燃煤火力发电

欢迎大家收听 Servomex 的首期播客。我叫 Matt Halsey，是 Servomex 的应用开发经理。今天与我一起的是我们的产品经理之一 Keith Warren，他负责我们今天将要讨论的一些产品。本期播客的主题是燃煤火力发电。Keith，你能先给大家简单介绍一下什么是燃煤火力发电吗。

你好 Matt。是的。火力发电，顾名思义，就是通过燃烧燃料来发电。在本期播客中，我们将重点讨论以煤炭作为主要燃料的火力发电。具体来说，在这种应用中，是在一个非常大的锅炉中燃烧煤炭来加热水。水被加热后转化为蒸汽，蒸汽再推动汽轮机，最终带动发电机发电，并将电力输送到电网中。

非常好。谢谢你，Keith。煤炭在全球范围内一直是一个很有争议的话题，尤其是在当今各国努力减少排放的背景下。煤炭通常被视为高污染燃料。即便在今天，煤炭仍然是全球燃烧量最高的燃料之一。虽然在西欧和英国使用已经明显减少，但在亚太地区、南非和美洲，煤炭依然是非常重要的能源来源。煤炭是一种能量密度很高的燃料。每消耗一吨煤，就可以产生大量电能。随着技术的发展，煤炭开采的经济性不断提高，甚至一些四十年前曾经停采的矿山如今也重新开始开采。这也是煤炭在全球范围内使用量持续增长的重要原因之一。

正如 Keith 刚才提到的，火力发电的核心就是利用煤炭燃烧来产生蒸汽。从历史上看，煤炭一直是蒸汽发电的首选燃料。最早的发电站几乎全部是燃煤电站，因为当时煤炭获取方便。整个二十世纪，煤炭被越来越多地用于发电，尤其是在那些本身就拥有煤炭资源的国家，大多数国家都可以方便地获取这种燃料。

当然，在现代社会，尤其是在西欧等地区，由于排放问题，煤炭正在逐渐退出能源结构。但在世界其他地区，煤炭依然被广泛使用，甚至在一些国家，其在发电领域的应用仍在快速增长。因此，围绕煤炭的使用以及如何通过技术手段提高效率并降低环境影响，依然是一个非常重要的话题。

在 Servomex 内部，我们通常将火力发电过程划分为三个主要阶段，并针对这三个阶段提供分析解决方案。首先是燃烧阶段，也就是在氧气存在的条件下燃烧燃料，产生热量，将水转化为蒸汽。接下来是烟气净化阶段。在这个阶段，我们需要对燃烧产生的烟气进行处理，去除在燃烧过程中不可避免产生的污染物，例如氮氧化物 NOx、硫氧化物 SO₂ 和 SO₃，以及大量粉尘。最后一个阶段是排放监测阶段。在完成净化之后，需要对最终排放到大气中的气体进行监测，并向当地环保机构进行报告。Servomex 尤其专注于燃烧完成后烟气中燃烧气体的测量。

在燃烧完成后，测量剩余氧含量非常关键。必须确保燃烧过程中有足够的氧气，才能保证燃烧反应完全，从而最大限度地从燃料中获取能量。Servomex 在这一领域已有超过 35 年的分析仪器制造经验。自上世纪 90 年代末以来，我们开发了目前这一代烟气测量产品，即 2700 FluegasExact 分析仪系列。该产品目前已发展到第四代，仍然采用氧化锆技术测量氧含量，并结合 TFX 薄膜技术测量一氧化碳等燃烧产物。

实际上，2700 分析仪在最初开发时，主要就是为火力发电应用而设计的。上世纪 90 年代，燃煤电站在中国、远东、澳大利亚和南非等地区迅速发展。产品的早期设计和测试，正是在英国及世界其他地区的燃煤电站中完成的。因此，2700 可以说是为这一应用量身定制的分析仪，同时配备了完整的附件系统，使其能够在该应用中成功运行。当然，得益于其灵活的设计，2700 现在也被广泛应用于全球各类燃烧效率相关的应用场景。

随着时间的推移，Servomex 不断扩展其分析设备和解决方案，不仅限于燃煤火力发电，也覆盖其他类型的火力电站及燃烧过程。在烟气净化和排放阶段，我们提供多组分气体分析仪。近年来，我们还引入了可调谐二极管激光 TDL 分析仪。这是一种相对较新的分析技术。我们的分析仪旨在解决客户在这些应用中面临的实际问题。

在燃煤电站中，最具挑战性的因素之一就是粉尘。煤炭作为固体燃料，在燃烧过程中会产生大量粉尘，通常可达到每立方米 20 到 30 克。烟气中的粉尘不仅含量高，而且由于煤炭是碳基燃料，粉尘具有很强的磨蚀性，会进入设备的各个角落，随着时间推移，对金属部件造成严重磨损。因此，分析仪通常需要具备防尘或防磨损的设计，有时甚至需要牺牲性部件。

