基于微波的一次风管道煤粉浓度检测在辽宁东方发电厂的应用

对直吹式制粉系统一次风速微波测量技术的研究何晓亮【摘要】目前,国内许多电厂对风煤系统的风速缺乏合适的监测手段,在系统调节时具有盲目性,降低了电厂运行的安全性和经济性.现利用微波衰减的测量方法监测直吹式风煤系统,以煤粉管道内流动的风煤两相流作为测量对象,让微波快速地穿越整个煤粉管道场,实现连续的在线测量,从根本上解决了传统产品存在的取样代表性差、探头堵塞等问题,提高了锅炉的燃烧效率,降低了发电成本.【期刊名称】《电站辅机》【年(卷),期】2015(036)001【总页数】3页(P32-34)【关键词】锅炉;直吹式;制粉系统;煤粉;风速;微波;测量;技术【作者】何晓亮【作者单位】赤峰市特种设备检验所,内蒙古自治区赤峰024000【正文语种】中文【中图分类】TK284.3随着国家对环境保护力度的增强，对氮氧化物的排放已被日益引起重视。

国内大容量电站锅炉普遍采用直吹式制粉系统，煤粉由一次风携带，经煤粉管直接进入炉膛燃烧。

为了获得较高的燃烧效率，并保持炉内不结渣，同时还采用了分级燃烧技术，可降低氮氧化物的排放浓度。

但是，某些燃煤锅炉不同程度地存在各燃烧器配风不合理等问题，直接导致了锅炉燃烧稳定性差、排烟温度高、炉膛结焦及灰渣含碳量偏高等现象的出现，无法优化和调整炉内燃烧状态，没能达到高效低污染的燃烧目的。

这些现象的产生，主要是缺乏对制粉及燃烧系统有效的在线监视手段，运行人员在进行燃烧调整时无据可依，使锅炉偏离了优化运行状态。

情况严重时，某些煤粉管道被堵塞，机组将被迫降负荷或停机，影响了机组的安全运行，并给电厂造成很大的经济损失。

国内多数锅炉仍靠静压指示值或风门开度进行燃烧调整，这种调整方法具有一定盲目性，常造成机组的一次风风速偏离了设计值，经实测，有些机组的一次风风速偏差值超过40%。

一次风风速不合理，可能引起诸多事故的发生。

因此，锅炉配风仍是电厂运行主要的监控参数。

当一次风风速过低时，通过空气预热器的风量将减少，导致锅炉排烟温度的升高，影响了机组运行的经济性；增强了二次风对一次风的卷吸能力，使大量冷的二次风过早地混入，拖延了燃煤的着火过程，有时甚至会引起锅炉局部熄火，降低了锅炉效率；除影响煤粉的最佳浓度外，增加了输粉管道中煤粉的沉积量，稍不注意就会引起堵管，不能向锅炉继续供给煤粉。

风速及煤粉浓度测量（一）、一、二次风风速测量系统中速磨煤机正压直吹制粉系统对一、二次风量有严格要求。

风煤比的变化对炉膛燃烧的安全、经济性及磨煤机本身安全有较大影响。

磨煤机入口风量测量不准，造成自动投入困难。

在冷热风调节过程中，磨煤机入口风量不随调节档板按比例变化，因而难以掌握，甚至导致一次风量低磨煤机跳闸。

因此，磨煤机入口风量测量不准造成锅炉燃料主控无法投入自动控制，影响机组协调控制系统的正常投运。

因此对磨煤机入口风量测量的准确性已摆到十分重要的位置。

磨煤机入口风道直管段一般比较短，管道截面积上的流场很不均匀，有的部位有回流产生。

现电站锅炉大多采用回转式空气预热器，受热面元件上积灰被加热的热风带入一次道，当锅炉启、停炉时，冷、热态的变化所形成的水气与测风装置感压管路中的灰尘会形成硬块，很难清除。

