孟飛

【摘 要】介紹了粉塵監(jiān)測(cè)技術(shù)的主要方法，并對(duì)當(dāng)前粉塵監(jiān)測(cè)的主要方法作了分析比較，對(duì)電荷法檢測(cè)技術(shù)的原理、特點(diǎn)進(jìn)行闡述，該系統(tǒng)運(yùn)行可靠，將高爐煤氣粉塵在線監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用于TRT機(jī)組控制系統(tǒng)、對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行起到很好的報(bào)警作用。

【關(guān)鍵詞】TRT；電荷感應(yīng)；粉塵在線監(jiān)測(cè)

0 引言

高爐煤氣余壓能量回收透平發(fā)電裝置（簡(jiǎn)稱TRT），它是利用高爐爐頂?shù)挠鄩?，將高爐煤氣導(dǎo)入透平膨脹機(jī)做功，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的一種能量回收裝置。它是現(xiàn)代國(guó)際、國(guó)內(nèi)鋼鐵煤炭企業(yè)公認(rèn)的節(jié)能環(huán)保裝置，近年TRT技術(shù)獲得了迅速的發(fā)展。

TRT利用的介質(zhì)是高爐煤氣，而高爐煤氣含塵量很高，必須經(jīng)過(guò)除塵處理才能使用。高爐煤氣含塵量的大小對(duì)TRT機(jī)組葉片的安全運(yùn)行有著極為重要的影響。通常TRT系統(tǒng)要求煤氣的含塵量<5mg/m3，含塵量過(guò)大將對(duì)TRT的葉片造成嚴(yán)重的磨損，不僅影響TRT系統(tǒng)的安全運(yùn)行，也造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。而高爐煤氣除塵器由于長(zhǎng)時(shí)間高溫工作，可能出現(xiàn)布袋破損和除塵效果降低的現(xiàn)象，這樣進(jìn)入機(jī)組的高爐煤氣含塵量超標(biāo)，導(dǎo)致TRT機(jī)組不安全工況的發(fā)生。為了保證TRT機(jī)組的安全，必須及時(shí)了解高爐煤氣含塵量的大小及高爐煤氣除塵器的工作狀態(tài)，了解TRT機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境，及時(shí)判斷TRT機(jī)組的工作狀態(tài)，故在TRT系統(tǒng)中設(shè)置粉塵濃度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)高爐煤氣進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控是非常必要的。本文以八鋼2500m3高爐TRT煤氣入口粉塵含量在線監(jiān)測(cè)儀為例，介紹電荷法粉塵在線檢測(cè)技術(shù)的原理、技術(shù)特點(diǎn)、實(shí)際應(yīng)用分析。

1 目前粉塵在線檢測(cè)技術(shù)的幾種方法

粉塵質(zhì)量含量測(cè)量屬氣固兩相流范疇，由于多相流固有的復(fù)雜性、使得其成為困難的測(cè)量領(lǐng)域，目前工程技術(shù)上的測(cè)量技術(shù)有：光學(xué)技術(shù)、摩擦電技術(shù)、電荷感應(yīng)技術(shù)。光學(xué)技術(shù)產(chǎn)品由于光學(xué)鏡頭易受污染，因此需要頻繁的清潔維護(hù)，維護(hù)工作量大。測(cè)量結(jié)果也受粉塵顏色、溫度變化等因素影響，并且不能測(cè)量低含量粉塵。摩擦電傳感技術(shù)，利用粉塵和傳感器探頭等的摩擦產(chǎn)生出靜電，來(lái)進(jìn)行粉塵含量測(cè)量，是一種接觸式測(cè)量方式。由于諸多因素，如：（1）粉塵在探頭表面的豁附、凝集、結(jié)露、水分、干燥。（2）腐蝕、高溫、金屬/非金屬性。（3）粉塵流速、尺寸、分布等變化。它們均影響摩擦效果，導(dǎo)致對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，因而無(wú)法定量精確測(cè)量。并且安裝調(diào)試、標(biāo)定、維護(hù)都很困難，零點(diǎn)漂移嚴(yán)重。因此目前國(guó)際上通常只用來(lái)進(jìn)行定性粗略測(cè)量（而且必須工作在無(wú)以上因素影響的“理想”環(huán)境下）或簡(jiǎn)單地檢測(cè)是否有粉塵出現(xiàn)，更無(wú)穩(wěn)定、直接以mg/m3為單位的數(shù)據(jù)輸出。由于傳感原理所限即使是美國(guó)、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的摩擦電產(chǎn)品，也無(wú)法徹底克服以上問(wèn)題。電荷感應(yīng)技術(shù)，它采用專有的電荷感應(yīng)技術(shù)進(jìn)行粉塵質(zhì)量含量測(cè)量，徹底解決了以往采用“光學(xué)”或“摩擦電”技術(shù)產(chǎn)品無(wú)法克服的困難及測(cè)量誤差，是目前較為推廣的粉塵含量檢測(cè)技術(shù)并在世界各地市場(chǎng)迅速淘 汰以上技術(shù)產(chǎn)品。

