（无线电物理专业论文）微波飞灰在线测碳仪的研究和系统实现.pdf

摘要 摘要 就目前锅炉燃烧情况而言 保证锅炉的安全运行在技术上己经不存在太大的 问题 随着电力体制的改革 电力生产企业更加关注锅炉燃烧的效率 飞灰含碳 量是电厂燃煤锅炉的主要运行经济指标和技术指标之一 它标志着锅炉中煤燃烧 的程度 因此 检测燃煤锅炉的飞灰含碳量可以直接了解锅炉的燃烧状态 长期 以来 科研工作人员一直致力于寻求一种测量仪器 能直观快速的反映锅炉运行 的情况 以便指导运行人员及时进行燃烧调整 使锅炉保持最佳运行状况 达到 节能降耗的目的 过去 电厂一直采用灼烧法来测定飞灰含碳量 由于测试需要 的时间比较长 测试结果比锅炉实际工况至少滞后几个小时 不能实时指导锅炉 燃烧调整 本文提出了一种在线实时测量燃煤锅炉中飞灰含碳量的方法 开发研制了烟 道式飞灰含碳量微波测试系统 克服了以前测碳仪存在的诸如堵灰问题 论文讨论了微波测碳的基本原理 完成了微波收发装置和系统的构成 搭建 了静态模拟的实验装置 开展了大量的实验研究工作 验证了微波测量系统的可 行性 特别研究了一种动态补偿方案 对信号源随环境温度变化做出修正 提出 了飞灰浓度的理论计算模型 将飞灰浓度表示为电厂几个主要运行参数的函数 通过采集这几个参数并将其带入模型进行计算 可以得到飞灰浓度 从而为系统 测量飞灰台碳量提供了理论支撑 进而提出一种消除密度变化的双参量法作为后 续工作的补充 论文中还简要介绍了装置在现场的工业应用情况 试验结果表明 本文研制 的在线实时测量系统能够实现对锅炉飞灰含碳量的在线检测 取得了较满意的应 用效果 关键词 飞灰含碳量 在线测量 锅炉燃烧 微波测碳仪 a b s t r a c t a b s t r a c t a sf o rp r e s e n tb o i l e rb u r n i n g i ti sn o tab i gp r o b l e mt o k e e pb o i l e ri ns a f e o p e r a t i o n w i t hr e f o r mo ft h ee l e c t r i cp o w e rs y s t e m t h ep o w e rg e n e r a t i o ne n t e r p r i s e s p a ym o r ea t t e n t i o nt oe f f i c i e n c yo fb o i l e rb u r n i n g c a r b o nc o n t e n to ff l ya s hi so n eo f t h ei m p o r t a n ti n d i c a t o r so fe c o n o m ya n dt e c h n o l o g yi nb u r n i n gc o a lb o i l e ro fp o w e r p l a n t i ti n d i c a t e se f f i c i e n c yo fc o a lb u r n i n gi nb o i l e r t h u s m e a s u r i n gc a r b o nc o n t e n t o ff l ya s hc a nh e l pt ok n o wb o i l e rb u r n i n gs t a t e s c i e n t i f i cr e s e a r c hp e o p l eh a v e b e e n l o o k i n gf o ram e a s u r e m e n tf o ral o n gt i m e i td i r e c tr e f l e c t ss t a t eo fb o i l e rt oh e l p o p e r a t o rt oa d j u s tb u r n i n gs t a t et i m e l y i tn o to n l ym e a n st h a tb o i l e rc a b k e e ph e a l t h b u t t h a tf u e lc a l lb