微波煤粉流量檢測系統(tǒng)在長春一熱的應(yīng)用

宋海　嚴磊　胡鑫

摘要：一次風(fēng)管道中一次風(fēng)速和煤粉濃度是影響爐內(nèi)燃燒工況穩(wěn)定性和鍋爐燃燒效率的重要原因之一。現(xiàn)采用基于微波能量法的煤粉濃度測量方法以及基于互相關(guān)法的一次風(fēng)管道風(fēng)速測量方法，對350 MW機組測量系統(tǒng)進行技術(shù)改造，給出了測量原理和系統(tǒng)構(gòu)成，并應(yīng)用于現(xiàn)場測量。現(xiàn)場調(diào)試及運行表明，該系統(tǒng)可以用于電站鍋爐一次風(fēng)管道風(fēng)速和煤粉濃度的檢測，具有較高的精度且本質(zhì)防堵，為火電企業(yè)進一步實現(xiàn)優(yōu)化燃燒提供了技術(shù)保障，具有較大的推廣價值。

關(guān)鍵詞：微波;能量法;煤粉濃度檢測;一次風(fēng)管道;火電廠

0 引言

隨著我國碳達峰、碳中和目標的提出，熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)正面臨著空前的困境，而技術(shù)革新節(jié)能降耗、深度調(diào)峰創(chuàng)效成為熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)亟待實施的脫困措施[1]。國電龍華長春熱電一廠建設(shè)有2臺350 MW發(fā)電機組，總裝機容量700 MW，2011年正式投產(chǎn)發(fā)電，采用靠背管檢測風(fēng)速，無煤粉濃度檢測。但靠背管一次風(fēng)速檢測系統(tǒng)堵塞嚴重，維護量大，同時靠背管長時間接受煤粉沖刷，發(fā)生形變，標定系數(shù)改變，測量精度降低;沒有煤粉濃度檢測，影響鍋爐的經(jīng)濟安全運行。為了提高企業(yè)競爭力，實現(xiàn)優(yōu)化燃燒節(jié)能減排，對煤粉流速和煤粉濃度的精確測量提出了更高的要求。

目前煤粉流速和煤粉濃度的精確測量方法有多種研究成果，但真正實用并達到規(guī)程要求的并不多[2-3]。通過前期充分的市場調(diào)研，最終確定采用基于微波的一次風(fēng)煤粉流動參數(shù)非接觸精確測量技術(shù)[4]。

1 系統(tǒng)工作原理及組成

1.1 ? ?濃度測量原理

如圖1所示，一定頻率的微波通過耦合天線在測量管段構(gòu)成的圓波導(dǎo)內(nèi)傳播，微波信號受到氣固兩相流動介質(zhì)散射能量的物理調(diào)制，在接收天線檢測到的微波信號中含有固相濃度的信息。攜帶濃度信息的微波信號經(jīng)檢波器檢波得到表征固相濃度的功率信號，即代表了氣固兩相流中固相的濃度[4]。

1.2 ? ?速度測量原理

微波信號通過測量管段，上下游的兩個固定間距的接收天線接收到的流動噪聲信號分別為x（t）和y（t），利用互相關(guān)算法就可以得到煤粉混合物的流速。

測量管段上下游的兩對相互垂直的傳感器C、D（可選）和A、B安裝位置示意圖如圖2所示，其中A為發(fā)射傳感器，B、C、D為接收傳感器，A、B用于濃度測量，B、C用于流速測量。

本系統(tǒng)可實現(xiàn)煤粉流速和煤粉濃度的不堵塞、免維護、全截面、高精度在線監(jiān)測，其中速度不用標定，具有非常大的優(yōu)勢。

2 現(xiàn)場安裝及調(diào)試

2.1 ? ?現(xiàn)場安裝

系統(tǒng)的傳感器安裝在一次風(fēng)管上，同一層的四根一次風(fēng)管的測量信號匯集在信號采集和處理柜中，共用一個處理柜。測量系統(tǒng)現(xiàn)場安裝圖片如圖3所示，其中圖3（a）為傳感器安裝圖片，圖3（b）為一層四根一次風(fēng)管的信號采集處理柜的圖片。