而一般的差压式风量测量装置，对直管段要求高，加上对含尘气流的测量时，灰尘只进不出，造成感压管路堵塞，从而造成所测量的风量不准确。

一、风速测量原理：风量测量理想流体以速度ω在压力p的流场中正常流动,假定在某点滞止,则流体使该点压力升高,由伯努里方程推出气体流速;式中: ω=sprt(2kΔp/ρ) m/sρ-气体密度. Kg/m3Δp-气体流动过程中产全的压差.paρ-气流静压:ω-气流密度:Q=3600AωρQ:流量 m3/h由于流体滞止状态只是一种假定的理想状况,在实际流速.流量测量中一般通过固定装置采取节流.选点法测量压差Δp’,通过理论和试验方法得到该压差与Δp的关系,一般用修正系数K表示.K=Δp/Δp’。

K-流速修正系数选用南京达凯电力自动化设备有限公司生产的双喉径文丘里风速测量管、它是利用气流在文丘里管喉部流速增加，静压降低的原理制成的。

在文丘里管内再装设一个小文丘里管，使内文丘里管出口置于外文丘里管的喉部，则在内文丘里管喉部测量的静压将更低，从而获得更大的压差，在测量管上部设有集尘缓冲装置，动压头采用大口径取样，管径内壁光滑。

煤粉流量测量可行性分析煤粉流量测量是工业领域中重要的参数之一，尤其在燃煤发电厂、煤粉炉等工艺过程中具有重要的意义。

煤粉流量的准确测量可以帮助企业实现节能降耗、提高生产效率、保障生产安全等目标。

本文将对煤粉流量测量的可行性进行分析，从技术、经济以及应用前景等多个角度进行探讨。

一、技术可行性1. 测量原理：煤粉流量测量可以采用多种原理，如压力式、体积式、质量式等。

不同的原理对应不同的测量设备，通过对煤粉流经设备前后压力、体积变化或质量变化的测量，可以推算出煤粉的流量。

这些原理和设备已经在工业实践中得到了验证，具备较高的可行性。

2. 测量精度：煤粉流量的测量精度直接影响到生产过程的控制和优化。

目前市场上已经出现了多种高精度煤粉流量测量设备，能够满足不同工艺需求的要求。

同时，随着科技的发展，新的测量技术也在不断涌现，为煤粉流量测量提供了更广阔的发展空间。

3. 抗干扰能力：煤粉流量测量过程中常常伴随着煤粉杂质、湿度、温度等因素的影响。

因此，测量设备需要具备较好的抗干扰能力，能够准确识别并排除干扰因素，保证测量结果的准确性。

目前市场上的煤粉流量测量设备经过长期实践积累，已经具备了较好的抗干扰能力。

二、经济可行性1. 投资成本：煤粉流量测量设备的投资成本相对较高，不同测量原理和技术的设备价格也存在一定差异。

但是从长远来看，准确测量煤粉流量可以帮助企业实现燃料节约、能耗降低等目标，对企业来说是一个可获得回报的投资。

2. 生产效益：煤粉流量测量的准确性直接影响到燃煤发电厂、煤粉炉等工艺过程的控制效果。

通过精确测量煤粉流量并及时调整，可以降低生产过程的能耗，提高生产效率，减少生产安全事故的发生概率。

这些生产效益可以带来可观的经济回报。

3. 维护成本：煤粉流量测量设备在使用过程中需要进行定期维护和保养，以保证设备的稳定性和工作效果。

维护成本包括设备维。

基于静电感应和数据融合技术的锅炉煤粉流速浓度在线监测系统摘要：火力发电厂锅炉一次风煤粉速度和浓度的在线监测是长期以来未能获得良好解决的难题。

准确的测量和监测煤粉的流速和浓度，对于实现锅炉风粉的在线调平、提高锅炉运行的经济性、安全性具有重要的意义和价值。

本文首先对国内外煤粉在线监测技术最新进展和国内外应用现状进行了概述。

在深入分析各类技术优缺点的基础上，介绍了目前国际上最先进、最成熟的基于阵列式静电传感器和数据融合技术的煤粉流速浓度在线监测技术。

最后，结合这种新型煤粉监测技术在国内外火力发电厂的应用实例，给出了600MW机组在典型运行状态下的监测结果。

关键词：煤粉速度，煤粉浓度，气固两相流，火力发电，静电传感器1 引言目前，燃煤发电占我国总发电量的80%以上，煤电在今后很长一段时间内仍是我国最主要的能源来源。

为了在能源利用和环境保护等方面的和谐发展，我国相关部门出台了十分严格的尾气排放指标，要求燃煤电厂通过优化各个生产环节以提高发电效率，并将氮氧化合物(NOx)、碳氧化合物(COx)和飞灰等污染物的排放量降到最低。

