介可视 HENSE 微波固体流量计在煤粉测量中的应用
摘要：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，使锅炉燃烧器不能在*风煤 比工况下运、使燃烧效率降低。一氧化氮排放增加并且使锅炉故障率增高。通过应用微波固体流量计，准 确测量煤粉流量(浓度)以及风量(速)。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*风煤比工况下运行，降低能耗，减少污染物的排放。
1、引言
火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*风煤比工况下运 行，使燃烧效率降低，NO 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 NO，污染环境，过热器温， 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*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*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*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。对于差压类流量计的测量，当其前后流场稳定及均匀时，其流量 系数 K 为常数，只要知道差压值结合计算书，即可求出通风量。然而由于环境及 设备条件的限制，系数 K 不是常数，*误差 30%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，锅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，同时减轻锅炉工劳动强度，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、微波固体流量测量系统
4.1 测量原理
德国介可视 HENSE 微波固体流量计具有世界*的微波测量技术，适应于金 属封闭管道内固体质量流量的测量，该仪表适用于气力输送或自由落体 （1nm-20mm）的粉末、小球状、絮状、粒装等固体流量在线监测。流量计传感 器探头前端发射 24GHz 的微波信号，管道内传输的固体颗粒反射微波信号，通 过计算方法计算出质量流量和流速。
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；工艺管线、PC 端 调试工具、现场电气连接线缆，以及 HENSE 组态软件和二次仪表（或 PLC、 DCS，触摸屏等）
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 DN300mm 时，介可视厂家建议对现场管线进行变径处理（其传感器测量管道范围为 DN25-DN300），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*的安装点。
安装时，先将工艺管线开一个大约 25mm 的孔，然后将传感器底座焊接到开孔 位置固定，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即可。
4.4
HENSE 微波固体流量计的方法必须采用实际被测介质进行。对于 电厂的煤粉质量流量的，可以采用 HENSE 固体流量计软件。
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。虽然各燃烧器问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。锅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*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 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 NO 的排放量，和其他因为不充分燃烧 造成的污染物排放。
