微波飞灰测碳仪2012.11.1

1、微波飞灰测碳仪 解决的问题n 对燃煤发电厂，煤耗约占生产成本的80%, 因而设法促进完全燃烧，降低发电成本是火电厂的长期奋斗目标。当飞灰含碳量高时，反映出锅炉风煤配比不合理，燃烧不完全，不但导致发电成本升高，而且也增大了氮氧化物气体及固体颗粒的排放，对环境也造成严重的影响。如果能实现飞灰可燃物的在线监测，指导操作人员及时调整运行参数，优化锅炉燃烧，将飞灰含碳量控制在最佳范围内，提高锅炉燃烧效率，是节约能源的重大措施。 1 微波测量原理 .0, 0,HEEEiHHiE在导体内部，对一定在导体内部，对一定频率频率的电磁波，麦克的电磁波，麦克斯韦方程组为：斯韦方程组为：2 两个方程相比较，差别仅在于

2、第二式右边多了一项，这两个方程相比较，差别仅在于第二式右边多了一项，这是由电磁波的传输媒质不同引起的，为微波测碳提供了理论是由电磁波的传输媒质不同引起的，为微波测碳提供了理论依据依据。.0,0,HEEiHHiE绝缘介质的绝缘介质的麦克斯韦方麦克斯韦方程组为：程组为： 锅炉内未被燃烧的煤粉在高温条件下，转化成石墨状碳锅炉内未被燃烧的煤粉在高温条件下，转化成石墨状碳 ，而，而石墨就是一种良导体，高频电磁波传入良导体后，衰减极快。在石墨就是一种良导体，高频电磁波传入良导体后，衰减极快。在微波电磁场中，微波电流（电磁波电流）流过石墨体积电阻产生微波电磁场中，微波电流（电磁波电流）流过石墨体积电阻产生焦

3、耳热，将微波电磁场中的能量转化成了热能，飞灰中的石墨浓焦耳热，将微波电磁场中的能量转化成了热能，飞灰中的石墨浓度越高，它吸收能量的作用就越度越高，它吸收能量的作用就越强强，反之亦然。因此，可由测量，反之亦然。因此，可由测量飞灰吸收微波能量的多少测量飞灰含碳量。飞灰吸收微波能量的多少测量飞灰含碳量。微波测量法的主要结构微波测量法的主要结构测量原理图测量原理图 关键技术关键技术3.1 3.1 功率相位结合法测量含碳量功率相位结合法测量含碳量 33.2 3.2 电容法降低煤种变化对测量结果的影响电容法降低煤种变化对测量结果的影响 通过功率与相位相结合的测量方法，大大提高了通过功率与相位相结合的测量方

4、法，大大提高了测量的精度。测量的精度。电容时域测量法是进行低频介电参数测量的有效方电容时域测量法是进行低频介电参数测量的有效方法，将它和微波法测量得到的数据联合分析，大大法，将它和微波法测量得到的数据联合分析，大大降低了不同煤种变化对飞灰含碳量测量的影响。降低了不同煤种变化对飞灰含碳量测量的影响。 3.1功率相位结合法测量含碳量3只测量微波能量的计算公式功率相位结合测量的计算的公式nC%=a1+a2(A) nC%=a1+a2(A) +a3() A:微波信号的功率衰减量a1 ， a2 变换系数 A:微波信号的功率衰减量 :微波信号的相位变化量 a1，a2，a3 变换系数)(0expzEE)(0e

5、xpzEE采用功率结合相位测量时数据采用功率结合相位测量时数据分布散点图分布散点图采用功率测量时数据采用功率测量时数据分布散点图分布散点图 从图中可以看到对相同的两组样品进行测量，采用功率结合相位测从图中可以看到对相同的两组样品进行测量，采用功率结合相位测量的方法大大提高了测量的线性和精度。量的方法大大提高了测量的线性和精度。 功功率率检检测测相相位位检检测测信信号号处处理理信信号号处处理理A A/ /D D转转换换锁锁相相环环路路被被测测介介质质喇喇叭叭馈馈源源信信号号处处理理功功率率检检测测控控制制器器功率相位结合测量含碳量结构图功率相位结合测量含碳量结构图3.2 电容法降低煤种变化对测量

6、结果的影响CuMgCaAlFeSi、和、 电容式测碳原理示图 11/ dSC22/ dSCddSddSCCCCC0212121kCf1Skdf00f(A)+f(B)：微波变化量A:飞灰含碳量B: 等的氧化物微波测量过程中，含碳量是引起微微波测量过程中，含碳量是引起微波变化的主要因素，但是飞灰中所波变化的主要因素，但是飞灰中所含的氧化物也会对测量结果造成一含的氧化物也会对测量结果造成一定影响。电容法测量氧化物的介电定影响。电容法测量氧化物的介电常数，有效降低了常数，有效降低了f(Bf(B) )的影响。的影响。 系统特点 4.1 4.1 均速采样均速采样 均速取样使得测量具有代表性，真实反映飞灰均