煤粉在气力输送管道内的输送速度、浓度以及各粉管间的均衡分配对火力发电厂的安全生产和节能减排具有首要的关键作用。

首先，以适当的速度输送煤粉不但可以达到最佳输送效率，还可以避免速度过高导致不必要的能源消耗和管道磨损，或者速度过低时一部分煤粉颗粒沉积在管道的底部造成堵塞管道导致严重的管道爆炸事故[1]。

其次，通过测量各个粉管中煤粉的浓度信息可以实现煤粉的均衡分配，保证锅炉燃烧指标与设计值相符，避免火焰强度的不稳定、低效率燃烧以及其他安全问题[1]。

此外，可以通过综合考虑煤粉速度和浓度来调配各次风和煤粉的配比来保证煤粉燃烧的稳定度，并最终实现更高的燃烧效率和减少温室气体排放。

因此，开发一种可以在工业环境下对煤粉进行准确可靠长期在线监测的系统具有非常重要的环保和经济意义。

电厂气力输送管道中的一次风粉流属于稀相气固两相流的范畴，由于其动力学特征异常复杂，相应的精确测量技术被公认为十分具有挑战性的科研领域[2]。

一次风煤粉在线精准监控优化技术在1000MW机组上的应用张彬1发表时间：2020-03-16T14:32:42.270Z 来源：《电力设备》2019年第20期作者：张彬1 胡雪梅1 聂涛1 梁龙飞2[导读] 摘要：长期以来，一次风粉在线测量和调整普遍处于十分粗放的状态，火力发电厂普遍缺乏有效的技术手段进行精准的调控，运行水平提升空间很大。

(1.国家电投集河南电力有限公司平顶山发电分公司河南平顶山 467312;2.北京华清茵蓝科技有限公司北京 100085)摘要：长期以来，一次风粉在线测量和调整普遍处于十分粗放的状态，火力发电厂普遍缺乏有效的技术手段进行精准的调控，运行水平提升空间很大。

针对某1030MW锅炉存在一次风粉分布不均，炉内热负荷偏斜，局部燃烧恶化等问题，进行基于风粉在线监测和均衡调整，借助于先进的技术手段在线调平各燃烧器出口煤粉流速、粉量分布偏差，同时结合燃烧器精准配风优化调整，优化各燃烧器之间的风煤比，达到锅炉燃烧器输出功率均匀，达到锅炉均匀燃烧的目的，具有较高的推广意义。

[关键词] 风粉在线燃烧恶化均衡调整精准配风1-引言一直以来，一次风煤粉流速、浓度、流量的测量是困扰锅炉测量的难题，加上传统调整设备可调缩孔存在诸多缺陷，导致煤粉侧难以精细化调整，直接影响锅炉细致调整及优化运行。

燃烧器出口煤粉流速、流量分布不均将影响锅炉的均衡燃烧，造成炉内热负荷偏差大、局部燃烧恶化、两侧烟温汽温偏差大、燃烧器配风困难等严重影响锅炉燃烧的经济环保和运行安全问题[1-2]。

针对目前多数电厂缺乏准确、有效的风粉在线测量和均衡调整手段，本文提出一种新型的风粉精准监测与精细调平控制的解决方案，从制粉系统侧很好地解决了影响锅炉均匀燃烧的关键问题，实现各燃烧器出口煤粉流速、流量分配的可调可控。

燃烧器煤粉分配均匀的基础上，进行燃烧器精细配风，有的放矢，优化燃烧器之间的风煤配比，改善炉内燃烧状态，最终有效解决了炉内热负荷偏差，两侧烟温、汽温偏差问题。

火力发电厂典型风粉在线测量装置的应用分析发布时间：2022-09-26T03:12:02.793Z 来源：《当代电力文化》2022年10期作者：卢伟顾慧卉[导读] 为提供更为准确的风粉流速、风粉浓度数据用于锅炉燃烧优化控制系统卢伟，顾慧卉山东电力工程咨询院有限公司山东济南 250013摘要：为提供更为准确的风粉流速、风粉浓度数据用于锅炉燃烧优化控制系统，越来越多的火力发电厂开始采用风粉在线测量装置用于相关数据的获取。

