公司是美國(guó)一個(gè)獨(dú)立發(fā)電公司，近500萬(wàn)用戶，總資產(chǎn)328.37億美元，實(shí)際上擁有的機(jī)組分布在美國(guó)三個(gè)州和英國(guó)本土。2010 年的全年發(fā)電量900.84 億千瓦時(shí)，總收入85.21 億美元，利潤(rùn)9.38 億美元。

Montour電廠位于美國(guó)賓夕法尼亞州，距離里海大學(xué)所在的伯利恒市約112英里。電廠于1969年開始建設(shè)，1972年1號(hào)機(jī)組投產(chǎn)，1973年2號(hào)機(jī)組投產(chǎn)，容量為2臺(tái)768MW超臨界機(jī)組。鍋爐為美國(guó)燃燒工程公司（CE）生產(chǎn)（現(xiàn)為阿爾斯通），汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)為美國(guó)通用電氣公司（GE）生產(chǎn)。電廠裝有脫硫、脫硝裝置。脫硫后副產(chǎn)品為石膏，附近建有石膏板生產(chǎn)企業(yè)，解決了150 人的就業(yè)問題。該電廠有員工280 人，年均負(fù)荷在80%左右。

這次參觀的重點(diǎn)是該電廠為了適應(yīng)煤質(zhì)的多變而投入使用的“激光煤質(zhì)在線檢測(cè)裝置”。

煤質(zhì)好壞對(duì)鍋爐燃燒起到?jīng)Q定性作用，一般鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)都要求電廠提出設(shè)計(jì)煤種和校核煤種，不同的煤種設(shè)計(jì)出的鍋爐也是不一樣的。但電廠建成后，供應(yīng)的煤往往保證不了設(shè)計(jì)時(shí)的煤種，出現(xiàn)各種各樣的煤，這種情況在中國(guó)的電廠是很普遍的。目前美國(guó)一些電廠也面臨出現(xiàn)煤質(zhì)多樣化的情況。

煤的成分和煤的特性是電力生產(chǎn)過程的重要參數(shù)，對(duì)指導(dǎo)鍋爐燃燒有著重要作用。目前，傳統(tǒng)的方法都是采用人工采樣，需經(jīng)過混樣、縮分、制樣、化驗(yàn)分析等步驟，才能得到一份工業(yè)分析報(bào)告，使得煤己經(jīng)進(jìn)爐燃燒了很長(zhǎng)時(shí)間才出分析結(jié)果，嚴(yán)重滯后于生產(chǎn)的需要。在煤質(zhì)低劣、波動(dòng)大的情況下，不僅鍋爐運(yùn)行效率低，而且易于發(fā)生結(jié)焦、停機(jī)、熄火等事故，嚴(yán)重影響了火力發(fā)電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

另外電廠入場(chǎng)煤的檢驗(yàn)中，經(jīng)常發(fā)生摻混劣質(zhì)煤、煤矸石等現(xiàn)象。傳統(tǒng)的采制取樣分析方法難以有效的發(fā)現(xiàn)，給電廠經(jīng)濟(jì)和運(yùn)行帶來(lái)了很大的影響。

為了克服煤質(zhì)變化對(duì)鍋爐運(yùn)行帶來(lái)的負(fù)面影響，Montour 電廠采用“激光煤質(zhì)在線檢測(cè)裝置”( LIBS )。當(dāng)我們進(jìn)入輸煤系統(tǒng)后，就看到在進(jìn)入磨煤機(jī)之前的皮帶輸送機(jī)上面安裝著一個(gè)采用激光作為激光源的激光探頭，它按程序要求定期向皮帶輸送機(jī)上的煤層發(fā)射激光。激光將電離數(shù)微克重量的煤粉，產(chǎn)生高溫、高密度的等離子體，發(fā)出的光經(jīng)由專用的光譜分析儀接收，并記錄下輻射的波長(zhǎng)和強(qiáng)度分布。

根據(jù)光譜特征譜線波長(zhǎng)得出所分析的元素種類，根據(jù)輻射強(qiáng)度得出所分析的元素濃度。通過專用的計(jì)算處理方法，對(duì)煤質(zhì)元素成分指標(biāo)、工業(yè)分析指標(biāo)和灰熔點(diǎn)等特種指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線連續(xù)檢測(cè)。

激光煤質(zhì)在線檢測(cè)裝置主要由測(cè)量系統(tǒng)、分析及控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)構(gòu)成，采用了世界領(lǐng)先的激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)（LIBS ）具有技術(shù)先進(jìn)、自動(dòng)化程度高、分析時(shí)間短、分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠、耐用等特點(diǎn)。

測(cè)量系統(tǒng)由激光發(fā)生器、激光探頭、支架等組成。激光由光纖傳送照射到輸煤皮帶上的煤炭。產(chǎn)生的光輻射由探頭接收并由光纖傳送回檢測(cè)裝置。由專用的光譜分析儀記錄下輻射的波長(zhǎng)和強(qiáng)度。通過專用的計(jì)算處理方法進(jìn)行分析、轉(zhuǎn)化成元素的百分含量并診斷出煤質(zhì)特性。

整個(gè)裝置安放在離激光探頭不遠(yuǎn)的操作平臺(tái)上，主要有激光發(fā)生器、分析控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)。分析處理后的數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)輸送到主控室，為主控室操作人員提供在線煤質(zhì)的準(zhǔn)確資料，以便于及時(shí)調(diào)整、優(yōu)化鍋爐燃燒的有關(guān)參數(shù)，避免機(jī)組非停、鍋爐熄火等事故發(fā)生，確保鍋爐在最佳的工況下運(yùn)行、提高鍋爐效率。

根據(jù)在線測(cè)量分析結(jié)果，也可提供與煤炭供應(yīng)商商談煤質(zhì)好壞的依據(jù)之一，有利于提高電廠用煤自動(dòng)化和綜合管理水平，降低煤耗，提高電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的能力。

參觀完電廠的感覺是自動(dòng)化程度相對(duì)高一些，但辦公條件比較簡(jiǎn)陋。美國(guó)電廠比較注重“電廠后時(shí)代”（電廠建成后一般需要運(yùn)行三、四十年以上的這段時(shí)間），在安全運(yùn)行的前提下盡量通過各種辦法和措施來(lái)提高運(yùn)行效率，如在SCR（脫硝系統(tǒng)）運(yùn)行中，加入了“鍋爐優(yōu)化燃燒的軟件”，使進(jìn)入脫硝系統(tǒng)之前的氮氧化物排放量降低到最低，從而減少了氨水的使用量，延長(zhǎng)催化劑的使用壽命，減少空氣預(yù)熱器堵塞的可能，起到了降低成本，保證運(yùn)行的作用。

我和司教授的感覺一樣，美國(guó)電廠在保證安全運(yùn)行的前提下，講效率、講成本、講利潤(rùn)。