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【成果推介】第731期：入炉一次风煤粉浓度和速度高精度在线测量系统

13小时前

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华北电力大学正式发布《2025华北电力大学自主知识产权成果名录》，作为全景梳理年度核心技术专利、软件著作权及高质量成果培育的创新年鉴，百余项最新科技成果的前沿披露，数十支新增科研团队的创新矩阵，《名录》全面收集并整理了2024年度华北电力大学及相关机构自主研发的多项核心科技成果与创新技术，同时详细介绍了成果所涉专利的相关情况。“成果推介”将陆续公开发布成果册所收集的重点推介案例，敬请关注！

入炉一次风煤粉浓度和速度高精度在线测量系统

成果背景

一次风调平，主要是磨煤机出口各一次风管内的煤粉流量（浓度和流速）的平衡。

目前，一次风煤粉流量的测量方法主要集中在静电法和微波法，已有些电厂在安装使用，如长春第一热电厂的 350MW 机组，应用微波法测量煤粉浓度；盘山电厂 600MW 锅炉、英国的 660MW 煤粉炉和 350MW 生物质/煤粉混合炉，运用环形静电法测量煤粉浓度。通过对现有测量方法的比较，综合各种方法的优缺点，团队认为以光学法为基础的测量方法更具优势，原因如下：

1、测量的确定性高，由光学法的测量原理可知，其测量信号只与煤粉本身相关，

与其他影响无关，使光学法可以方便且准确的确定信号与被测物之间的函数关系，理论

精度高，这一点也是最重要的一点，是测量系统可用与否的重要前提；

2、测量稳定性高，发射端和接收端与一次风管道通过连接套筒连接，即发射端、接收端主要元件与煤粉不接触，不受管内工况、介质的影响，可保证测量的稳定性，即便更换也只需更换防磨套筒，这样可降低使用成本和降低维护量；

3、系统灵敏度高、响应快，光信号的接收频率在保证精度的条件下，可达微秒级，且稳定性好，通过有针对性的光学系统设计，非常适合低浓度环境的测量；

4、信息量大，更利于测量准确性及系统简化，测量区域较大，能够更大程度表征一次风粉的流动特性；测量覆盖范围大，信号信息量大，更有利于数据的分析处理；

5、对于光学法的镜头/镜片可能被污染问题，可通过管路设计、压缩空气隔离、自动清洗或镜片自动切换等方式，通过主动与被动防护相结合，流体与结构相结合的方式防止；

6、高浓度测量准确性问题，可通过现场数据优化发射信号强度、调整测量间距等方式确定合理的系统参数加以解决。

成果介绍

本项目已开发了基于光学原理的煤粉浓度和速度测量系统的验证样机，通过实验室初步测试表明，其测量精度和响应速度完全能够满足火电磨煤机一次风调平的需要，尤其适合深度调峰时低浓度煤粉流量的测量，可为机组调峰提供必要的煤粉入炉流量和速度的准确信息。

目前已解决的主要问题：

（1）光学传感器的设计，光学传感器是精密传感器，其各项参数的确定和实现是本项目的难点之一，其稳定性和准确性很大程度上决定了测量系统能够达到的水平，如光学系统的光源稳定性、光源波长、带宽及辐照度的选择、通光孔径的选择、杂散光的消除、感光元件的灵敏度和精度等问题。初步测试表明，上述问题硬件的设计和加工已有效解决，形成了一套算法和设计方法。

（2）设计搭建了气固两相流实验台，可模拟单只一次风管的气固两相流。

初步主要测试结果如下图和表所示。

一定给粉频率下，典型的煤粉实际流量和测量流量之间的对比见下图。因实际流量标定是离线标定方式，和测量流量不是同步进行的，下图主要是流量趋势的对比。上述给粉流量，是模拟一台 600MW 机组，单磨出力 40 吨/小时（对应给粉频率 40Hz）的测试结果。

创新点

1、光学传感器的设计，光学传感器是精密传感器，其各项参数的确定和实现是本项目的难点之一，其稳定性和准确性很大程度上决定了测量系统能够达到的水平，如光学系统的光源稳定性、光源波长、带宽及辐照度的选择、通光孔径的选择、杂散光的消除、感光元件的灵敏度和精度等问题。初步测试表明，上述问题硬件的设计和加工已有效解决，形成了一套算法和设计方法。

2、设计搭建了气固两相流实验台，可模拟单只一次风管的气固两相流。

应用场景

本项目开发目标是解决火电磨煤机一次风的调平问题。气固两相流广泛存在于过程工程的各个领域（如：石油、化工、冶金、热能、矿业加工以及科研、教育等），对于这些领域的类似性质的稀疏气固两相流的测量同样适用。

市场前景

截至 2022 年，全国 300MW 及以上在役燃煤火电机组共计 1200 余台，每台机组按5 台磨煤机配置，每台磨煤机 4 个一次风管，单台磨一次风测量系统 40 万元计，仅国内大型燃煤机组市场规模达 24 亿元。

效益分析

以节煤量和相应的二氧化碳减排等为例，通过煤粉流量的监测，配合燃烧调整，若提高机组效率 0.3%，按照我国 2023 年全国电力工业统计数据，火电机组供电标准煤耗302g/(kW·h)，设备利用时间 4466 小时计算，一台 600MW 机组，年节约标煤约 2700吨，以国电投 2023 年标煤采购价格 999 元/吨计，年节约燃烧费用 270 万元；相应地，年减排粉尘约 48 吨；减排二氧化碳约 1880 吨；同时 NOx 排放降低 20%左右，即减少了脱硝系统的运行费用和负担，又可提高生产效率，保障生产安全，减少排放，具有广阔的产业前景和显著的社会、生态效益。

华电技术转移转化中心.jpg

初审：祝仕鸿

复审：刘晓

审核：王宏盛

来源：华电技术转移转化中心公众号

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