本文介绍了火力发电厂常用的典型风粉在线测量装置，分别对测量原理及应用当中的优点、缺点进行对比分析及总结，为实际应用中的风粉在线测量装置的选用提供参考。

1 前言随着国家“3060”战略的提出，以及我国能源结构的调整，火电机组在全国电力设备的装机容量中所占比例将逐渐减小，新能源装机比例的逐年上升。

新能源，如风电、太阳能随机波动性较强，从而会影响电网的稳定运行，因此需要提升火电机组的灵活性，实现电网对新能源的吸纳能力。

火电机组的灵活性要求机组能够以更快的速率、更大的范围进行负荷调节，以更高的精度实现负荷跟踪。

这就需要锅炉燃烧系统能够通过风煤指令对入炉的风量、煤量做出及时准确的控制调整，对锅炉燃烧控制系统优化提出了更高的要求。

实现该要求的前提就是能够对一次风风量、煤粉浓度的进行准确测控。

因此在这样的大背景下，对锅炉一次风风量、煤粉浓度的测量手段进行研究非常必要。

目前，电厂常用的风粉在线测量装置原理主要包括：差压法、微波法、静电荷法。

2 基于差压原理的风粉在线测量装置差压法也称靠背法，取样系统安装在管道上，其探头插入管内，当管内有气流流动时，迎风面受气流冲击，在迎面管内压力称为"全压"，背风侧由于不受气流冲压，其管内的压力为风管内"静压"，全压和静压之差称为差压，其大小与管内风速（量）有关，风速（量）越大，差压越大；风速（量）小，差压也小。

风速的测量采用靠背式风速测量装置安装在风管内来完成，靠背式风速测量装置测得的全压和静压由引压管引至差压变送器，变送器输出差压信号至DCS 系统。

热平衡法热平衡法是根据能量守恒定律而发展出来测量煤粉浓度的一种方法。

选取输粉管道上混合前后的一段距离为研究对象，温度为T coalpowder的煤粉进入送粉管后，被温度为T hotwing的热空气边加热边向前输送，在此过程中，热空气不断被冷却，煤粉颗粒不断被加热，经过一段时间后煤粉与热空气达到了平衡温度T mixture。

根据能量守恒定律可得：将上式中各热量分别用温度、比热容、煤粉浓度表示，展开后可得出煤粉浓度的计算表达式：式中，为煤粉浓度T hotwing，T coalpowder，T mixture—分别代表混合前热风温度、混合前煤粉温度、混合物温度C hotwing,C coalpowder—分别代表混合前热风比热、煤粉比热C hotwing’，C coalpowder’—分别代表混合后热风比热、煤粉比热u—由于散热等因素引起的煤粉浓度损失K—相对系数虽然很多火电厂利用热平衡法测量煤粉浓度，但是该方法存在几个很难解决的缺陷：1）适用范围该方法只适用于中间仓储式制粉系统的热风送粉。

对于乏气送粉和直吹式制粉系统，热风与煤粉混合前后温度几乎不变，因此热平衡法无能为力，而我国目前使用较多的是直吹式制粉系统。

2）存在滞后性在实际应用中，煤粉颗粒温度与热风温度达到一致需要一段比较长的时间。

3）对测点的布置要求较高利用热平衡法精确测量煤粉浓度关键在于如何取混合温度T mixture的测点位置，取在不稳定换热区或远离平衡点的位置都会对造成比较大的测量偏差。

激光法当激光通过由煤粉和空气混合而成的气固二相流时，将会同时受到煤粉粒子和空气分子的散射与吸收。

而煤粉的吸收率相当接近黑体，它们对光波的衰减作用非常强，其等效直径是空气分子有效直径的若干数量级之多。

因此，空气分子的散射与吸收作用对测量结果影响微乎甚微，可忽略不计，我们只需研究煤粉对激光的散射与吸收即可。

设输粉管道的宽度为L，激光入射功率为P1，透出管道后的功率为P2，则有式中，T为透过率；a为衰减指数，其中a=Nc（?????），Nc为煤粉粒子的数密度，??为煤粉的散射截面，??为煤粉的吸收截面。