基于自由空间法的飞灰含碳量微波检测技术研究
摘要
随着碳达峰碳中和工作持续稳步推进，为逐步实现燃煤发电向清洁、高效、灵活、
低碳转型，火电机组亟需进行节能降碳以及灵活性改造。为实现火电机组改造要求，就
必须建立可靠的燃烧系统。飞灰含碳量是反映锅炉燃烧效率的重要指标之一，实现对飞
灰含碳量的精准监测可以指导锅炉运行人员正确选择过剩空气系数以及风速风量比例，
从而确保锅炉处在最佳的燃烧工况中，降低发电成本，提高机组运行的经济性。因此，
如何实现飞灰含碳量的准确监测成为了当前燃煤发电领域迫切需要解决的课题。
基于上述背景，通过对比飞灰含碳量检测方法的测量精度和适用场景，本文开展了
针对飞灰含碳量微波检测技术的研究，主要工作成果如下：
针对目前关于飞灰含碳量微波检测技术的研究中未能通过实测数据论证飞灰复合
介质模型合理性的问题，本文首先探讨了几种经典等效媒质模型对于由零灰和碳所构成
的飞灰混合物的适用性，随后利用测量得到的飞灰电磁特性参数推导并论证了飞灰的复
介电常数与其对应的含碳量之间较为符合由Brown模型所确定的函数关系。该函数关
系可直接应用于获取低含碳量飞灰的介电特性参数，从而在很大程度上简化了飞灰含碳
量微波检测仿真系统的搭建流程。
针对目前关于飞灰含碳量微波检测技术的研究中实测结果缺乏理论值对照，导致测
量误差难以界定的问题，本文首先选取了馈电波导的型号并确定了喇叭天线的结构参数，
随后依托电磁均一化理论构建了不同含碳量条件下飞灰的等效均质平板模型，并利用
HFSS对该模型和喇叭天线构成的微波检测系统进行了电磁仿真，仿真结果为后续开展
的试验提供了可信的参考依据。
针对目前采用自由空间法检测飞灰含碳量的研究中，低含碳量条件下飞灰的电磁特
性参数数据区分度较差，导致检测效果普遍不佳的问题，本文利用试验采集得到的电磁
参数数据构建了基于支持向量回归（SVR）的飞灰含碳量回归预测模型，并运用多种方
式评估了该模型的预测性能。评估结果表明，基于SVR的回归预测模型对于小样本条
件下的电磁特性参数数据集具有一定的去噪能力，可有效提升传统自由空间法检测飞灰
含碳量的精度。
关键词：飞灰含碳量；电磁特性参数；自由空间法；支持向量回归
基于自由空间法的飞灰含碳量微波检测技术研究
ABSTRACT
Withthesteadyandcontinuousprogressofcarbonpeakandcarbonneutralitywork,itis
imperativeforcoal-firedpowerunitstocarryoutenergy-savingandemissionreductionaswell
asflexibilitytransformationinordertograduallyachievethetransitiontowardsclean,efficient,
flexible,andlow-carboncoal-firedpowergeneration.Tomeettherequirementsofpowerunit
transformation,itisnecessarytoestablishareliablecombustionsystem.Thecarboncontentin
flyashisoneoftheimportantindicatorsreflectingthecombustionefficiencyoftheboiler.
Achievingaccuratemonitoringofcarboncontentinflyashcanguideboileroperatorsto
correctlyselectexcessaircoefficientandwindspeedandvolumeratio,thusensuringthatthe
boileroperates