锅炉送粉管道煤粉浓度微波测量的研究_何晓亮
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科技创新导报 Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ工 业 技 术
２００８ ＮＯ．０８
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ科技创新导报
煤粉浓度测量是电站锅炉研究的重要课题，煤粉由一次风携带经煤粉管直接进入炉膛燃烧，各煤粉管之间煤粉浓度的不均匀对燃烧有很大的影响，如各燃烧器中的煤粉浓度相差太大，就不能很好的组织燃烧，会造成火焰的偏斜、热效率降低、结焦、燃烧不稳定、ＮＯｘ的排放增加等问题。严重的情况下会造成煤粉管道堵塞，电厂被迫降负荷或停机，影响了电厂的安全运行，并给电厂造成很大的损失。电厂煤粉管道煤粉的输送属于复杂的气固两相流工况，一直没有一个很好的测量办法。而国内外用于气固两相流浓度的测量方法很多，有热平衡法、连续反吹扫弯头压差测量法、静电法、激光法、光学法、电容法等等。但是这些方法存在很大问题，例如：热平衡法要求混合后混合物的温度均匀一致，并且在一定范围内，煤粉的比热不受其成分变化影响，实际情况很难达到这种要求，对热平衡测量结果有很大影响。连续反吹扫弯头压差测量法采用的是压缩空气连续吹扫探头，如果压缩空气压力过小或者过大将出现探头堵塞和测量不准等问题，而且测量滞后时间长，不能满足在线连续实时检测的要求。而静电法的测量受到煤粉流速的影响，如果浓度不变或略微降低，流速大幅增加，传感器接受电荷增加，反应在浓度上就是浓度值偏高，形成误导。静电法的探头容易堵塞。近年来，微波法已成为研究的重点，它是利用微波穿越颗粒层后所产生的衰减值来反映探测区域的颗粒浓度的细微变化。
１ 测量原理
在直吹式制粉系统煤粉管道中，空气夹带着煤粉，形成气固两相流在管道中流动，把管道当作波导管，利用探针激励原理使微波在波导管内传播，再利用探针检测，由于气固两相流的存在，微波发生衰减和其他特性的变化，探针检测并与输入相比
获得正确的固相浓度值。
由电磁场理论可知：
当在圆形管道内激励起微波，
并使微波延管道方向传播时，管道内的电场强度为：
由上关系式可以看出：当微波在管道内传播时，其振幅按指数规律衰减，衰减速度决定于衰减常数α。α越大，衰减越大。
衰减常数α与微波频率ｆ、管道内的介电常数ε、磁导率μ有关。ε、μ越大，α越大。选择合适的频率ｆ，可使α在相同的ε、μ时最大。
当管道内流过含煤粉气流时，管道内的介电常数ε和磁导率μ发生变化。煤粉浓度η越大，ε、μ越大，α越大，造成的微波衰减越大。通过测量一定频率的微波在固定间距上的衰减，就可以确定α的大小，近一步可求出ε、μ和煤粉浓度η。
２ 系统构成
整体系统包括两部分：微波探头和测量箱，微波探头采用在管道上钻孔安装的方法，微波发生和接收探头成对地沿煤粉管道长度方向安装，探针深入管内。微波发生和接收探头在管道中的示意图如图１。
微波的发射和检测电路分别装在两个金属制的密闭盒子中，发送部分包括微波发生器，锁相电路，微波频率调节装置，Ｔ形接头，隔离器以及天线组成。检测部分由天线，隔离器和检波器组成。
３ 试验研究
试验主要研究的是煤粉浓度的在线监测，煤粉浓度的标定采用等速取样法和激光光纤测量系统。图２出了给粉机转速与给粉浓度、测量装置输出电压之间的关系。从图中可见，随给粉机给粉转速的提
锅炉送粉管道煤粉浓度微波测量的研究
何晓亮 刘峰
（东北电力大学 吉林市 １３２００１）
摘 要：电站锅炉一次风的精确测量对于锅炉的燃烧调整和安全运行起着极为重要的作用，在简单分析各种测量方法的基础上，指出采用微波法进行测量是一次风监测较为可行的方法，
具有工程实用价值。关键词：一次风 煤粉浓度 微波中图分类号：ＴＫ２２２文献标识码：Ａ文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２００８）０３（ｂ）－０１０５－０１
图１微波发生和接收探头在管道中的示意图
高，送粉管道中煤粉浓度随之提高，而由于管道中煤粉浓度的提高，微波的衰减幅度增加，测量装置的输出电压随之下降，而且呈单调下降趋势，非常稳定。经多次实验结果表明，测量装置的测量重复性很好。
４ 结论
通过基于微波衰减法的直吹式煤粉空气两相流动测量装置，可以获得大型电站锅炉燃烧器四角风速和煤粉浓度的在线监测值，通过煤粉分配器等在线调节手段，调整各角燃烧器的风煤均配，从而获得高效率的燃烧，并可有效降低锅炉的ＮＯｘ排放。对于中速磨煤机或双进双出钢球磨煤机而言，保证磨煤机各只燃烧器的煤粉总量、煤粉浓度、煤粉细度偏差不大于１０％，从而可以保证各只燃烧器热功率偏差较小、着火条件相同、避免炉内结渣和实现锅炉的低ＮＯｘ排放。在测量获得煤粉浓度和一次风速后，可以通过一次风可调缩孔调平各角一次风速，并通过调整煤粉分配器从而调整各管内的煤粉浓度。目前国家对锅炉ＮＯｘ排放已开始征收排污费，而对一台６００ＭＷ锅炉而言，发电煤耗降低１ｇ／ｋＷｈ，一年的受益将超过１００万元，所以通过大型电站锅炉制粉系统风煤均配在线监测系统，可有效实现燃烧优化，保证电厂运行的安全性和高效性。
参考文献
［１］ 董陵．风粉在线监测系统工程应用研究［Ｄ］．
东南大学，２００５．
［２］ 王强，周乃君等．煤粉浓度在线监测系统的
研究与开发［Ｊ］．湘潭矿业学院学报，２００２．１７（１）：１８
－２１．
［３］ 吴永生，方可人．热工测量及仪表［Ｍ］．水利
电力出版社，１９９４．
图２ 给粉机转速与给粉浓度、测量装置输出电压之间的关系