文_魏燁 福建龍凈脫硫脫硝工程有限公司

隨著國家環(huán)保要求的不斷提高，干法煙氣脫硫工藝在越來越多的領(lǐng)域里得到應(yīng)用。作為干法煙氣脫硫裝置的“眼睛”，檢測儀表關(guān)系著脫硫裝置的經(jīng)濟、可靠運行。物位（Level）是工業(yè)過程四大檢測參數(shù)之一，干法煙氣脫硫工藝中物位測量儀表就扮演著重要的角色，其選型的合理性直接關(guān)系到干法煙氣脫硫系統(tǒng)的品質(zhì)，影響著控制系統(tǒng)的自動化水平。

1 物位測量儀表的分類

物位測量儀表可分兩大類：一類是測量以狀態(tài)為目標(biāo)的開關(guān)式儀表（即物位開關(guān)）；另一類是測量物位連續(xù)變化的儀表。開關(guān)式物位測量儀表主要用于順序控制的限位，報警等；連續(xù)式物位測量儀表主要用于連續(xù)控制的料倉、灰?guī)斓确矫妫袝r也可用于多點報警系統(tǒng)。干法煙氣脫硫系統(tǒng)中常用的開關(guān)式物位儀表包括振動式料位開關(guān)、射頻導(dǎo)納料位開關(guān)等；常用的連續(xù)式物位儀表包括壓力式物位測量儀表、導(dǎo)波雷達(dá)連續(xù)物位計、喇叭口雷達(dá)連續(xù)料位計等。下面將通過對干法脫硫系統(tǒng)中物位儀表應(yīng)用工況的介紹和對物位儀表工作原理及功能特點的分析，闡述干法煙氣脫硫系統(tǒng)中物位儀表在不同的工況下適用的類型。

2 除塵器灰斗物位測量

2.1 工藝簡介

在干法煙氣脫硫系統(tǒng)中，一般設(shè)有預(yù)除塵器和脫硫除塵器。

預(yù)除塵器灰斗收集的是粉煤灰，介質(zhì)類型比較穩(wěn)定，溫度一般在150℃左右；灰斗底部設(shè)流化使灰斗內(nèi)部的灰處于類似沸水沸騰的流態(tài)化狀態(tài)；灰斗頂部有高密度的灰持續(xù)落下。預(yù)除塵器灰斗一般為排空狀態(tài)，因此通常設(shè)置高料位開關(guān)，用于系統(tǒng)安全保護(hù)。因此，料位開關(guān)選擇的好壞，直接關(guān)系到物料輸送的順暢與除塵器的安全穩(wěn)定運行。

脫硫除塵器灰斗在脫硫時收集的主要是脫硫灰，在不脫硫時收集的灰與預(yù)除塵器灰斗相同，脫硫灰溫度在80℃左右且濕度比較大。整個灰斗還設(shè)有蒸汽加熱或電加熱，使灰斗內(nèi)的灰保持一定的溫度；灰斗側(cè)部設(shè)氣動錘，定時對側(cè)壁進(jìn)行敲擊，其它工況同預(yù)除塵器灰斗，具體詳見圖1。由于脫硫工藝需要，脫硫后除塵器灰斗必須保證有一定的儲灰量。因此，脫硫除塵器灰斗一般設(shè)有多組料位開關(guān)，用于物料的輸送控制和停脫硫的聯(lián)鎖控制。

圖1 除塵器灰斗工況

2.2 料位開關(guān)

干法煙氣脫硫系統(tǒng)中，除塵器灰斗料位開關(guān)常用的一般有振動式料位開關(guān)和射頻導(dǎo)納開關(guān)。

2.2.1 振動式料位開關(guān)

（1）工作原理

振動式料位開關(guān)分為振棒式和音叉式，如圖2所示。振動元件（振棒或音叉）通過壓電驅(qū)動，并以其機械諧振頻率振動。壓電陶瓷被機械固定，且不受溫度驟變的影響。當(dāng)振動元件接觸到介質(zhì)的時候，振幅發(fā)生變化，這個變化的振幅被一體式的電子部件分析計算，并轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號，從而達(dá)到控制或報警的目的。

圖2 振動式料位開關(guān)振動元件

（2）主要特點

振動式料位開關(guān)主要優(yōu)點：①簡單、耐用、牢固，無移動部件，無需維護(hù)。②介質(zhì)介電常數(shù)變化不影響測量，即不受介質(zhì)更換的影響。③測量不受被測介質(zhì)物理和化學(xué)特性的影響。④即使外界振動強烈，也不會影響測量。

振動式料位開關(guān)主要缺點：①工作溫度因壓電陶瓷的耐溫而受到限制，一般的產(chǎn)品最高可耐150℃的溫度，在振動元件和控制器之間加溫度適配器之后最高也只能耐250℃的溫度，且增加溫度適配器后價格顯著增加。②抗粘附能力不如射頻導(dǎo)納，特別是音叉式，安裝時要注意叉口方向與介質(zhì)流向一致并增加保護(hù)；振棒式由于振動元件末端不是叉體而是圓棒，避免夾料，抗粘附能力優(yōu)于音叉式，但價格比音叉式略高。

