電荷法粉塵在線監(jiān)測技術(shù)在TRT機組中的應(yīng)用

孟飛

【摘 要】介紹了粉塵監(jiān)測技術(shù)的主要方法，并對當前粉塵監(jiān)測的主要方法作了分析比較，對電荷法檢測技術(shù)的原理、特點進行闡述，該系統(tǒng)運行可靠，將高爐煤氣粉塵在線監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用于TRT機組控制系統(tǒng)、對機組的安全運行起到很好的報警作用。

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

0 引言

高爐煤氣余壓能量回收透平發(fā)電裝置（簡稱TRT），它是利用高爐爐頂?shù)挠鄩?，將高爐煤氣導(dǎo)入透平膨脹機做功，驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電的一種能量回收裝置。它是現(xiàn)代國際、國內(nèi)鋼鐵煤炭企業(yè)公認的節(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)過除塵處理才能使用。高爐煤氣含塵量的大小對TRT機組葉片的安全運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，含塵量過大將對TRT的葉片造成嚴重的磨損，不僅影響TRT系統(tǒng)的安全運行，也造成巨大的經(jīng)濟損失。而高爐煤氣除塵器由于長時間高溫工作，可能出現(xiàn)布袋破損和除塵效果降低的現(xiàn)象，這樣進入機組的高爐煤氣含塵量超標，導(dǎo)致TRT機組不安全工況的發(fā)生。為了保證TRT機組的安全，必須及時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機組的運行環(huán)境，及時判斷TRT機組的工作狀態(tài)，故在TRT系統(tǒng)中設(shè)置粉塵濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)，對高爐煤氣進行實時監(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)測儀為例，介紹電荷法粉塵在線檢測技術(shù)的原理、技術(shù)特點、實際應(yīng)用分析。

1 目前粉塵在線檢測技術(shù)的幾種方法

粉塵質(zhì)量含量測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量領(lǐng)域，目前工程技術(shù)上的測量技術(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，維護工作量大。測量結(jié)果也受粉塵顏色、溫度變化等因素影響，并且不能測量低含量粉塵。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，來進行粉塵含量測量，是一種接觸式測量方式。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)致對測量結(jié)果產(chǎn)生影響，因而無法定量精確測量。并且安裝調(diào)試、標定、維護都很困難，零點漂移嚴重。因此目前國際上通常只用來進行定性粗略測量（而且必須工作在無以上因素影響的“理想”環(huán)境下）或簡單地檢測是否有粉塵出現(xiàn)，更無穩(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、德國等發(fā)達國家的摩擦電產(chǎn)品，也無法徹底克服以上問題。電荷感應(yīng)技術(shù)，它采用專有的電荷感應(yīng)技術(shù)進行粉塵質(zhì)量含量測量，徹底解決了以往采用“光學(xué)”或“摩擦電”技術(shù)產(chǎn)品無法克服的困難及測量誤差，是目前較為推廣的粉塵含量檢測技術(shù)并在世界各地市場迅速淘 汰以上技術(shù)產(chǎn)品。

2 電荷法監(jiān)測設(shè)備技術(shù)原理

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

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！（非常少，通常為皮安級）。當粉塵通過傳感器探頭附近時粉塵在線監(jiān)測儀的“電荷感應(yīng)”傳感器探頭，能根據(jù)通過其附近的（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，此電信號和粉塵質(zhì)量含量存在直接的數(shù)學(xué)關(guān)系Iac∝質(zhì)量含量。通過對此電信號進一步放大、運算處理，從而精確測量出粉塵含量（mg/m3）。八鋼TRT現(xiàn)場采用安裝了美國費爾升公司的EM70DGX型粉塵在線監(jiān)測儀，采用非接觸式“電荷感應(yīng)”測量方式，如圖1所示。

3 電荷法粉塵在線監(jiān)測裝置的特點

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

2）電荷感應(yīng)技術(shù)測量結(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，并且無需維護。

3）運行可靠。

4）該技術(shù)是目前粉塵在線監(jiān)測技術(shù)最先進的一種，在國外廣泛應(yīng)用于各個領(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)過其自己的信號變送處理，能直接輸出標準的4～20mA信號進入TRT機組控制系統(tǒng)進行顯示、報警和分析。

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

7）該產(chǎn)品的分辨率高，能測到1mg/m3以下的粉塵含量。

4 電荷法粉塵在線檢測技術(shù)的應(yīng)用

高爐煤氣粉塵在線監(jiān)測技術(shù)適用所有的干式及干/濕兩用TRT機組中，電荷法粉塵監(jiān)測技術(shù)在八鋼3座2500m3高爐的TRT煤氣入口管道安裝使用，既能對TRT的入口煤氣粉塵含量進行實時有效的檢測，同時對除塵裝置的除塵效果進行比對，確保TRT機組長期高效安全運行。

[責任編輯：鄧麗麗]