當前我國火力發(fā)電占總電能的70%，而火電廠采用多管道進煤。如果從各個管道吹入的煤粉在爐內(nèi)分布不均，將導致燃燒不充分，造成資源浪費，環(huán)境污染，還可能造成鍋爐滅火或爆燃。現(xiàn)在大多數(shù)火電廠采用大量增加脫硝設備投資和運行成本的方法實現(xiàn)環(huán)保目標，而如果對磨煤機出口風粉進行調(diào)平則可以從根本上解決這個問題。在2015年清華大學“挑戰(zhàn)杯”學生課外學術(shù)科技作品評審中，電機系2013級本科生鄭澤天等同學研發(fā)的“采用靜電法的火電廠鍋爐風粉自動調(diào)平節(jié)能與優(yōu)化系統(tǒng)”有針對性地解決了這一問題，獲得了本屆“挑戰(zhàn)杯”比賽的特等獎。
鄭澤天等同學研發(fā)的系統(tǒng)，在信號采集模塊中，運用煤粉在金屬管道中流動時摩擦、碰撞、感應起電形成的帶電粒子流作為煤粉量的信號，并創(chuàng)造性地采用環(huán)狀傳感器，不僅信號幅值大，而且傳感器與煤粉流沒有正面接觸，更加耐用。改變了傳統(tǒng)檢測采用針狀傳感器，易磨損且易受噪音影響的缺點。在信號處理及計算模塊，他們使用電路對采集到的電荷信號進行轉(zhuǎn)化、濾波、放大，最終輸出電流信號，并根據(jù)該信號幅值大小和同一管道相隔一定距離的另兩處信號波形，使用DSP計算煤粉的濃度和流量，誤差不超過3%。此后，他們在自動控制模塊中將各項數(shù)據(jù)在觸摸屏上顯示，并由DSP計算誤差值算出配方，連接MIS（管理信息系統(tǒng)），調(diào)節(jié)給粉和配風進行調(diào)平，控制周期由15分鐘縮短至5分鐘，提高燃燒效率，保護環(huán)境，實現(xiàn)節(jié)能。
當前，這一系統(tǒng)已經(jīng)在合作的電廠安全運行三個月，以60萬千瓦機組為例，將每根管道煤粉流量相差3%以內(nèi)，爐內(nèi)氮氧化物從每立方米350毫克降到305毫克，實現(xiàn)安全、節(jié)能、減排的環(huán)保價值。按此數(shù)據(jù)計算經(jīng)濟效益，可節(jié)約脫硝設備投資成本770萬元；脫硝運行成本277萬元/年：燃料成本103萬元/年。運用這一成果的改造已被神華集團列為2015年首批科技支持項目，如在全國的火電廠推廣使用，將進一步促進節(jié)能環(huán)保；而系統(tǒng)中靜電傳感器的原理應用到其他生產(chǎn)領域，也將為其它氣固二相流的精確測量提供幫助。