2.2 ? ?現(xiàn)場調(diào)試及運行

系統(tǒng)的風(fēng)速和煤粉濃度信號均接入DCS系統(tǒng)中，以A層磨煤機的四根一次風(fēng)管為例，為驗證系統(tǒng)的測量性能，考慮到校驗后的靠背管測量系統(tǒng)運行初期具有相當(dāng)?shù)臏蚀_性，調(diào)試中，風(fēng)速的驗證采用與原靠背管測量系統(tǒng)進行比較。煤粉濃度目前沒有采用絕對標定的方式，只是采用入磨煤量和四根一次風(fēng)管煤粉量的和進行比較。圖4給出了流速、濃度測量值與現(xiàn)場DCS測量對比。

由測量結(jié)果可以看到，微波式系統(tǒng)的測量和靠背管測量趨勢非常一致，而且相比于靠背管測量而言，微波式測量更為穩(wěn)定。靠背管隨著運行而磨損，測量精度會大大降低，運行中靠背管堵塞更是難以克服的問題。

圖4中給出了磨煤機煤量、風(fēng)量以及A層#1～#4風(fēng)粉混合物濃度信號，通過對比分析可知，系統(tǒng)測量結(jié)果完全符合現(xiàn)場的運行實際。

3 應(yīng)用效果分析及展望

本系統(tǒng)的實施提供了一次風(fēng)速和煤粉濃度的精確檢測，為保證機組的經(jīng)濟、安全運行提供了堅實的保障。更為重要的是，得到了準確的一次風(fēng)速和煤粉濃度，為進一步實現(xiàn)對鍋爐二次風(fēng)的自動調(diào)節(jié)，優(yōu)化鍋爐燃燒提供了技術(shù)基礎(chǔ);可以預(yù)期的是，通過調(diào)整二次風(fēng)與高位燃燼風(fēng)的配比，能降低爐膛出口NOx含量及噴氨量，達到節(jié)能減排的目的。

如果進一步實現(xiàn)了優(yōu)化燃燒，以一臺350 MW火電機組為例，若提高機組效率0.3%，可以估算節(jié)能減排的經(jīng)濟效益和社會效益。按照國家能源局發(fā)布的2018年全國電力工業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，6 000 kW及以上電廠供電標準煤耗308 g/（kW·h），設(shè)備利用時間3 862 h[5]。一臺350 MW機組，年節(jié)約標煤1 300 t;相應(yīng)地，年減排粉塵25.56 t，減排CO2 977.30 t，減排SO2 15.34 t，同時NOx排放降低20%左右，減少了脫硝系統(tǒng)的運行費用和負擔(dān)，可以提高生產(chǎn)效率，保障生產(chǎn)安全，減少排放，具有廣闊的產(chǎn)業(yè)前景和顯著的社會、生態(tài)效益。

4 結(jié)語

基于微波能量法的火電廠一次風(fēng)粉煤濃度及風(fēng)速測量系統(tǒng)，理論依據(jù)充分，系統(tǒng)構(gòu)建合理，其在現(xiàn)場的成功應(yīng)用，可以為運行提供準確有效的煤粉質(zhì)量、流量檢測手段，滿足當(dāng)前國家最新的規(guī)程要求，為進一步優(yōu)化燃燒提供了技術(shù)基礎(chǔ)，因而具有很高的經(jīng)濟和社會效益，推廣應(yīng)用價值很大。

[參考文獻]

[1] 薛永明.淺析熱電企業(yè)節(jié)能降耗的途徑[C]//第二屆電站鍋爐優(yōu)化運行與環(huán)保技術(shù)研討會論文集，2014：242-247.

[2] 陳立軍，楊以光，姜其峰，等.電廠一次風(fēng)管道煤粉速度和濃度間接法測量技術(shù)的研究現(xiàn)狀[J].化工自動化及儀表，2016，43（3）：223-226.

[3] 火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計計算技術(shù)規(guī)定：DL/T 5145—2002[S].

[4] 陳立軍，邱立科，倪慶生，等.一種測量氣力輸送管道中固相濃度的方法：CN201910146150.6[P].2021-03-26.

[5] 國家能源局.國家能源局發(fā)布2018年全國電力工業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)[EB/OL].（2019-01-18）[2021-07-11].http：//www.nea.gov.cn/2019-01/18/c_137754977.htm.

收稿日期：2021-07-22

作者簡介：宋海（1971—），男，吉林長春人，高級工程師，從事生產(chǎn)管理工作。