1测量原理
在直吹式制粉系统中，锅炉输粉管道内流动的是含煤粉的高速气流。用传统的差压法测量风速，不能解决前端测量元件的磨损和被堵塞的问题，采用微波衰减测量技术和相关法，可准确测量直吹式制粉系统一次风的风速。使用特殊耐磨材料制作的测量探头，可解决测量过程中前端测量元件的磨损和被堵塞问题，为直吹式制粉系统锅炉，提供准确可靠的监测手段。锅炉输粉管道中的风煤气流是典型的两相流体。对两相流体，用相关法原理进行速度测量是比较好的方法。所谓相关法，就是当被测流体在管道内作稳态流动时。在上、下游的２个微波传感器及变送器所拾取的随机流动噪声信号，可认为是符合各种状态的２个样本函数。同时，只要２个传感器的间距布置合理，且２个传感器及变送器的静态性能一致，则可认为两个随机流动信号是相似的，具有相关性。两者信号之间的相关时间，就是被测流体在测量间距内流动的时间。因此，管道内风速的非接触式测量问题，就被转化为随机流动噪声信号的拾取和相关函数的计算，确定了两者信号的峰值时间，从而就解决了两相流的测量问题。利用相关法测量风速的原理是：采用微波传感器获取两相流体的流动噪声信号，经相关处理后，求得离散相的平均风速。用相关法进行风速测量的示意图，如图１所示。该系统可用微波传感器，获取两相流体的流动噪声信号。４个微波传感器探头组合成两组，微波探头１、２作为上游传感器，微波探头３、４作为下游传感器。微波探头１、３作为微波发射探头，用于在锅炉输粉管道中激励微波，微波探头２、４作为微波接收探头，用于获取锅炉送粉管道中风煤两相流的噪声信号。信号源向微波发射探头输送微波信号，相关器可对风煤两相流的流动噪声信号进行相关处理。如图１所示，当某段煤粉混合物流过微波探头１、２和微波探头３、４之间时，微波接收探头就能收集该段混合物的浓度、温度、风煤混合程度等相关因素的信号。因为在不同时刻、不同管段间的煤粉混合物的浓度、温度、风煤混合程度等因素不可能完全相同，所以接收探头接收到的信号是随机信号，即流动噪声信号。但当探头之间的间距Ｌ不超过某个值，对于同一段风煤混合物（如Ａ段）分别流过探头１、２和探头３、４之间时，在探头２、４上接受的信号在形式上应具有很强的相关性，但在时间上存在一个延时τ。即如果探头２测到的信号为ｘ（ｔ），则在探头４上测到的信号为ｙ（ｔ）＝ｘ（ｔ－τ）。而延时τ就是流体流过距离Ｌ所用的时间。相关器将采入探头２上的信号ｘ（ｔ）和探头４上的信号ｙ（ｔ）＝ｘ（ｔ－τ）。当信号数量足够多时，相关器对数据进行相关处理后，就可得到延时。
2测量系统的构成
风煤的微波测量系统，如图２所示。两组微波探头按要求安装在管道上，微波信号通过两组微波探头被送入信号处理单元，信号经过处理，送入相关性处理运算单元，经过相关器识别出相关的微波信号，然后再经过运算，得出速度信号，直接将信号送到集控室的监测界面。另一组探头输出的煤粉浓度信号，也被送入集控室的监测界面。在安装风煤的微波测量探头时，微波探头应垂直于管壁，同方向上的微波探头中心连线应与输粉管道的轴线平行。为防止两组微波互相干扰，两组探头在理论上应该互相垂直，但在实际安装中不能保证绝对垂直，故两个方向上的微波探头在轴线夹角上的最大偏差为９０°±３°。
3检测与运行
经过间隔τ０时间后，由２个下游微波接收探头得到的曲线，如图３所示。从图３可知，微波探头２接收的信号，经过τ０时间后，微波接收探头４得到相似的信号。由于接收探头上产生的信号与该段混合物的浓度、温度、风煤混合程度等因素有关，所以，仅在设定的管道长度内，才能接受到相似的信号，从而得到送粉管道的风速。利用微波特性测量送粉管道风速，对被测流体的流动产生的影响很小，甚至不产生阻碍作用或附加流动阻力，无疑是最适合用于多相流的测量方法。经过多次试验，利用微波传感器获取两相流体的流动噪声信号，这种间接测量方法的重复性好，检测设备的运行非常稳定。此外，微波测量方法克服了传统风速测量探头易磨损或堵塞等缺陷。
4结语
微波测量系统运行结果表明，该系统具有很好的测量效果，能够实现一次风风速的在线测量。据所测参数，操作人员可随时调整系统的运行方式，将一次风风速控制在最佳范围内，从而优化锅炉的燃烧过程，提高机组的运行水平。对于电厂节能，提高经济效益具有现实意义。
作者：何晓亮 单位：赤峰市特种设备检验所
