干法煙氣脫硫系統(tǒng)物位測(cè)量?jī)x表的選型與應(yīng)用

文_魏燁 福建龍凈脫硫脫硝工程有限公司

隨著國(guó)家環(huán)保要求的不斷提高，干法煙氣脫硫工藝在越來(lái)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(cè)儀表關(guān)系著脫硫裝置的經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行。物位（Level）是工業(yè)過(guò)程四大檢測(cè)參數(shù)之一，干法煙氣脫硫工藝中物位測(cè)量?jī)x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(dòng)化水平。

1 物位測(cè)量?jī)x表的分類(lèi)

物位測(cè)量?jī)x表可分兩大類(lèi)：一類(lèi)是測(cè)量以狀態(tài)為目標(biāo)的開(kāi)關(guān)式儀表（即物位開(kāi)關(guān)）；另一類(lèi)是測(cè)量物位連續(xù)變化的儀表。開(kāi)關(guān)式物位測(cè)量?jī)x表主要用于順序控制的限位，報(bào)警等；連續(xù)式物位測(cè)量?jī)x表主要用于連續(xù)控制的料倉(cāng)、灰?guī)斓确矫?，有時(shí)也可用于多點(diǎn)報(bào)警系統(tǒng)。干法煙氣脫硫系統(tǒng)中常用的開(kāi)關(guān)式物位儀表包括振動(dòng)式料位開(kāi)關(guān)、射頻導(dǎo)納料位開(kāi)關(guān)等；常用的連續(xù)式物位儀表包括壓力式物位測(cè)量?jī)x表、導(dǎo)波雷達(dá)連續(xù)物位計(jì)、喇叭口雷達(dá)連續(xù)料位計(jì)等。下面將通過(guò)對(duì)干法脫硫系統(tǒng)中物位儀表應(yīng)用工況的介紹和對(duì)物位儀表工作原理及功能特點(diǎn)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(lèi)型。

2 除塵器灰斗物位測(cè)量

2.1 工藝簡(jiǎn)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(lèi)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(lèi)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(kāi)關(guān)，用于系統(tǒng)安全保護(hù)。因此，料位開(kāi)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(yùn)行。

脫硫除塵器灰斗在脫硫時(shí)收集的主要是脫硫灰，在不脫硫時(shí)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(gè)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(dòng)錘，定時(shí)對(duì)側(cè)壁進(jìn)行敲擊，其它工況同預(yù)除塵器灰斗，具體詳見(jiàn)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(chǔ)灰量。因此，脫硫除塵器灰斗一般設(shè)有多組料位開(kāi)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(kāi)關(guān)

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

2.2.1 振動(dòng)式料位開(kāi)關(guān)

（1）工作原理

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

圖2 振動(dòng)式料位開(kāi)關(guān)振動(dòng)元件

（2）主要特點(diǎn)

振動(dòng)式料位開(kāi)關(guān)主要優(yōu)點(diǎn)：①簡(jiǎn)單、耐用、牢固，無(wú)移動(dòng)部件，無(wú)需維護(hù)。②介質(zhì)介電常數(shù)變化不影響測(cè)量，即不受介質(zhì)更換的影響。③測(cè)量不受被測(cè)介質(zhì)物理和化學(xué)特性的影響。④即使外界振動(dòng)強(qiáng)烈，也不會(huì)影響測(cè)量。

振動(dòng)式料位開(kāi)關(guān)主要缺點(diǎn)：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(dòng)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(jià)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(shí)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(dòng)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(jià)格比音叉式略高。

2.2.2 射頻導(dǎo)納料位開(kāi)關(guān)

（1）工作原理

射頻導(dǎo)納料位開(kāi)關(guān)測(cè)量原理是基于射頻（RF）電容技術(shù)，將一個(gè)無(wú)線電頻率施加在探頭上，通過(guò)連續(xù)的分析，確定周?chē)沫h(huán)境造成的影響。