7、速取样使得测量具有代表性，真实反映飞灰含碳量。含碳量。 4.2 4.2 可控数字微波源及可控数字微波源及PLLPLL技术技术 普通微波源存在的时漂和温漂，使得测量不普通微波源存在的时漂和温漂，使得测量不能保证准确。可控数字微波源很好地解决了能保证准确。可控数字微波源很好地解决了这个问题。这个问题。 44.1 4.1 均速采样均速采样 气固两相气固两相流体的取样，流体的取样，有三种情况：有三种情况：取样速度等于、取样速度等于、小于或大于来小于或大于来流速度。后两流速度。后两种情况都将会种情况都将会使得探头进口使得探头进口附近的气流流附近的气流流线改变方向，线改变方向，导致取样不具导致取样不具代表

8、性。代表性。 负压管设计时负压管设计时充分考虑并参充分考虑并参考了了流体动考了了流体动力学相关知识，力学相关知识，使得烟道内气使得烟道内气体流过它的时体流过它的时候，会在取样候，会在取样管和它之间形管和它之间形成一个与烟道成一个与烟道相同的压差，相同的压差，实现均速取样。实现均速取样。 取样器示意图取样器示意图 取样示意取样示意4.2 可控数字微波源及可控数字微波源及PLL技术技术 测量结果和测量结果和微波频率有微波频率有着直接关系，着直接关系，数字微波源数字微波源很好地解决很好地解决普通微波源普通微波源存在的微波存在的微波输出频率的输出频率的时飘和温飘。时飘和温飘。微波源原理图微波源原理图

9、锁相环电路结构锁相环电路结构 通过合理选通过合理选择环路参数（主择环路参数（主要是环路滤波器要是环路滤波器的参数）可以在的参数）可以在满足解调要求的满足解调要求的条件下使闭环带条件下使闭环带宽尽可能窄，很宽尽可能窄，很好地抑制了噪声，好地抑制了噪声，保证了微波输出保证了微波输出频率的稳定，为频率的稳定，为测量提供了可靠测量提供了可靠保证。保证。锁相环电路锁相环电路均速取样器由烟道中均速取样器由烟道中的插入部分、取样管、的插入部分、取样管、旋风分离器、静压管旋风分离器、静压管等部分组成。现场安等部分组成。现场安装在空气预热器之后，装在空气预热器之后，收尘器之前的烟道壁收尘器之前的烟道壁上，下连测

10、量柜。上上，下连测量柜。上位显示操作单元装在位显示操作单元装在集控室中。集控室中。 产品的现场安装产品的现场安装安装示意图安装示意图5现场安装图片现场安装图片1 1现场安装图片现场安装图片2 2 主要技术参数及性能指标主要技术参数及性能指标n测量范围：测量范围： 0 015% 015% 030%30%（可设定）（可设定）n相对误差：相对误差： 1%1%n滞后时间：滞后时间： 180s 180sn输出信号：输出信号： 4 420mA20mA、0 05V5Vn通讯接口：通讯接口： RS485RS485n防护等级：防护等级： IP 63IP 63n工作温度：工作温度： -10-10+50+50n环境

11、湿度：环境湿度： 0 0 90%90%n重重 量：量： 75 kg75 kgn气气 源：源： 0.6 MPa0.6 MPan电电 源：源： 220VAC 50Hz 700W220VAC 50Hz 700Wn体体 积（外型尺寸）：积（外型尺寸）：400mm400mm600mm600mm1000 mm1000 mm6n HTWHTW型微波飞灰测碳仪在分析了其它同类产品的优缺点的基础上，型微波飞灰测碳仪在分析了其它同类产品的优缺点的基础上，采用了一系列新技术，使得系统功能大为改善。采用了一系列新技术，使得系统功能大为改善。n1 1、微波测量结合电容法降低了煤种变化的影响；、微波测量结合电容法降低了煤种变化的影响；n2 2、采用、采用PLLPLL数字微波源消除了普通微波源频率输出的时漂和温漂；数字微波源消除了普通微波源频率输出的时漂和温漂；n3 3、采用了均速取样器进行取样保证了取样的代表性；、采用了均速取样器进行取样保证了取样的代表性；n4 4、采用了预热空气加压反吹法解决了灰路堵塞的问题；、采用了预热空气加压反吹法解决了灰路堵塞的问题；n5 5、加入了样灰留取功能；、加入了样灰留取功能；n6 6、加了防掉电实时时钟和完备的自诊断功能；、加了防掉电实时时钟和完备的自诊断功能；n