当前我国火力发电占总电能的70%,而火电厂采用多管道进煤。如果从各个管道吹入的煤粉在炉内分布不均,将导致燃烧不充分,造成资源浪费,环境污染,还可能造成锅炉灭火或爆燃。现在大多数火电厂采用大量增加脱硝设备投资和运行成本的方法实现环保目标,而如果对磨煤机出口风粉进行调平则可以从根本上解决这个问题。在2015年威尼斯9499登录入口“挑战杯”学生课外学术科技作品评审中,电机系2013级本科生郑泽天等同学研发的“采用静电法的火电厂锅炉风粉自动调平节能与优化系统”有针对性地解决了这一问题,获得了本届“挑战杯”比赛的特等奖。
郑泽天等同学研发的系统,在信号采集模块中,运用煤粉在金属管道中流动时摩擦、碰撞、感应起电形成的带电粒子流作为煤粉量的信号,并创造性地采用环状传感器,不仅信号幅值大,而且传感器与煤粉流没有正面接触,更加耐用。改变了传统检测采用针状传感器,易磨损且易受噪音影响的缺点。在信号处理及计算模块,他们使用电路对采集到的电荷信号进行转化、滤波、放大,最终输出电流信号,并根据该信号幅值大小和同一管道相隔一定距离的另两处信号波形,使用DSP计算煤粉的浓度和流量,误差不超过3%。此后,他们在自动控制模块中将各项数据在触摸屏上显示,并由DSP计算误差值算出配方,连接MIS(管理信息系统),调节给粉和配风进行调平,控制周期由15分钟缩短至5分钟,提高燃烧效率,保护环境,实现节能。
当前,这一系统已经在合作的电厂安全运行三个月,以60万千瓦机组为例,将每根管道煤粉流量相差3%以内,炉内氮氧化物从每立方米350毫克降到305毫克,实现安全、节能、减排的环保价值。按此数据计算经济效益,可节约脱硝设备投资成本770万元;脱硝运行成本277万元/年:燃料成本103万元/年。运用这一成果的改造已被神华集团列为2015年首批科技支持项目,如在全国的火电厂推广使用,将进一步促进节能环保;而系统中静电传感器的原理应用到其他生产领域,也将为其它气固二相流的精确测量提供帮助。