1 引言
火電廠的大型燃煤機組一般都采用直吹式制粉系統(tǒng)，每臺磨煤機出口均有4～8根一次風粉煤管道直接與鍋爐燃燒器連接，粉煤通過輸粉管線輸送到鍋爐燃燒器進行燃燒。由于各粉煤管道的長度和彎頭數(shù)量不同，使得每根管道的壓力損失不同，由此形成各煤粉管道之間粉煤分配不均勻，結(jié)果使燃燒器不能在最佳風煤比條件下正常運行，使燃燒效率降低，NOX排放量增加并且使鍋爐故障率增大。
2 粉煤檢測存在問題分析
當各粉煤管道之間粉煤分配不均勻時，會出現(xiàn)煤粉濃度過高、過低，流速過高、過低等狀況。
粉煤濃度過高時，會發(fā)生以下狀況：
粉煤堵管，不能向爐內(nèi)輸送粉煤，同時引起管道內(nèi)粉煤自燃以致燒壞輸粉管；粉煤燃燒不徹底，效率低、CO增大、加劇爐膛內(nèi)受熱面及過熱器受熱面的高溫腐蝕；爐膛及過熱器局部結(jié)渣，嚴重影響鍋爐的正常運行。
粉煤濃度過低時，發(fā)生以下狀況：
爐膛溫度降低，易熄火，鍋爐氣壓降低，無法達到負荷要求；產(chǎn)生大量的NOX，污染環(huán)境，過熱器高溫，甚至引起過熱器爆管等事故；為了加大氣壓，提高一次風(輸粉管)流速，爐膛切圓偏移爐膛中心，造成爐墻局部結(jié)渣，尾部受熱面煙溫偏差過大，甚至引起爆管。
當粉煤和空氣混合物的流速過快時，會影響粉煤最佳濃度，發(fā)生以下狀況：
加劇輸粉管的磨損；燃燒器出口混合物流速過快，燃燒滯后，造成火焰中心偏斜并容易引起爐墻局部結(jié)焦以及爐膛尾部過熱器局部超溫爆管；燃燒不徹底，灰中含碳量以及排煙溫度增高，降低鍋爐效率。
當混合物流速過慢時，除影響最佳粉煤濃度外，發(fā)生以下狀況：
輸粉管沉積的粉煤增多，引起堵管；引起粉煤自燃，甚至發(fā)生粉煤管道爆炸；燃燒器出口混合物流速過慢，粉煤大量與主氣流分離，長久下去除造成煤耗增高，還會引起爐膛熄火以及二次燃燒堵死鍋爐下部出灰口。
3 煤粉測量解決方案
解決以上問題的方法是通過在線測量粉煤管內(nèi)粉煤流速和質(zhì)量流量，并以此為參考調(diào)整每個燃燒器的二次風量，滿足燃燒的最佳狀況。
在直吹式制粉系統(tǒng)中，粉煤量的控制是靠進入鍋爐磨煤機的一次風量來監(jiān)測的。因此，一次風流量信號顯得特別重要。對于文丘里管流量計測流量，當前后流場穩(wěn)定及均勻時，其流量系數(shù)K為常數(shù)，只需測得流體密度與壓差值，即可得出通風量。由于工況環(huán)境及設(shè)備條件的制約，使差壓信號失真，系數(shù)K不為常數(shù)，最大偏差達34%以上，故通過擋板調(diào)整風量來控制進入鍋爐的燃煤量是不可靠的。當鍋爐負荷增減時，司爐工只能靠現(xiàn)場經(jīng)驗及檢測的參考風量進行風煤的調(diào)整。如果在輸粉管（即一次風管）安裝粉煤流量和濃度在線測量儀表，則能最佳地控制粉煤量，降低煤耗，同時減輕司爐工勞動強度，改善工作環(huán)境。對于直吹式制粉系統(tǒng)來講，在一次風管上安裝煤粉流量和速度在線測量裝置，除解決上述兩進兩出磨煤機風量測量誤差大、不可靠問題外，還可及時發(fā)現(xiàn)直吹式分離器鎖氣器泄漏、不起作用等故障。
4 微波固體流量計測量系統(tǒng)
4.1 測量原理
微波固體流量計采用領(lǐng)先的微波超短脈沖技術(shù)，為各種固體輸料金屬管槽內(nèi)的物料流量檢測而開發(fā)。微波固體流量計MF3000利用微波能量場和固體顆粒對微波的折射和多普勒原理，傳感器向輸料金屬管道/料槽內(nèi)的固體物料發(fā)射低能量微波信號，信號被物料反射后又被傳感器接收。通過移動物料的微波反射能量來測量物料的密度，相當于一個微波計數(shù)器，從而測定出固體物料的流量。其適應(yīng)固體顆粒(粉末)的直徑從1nm～1cm，測量準度1-3%(標定后)。
