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摘要：一次风管道中一次风速和煤粉浓度是影响炉内燃烧工况稳定性和锅炉燃烧效率的重要原因之一。现采用基于微波能量法的煤粉浓度测量方法以及基于互相关法的一次风管道风速测量方法，对350 MW机组测量系统进行技术改造，给出了测量原理和系统构成，并应用于现场测量。现场调试及运行表明，该系统可以用于电站锅炉一次风管道风速和煤粉浓度的检测，具有较高的精度且本质防堵，为火电企业进一步实现优化燃烧提供了技术保障，具有较大的推广价值。
关键词：微波;能量法;煤粉浓度检测;一次风管道;火电厂
0 引言
随着我国碳达峰、碳中和目标的提出，热电联产企业正面临着空前的困境，而技术革新节能降耗、深度调峰创效成为热电联产企业亟待实施的脱困措施[1]。国电龙华长春热电一厂建设有2台350 MW发电机组，总装机容量700 MW，2011年正式投产发电，采用靠背管检测风速，无煤粉浓度检测。但靠背管一次风速检测系统堵塞严重，维护量大，同时靠背管长时间接受煤粉冲刷，发生形变，标定系数改变，测量精度降低;没有煤粉浓度检测，影响锅炉的经济安全运行。为了提高企业竞争力，实现优化燃烧节能减排，对煤粉流速和煤粉浓度的精确测量提出了更高的要求。
目前煤粉流速和煤粉浓度的精确测量方法有多种研究成果，但真正实用并达到规程要求的并不多[2-3]。通过前期充分的市场调研，最终确定采用基于微波的一次风煤粉流动参数非接触精确测量技术[4]。
1 系统工作原理及组成
1.1 浓度测量原理
如图1所示，一定频率的微波通过耦合天线在测量管段构成的圆波导内传播，微波信号受到气固两相流动介质散射能量的物理调制，在接收天线检测到的微波信号中含有固相浓度的信息。携带浓度信息的微波信号经检波器检波得到表征固相浓度的功率信号，即代表了气固两相流中固相的浓度[4]。
1.2 速度测量原理
微波信号通过测量管段，上下游的两个固定间距的接收天线接收到的流动噪声信号分别为x（t）和y（t），利用互相关算法就可以得到煤粉混合物的流速。
测量管段上下游的两对相互垂直的传感器C、D（可选）和A、B安装位置示意图如图2所示，其中A为发射传感器，B、C、D为接收传感器，A、B用于浓度测量，B、C用于流速测量。
本系统可实现煤粉流速和煤粉浓度的不堵塞、免维护、全截面、高精度在线监测，其中速度不用标定，具有非常大的優势。
2 现场安装及调试
2.1 现场安装
系统的传感器安装在一次风管上，同一层的四根一次风管的测量信号汇集在信号采集和处理柜中，共用一个处理柜。测量系统现场安装图片如图3所示，其中图3（a）为传感器安装图片，图3（b）为一层四根一次风管的信号采集处理柜的图片。
2.2 现场调试及运行
系统的风速和煤粉浓度信号均接入DCS系统中，以A层磨煤机的四根一次风管为例，为验证系统的测量性能，考虑到校验后的靠背管测量系统运行初期具有相当的准确性，调试中，风速的验证采用与原靠背管测量系统进行比较。煤粉浓度目前没有采用绝对标定的方式，只是采用入磨煤量和四根一次风管煤粉量的和进行比较。图4给出了流速、浓度测量值与现场DCS测量对比。
由测量结果可以看到，微波式系统的测量和靠背管测量趋势非常一致，而且相比于靠背管测量而言，微波式测量更为稳定。靠背管随着运行而磨损，测量精度会大大降低，运行中靠背管堵塞更是难以克服的问题。
图4中给出了磨煤机煤量、风量以及A层#1～#4风粉混合物浓度信号，通过对比分析可知，系统测量结果完全符合现场的运行实际。
3 应用效果分析及展望