以 2700 为例，我们可以为这种苛刻应用提供多种解决方案。例如在探头过滤器外部增加保护罩，甚至在探头外部加装支撑管，用于引导粉尘远离探头。另一种常见的技术是反吹。通过向分析系统中注入高压空气脉冲，将积聚的粉尘从过滤器和探头上清除。该过程通常由分析仪定期自动执行。

粉尘问题也限制了某些新技术的应用。例如 TDL 技术在极高粉尘环境中会面临光束遮挡问题。激光束在强粉尘环境中无法顺利穿透整个过程区域。

2700 分析仪的一个重要特点是其工作方式。传感器本体安装在过程之外，通过专用探头从过程内抽取样气，并将其送入紧密耦合在过程壁法兰上的加热传感器头中。系统采用低流量设计，尽量避免将粉尘吸入传感器内部。反吹系统用于保持探头过滤器清洁。传感器头内部加热至约 245 摄氏度，以确保样气中的水蒸气保持气态，避免冷凝。测量完成后，样气通过 Servomex 自主设计的引射系统重新送回过程内部。

该系统完全采用气动驱动，不包含机械泵或电机。加热设计还有一个重要作用，就是保持样气温度高于硫酸露点。由于煤炭通常含硫，如果发生酸性冷凝，会对设备造成严重损害。因此，系统设计确保样气温度始终高于约 160 摄氏度。

谈到硫，这是燃煤火力发电中的一个重要挑战。硫氧化后生成的 SO₂ 会对传统可燃气体传感器中的催化剂造成中毒，导致传感器灵敏度逐渐下降。为了解决这一问题，我们开发了耐硫型传感器，通过特定催化剂选择、温度控制以及辅助空气稀释样气，在传感器表面促进 SO₂ 的氧化，从而保持传感器清洁。这一方案在 2700 分析仪中已在全球范围内取得了显著成功。

另一个常见误区是分析仪安装位置的选择。很多人认为应当在燃烧区直接进行测量，但实际上这并不是理想位置。燃烧区温度通常超过 1000 摄氏度，安装和维护都极为困难，也存在安全风险。因此，燃烧效率分析仪通常安装在更下游的位置，例如省煤器区域，此时温度已显著降低，烟气混合更加均匀，也更利于获得具有代表性的测量结果。实际应用中，往往会在横向多个位置安装多台分析仪，并对结果进行平均，以获得整体烟气的真实氧含量。

在 DeNOx 脱硝过程中，TDL 技术被广泛用于氨逃逸测量。通过精确控制氨的注入量，可以避免氨与 SO₃ 反应生成硫酸氢铵，从而防止设备腐蚀和二次污染。Servomex 的 Laser 3 Plus 是市场上最先进的 TDL 分析仪之一，能够在 0 到 10 ppm 的范围内快速、准确地测量氨浓度。

在火力发电站中，还有许多其他重要测量应用。例如在空气预热器后测量氧含量，以检测密封性能。在煤磨系统中监测可燃气体，以确保运行安全。在静电除尘器前监测一氧化碳，以防止高压区域发生点燃风险。Servomex 提供的多种分析仪均可覆盖这些应用。

排放监测是整个过程的最后一环，也是监管最严格的一环。分析仪往往需要获得多国认证。Servomex 的 4900 Multigas 多组分分析仪集成了多种测量技术，包括红外、气体滤波相关红外、傅里叶变换红外 FTIR、顺磁氧分析等，能够满足不同地区法规要求。

除了分析仪本体，取样和样气处理系统同样关键。样气必须在进入分析仪前完成除尘和除湿。Servomex 在全球拥有经验丰富的系统设计和服务团队，能够提供从系统设计、调试到长期维护的一体化解决方案。

最后，总结一下 2700 的核心优势。它是一套紧密耦合的加热抽取式系统，可直接测量高温高湿样气，无需外部取样系统。这大大降低了安装和运行成本。产品提供多种探头长度、法兰适配方案，以及自动反吹、自动校准、流量报警等功能。耐硫型可燃气体测量选项进一步增强了其在燃煤应用中的优势。该产品已在全球安装运行数千套，拥有极其丰富的应用经验。

感谢大家收听 Servomex 的首期播客。我们希望本期内容能帮助大家更好地了解燃煤火力发电及相关分析技术。如果您想了解更多关于 Servomex 的应用或产品信息，欢迎访问 Servomex.com。您可以在网站上找到应用资料、技术文档、视频以及本期和未来播客的相关链接。再次感谢您的收听，祝您拥有美好的一天。