2.2.2 射頻導(dǎo)納料位開關(guān)

（1）工作原理

射頻導(dǎo)納料位開關(guān)測量原理是基于射頻（RF）電容技術(shù)，將一個無線電頻率施加在探頭上，通過連續(xù)的分析，確定周圍的環(huán)境造成的影響。

（2）主要特點

優(yōu)點：①通用性強，可測量液位及料位，檢測顆粒、飛灰、導(dǎo)電、非導(dǎo)電液體、粘稠物料等。②防掛料，獨特的電路設(shè)計和傳感器結(jié)構(gòu)，使其測量可以不受傳感器掛料影響，無需定期清潔。③穩(wěn)定性高，測量不受溫度變化影響。④測量過程無可動部件，無須維護(hù)。⑤價格相對較低，選擇面較廣。

缺點：對介質(zhì)的介電常數(shù)較敏感。

2.2.3 應(yīng)用場合

預(yù)除塵器灰斗中的介質(zhì)類型比較穩(wěn)定，可以選擇射頻導(dǎo)納料位開關(guān)和振動式料位開關(guān)中的單棒式振動料位開關(guān)。音叉式振動料位開關(guān)由于防掛料能力較差，不建議使用。而從經(jīng)濟考慮，預(yù)除塵器灰斗料位開關(guān)選擇能有效防止掛料、且價格相對較低的射頻導(dǎo)納料位開關(guān)，并采用側(cè)部安裝是比較理想的。

脫硫除塵器灰斗內(nèi)的介質(zhì)隨脫硫與不脫硫兩種工況而變化，因此介質(zhì)的介電常數(shù)也是變化的，如果選擇對介質(zhì)介電常數(shù)比較敏感的射頻導(dǎo)納料位開關(guān)，經(jīng)常需調(diào)整料位開關(guān)的靈敏度來適應(yīng)介質(zhì)的變化，測量不穩(wěn)定，且維護(hù)工作量大。而選擇振動式料位開關(guān)就能很好地解決介質(zhì)介電常數(shù)變化的問題，而且應(yīng)選擇防掛料能力優(yōu)于音叉式料位開關(guān)的單棒式振動料位開關(guān)，不建議選用音叉式振動料位開關(guān)。安裝位置同樣也選擇側(cè)部安裝。

3 灰倉料位測量儀表

3.1 工藝簡介

干法煙氣脫硫系統(tǒng)的灰倉包括生石灰倉、消石灰倉和灰?guī)??；覀}內(nèi)的介質(zhì)都比較單一，工況相對穩(wěn)定，溫度基本都在120℃以下。進(jìn)料時，灰倉內(nèi)有一定的揚塵，出料時灰倉底部有流化。進(jìn)料口及出料口一般都位于灰倉中心位置。每個灰倉內(nèi)一般設(shè)置一個高料位開關(guān)和一個連續(xù)料位計，用于控制灰倉的進(jìn)料與出料。

3.2 料位開關(guān)

根據(jù)灰倉的運行工況，灰倉料位開關(guān)可以選擇和灰斗料位開關(guān)相同的測量原理，即射頻導(dǎo)納料位開關(guān)和振動式料位開關(guān)。而如果選擇振動式料位開關(guān)，可以選擇音叉式料位開關(guān)，無需選用單棒式振動料位開關(guān)，因為各個灰倉內(nèi)介質(zhì)溫度不高，只有在進(jìn)料時有揚塵，且料位開關(guān)采用頂部安裝，探頭部分掛料可靠自重清除。因此，從運行的經(jīng)濟性和可靠性考慮，灰倉料位開關(guān)可選擇射頻導(dǎo)納料位開關(guān)和音叉式振動料位開關(guān)。

3.3 連續(xù)料位計

3.3.1 導(dǎo)波雷達(dá)料位計

（1）工作原理

導(dǎo)波雷達(dá)料位計是依據(jù)時域反射原理（TDR）為基礎(chǔ)的雷達(dá)料位計。如圖3所示，高頻率的微波脈沖沿著一根纜、棒或包含一根棒的同軸套管運行，接觸到被測介質(zhì)后，微波脈沖被反射回來，并被電子部件接收，并分析計算其運行時間。微處理器識別物位回波，分析計算后將它轉(zhuǎn)換成物位信號給出。

圖3 導(dǎo)波雷達(dá)料位計工作原理

（2）主要特點

優(yōu)點：①測量不受介質(zhì)變化、溫度變化、惰性氣體及蒸汽、泡沫等的影響。②可以測量介電常數(shù)大于等于1.4的任何介質(zhì)。③耐溫可達(dá)250℃，耐壓可達(dá)4MPa。