eu t i l i z e de f f e c t i v e l y i nt h ep a s t t h ep o w e rp l a n tu s u a l l yu s e db u r n i n g a n dw e i g h i n gm e t h o dt om e a s u r et h ec a r b o nc o n t e n to f f l ya s h c a u s i n gt h a tt h er e s u l t a r es e v e r a lh o u r sl a t e rt h a nt h eb o i l e ro p e r a t i n g i th a sl i t t l ev a l u eo nd i r e c tt h eb o i l e rt o a d j u s tc o n d i t i o n si nr e a lt i m e t h i sp a p e ra p p l i e dan e wm e t h o dt om e a s u r er e a l t i m ec a r b o nc o n t e n to ff l ya s ho f b o i l e ro nl i n e a n dd e v e l o p e dam i c r o w a v et e s ts y s t e mo ff l u et y p et od e t e r m i n et h e c a r b o nc o n t e n to ff l ya s h t h es y s t e mo ff l u et y p ec a na v o i dt h ed e f i c i e n c i e ss u c ha s s t o p p i n gu pa s hc a u s e db yt h ec o n v e n t i o n a ls y s t e m t h ep a p e rd i s c u s s e daf u n d a m e n t a lt h e o r yt h a tm i c r o w a v ec o u l db e u s e dt o d e t e r m i n et h ec a r b o nc o n t e n t i td e s i g n e dam i c r o w a v em e a s u r i n gs y s t e ma n db u i l ta s t a t i ca n ds i m u l a t i v ea p p a r a t u s f u r t h e r m o r e al a r g ea m o u n to fe x p e r i m e n t a lw o r kw a s c a r r i e do u ta n dt h ef e a s i b i l i t yo fm i c r o w a v e m e a s u r i n gs y s t e mw a sp r o v e d e s p e c i a l l y a d y n a m i ca n dc o m p e n s a t o r yp r o j e c tw a sd i s c u s s e dt or e v i s eav a r i e t yo fs i g n a ls o u r c e w i t he n v i r o n m e n tt e m p e r a t u r e at h e o r e t i c a lm o d e lo nt h ec o n c e n t r a t i o no ff l ya s hw a s p r o p o s e d t h ec o n c e n t r a t i o no f a s hw a sc o n s i d e r e da st h ef u n c t i o no fs e v e r a lp a r a m e t e r s o ft h eb o i l