作为电力发展“十三五”规划的重点内容,全面推动灵活性改造对火电机组的变负荷速度及调节精度、燃料灵活性及燃烧技术都提出了更高的要求。为实现上述需求,建立可靠的燃烧系统以提高低负荷稳燃性能尤为重要。飞灰含碳量是表征锅炉燃烧效率的重要参数之一,对其进行实时、准确的检测是调整锅炉燃烧工况、提高燃烧经济性的有效方式。目前,灼烧法与微波法是火电厂较为常见的飞灰含碳量检测手段,但由于两种检测方式均无法满足实时性与准确性并存的要求,导致运行人员难以对锅炉燃烧优化控制提出指导性意见。针对上述问题,本文在分析了飞灰与微波相互作用关系的基础上,提出一种基于空心金属波导的飞灰碳含量实时测量方法,并对该方法的灵敏度、测试精度进行实验研究。搭建三种实验平台分别开展静态对比实验、最小浓度实验及动态实验,通过测量不同含碳量下微波S参数相位的变化,建立数学模型并对被测样品进行标定,利用标定模型得到对应相移下未知含碳量的数值。实验结果表明波导法测试灵敏度及分辨率均可达到现场实时检测的需求,并通过重复性实验验证了测试数据及方法的有效性。本文在理论与实验研究的基础上,设计并开发了适用于工程实际的飞灰含碳量动态检测装置。该装置包括取样、波导测量、排灰、吹扫等单元,可实现9-15GHz宽频段范围内的实时检测。另外,为适应火电厂灵活性改造负荷、煤种多变的情况,动态检测装置设计了动态、准动态、静态三种测试模式,允许测试人员选择适应工况的最优检测频率及检测模式。最后结合白城、庄河电厂实际情况,对装置取样点、安装平台进行筛选搭建,将系统在现场进行了安装。该装置有效解决了目前火电厂飞灰含碳量检测中存在的问题,并且提供了数据支撑。