本系统的实施提供了一次风速和煤粉浓度的精确检测，为保证机组的经济、安全运行提供了坚实的保障。更为重要的是，得到了准确的一次风速和煤粉浓度，为进一步实现对锅炉二次风的自动调节，优化锅炉燃烧提供了技术基础;可以预期的是，通过调整二次风与高位燃烬风的配比，能降低炉膛出口NOx含量及喷氨量，达到节能减排的目的。
如果进一步实现了优化燃烧，以一台350 MW火电机组为例，若提高机组效率0.3%，可以估算节能减排的经济效益和社会效益。按照国家能源局发布的2018年全国电力工业统计数据，6 000 kW及以上电厂供电标准煤耗308 g/（kW·h），设备利用时间3 862 h[5]。一台350 MW机组，年节约标煤1 300 t;相应地，年减排粉尘25.56 t，减排CO2 977.30 t，减排SO2 15.34 t，同时NOx排放降低20%左右，减少了脱硝系统的运行费用和负担，可以提高生产效率，保障生产安全，减少排放，具有广阔的产业前景和显著的社会、生态效益。
4 结语
基于微波能量法的火电厂一次风粉煤浓度及风速测量系统，理论依据充分，系统构建合理，其在现场的成功应用，可以为运行提供准确有效的煤粉质量、流量检测手段，满足当前国家最新的规程要求，为进一步优化燃烧提供了技术基础，因而具有很高的经济和社会效益，推广应用价值很大。
[参考文献]
[1] 薛永明.浅析热电企业节能降耗的途径[C]//第二届电站锅炉优化运行与环保技术研讨会论文集，2014：242-247.
[2] 陈立军，杨以光，姜其峰，等.电厂一次风管道煤粉速度和浓度间接法测量技术的研究现状[J].化工自动化及仪表，2016，43（3）：223-226.
[3] 火力发电厂制粉系统设计计算技术规定：DL/T 5145—2002[S].
[4] 陈立军，邱立科，倪庆生，等.一种测量气力输送管道中固相浓度的方法：CN201910146150.6[P].2021-03-26.
[5] 国家能源局.国家能源局发布2018年全国电力工业统计数据[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
作者简介：宋海（1971—），男，吉林长春人，高级工程师，从事生产管理工作。
关键词：微波;能量法;煤粉浓度检测;一次风管道;火电厂
0 引言
随着我国碳达峰、碳中和目标的提出，热电联产企业正面临着空前的困境，而技术革新节能降耗、深度调峰创效成为热电联产企业亟待实施的脱困措施[1]。国电龙华长春热电一厂建设有2台350 MW发电机组，总装机容量700 MW，2011年正式投产发电，采用靠背管检测风速，无煤粉浓度检测。但靠背管一次风速检测系统堵塞严重，维护量大，同时靠背管长时间接受煤粉冲刷，发生形变，标定系数改变，测量精度降低;没有煤粉浓度检测，影响锅炉的经济安全运行。为了提高企业竞争力，实现优化燃烧节能减排，对煤粉流速和煤粉浓度的精确测量提出了更高的要求。
目前煤粉流速和煤粉浓度的精确测量方法有多种研究成果，但真正实用并达到规程要求的并不多[2-3]。通过前期充分的市场调研，最终确定采用基于微波的一次风煤粉流动参数非接触精确测量技术[4]。
1 系统工作原理及组成
1.1 浓度测量原理
如图1所示，一定频率的微波通过耦合天线在测量管段构成的圆波导内传播，微波信号受到气固两相流动介质散射能量的物理调制，在接收天线检测到的微波信号中含有固相浓度的信息。携带浓度信息的微波信号经检波器检波得到表征固相浓度的功率信号，即代表了气固两相流中固相的浓度[4]。
1.2 速度测量原理
微波信号通过测量管段，上下游的两个固定间距的接收天线接收到的流动噪声信号分别为x（t）和y（t），利用互相关算法就可以得到煤粉混合物的流速。