e ri np o w e rp l a n t b ya c q u i r i n gt h e s ep a r a m e t e r s t h ep a p e rc a nc o m p u t et h e c o n c e n t r a t i o no ff l ya s hw h i c hp r o v i d e dt h et h e o r e t i c a lb a s i so ft h em e a s u r i n gs y s t e m m o r e o v e r t w op a r a m e t e r s m e t h o dg e t t i n gr i do fd e n s i t yi sp u tf o r w a r da sa s u p p l e m e n t i i a b s t r a c t t h es a r i s f y i n ge f f e c ti sa l s oi n t r o d u c e db r i e f l yo fp u t t i n gt h es y s t e mo no p e r a t i o na t t h eb o i l e r t h i ss h o w s t h eo nl i n es y s t e m p r o p o s e di nt h i sp a p e r h a se n o u g hc a p a b i l i t y o fm e a s u r i n gt h ec a r b o nc o n t e n to ff l ya s hi nr e a lt i m e k e y w o r d c a r b o nc o n t e n to ff l ya s h t e s t i n g o nl i n e b o i l e r b u r n i n g m i c r o w a v e m e a s u r i n gc a r b o nm e t e r 1 1 1 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果 据我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地 方外 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果 也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料 与我 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中怍了明 确的说明并表示谢意 签名 氆 望聋日期 州年 月日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留 使用学位论文 的规定 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘 允许论文被查阅和借阅 本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印或 扫描等复制手段保存 汇编学位论文 保密的学位论文在解密后应遵守此规定 签名 融 壹圣 导师签名 日期 川f 年厂月 日 第一章引言 当今在我国电力工业的能源结构中主要以燃煤锅炉构成的火力发电机组为 主 预计到2 0 1 0 年 全国发电机机组装机容量将达到5 5 3 亿千瓦 其中火电机组 达到4 0 5 5 亿千瓦 大约占总发电能力的7 3 根据第十届世界动力会议预测 即使到2 0 2 0 年 全世界仍然有7 5 的电力来自以燃煤为主的火力发电机组 对燃 煤火电厂来说 煤耗约占生产成本的8 0 因而促进煤碳完全燃烧 降低发电煤 耗 提高燃煤火电厂的效率一直是人们关注的焦点 1 飞灰含碳量是电厂燃煤锅炉的主要运行经济指标和技术指标之一 它标志着 锅炉中煤燃烧的程度 因此 检测燃煤锅炉的飞灰含碳量可以直接了解锅炉的燃 烧状态 长期以来 科研工作人员一直致力于寻求一种测量仪器 