缺點：①存在鋼纜擺動、偏移和拉斷的危險。②通用性差，量程很難改變。③抗介質(zhì)粘附的能力較差，一旦粘附，將導(dǎo)致嚴(yán)重的測量錯誤。④維護(hù)工作量大。

3.3.2 雷達(dá)料位計

（1）工作原理

發(fā)射－反射－接收是雷達(dá)式料位計工作的基本原理，如圖4所示。雷達(dá)傳感器的天線以波束的形式發(fā)射一定頻率的雷達(dá)信號。反射回來的信號仍由天線接收，雷達(dá)脈沖信號從發(fā)射到接收的運行時間與傳感器到介質(zhì)表面的距離以及物位成比例。

圖4 雷達(dá)料位計工作原理

（2）主要特點

優(yōu)點：①由于測量時未接觸到物料，可在惡劣條件下連續(xù)準(zhǔn)確地測量。②可以根據(jù)需要選擇天線的形式，以達(dá)到最佳測量效果。③不受被測介質(zhì)特性的影響，幾乎可以測量所有介質(zhì)。④通用性強，量程調(diào)整方便。⑤耐溫可達(dá)250℃，耐壓可達(dá)4MPa。

缺點：①價格較高。②粉塵較大時，對測量有一定影響。

(3) 應(yīng)用場合

采用導(dǎo)波雷達(dá)料位計進(jìn)行灰倉連續(xù)料位的測量，成本較低，但是維護(hù)量較大。由于倉內(nèi)有一定的揚塵，導(dǎo)波雷達(dá)料位計工作時又必須接觸到物料，而導(dǎo)波雷達(dá)纜繩抗粘附能力較差，粉狀的固定物料很容易就附著在鋼桿（纜）上，導(dǎo)致測量失常，需要儀表工經(jīng)常爬上倉頂，抽出導(dǎo)波雷達(dá)料位計，清除鋼桿（纜）上的粘附介質(zhì)，方可恢復(fù)使用。因此干法煙氣脫硫系統(tǒng)中，如果灰倉直徑較大，連續(xù)料位計布置可遠(yuǎn)離進(jìn)料口，而且運行時能保證有儀表工定期進(jìn)行維護(hù)，此時，可考慮選擇導(dǎo)波雷達(dá)料位計進(jìn)行測量。

采用雷達(dá)料位計進(jìn)行灰倉連續(xù)料位的測量，天線可以采用較長的喇叭口設(shè)計（可選擇4"喇叭口），既方便了現(xiàn)場安裝的需要，又能夠得到較小的微波發(fā)射角度，有利于增強回波信號的強度和避開微波發(fā)射范圍內(nèi)的干擾信號。而喇叭口天線又可通過萬向節(jié)法蘭調(diào)整發(fā)射角度，找到最佳反射點，為灰倉直徑小布置困難的難題提供了一個很好的解決方案。量程不受限制（只要在料位計固有量程內(nèi)即可），介質(zhì)類型不受限制，現(xiàn)場安裝和調(diào)整方便?；覀}內(nèi)的揚塵在雷達(dá)料位計允許范圍內(nèi)，不受粉塵影響，需要時，可在喇叭口加上防塵罩或預(yù)留壓縮空氣吹掃口對天線進(jìn)行吹掃。雷達(dá)料位計總體測量穩(wěn)定，可靠性高，維護(hù)量比導(dǎo)波雷達(dá)料位計大大減少，雖價格較高，但從所達(dá)到的測量效果和所減少的維護(hù)量考慮，干法煙氣脫硫系統(tǒng)灰倉連續(xù)料位測量選用喇叭口雷達(dá)料位計是比較理想的。

4 液位測量儀表

干法煙氣脫硫系統(tǒng)中需要測量液位的工藝設(shè)備為工藝水箱，水箱為敞口式，水為普通工業(yè)水，溫度為常溫。根據(jù)流體靜力學(xué)，表征液柱高度的液位可以直接通過測量相應(yīng)的壓力值來測定。因此工藝水箱常用的液位測量儀表是壓力式連續(xù)料位計。在水箱底部安裝一個壓力變送器，直接測量靜態(tài)水的壓力，通過計算實現(xiàn)水箱液位的實時測量。此種測量方法簡單可靠，價格低廉，維護(hù)量小，效果良好。

5 結(jié)語

物位儀表測量原理各不相同，又各有優(yōu)缺點，需要充分了解各種儀表的工作原理和功能特點，并考慮該物位測量儀表在干法脫硫工藝中的重要性，選取測量效果最佳，性價比最高的測量產(chǎn)品，從而使物位儀表在干法煙氣脫硫系統(tǒng)中充分發(fā)揮“眼睛”的功能，使干法煙氣脫硫系統(tǒng)實現(xiàn)經(jīng)濟、可靠、高自動化的運行。