（2）主要特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：①通用性強(qiáng)，可測(cè)量液位及料位，檢測(cè)顆粒、飛灰、導(dǎo)電、非導(dǎo)電液體、粘稠物料等。②防掛料，獨(dú)特的電路設(shè)計(jì)和傳感器結(jié)構(gòu)，使其測(cè)量可以不受傳感器掛料影響，無(wú)需定期清潔。③穩(wěn)定性高，測(cè)量不受溫度變化影響。④測(cè)量過(guò)程無(wú)可動(dòng)部件，無(wú)須維護(hù)。⑤價(jià)格相對(duì)較低，選擇面較廣。

缺點(diǎn)：對(duì)介質(zhì)的介電常數(shù)較敏感。

2.2.3 應(yīng)用場(chǎng)合

預(yù)除塵器灰斗中的介質(zhì)類(lèi)型比較穩(wěn)定，可以選擇射頻導(dǎo)納料位開(kāi)關(guān)和振動(dòng)式料位開(kāi)關(guān)中的單棒式振動(dòng)料位開(kāi)關(guān)。音叉式振動(dòng)料位開(kāi)關(guān)由于防掛料能力較差，不建議使用。而從經(jīng)濟(jì)考慮，預(yù)除塵器灰斗料位開(kāi)關(guān)選擇能有效防止掛料、且價(jià)格相對(duì)較低的射頻導(dǎo)納料位開(kāi)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(duì)介質(zhì)介電常數(shù)比較敏感的射頻導(dǎo)納料位開(kāi)關(guān)，經(jīng)常需調(diào)整料位開(kāi)關(guān)的靈敏度來(lái)適應(yīng)介質(zhì)的變化，測(cè)量不穩(wěn)定，且維護(hù)工作量大。而選擇振動(dòng)式料位開(kāi)關(guān)就能很好地解決介質(zhì)介電常數(shù)變化的問(wèn)題，而且應(yīng)選擇防掛料能力優(yōu)于音叉式料位開(kāi)關(guān)的單棒式振動(dòng)料位開(kāi)關(guān)，不建議選用音叉式振動(dòng)料位開(kāi)關(guān)。安裝位置同樣也選擇側(cè)部安裝。

3 灰倉(cāng)料位測(cè)量?jī)x表

3.1 工藝簡(jiǎn)介

干法煙氣脫硫系統(tǒng)的灰倉(cāng)包括生石灰倉(cāng)、消石灰倉(cāng)和灰?guī)?。灰倉(cāng)內(nèi)的介質(zhì)都比較單一，工況相對(duì)穩(wěn)定，溫度基本都在120℃以下。進(jìn)料時(shí)，灰倉(cāng)內(nèi)有一定的揚(yáng)塵，出料時(shí)灰倉(cāng)底部有流化。進(jìn)料口及出料口一般都位于灰倉(cāng)中心位置。每個(gè)灰倉(cāng)內(nèi)一般設(shè)置一個(gè)高料位開(kāi)關(guān)和一個(gè)連續(xù)料位計(jì)，用于控制灰倉(cāng)的進(jìn)料與出料。

3.2 料位開(kāi)關(guān)

根據(jù)灰倉(cāng)的運(yùn)行工況，灰倉(cāng)料位開(kāi)關(guān)可以選擇和灰斗料位開(kāi)關(guān)相同的測(cè)量原理，即射頻導(dǎo)納料位開(kāi)關(guān)和振動(dòng)式料位開(kāi)關(guān)。而如果選擇振動(dòng)式料位開(kāi)關(guān)，可以選擇音叉式料位開(kāi)關(guān)，無(wú)需選用單棒式振動(dòng)料位開(kāi)關(guān)，因?yàn)楦鱾€(gè)灰倉(cāng)內(nèi)介質(zhì)溫度不高，只有在進(jìn)料時(shí)有揚(yáng)塵，且料位開(kāi)關(guān)采用頂部安裝，探頭部分掛料可靠自重清除。因此，從運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性考慮，灰倉(cāng)料位開(kāi)關(guān)可選擇射頻導(dǎo)納料位開(kāi)關(guān)和音叉式振動(dòng)料位開(kāi)關(guān)。

3.3 連續(xù)料位計(jì)

3.3.1 導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)

（1）工作原理

導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)是依據(jù)時(shí)域反射原理（TDR）為基礎(chǔ)的雷達(dá)料位計(jì)。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(yùn)行，接觸到被測(cè)介質(zhì)后，微波脈沖被反射回來(lái)，并被電子部件接收，并分析計(jì)算其運(yùn)行時(shí)間。微處理器識(shí)別物位回波，分析計(jì)算后將它轉(zhuǎn)換成物位信號(hào)給出。