能直观快速的 反映锅炉运行的情况 以便指导运行人员及时进行燃烧调整 使锅炉保持最佳运 行状况 达到节能降耗的目的 1 1 基本方法 过去 一直沿用灼烧称重法来测定飞灰含碳量 也就是利用取样器在烟道中 提取一定重量的飞灰样品 然后放入马弗炉中高温灼烧若干小时 然后利用燃烧 前后的重量差来确定飞灰中的含碳量 由于测试需要的时间比较长 测试结果比 锅炉实际工况至少滞后几个小时 近十多年 锅炉飞灰含碳量的测试方法有了很 大发展 除了灼烧法之外 出现了许多能够快速测定飞灰含碳量的新方法 其中 有y 射线法 2 电容法 3 红外线法和微波法等新方法 4 0 在这些新方法中 由于 微波法具有测试速度快 测试精度高和对环境无污染的优点 所以在国内燃煤锅 炉中得到了广泛应用 在上个世纪9 0 年代 微波测碳仪还被电力部作为节能产品 在全国电力系统推广使用 1 2 国内外研究现状 电子科技大学硕士学位论文 根据燃煤锅炉飞灰含碳量微波测试系统的工作方式 通常可以分成两种类型 一种是传统的带有飞灰取样装置的微波测碳仪 另外 种是最近出现的没有取样 装置的烟道内置式微波测碳仪 带有飞灰取样装置的微波测碳仪是国内生产和使用较多的燃煤锅炉飞灰含碳 量微波测试系统 1 9 8 6 年 西安无线电一厂陈中信等人研制了国内第一台带有飞 灰取样装置的w c t 1 微波测碳仪 5 其后 江苏省扬中微波仪器厂生产了w c t 2 型微波测碳仪 6 深圳市赛达电力设备有限公司生产了m c m 型微波测碳仪 7 1 四 川电力高新技术开发推广中心生产的s c d 一3 型微波测碳仪 8 江西萍乡锅炉辅机 设备厂生产的c t y g 型锅炉飞灰自动测碳仪 9 镇江微波仪器厂生产了m f a m 3 型锅炉飞灰含碳量在线监测系统 10 1 南京大陆中电科技股份有限公司生产了 w b a 型电站锅炉飞灰含碳量在线检测装置 1 3 其中 w c t 2 型微波测碳仪是 生产数量最多 安装使用最多的燃煤锅炉飞灰含碳量微波测试系统 早期微波测碳仪存在的主要问题是堵灰和测量准确性不高 1 钔 解决堵灰比较 常见的方法主要有采用电磁振动 加伴热带提高灰样温度 这两种措施几乎在所 有的微波测碳仪中都被采用了 但是 堵灰现象仍然时有发生 并不能根除 1 9 9 3 年c u t m o r eng 提出了一种烟道内置式飞灰含碳量测试系统 彻底解决了微波测 碳仪的堵灰问题 1 该系统的结构如图1 1 所示 该系统是谐振式测试系统 馈 入的微波信号在发射和接收天线之间振荡 在输出端测量微波信号的频率和o 值 通过标定确定一个与烟气密度无关的量 该量只与烟气的含碳量有关 而与烟气 密度无关 利用数字处理电路处理后 得到烟气中飞灰的含碳量值 由于该装置 的传感器全部放置在烟道中 没有常规微波测碳仪的灰路 因此 它也就彻底解 决了过去测碳仪的堵灰问题 烟气 e 吹扫空气入口烟道 图i 1 烟道内置式飞灰含碳量测试系统示意图 第一章引言 这种结构的微波测碳仪出现以后 立刻受到了国内同行的关注 1 9 9 9 年储雪 予 潘丽华等人发表了他们的研究成果 l 他们利用衰减法建立了烟道内置式飞 灰含碳量测试系统 如图1 2 所示 该系统采用无灰路直接测试的方法 即以预选 的烟道断面作为测试对象 以烟道内流动的携带飞灰的烟气流作为测试样品 将 微波传感器装在烟道壁上 烟道内飞灰含碳量的变化导致微波传输能量的衰减 达到飞灰含碳量的测试目的 如图1 2 所示 振荡器产生的微波进入定向耦合器后 先分出一部分微波能量进入检波器 检波放大后作为监视信号接入单片机进行计 算处理 其余微波能量交给发射喇叭天线 穿过烟道中的烟气流到达接收天线 经过检波放大以后 该信号作为测量信号也被送到单片机进行计算处理 该系统 工作在x 波段 发射和接收都使用喇叭天线 厂 目口鲻辑 轧轮5婚蛆 镗o i 4 2 0 8 5 4 2 0 菩毯妞 第六章现场试验数据的分析 全燃烧热损失 寻求最佳的煤粉细度 使这两项损失之和达到最小 另外 煤粉 颗粒比较均匀时 飞灰含碳量也会相对减少 3 3 6 1 3 锅炉负荷对飞灰含碳量的影响 锅炉运行负荷降低时 燃料消耗量减少 水冷壁的吸热量随之也要减少 但 相对每k 燃料而言 水冷壁的吸热量反而有所增加 