测量管段上下游的两对相互垂直的传感器C、D（可选）和A、B安装位置示意图如图2所示，其中A为发射传感器，B、C、D为接收传感器，A、B用于浓度测量，B、C用于流速测量。
本系统可实现煤粉流速和煤粉浓度的不堵塞、免维护、全截面、高精度在线监测，其中速度不用标定，具有非常大的優势。
2 现场安装及调试
2.1 现场安装
系统的传感器安装在一次风管上，同一层的四根一次风管的测量信号汇集在信号采集和处理柜中，共用一个处理柜。测量系统现场安装图片如图3所示，其中图3（a）为传感器安装图片，图3（b）为一层四根一次风管的信号采集处理柜的图片。
2.2 现场调试及运行
系统的风速和煤粉浓度信号均接入DCS系统中，以A层磨煤机的四根一次风管为例，为验证系统的测量性能，考虑到校验后的靠背管测量系统运行初期具有相当的准确性，调试中，风速的验证采用与原靠背管测量系统进行比较。煤粉浓度目前没有采用绝对标定的方式，只是采用入磨煤量和四根一次风管煤粉量的和进行比较。图4给出了流速、浓度测量值与现场DCS测量对比。
由测量结果可以看到，微波式系统的测量和靠背管测量趋势非常一致，而且相比于靠背管测量而言，微波式测量更为稳定。靠背管随着运行而磨损，测量精度会大大降低，运行中靠背管堵塞更是难以克服的问题。
图4中给出了磨煤机煤量、风量以及A层#1～#4风粉混合物浓度信号，通过对比分析可知，系统测量结果完全符合现场的运行实际。
3 应用效果分析及展望
本系统的实施提供了一次风速和煤粉浓度的精确检测，为保证机组的经济、安全运行提供了坚实的保障。更为重要的是，得到了准确的一次风速和煤粉浓度，为进一步实现对锅炉二次风的自动调节，优化锅炉燃烧提供了技术基础;可以预期的是，通过调整二次风与高位燃烬风的配比，能降低炉膛出口NOx含量及喷氨量，达到节能减排的目的。
如果进一步实现了优化燃烧，以一台350 MW火电机组为例，若提高机组效率0.3%，可以估算节能减排的经济效益和社会效益。按照国家能源局发布的2018年全国电力工业统计数据，6 000 kW及以上电厂供电标准煤耗308 g/（kW·h），设备利用时间3 862 h[5]。一台350 MW机组，年节约标煤1 300 t;相应地，年减排粉尘25.56 t，减排CO2 977.30 t，减排SO2 15.34 t，同时NOx排放降低20%左右，减少了脱硝系统的运行费用和负担，可以提高生产效率，保障生产安全，减少排放，具有广阔的产业前景和显著的社会、生态效益。
4 结语
基于微波能量法的火电厂一次风粉煤浓度及风速测量系统，理论依据充分，系统构建合理，其在现场的成功应用，可以为运行提供准确有效的煤粉质量、流量检测手段，满足当前国家最新的规程要求，为进一步优化燃烧提供了技术基础，因而具有很高的经济和社会效益，推广应用价值很大。
[参考文献]
[1] 薛永明.浅析热电企业节能降耗的途径[C]//第二届电站锅炉优化运行与环保技术研讨会论文集，2014：242-247.
[2] 陈立军，杨以光，姜其峰，等.电厂一次风管道煤粉速度和浓度间接法测量技术的研究现状[J].化工自动化及仪表，2016，43（3）：223-226.
[3] 火力发电厂制粉系统设计计算技术规定：DL/T 5145—2002[S].
[4] 陈立军，邱立科，倪庆生，等.一种测量气力输送管道中固相浓度的方法：CN201910146150.6[P].2021-03-26.
[5] 国家能源局.国家能源局发布2018年全国电力工业统计数据[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
作者简介：宋海（1971—），男，吉林长春人，高级工程师，从事生产管理工作。