圖3 導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)工作原理

（2）主要特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：①測(cè)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(cè)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(diǎn)：①存在鋼纜擺動(dòng)、偏移和拉斷的危險(xiǎn)。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(cè)量錯(cuò)誤。④維護(hù)工作量大。

3.3.2 雷達(dá)料位計(jì)

（1）工作原理

發(fā)射－反射－接收是雷達(dá)式料位計(jì)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(hào)。反射回來(lái)的信號(hào)仍由天線接收，雷達(dá)脈沖信號(hào)從發(fā)射到接收的運(yùn)行時(shí)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(jì)工作原理

（2）主要特點(diǎn)

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

缺點(diǎn)：①價(jià)格較高。②粉塵較大時(shí)，對(duì)測(cè)量有一定影響。

(3) 應(yīng)用場(chǎng)合

采用導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)進(jìn)行灰倉(cāng)連續(xù)料位的測(cè)量，成本較低，但是維護(hù)量較大。由于倉(cāng)內(nèi)有一定的揚(yáng)塵，導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)工作時(shí)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(cè)量失常，需要儀表工經(jīng)常爬上倉(cāng)頂，抽出導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)，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(cāng)直徑較大，連續(xù)料位計(jì)布置可遠(yuǎn)離進(jìn)料口，而且運(yùn)行時(shí)能保證有儀表工定期進(jìn)行維護(hù)，此時(shí)，可考慮選擇導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)進(jìn)行測(cè)量。

采用雷達(dá)料位計(jì)進(jìn)行灰倉(cāng)連續(xù)料位的測(cè)量，天線可以采用較長(zhǎng)的喇叭口設(shè)計(jì)（可選擇4"喇叭口），既方便了現(xiàn)場(chǎng)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(qiáng)回波信號(hào)的強(qiáng)度和避開(kāi)微波發(fā)射范圍內(nèi)的干擾信號(hào)。而喇叭口天線又可通過(guò)萬(wàn)向節(jié)法蘭調(diào)整發(fā)射角度，找到最佳反射點(diǎn)，為灰倉(cāng)直徑小布置困難的難題提供了一個(gè)很好的解決方案。量程不受限制（只要在料位計(jì)固有量程內(nèi)即可），介質(zhì)類(lèi)型不受限制，現(xiàn)場(chǎng)安裝和調(diào)整方便?；覀}(cāng)內(nèi)的揚(yáng)塵在雷達(dá)料位計(jì)允許范圍內(nèi)，不受粉塵影響，需要時(shí)，可在喇叭口加上防塵罩或預(yù)留壓縮空氣吹掃口對(duì)天線進(jìn)行吹掃。雷達(dá)料位計(jì)總體測(cè)量穩(wěn)定，可靠性高，維護(hù)量比導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)大大減少，雖價(jià)格較高，但從所達(dá)到的測(cè)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(cāng)連續(xù)料位測(cè)量選用喇叭口雷達(dá)料位計(jì)是比較理想的。

4 液位測(cè)量?jī)x表

干法煙氣脫硫系統(tǒng)中需要測(cè)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(guò)測(cè)量相應(yīng)的壓力值來(lái)測(cè)定。因此工藝水箱常用的液位測(cè)量?jī)x表是壓力式連續(xù)料位計(jì)。在水箱底部安裝一個(gè)壓力變送器，直接測(cè)量靜態(tài)水的壓力，通過(guò)計(jì)算實(shí)現(xiàn)水箱液位的實(shí)時(shí)測(cè)量。此種測(cè)量方法簡(jiǎn)單可靠，價(jià)格低廉，維護(hù)量小，效果良好。

5 結(jié)語(yǔ)

物位儀表測(cè)量原理各不相同，又各有優(yōu)缺點(diǎn)，需要充分了解各種儀表的工作原理和功能特點(diǎn)，并考慮該物位測(cè)量?jī)x表在干法脫硫工藝中的重要性，選取測(cè)量效果最佳，性價(jià)比最高的測(cè)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(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、可靠、高自動(dòng)化的運(yùn)行。