从而使得炉膛平均温度降低 影响煤粉的着火 造成飞灰含碳量上升 反之 同样的煤粉在高负荷时 则容易 燃尽 有利于降低飞灰含碳量 但锅炉负荷也不是越高越好 因为过高的锅炉负 荷容易引起炉膛结焦 所以应对锅炉负荷加以控制 试验表明 负荷的这个影响 与煤质也有关 挥发分高的煤 飞灰可燃物很低 负荷对其影响较小 对挥发分 低的煤 负荷对其的影响就较大口 锅炉负荷的一个主要影响因素是蒸汽流量和 给煤量 图6 2 为锅炉蒸汽流量的变化曲线 图6 3 为给煤量的曲线 摆 辩 糯 2 20 0 6 3 2 92 0 0 6 3 3 02 0 0 6 3 3 12 0 0 6 4 1 0 0 0 00 0 0 00 0 o 0o o 0 0 图6 2 蒸汽流量变化曲线 时间 1 1 时间m 2 0 0 6 3 2 92 0 0 6 3 3 02 0 0 6 3 3 12 0 0 6 4 12 0 0 6 4 22 0 0 6 4 3 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 0 臣王圆 图6 3 给煤量变化曲线 4 过量空气系数对飞灰含碳量的影响 弱 坫 5 o 要卿犊躲 电子科技大学硕士学位论文 若过量空气系数较小 则煤粉在贫氧条件下燃烧 煤粉的燃尽度相应的较小 造成炉膛出口处的飞灰含碳量较大 随着过量空气系数的增加 逐渐达到煤粉完 全燃烧所需要的氧量值 炉膛出口处的飞灰含碳量逐渐降低 当达到一定的过量 空气系数以后继续增加送风量 飞灰含碳量基本不会变化 但当过量空气系数增 加时 排烟损失也在增加 故对锅炉来说 存在一个虽佳过量空气系数 其能够 使锅炉的效率达到最佳 过量空气系数的变化主要是含氧量的变化 图6 4 是含氧 量随时间的变化曲线 时f f i j h 2 0 0 6 3 2 92 0 0 6 3 3 02 0 0 6 3 3 12 0 0 6 4 12 0 0 6 4 22 0 0 6 4 3 0 0 0 0 o o o oo o o o0 3 0 0o o o oo o o o 图6 4 含氧量变化曲线 5 配风方式对飞灰含碳量的影响 一 二次风的混和特性也是影响炉内燃烧的重要因素 二次风如果在煤粉着 火以前过早的混入一次风对着火是不利的 尤其是对于挥发分低的难燃煤更是如 此 因为这种过早的混和等于增加了一次风率 使着火热量增加 着火推迟 但 如果二次风较迟混入 又会使着火后的煤粉得不到燃烧所需氧气的及时补充 这 些都会使炉内燃烧不完全 飞灰含碳量增加 另外 在一定的总风量下 燃烧器 应该保持适当的一二次风出口风率 风速 次风速率越大 为达到煤粉气流着 火所需吸收的热量越大 到着火所需的时间也越长 同时煤粉浓度也会相对的降 低 这对于燃烧都是不利的 但一次风速率太小会使煤粉燃烧初期氧量不足 造 成不完全燃烧 一般原则上要求一次风速率在大小上只要满足燃尽挥发分的需要 就可以了 一次风速不能过大 若风速过大 在其中的大颗粒可能因为其动能过 大而穿过燃烧区不能燃尽 造成飞灰含碳量的增加 风速太小会使气流无刚性 造成偏转 破坏炉内动力场 并且其卷吸高温烟气的能力下降 这都会造成不完 全燃烧 此外 风速太低还有可能造成堵管 图6 5 和图6 6 分别为 次风和二次 6 5 4 0 2 1 0 逞删噼姐 第六章现场试验数据的分析 风压力随时间变化曲线 一 髦 r 出 匠 1 5 8 6 6 5 4 5 2 3 5 4 8 4 6 4 4 时间 h 2 0 0 6 3 2 92 0 0 6 3 3 02 0 0 6 3 3 12 0 0 6 4 一l2 0 0 6 4 22 0 0 6 4 3 0 0 0 00 0 0 0o o o o0 0 o o0 0 0 0o o 0 0 巨三翌画 图6 5 一次风压力变化曲线 2 0 0 6 0 2 92 0 0 6 3 3 0 2 0 0 6 3 3 1 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 时间m 2 0 0 6 4 12 0 0 6 4 22 0 0 6 4 3 0 0 0 00 0 0 00 0 0 0 图6 6 二次风压力变化曲线 6 炉内空气动力场对飞灰含碳量的影响 