电厂煤粉炉给粉量测量

李光，李瑞兔，李金

(西安艾贝尔科技发展有限公司，西安 710065)

0 引言

火力发电是现在电力发展的主力军，在循环经济的环境中，需要着重考虑电力对环境的影响以及如何提高资源利用率的问题。目前火电仍占据电力市场很大份额，火电技术必须不断提高，才能满足环境保护的要求。提高火电厂的生产质量与经济效益，需要对电厂煤粉炉的给粉量进行准确的测量与控制。这样既有利于节约能源又有利于保护环境，也能满足居民日益增长的用电量需求。

在煤粉输送管道中，应用流量计可对煤粉的体积流量进行测量，流量计将流量相关的一些信息转化为电信号，然后从这些电信号中提取出流量数据，以及时获得管道内煤粉量的信息，合理安排给粉量，提高燃烧效率。传统的流量计在测量过程中存在干扰，影响流体的测量精度，若产生误差，不利于后续的处理和控制。微波固体流量计基于多普勒效应原理，传感器在管道内产生微波场，微波被管道内流动的微粒反射，通过对频率和幅度变化的计算可精确地测量出固体流量，此方法不会扰乱被测流体的流动状态，且反应迅速，能够实现自动、连续实时在线测量。微波固体流量计成本较低、安装简便、容易操作，测量时受到的干扰较小。

本文采用了SintrolSF－600固体流量计，该流量计避免了传统微波流量计不能测量堆积粉尘颗粒的缺点，安装简单且测量精度高。

1 电厂煤粉炉给粉过程存在问题

燃烧系统由输煤、磨煤、粗细分离、排粉、给粉、锅炉、除尘、脱硫等步骤组成。燃煤由皮带输送机从煤场运出，通过电磁铁、碎煤机后送入煤粉间的煤斗内，再经过给煤机进入磨煤机进行磨粉，空气预热器送来的热风将磨制好的煤粉输送至粗细分离器，粗细分离器将合格的煤粉送至粉仓，给粉机将煤粉打入喷燃器，最终送入锅炉进行燃烧。

1.1 管道流量计算

固体体积流量是指单位时间内流经封闭管道或有效截面的固体颗粒的质量。煤粉输送管道如图1所示。

图1 煤粉输送管道示意

设管道中的煤粉总质量为m，假设在时间t内煤粉颗粒全部通过了该段管道横截面S，则在此时间t内通过煤粉管道的质量流量

时间t内煤粉颗粒质量

式中:ρ为管道煤粉颗粒的平均密度，即单位体积内含有的煤粉颗粒质量;V为煤粉颗粒在时间t内流过截面S的体积。设颗粒的平均速度为v，则

由式(1)～(3)可得

从式(4)可以看出，截面积已知的输送管道中煤粉颗粒的质量流量大小由煤粉颗粒充满管道的密度和颗粒的速度决定。

1.2 煤粉分配不均

煤粉细度的检测一般通过人工取样的测量手段，这种手段测量精度低，且结果实时性差，使管道内仍然存在一定量的不合格煤粉。磨煤机通风量越低，煤粉分配越均匀。合格的煤粉会使管道内的风粉具有气相流体特性，容易进行煤粉分配。

煤粉管道之间煤粉分配不均会直接影响燃烧器出口煤粉气流的着火及稳燃，煤粉质量浓度过高时，水平管道内煤粉沉积，不能及时向炉内输送煤粉，使相应的煤粉管道烧坏，燃烧效率低，甚至引起炉膛中心还原气氛强而使受热面中心高温腐蚀或结焦，炉膛热负荷加重;煤粉质量浓度过低时，炉膛燃烧温度降低，炉膛容易灭火，二次燃烧易堵死锅炉下部出灰口，锅炉气压偏低，无法满足负荷要求，同时NOx排放量增加，严重影响机组运行的安全性和经济性。

1.3 最佳空燃比

煤粉燃烧与化学反应一样，燃烧物料存在着一定的比例关系。定量的煤粉与空气中定量的O2在一定比例作用下可以达到最佳热效率。空燃比是减少排放和提高燃烧性能的重要参数。

当空气量不足时，炉膛内的煤粉不能全部燃烧，炉温上升缓慢，造成化学热损失大，同时烟囱冒黑烟，环境污染严重;当空气量过剩时，则会出现过氧燃烧，产生大量NOx及SOx，腐蚀设备，并造成环境污染，同时炉膛内的部分空气未参与燃烧却把热量带走，造成热量损失。

2 微波固体流量计及存在的问题

2.1 微波固体流量计工作原理

微波固体流量计适用于金属管道内气动输送或自由落体过程中的在线测量。利用传感器与管道之间特殊耦合的电磁场产生一个测量场。

物料经过测量场，同时传感器发射低能量微波信号并接收反射回的能量，其中微波反射频率与发射频率产生频差，在流量计输出端产生低频交流电压，相当于1个微波计数器，记录单位时间内物料的体积流量，最终达到检测物料的数量和流速的目的。微波固体流量计工作原理如图2所示。

图2 微波固体流量计工作原理

2.2 传统微波固体流量计存在的问题

传统微波流量计基于多普勒效应原理，存在诸多问题。首先，多普勒法只能用于测量含有一定量悬浮颗粒和气泡的液体，由于采用特定的频率，故仅能测量流动微粒的数量，无法测量堆积微粒的数量，若粉尘沉积等非流动的微粒不会被计算在内，这就从根本上限制了流量计的功能;其次，多普勒法测量精度不高，且测量复杂，需要满管操作。

3 SintrolSF－600固体流量计的应用

3.1 SintrolSF－600固体流量计介绍

SintrolSF－600固体流量计采用先进的微波超短脉冲技术，该流量计专门为工业和市政各类金属输料管道的流量测量而设计，是完全创新的产品。它适用于自由落体段和气力输送的固体物料过程中的在线非接触测量，测量信号不会受到管道内介质压力、温度、蒸汽以及压缩空气的影响。

3.2 实际应用

1套完整的微波固体测量系统包括传感器及安装底座、中央处理单元以及接线盒(连接传感器与中央处理单元)，系统如图3所示。

图3 微波固体测量系统

SintrolSF－600固体流量计对几乎所有的粉末、灰尘、屑状物和颗粒物都可以进行重复测量，直径为1 nm～1 cm的固体颗粒或粉末都满足测量要求，避免了传统微波流量计不能测量堆积微粒的缺点，并且测量范围达到20 t/h，测量精度为±(2%～5%)。能满足大规模工业生产过程的测量流量要求。

4 结束语

在火电厂煤粉给粉过程中，由于煤粉体积浓度无法精确测量，导致煤粉燃烧无法达到最佳状态，能源利用率低，污染环境。本文采用了SintrolSF－600

固体流量计，克服了传统微波流量计的缺点，安装简单且测量精度高，实时在线测量煤粉浓度，可有效控制燃烧系统。

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