法国EDIT微波固体流量计在煤粉测量中的应用

大型燃煤机组直吹式制粉系统中，各煤粉管道之间煤粉分配不均时，可能出现煤粉浓度、流速波动，使燃烧效率降，NOX排放增加并且使锅炉故障率增高。通过应用武汉正元代理的法国EDIT微波固体流量计，提高煤粉流量（浓度）以及风量（速）的测量精度，实现各煤粉管煤粉浓度和风量（速）的平衡调节，改善燃烧质量，使燃烧器在最佳风煤比工况下运行，降低能耗，减少污染物的排放。

1 引言

电厂大型燃煤机组一般都采用直吹式制粉系统，即每台磨煤机出口有4～8根一次风煤粉管道直接与锅炉燃烧器相连，煤粉经过输粉管输送到燃烧器进行燃烧。由于各煤粉管道的长度和弯头数量不同，使得每根管道的压损不同，由此形成各煤粉管道之间煤粉分配不均，结果使锅炉燃烧器不能在最佳风煤比工况下运行，使燃烧效率降低，NOX排放增加并且使锅炉故障率增高。

2 存在问题分析

当各煤粉管道之间煤粉分配不均时，可能出现煤粉浓度过高、过低，流速过高、过低等情况。煤粉浓度过高时可出现以下情况：煤粉堵管，不能向炉内输送煤粉，同时引起管内煤粉自燃以致烧坏输粉管；煤粉燃烧不完全，效率低、CO 增加、加剧炉膛内受热面及过热器受热面的高温腐蚀；炉膛及过热器局部结渣，严重影响锅炉的安全运行。煤粉浓度过低时，出现以下结果：炉膛温度降低，易灭火，锅炉气压降低，无法满足负荷要求；产生大量的NOX，污染环境，过热器超温，甚至引起过热器爆管等事故；为了提高气压，加大一次风（输粉管）流速，炉膛切圆偏移炉膛中心，造成炉墙局部结渣，尾部受热面烟温偏差过大，甚至引起爆管。

当煤粉和空气混合物的流速过高时，会影响煤粉最佳浓度，出现以下情况：加剧输粉管的磨损；燃烧器出口混合物流速过高，燃烧滞后，造成火焰中心偏斜并容易引起炉墙局部结焦以及炉膛尾部过热器局部超温爆管；燃烧不完全，灰中含碳量以及排烟温度增加，降低锅炉效率。当混合物流速过低时，除影响最佳煤粉浓度外，造成以下结果：输粉管沉积的煤粉增加，引起堵管；引起煤粉自燃，甚至发生煤粉管道爆炸；燃烧器出口混合物流速降低，煤粉大量与主气流分离，长久下去除造成煤耗增加，还会引起炉膛灭火以及二次燃烧堵死锅炉下部出灰口。

3 解决方案

解决以上问题的办法是通过在线测量煤粉管内煤粉的流速和质量流量，并以此为依据调整每个燃烧器的二次风量，实现燃烧的最佳状态。

在直吹式制粉系统中，煤粉量的控制是靠进入磨煤机的一次风量来控制的。因此，一次风流量信号显得尤为重要。对于文丘里管测流量，当其前后流场稳定及均匀时，其流量系数K为常数，只要测得流体密度与压差值，即可求出通风量。然而由于环境及设备条件的限制，使差压信号失真，系数K不是常数，最大偏差达34%以上，故通过挡板控制风量来调整进入锅炉的燃煤量不可靠。当锅炉负荷增减时，司炉工只能靠经验及测得的参考风量进行风煤的调整。如果在输粉管（即一次风管）安装煤粉流量和浓度在线测量装置，则能更好地控制煤粉量，降低煤耗，同时减轻司炉工劳动强度，改善劳动环境。对于直吹式制粉系统来说，在一次风管上安装煤粉流量和速度在线测量装置，除解决上述双进双出磨煤机风量测定误差大、不可靠问题外，还可发现直吹式分离器锁气器泄漏、不起作用等故障。