炉内保证良好的空气动力场 不仅可以加强高温烟气回流 而且还可以使煤 粉和空气良好混和 保证煤粉的充分燃烧 降低炉膛出口的飞灰含碳量 对于四 角切圆燃烧的锅炉 就是要保证一 二次风汇合成的假想切圆与设计值相符 因 为假如切圆被破坏 就会使煤粉与空气不能充分混合 这样就有可能导致炉内局 部煤粉因缺氧而不能完全燃烧 从而造成飞灰含碳量上升 3 8 d 9 1 7 热风温度对飞灰含碳量的影响 2 l 6 9 8 7 6 6 6 5 5 5 5 芭d r坦医蛞 电子科技大学硕士学位论文 热风温度和煤粉气流的温度有着很直接的联系 若热风温度较高 则会减少 煤粉着火所需的热量 有利于燃烧的进行 当热风温度较低时 会增加煤粉燃烧 的着火热 同时也会使炉膛的温度相应降低 这些都会影响煤粉的燃烧 使飞灰 含碳量增加 6 2 3 飞灰浓度的引入 在线测量飞灰含碳量时 测量系统的信号对应烟道内测量空间碳的总量 碳 的总量与测量空间的大小 测量空间飞灰浓度以及飞灰含碳量都有关系 锅炉调 整运行工况或煤质变化时 飞灰含碳量和飞灰浓度将变化 从而引起碳的总量的 变化 1 飞灰浓度概述 在线测量飞灰含碳量时 需要知道飞灰浓度 通常情况下气固相混合物的测 量方法如下 浓相气固混合物中固相浓度的测量方法通常有以下三种 1 差压法 利用混合物的密度差进行测量 2 热容法 根据热平衡原理 以一定的功率加热混合物 进口和出口之间有一个温度变 化 灰和空气的比热容己知 则可以计算出飞灰浓度 3 电容法 让混合物通过一个电容器 通过测量电容值 计算出飞灰浓度 稀相混合物中固相浓度的测量方法通常有以下三种 过滤法 做一个孔眼很小的筛子 使灰无法通过 定容抽出气体 剩余的灰 就相当于被过滤了 测量灰的质量 就可以计算出飞灰浓度 光照法 用光照射稀相混合物 飞灰浓度不同 光的透射率也不同 通过光 的强度变化可以测出飞灰浓度 溶胶法 稀相混合物相当于气溶胶 可以通过气溶胶的特性测量 电厂锅炉尾部烟道中的飞灰浓度约为o 0 2 k g m 3 的数量级 空气的密度为 1 2 9 k g m 3 相当于每千克的烟气携带o 0 2 k g 的飞灰 远小于气体输送浓度l o k g m 3 所以飞灰和气体的混合物属于稀相混合物 飞灰和烟气的稀相混合物中飞灰浓度小 尚无精确的测试方法对其实施在线 测量 故建立飞灰浓度模型 将飞灰浓度表示为锅炉各在线参数和飞灰含碳量的 第六章现场试验数据的分析 函数 从锅炉热平衡出发 将煤种特性与锅炉热效率相结合用干电站煤粉锅炉的 飞灰浓度计算 根据测量信号 利用飞灰浓度模型 可以实时测量飞灰含碳量 2 提出数学模型 在锅炉运行中 飞灰浓度与煤种和锅炉运行工况都有关系 飞灰浓度表示如 下 p 媒种特性 运行工况 6 1 在这里 1 表示飞灰浓度 由于影响飞灰浓度的因素太多 考虑所有因素是不现实的 所以模型分析了 各变量对飞灰浓度的影响程度 将对飞灰浓度影响程度小的变量取为常见的数值 最后经过化简 将飞灰浓度表示为仅有的几个在线测量量的函数 便于实时计算 煤种特性主要考虑煤质中的水分和氢 锅炉运行工况包括过热蒸汽温度 过热蒸 汽压力 给水温度 给水压力 蒸发量 耗煤量 排烟处的过量空气系数 排烟 温度等 下面从煤种特性和锅炉热平衡角度来推导飞灰浓度 由煤种特性 统计 得到煤干燥无灰基高位发热值基本恒定的规律 计算锅炉热平衡需要知道锅炉各 项热损失 尤其是排烟热损失 为此首先计算燃烧产物焙 求出排烟热损失 并 进而列出锅炉热平衡方程 4 0 4 1j 其中用到的假设 1 排烟热损失只与排烟温度和过量空气系数有关 而与具体的煤种无关 2 煤干燥无灰基高位发热值基本恒定 建立模型的思路 本文从锅炉热平衡的角度计算飞灰浓度 为此 采取以下步骤 1 计算出多种煤质的排烟热损失 找出排烟热损失只与排烟温度和过量空 气系数有关的规律 拟合出排烟热损失的公式 2 得到排烟热损失之后 根据锅炉的热平衡和锅炉的热效率关系 导出收 到基热值与灰分的一个关系式 3 经过对多种常用煤种的统计 得到烟煤干燥无灰基高位发热值基本恒定 的规律 将其取为一个常数 根据燃料特性关系 导出收到基热值与收到基灰分 的一个关系式 4 求解方程组 得到收到基低位热值 收到基灰分的表达式 将它们代入 