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，不能向爐內輸送粉煤，同時引起管道內粉煤自燃以致燒壞輸粉管；粉煤燃燒不徹底，效率低、CO增大、加劇爐膛內受熱面及過熱器受熱面的高溫腐蝕；爐膛及過熱器局部結渣，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粉煤流速和質量流量，并以此為參考調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K為常數，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)境及設備條件的制約，使差壓信號失真，系數K不為常數，最大偏差達34%以上，故通過擋板調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，司爐工只能靠現場經驗及檢測的參考風量進行風煤的調整。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先的微波超短脈沖技術，為各種固體輸料金屬管槽內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器，從而測定出固體物料的流量。其適應固體顆粒(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用（如螺桿給料機或旋轉閥后），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，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進行在線標定。對于火電廠的粉煤質量流量的標定，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，以指導運行人員優(yōu)化調整鍋爐燃燒。
煤粉流量測量信號送入DCS，然后根據煤種進行相應的粉煤量平衡，通常簡單而經濟的做法：只測量系統(tǒng)粉煤量不均勻的情況，并根據測定結果計算每個燃燒器所需的空氣量，因為空氣量的調整比較容易實現，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計風煤粉比范圍內。
司爐工根據測量結果把一次風管(即輸粉管)內風煤比例調整到最佳狀態(tài)并相互匹配平衡，從而改變原先依據經驗調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整給煤機轉速，實現磨煤機出力的準確調整。
針對鍋爐燃燒調節(jié)系統(tǒng)中熱量信號檢測遲延大，造成燃燒調節(jié)系統(tǒng)調節(jié)不靈敏制約其負荷響應速度及其調節(jié)品質的問題，在熱量調節(jié)控制環(huán)節(jié)中增加一給粉量的閉環(huán)調節(jié)環(huán)節(jié)，克服給粉量內擾，以提升燃燒調節(jié)系統(tǒng)調節(jié)靈敏度。
鍋爐各一次風管輸送給粉量的閉環(huán)控制，可真正實現自動優(yōu)化鍋爐燃燒工況。
5 結束語
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。