4.2 系統(tǒng)組成
一套完整的微波固體測量系統(tǒng)包含：傳感器探頭及安裝底座；通訊單元(可選)；變送器(連接傳感器探頭與通訊單元)。傳感器探頭與通訊單元之間采用RS2485Modbus連接，當距離超過1.8m時，需采用變送器。系統(tǒng)組成如圖所示。
4.3 微波固體流量計安裝
依據(jù)輸煤管道上下游區(qū)域狀況，選擇適合的安裝點。當管徑大于<200mm時，每根輸煤管上應(yīng)安裝2～3個傳感器探頭，傳感器探頭之間的間隙為150mm，并成90°角或120°角。對于物料自由落體的應(yīng)用（如螺桿給料機或旋轉(zhuǎn)閥后），物料落體點后300mm處是最好的安裝位置。安裝時，先將傳感器探頭底座焊接到一個固定的點，然后從傳感器探頭底座鉆一個<20mm的孔到管道內(nèi)，插入傳感器探頭并通過安裝螺母使傳感器探頭測量面與管道內(nèi)表面平齊或鎖回1～2mm。
4.4 微波固體流量計標定
微波固體流量計標定方式必須通過實際被測介質(zhì)進行在線標定。對于火電廠的粉煤質(zhì)量流量的標定，可通過丹麥M&W的專用煤粉采樣系統(tǒng)進行標定。
4.5 微波固體流量計應(yīng)用后的控制改進
將鍋爐粉煤流量測量和一、二(三)次風測量系統(tǒng)作為DCS的單獨系統(tǒng)，實時在線監(jiān)測一、二（三）次風各風管的風速、噴口速度和風量，以及各一次風管的粉煤濃度、粉煤量等參數(shù)，以指導(dǎo)運行人員優(yōu)化調(diào)整鍋爐燃燒。
煤粉流量測量信號送入DCS，然后根據(jù)煤種進行相應(yīng)的粉煤量平衡，通常簡單而經(jīng)濟的做法：只測量系統(tǒng)粉煤量不均勻的情況，并根據(jù)測定結(jié)果計算每個燃燒器所需的空氣量，因為空氣量的調(diào)整比較容易實現(xiàn)，只要用風門擋板就可以控制燃燒器的二次風量。雖然各燃燒器間煤粉量的不平衡沒有改善，但能確保每個燃燒器運行在設(shè)計風煤粉比范圍內(nèi)。
司爐工根據(jù)測量結(jié)果把一次風管(即輸粉管)內(nèi)風煤比例調(diào)整到最佳狀態(tài)并相互匹配平衡，從而改變原先依據(jù)經(jīng)驗調(diào)整風門擋板和給粉量的習慣操作方法。
針對直吹送粉鍋爐，可以通過磨煤機各粉煤管粉煤流量的累計值來調(diào)整給煤機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)磨煤機出力的準確調(diào)整。
針對鍋爐燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)中熱量信號檢測遲延大，造成燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)不靈敏制約其負荷響應(yīng)速度及其調(diào)節(jié)品質(zhì)的問題，在熱量調(diào)節(jié)控制環(huán)節(jié)中增加一給粉量的閉環(huán)調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，克服給粉量內(nèi)擾，以提升燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)靈敏度。
鍋爐各一次風管輸送給粉量的閉環(huán)控制，可真正實現(xiàn)自動優(yōu)化鍋爐燃燒工況。
5 結(jié)束語
通過提高燃煤機組粉煤流量(濃度)以及風量(速)的精確檢測，滿足各輸煤管煤粉濃度和風量(速)的平衡，使鍋爐燃燒火焰保持在爐膛中心，確保燃燒均衡出力、優(yōu)化燃燒及延長鍋爐使用壽命、保持鍋爐長時間安全經(jīng)濟運行的目的，可降低電廠煤耗3%，并可降低火電廠NOx的排放量。