飞灰浓度的公式 将飞灰浓度表示为各在线测量量以及飞灰含碳量 水分 氢的 表达式 4 7 电子科技大学硕士学位论文 5 计算灰份的质量流量 6 计算烟气量 7 计算给煤量 8 根据锅炉运行时过热蒸汽和给水的常用数据 拟合过热蒸汽焙 给水热 焙的公式 9 将收到基灰分 收到基热值 烟气量 给煤量等各项因素综合考虑 得 到飞灰浓度的表达式 经过以上步骤 飞灰浓度可以表示为飞灰含碳量 排烟处的过量空气系数 给煤量和锅炉负荷的函数 综上所述 在很多微波在线测量含碳量的系统中 都没有考虑飞灰浓度的影 响 这肯定会给飞灰含碳量的测量带来一定的偏差 但是飞灰浓度模型的建立涉 及的因素很多 本课题只是引入了这一个概念 并没有建立实际的模型 4 2 1 第七章结论 7 1 工作总结 第七章结论 本文研制了一种烟道式微波飞灰含碳量测试系统 系统以烟道内流动的飞灰 作为测量对象 从根本上消除了取样带来的测量误差 从而真正做到了连续 实 时监测飞灰含碳量 微波系统工作在x 波段 其工作频率为9 3 7 5 g h z 数据采集 电路采用的是单片机控制电路 本设计所采用的是a t m e l 公司的a t 8 9 系列单片 机a t 8 9 c 5 2 通过串行通讯口 将微波接收单元输出的检波电压信号传输至主控 计算机 现场实验表明 本系统具有很好的测量效果 能够实现飞灰含碳量的在 线测量 操作人员可以随时调整运行方式 将飞灰含碳量控制在最佳范围 从而 尽量提高燃烧程度 优化燃烧过程 提高机组运行水平 这对于电厂节能 提高 经济效益有着现实意义 与以前的飞灰含碳量测量方法相比 本文研制的微波飞 灰含碳量测试系统的特点如下 1 无需取样和称重等过程 不会延时 工作量小 能够在线监测飞灰含碳 量 2 以整个烟道中流动的飞灰作为测量对象 没有取样器 避免了堵灰问题 3 测量系统简单可靠 没有复杂的附加设备 没有系统维护工作 4 测量系统布置方式灵活 安装方便 对烟道中的烟气流动没有影响 5 测量系统体积小 能耗低 7 2 发展前景 通过锅炉热平衡建立飞灰含碳量浓度计算模型 并将飞灰浓度表示为过量空 气系数 锅炉负荷和燃料量等电站锅炉运行参数的函数 通过在线采集这些锅炉 运行参数计算出烟尘密度 然后对含碳量的测试数据进行补偿 虽然这种方法理 论上可行 但是实际使用仍然非常麻烦 首先 这几个锅炉的运行参数中部分参 数不容易获得 其次 该模型的准确程度有待确认 所以 该方法的有效性仍需 电子科技大学硕士学位论文 要更多锅炉和运行工况的验证 所以在这里我们考虑另外一种方法 一种称为双 参量法的测试技术 消除密度影响的方法过去在微波测湿技术中已经采用过 该方法被称作与密 度无关的湿度测量技术 通常 与密度无关的湿度测量技术需要测量两个参数 所以又称作双参量法 4 3 4 4 双参量法中的一种同时测量谐振频率和q 值的方法 另外一种是同时测量幅度和相位 还有一种是测量两个不同频率下的衰减或相移 这些方法的基本原理是 假定 谐振频率 和q 都是密度叩和含碳量v c 的函数 jf f r vc 7 1 q 日 k 如果 我们把上式看成是一个方程组 在其中一个式子中解出 式子 我们就可以得到一个与密度无关的关系式 f f q v c 代入另外一个 7 2 只要我们能够对上式作出标定 我们就可以根据测得的厂和q 唯一地确定含 碳量值 这就是中与密度无关测试方法的原理 同样 对于测量幅度和相位的双 参量测试系统也可以得到了类似的关系式 因此 我们可以尝试测量幅度和相位 的与密度无关的含碳量测试系统 作为烟道型飞灰含碳量在线测量系统的发展 这样就容易解决飞灰含碳量的准确测量问题 使我国的飞灰含碳量测量技术达到 先进水平 致谢 致谢 在此论文完成之际 谨向导师贾宝富教授致以衷心的感谢 三年来 贾老师 从学习上和生活上给予我极大的教诲和帮助 他不仅以渊博的学识和丰富的实践 经验来给我以实际的启迪和引导 更以严谨求实 踏实肯干的工作作风来影响和 激励着我 从他的身上 我不仅学到了扎实 宽广的专业知识 更学会了做人的 道理 贾老师在论文的选题 在我从事课题研究期间 以及在论文的编写期间都 对我作了大量的精心指导 让我感激不尽 本论文所属课题是和东方锅炉科技开发有限公司的夏华澄 覃小刚共同完成 