2 電荷法監(jiān)測(cè)設(shè)備技術(shù)原理

電荷感應(yīng)：當(dāng)微粒流過(guò)插入到管道或煙道的探頭附近時(shí)，基于微粒內(nèi)部電子（即電荷），小電信號(hào)在探頭中被感應(yīng)出來(lái)。數(shù)字信號(hào)處理器轉(zhuǎn)換此感應(yīng)信號(hào)，成為一個(gè)線性比例于微粒質(zhì)量含量的絕對(duì)輸出值。

其基于量子物理原理，即任何物質(zhì)（如：粉塵）內(nèi)部（微觀上）均帶有電荷?。ǚ浅Ｉ?，通常為皮安級(jí)）。當(dāng)粉塵通過(guò)傳感器探頭附近時(shí)粉塵在線監(jiān)測(cè)儀的“電荷感應(yīng)”傳感器探頭，能根據(jù)通過(guò)其附近的（并不依賴粉塵和探頭的接觸）粉塵內(nèi)部電荷大小和粉塵的分布情況，在傳感器探頭中感應(yīng)出電信號(hào)，此電信號(hào)和粉塵質(zhì)量含量存在直接的數(shù)學(xué)關(guān)系Iac∝質(zhì)量含量。通過(guò)對(duì)此電信號(hào)進(jìn)一步放大、運(yùn)算處理，從而精確測(cè)量出粉塵含量（mg/m3）。八鋼TRT現(xiàn)場(chǎng)采用安裝了美國(guó)費(fèi)爾升公司的EM70DGX型粉塵在線監(jiān)測(cè)儀，采用非接觸式“電荷感應(yīng)”測(cè)量方式，如圖1所示。

3 電荷法粉塵在線監(jiān)測(cè)裝置的特點(diǎn)

1）電荷感應(yīng)技術(shù)與所測(cè)介質(zhì)成分沒(méi)有關(guān)系，只跟管徑有關(guān)，決定了其適應(yīng)范圍廣的特點(diǎn)；

2）電荷感應(yīng)技術(shù)測(cè)量結(jié)果不受探頭表面粘附、凝集、結(jié)露、水分、干燥、粉塵流速、尺寸、分布等變化影響，并且無(wú)需維護(hù)。

3）運(yùn)行可靠。

4）該技術(shù)是目前粉塵在線監(jiān)測(cè)技術(shù)最先進(jìn)的一種，在國(guó)外廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如空氣的粉塵含量等環(huán)保尖端領(lǐng)域。

5）該產(chǎn)品在經(jīng)過(guò)其自己的信號(hào)變送處理，能直接輸出標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA信號(hào)進(jìn)入TRT機(jī)組控制系統(tǒng)進(jìn)行顯示、報(bào)警和分析。

6）該產(chǎn)品由于其技術(shù)先進(jìn)，適應(yīng)性強(qiáng)，決定了它安裝簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，不需要進(jìn)行在線標(biāo)定，出廠標(biāo)定即可。

7）該產(chǎn)品的分辨率高，能測(cè)到1mg/m3以下的粉塵含量。

4 電荷法粉塵在線檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

高爐煤氣粉塵在線監(jiān)測(cè)技術(shù)適用所有的干式及干/濕兩用TRT機(jī)組中，電荷法粉塵監(jiān)測(cè)技術(shù)在八鋼3座2500m3高爐的TRT煤氣入口管道安裝使用，既能對(duì)TRT的入口煤氣粉塵含量進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的檢測(cè)，同時(shí)對(duì)除塵裝置的除塵效果進(jìn)行比對(duì)，確保TRT機(jī)組長(zhǎng)期高效安全運(yùn)行。

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