4 EDIT微波固体流量测量系统

4.1 测量原理

EDIT微波固体流量测量仪采用先进的微波超短脉冲技术，为各类金属固体输料管槽的流量测量而设计，采用创新技术，具有法国和欧洲专利。它利用微波能量场和固体颗粒对微波的反射和多普勒特性，传感器向金属输料管道/料槽内的固体颗粒发射低能量微波信号，信号被固体反射后又被传感器接收到。通过移动物料的微波反射能量来测量物料的密度，相当于一个微波计数器，从而测量出物料的流量。其适应固体颗粒（粉末）的直径从1nm～1cm，测量准确度优于±2%（标定后）。

4.2 系统构成

一套完整的微波固体测量系统包括：传感器及安装底座；中央处理单元FME；C2Box接线盒（连接传感器与中央处理单元）。传感器与中央处理单元之间采用RS2485Modbus连接，当距离超过1.8m时，需采用C2Box接线盒。系统组成如图1所示。

4.3 传感器安装

根据输送管道上下游区域情况，选择合适的安装位置。当管径大于<200mm 时，每根输送管上应安装2～3个传感器，传感器之间的间隔为150mm，并成90°角或120°角。对于物料自由落体的应用（如螺杆给料机或旋转阀后），物料落体点后300mm处是最好的安装点。安装时，先将传感器底座焊接到一个固定的位置，然后从传感器底座钻一个<20mm的洞到管道内，插入传感器并通过连接螺母使传感器测量面与管道内表面平齐或锁回1～2mm即可。

4.4 标定

该微波固体流量计的标定方法必须采用实际被测介质进行标定。对于电厂的煤粉质量流量的标定，可以采用法国EDIT的专用煤粉采样系统进行标定。

4.5 微波固体流量计应用后的控制改进

将锅炉煤粉流量测量和一、二（三）次风测量系统作为DCS的独立系统，实时在线监测一、二（三）次风各风管的风速、喷口速度和风量，以及各一次风管的煤粉浓度、煤粉量等参数，以指导运行人员优化调整锅炉燃烧。

出煤粉流量测量信号送入DCS，然后根据煤种进行必要的煤粉量平衡，通常简单而经济的做法：只测量系统煤粉量不均匀的情况，并根据测量结果计算每个燃烧器所需的空气量，因为空气量的调整比较容易实现，只要用风门挡板就可以控制燃烧器的二次风量。虽然各燃烧器间煤粉量的不平衡没有改善，但能保证每个燃烧器运行在设计风煤粉比范围内。

司炉工根据测量结果把一次风管（即输粉管）内风煤比例调整到最佳工况并相互匹配平衡，从而改变原来根据经验调整风门挡板和给粉量的习惯操作方法。

针对直吹送粉锅炉，可以通过磨煤机各煤粉管煤粉流量的累计值来调整给煤机转速，实现磨煤机出力的准确调整。

针对锅炉燃烧调节系统中热量信号测量迟延大，造成燃烧调节系统调节不灵敏制约其负荷响应速度及其调节品质的问题，在热量调节控制环节中增加一给粉量的闭环调节环节，克服其给粉量内扰，以提高燃烧调节系统调节灵敏度。

锅炉各一次风管输送的给粉量闭环控制，可真正实现自动优化锅炉燃烧工况。

5 结束语

通过提高燃煤机组煤粉流量（浓度）以及风量（速）的精确测量，实现各给粉管煤粉浓度和风量（速）的调平，使锅炉燃烧火焰中心保持在炉膛中心，以达到燃烧均衡出力、优化燃烧及延长锅炉使用寿命、保持锅炉长周期安全经济运行的目的，可降低电厂煤耗3%，并可降低发电厂NOx的排放量。

参考文献：

1. 周静，曹相画，陈海洋；武汉正元自动化仪表工程有限公司官方网站。