的 两位既是工作中的同事 又是学习道路上的朋友 在课题的进行过程中 他 们对我所遇到的各种问题都作了耐心而细致的解答 并在生活上和工作上都给予 了无私的帮助 在从事课题研究期间 笔者所在实验室的朱兆君 王传兵 王健 等诸位同学给予了大力支持 在此向他们表示诚挚的谢意 感谢父亲陈贤智 母亲陈翠香对我的培养 感谢他们在我遇到困难的时候给 我的巨大鼓励 以及在生活上对我无微不至的关心 最后我衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家 教授 也感 谢到场参加我答辩的所有老师和同学 电子科技大学硕士学位论文 参考文献 1 谢云努力减少发电煤耗实现电力工业持续健康发展 中国能源 1 9 9 7 5 1 0 1 4 1 7 2 马永和 火力发电厂飞灰含碳量的检测 黑龙江自动化技术与应用 1 9 9 9 1 6 6 5 1 5 5 3 陈一帆 电容式测碳仪测量原理分析 浙江电力 2 0 0 3 n o 3 5 8 6 l 4 刘文鹏 王乃文 飞灰含碳量在线监测技术在电站锅炉上应用的探讨 电站系统工程 1 9 9 4 1 0 1 5 2 5 4 5 陈中信 吴思昌 王蓓 等 微波测碳仪中国专利 8 6 1 0 2 1 8 3 1 9 8 7 1 0 1 4 6 江苏省扬中微波仪器厂 i y c t 一2 型锅炉飞灰含碳量检测系统使用说明 1 9 8 9 7 邵武 岳国奋m c i v l i i i 型飞灰测碳仪在火电厂的应用 福建电力与电工 2 0 0 1 2 1 2 6 9 8 四川i 电力高新技术开发推广中心 电子科技大学s c d i i i 型微波测碳仪技术报告 1 9 9 7 9 陈哗锅炉飞灰自动测碳仪及其应用 华中电力 1 9 9 7 1 0 5 1 61 7 i 0 胡建华 尹戈林 罗初林 m f a m 一3 型锅炉飞灰含碳仪的应用 江西电力 2 0 0 2 2 6 4 2 1 2 2 1 1 骆宝全 锅炉飞灰含碳量在线监测仪的应用 华东电力 2 0 0 3 n o 3 3 7 3 8 1 2 南京大陆中电科技股份有限公司船a 型电站锅炉飞灰含碳量在线检测装置设计说明 书 2 0 0 2 1 3 武丽萍 王月光 王璋 w b a 型电站锅炉飞灰含碳量在线检测装置应用 山东电力高等专科 学校学报 2 0 0 2 5 1 4 3 4 5 1 4 吴曙笛 微波飞灰测碳仪现存问题与改进途径 西北电力技术 2 0 0 0 n o4 3 7 4 1 15 e v a n st gc u t m o r engm c e w a naj m i c r o w a v et e c h n i q u ef o ro n l i n ed e t e r m i n a t i o no f u n b u m tc a r b o ni nf l ya s h a s i a p a c i f i cm i c r o w a v ec o n f e r e n c e 1 9 9 2 2 6 1 0 5 6 3 5 6 6 1 6 储雪于 潘丽华 烟道式锅炉飞灰微波测碳系统的开发和应用 华东师范大学学 报 1 9 9 9 4 1 2 5 3 5 6 1 7 汤达祯燃煤电厂飞灰物质成分筛分磁选实验研究 中国矿业大学学报 2 0 0 0 2 9 5 4 6 8 4 7 1 1 8 孙俊民 韩德馨 煤粉颗粒中矿物分布特征及其对飞灰特性的影响煤碳学报 2 0 0 0 2 5 5 5 4 6 5 5 0 1 9 徐万仁 杜鹤桂 煤粉性状对残碳颗粒形态及燃尽特性的影响 动力工程 1 9 9 4 1 4 3 3 1 3 3 5 2 参考文献 2 0 1 潘丽华 烟道式锅炉飞灰微波测碳系统开发与应用 华东电力 1 9 9 9 n o 8 4 6 2 1 李宗谦 余京兆 高葆新 微波工程基础 北京 清华大学出版社 2 0 0 4 3 7 3 3 8 4 2 2 黄香馥 陈天麒 张开智 微波固体电路 成都 成都电讯工程学院出版社 1 9 8 8 1 9 0 2 3 0 2 3 1 顾其诤 项家桢 袁孝康 微波集成电路设计 北京 人民邮电出版社 1 9 7 8 4 4 8 5 3 3 2 4