硫塵硝一體化設(shè)備灰斗料位檢測方式改進與應(yīng)用

陳梅珊

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司， 福建 龍巖 364000）

0 引言

硫塵硝一體化裝備被廣泛應(yīng)用于玻璃窯爐、生物質(zhì)鍋爐、垃圾焚燒等工業(yè)領(lǐng)域的煙氣凈化處理上。該裝備主要由脫硫塔、預(yù)除塵器、塵硝反應(yīng)器及相關(guān)附屬設(shè)備組成。在運行過程中，高溫?zé)煔鈴牡撞窟M入脫硫塔內(nèi)，再通過文丘里管加速作用下進入塔內(nèi)循環(huán)流化床，煙氣中的二氧化硫等有害物質(zhì)與床內(nèi)吸收劑充分接觸后被脫除，脫硫后的煙氣隨后進入預(yù)除塵器、塵硝反應(yīng)器，此時煙氣中的顆粒物及氮氧化物等污染物被進一步凈化。最終，原煙氣經(jīng)過硫塵硝一體化設(shè)備凈化后達(dá)標(biāo)排放[1]。

灰斗作為塵硝反應(yīng)器的關(guān)鍵組成部分，其灰位的高低對系統(tǒng)正常運行有著重要影響。通常，若灰斗灰位過高時未報警反饋連鎖卸輸灰系統(tǒng)，將導(dǎo)致整個硫塵硝一體化設(shè)備的停機，進而影響窯爐等主機的正常運行。因此確保灰斗料位檢測方式的可靠性，是保證系統(tǒng)正常運行的關(guān)鍵。

通過分析常規(guī)料位計原理及特點，以及結(jié)合硫塵硝一體化設(shè)備高溫灰斗上現(xiàn)有料位檢測的應(yīng)用情況，提出一種針對硫塵硝一體化設(shè)備高溫灰斗料位更為可靠和經(jīng)濟的檢測方式，為日后不同工業(yè)領(lǐng)域高溫灰斗料位檢測提供借鑒意義。

1 灰斗料位現(xiàn)有測量方式原理及特點

目前傳統(tǒng)除塵器灰斗料位檢測一般采用以下幾種方式并存在相關(guān)問題：

1）人工現(xiàn)場檢測料位，即灰斗上開檢測放灰孔，定期4～8 h 工人巡檢，通過開啟放灰孔來判斷灰斗是否出現(xiàn)虛假料位。避免料位偏差出現(xiàn)灰斗滿灰的事故工況，避免極端情況造成的除塵器灰斗坍塌的事故發(fā)生，解決除塵器的安全運行的隱患，但此種方式浪費人工，容易錯過檢測期。

2）采用電機電位控制原理接觸料位檢測即阻旋料位計，當(dāng)灰斗內(nèi)葉片部位無灰時，料位器通電，指示燈亮，葉片逆時針旋轉(zhuǎn)；當(dāng)灰斗內(nèi)葉片部位有料時，葉片旋轉(zhuǎn)受阻，控制信號轉(zhuǎn)換，隨之?dāng)嚅_料位器電機電源，此狀態(tài)一直維持到葉片部位無料，料位器自動復(fù)位，電機電源接通，指示燈亮，葉片開始旋轉(zhuǎn)，控制信號切換[2]，從而實現(xiàn)灰斗高低料位的判斷。但當(dāng)灰斗出現(xiàn)漏風(fēng)嚴(yán)重導(dǎo)致內(nèi)部灰二次燃燒，灰燒結(jié)成塊，料位計測量端的葉片容易被板結(jié)的灰塊卡住或擋住等電氣故障，使料位計不能正常工作，產(chǎn)生誤報，從而導(dǎo)致除塵灰料位不準(zhǔn)，影響塵硝設(shè)備放灰和設(shè)備正常運行的問題。

3）采用電子電容式即射頻導(dǎo)納料位計，即由傳感器和容器組成一個電容器。物位的變化會造成電容的變化，電容的變化可以通過電子部件進行分析處理，并轉(zhuǎn)換成一個開關(guān)命令[3]。常規(guī)灰斗料位測量大多首選射頻導(dǎo)納料位計。該料位計工作原理是基于射頻電容技術(shù)，即將一個無線電頻率施加在探頭上，通過連續(xù)的分析，確定由周圍環(huán)境造成的影響。因為所有物料均具有介電常數(shù)，而且其導(dǎo)電率都不同于空氣，當(dāng)探頭與物料接觸時由于微小電容量偏移所反應(yīng)的總阻抗發(fā)生變化。因為通電的探頭和容器壁構(gòu)成電容器的二塊極板，探頭的絕緣體和周圍空氣成為介電材料，當(dāng)空氣被任何其他材料置換時，電容效應(yīng)得以加強，從而改變了應(yīng)用場合的阻抗。進而反映出當(dāng)前物料的位置。

當(dāng)該料位計安裝在灰斗上時，可以通過檢測探頭和灰斗壁板間介電常數(shù)的變化，進而反應(yīng)灰位的變化情況。但在實際運用過程中，射頻導(dǎo)納料位計容易受使用環(huán)境影響，一旦塵硝設(shè)備內(nèi)負(fù)壓波動較大或者灰斗處于流化狀態(tài)時，粉塵濃度高，反應(yīng)器灰斗料位計上方濾筒的灰在下落過程中，灰斗內(nèi)部料位計探頭易產(chǎn)生粘灰掛料現(xiàn)象，料位計會誤認(rèn)為是有料位了，導(dǎo)致料位計傳感器誤報警輸出。料位計雖能通過降低探頭靈敏度來改善，但并未能實質(zhì)上解決料位計粘灰誤報情況，因為過低的靈敏度容易導(dǎo)致料位計失效。若系統(tǒng)運行中，灰斗實際料位已達(dá)高位，但因料位計靈敏度低未及時報警，這極易造成灰斗料位過高，導(dǎo)致輸灰系統(tǒng)不響應(yīng)，系統(tǒng)故障停機。如若不及時處理，甚至將造成灰斗坍塌脫落事故，給硫塵硝設(shè)備的安全運行造成了很大的隱患。因此，為保證硫塵硝一體化裝備穩(wěn)定運行，選擇一種可靠性更高的灰斗料位測量方式顯得尤為重要。

2 灰斗料位測量改進方式原理及特點

針對目前灰斗采用射頻導(dǎo)納料位計檢測方式容易出現(xiàn)因測量探頭粘灰導(dǎo)致誤報情況，特提出一種組合料位測量改善方式：即采用阻旋料位計和鉑熱電阻的組合檢測方式。

如圖1 所示，阻旋料位計主要由測量葉片、驅(qū)動馬達(dá)電機和報警開關(guān)等組成，該料位計利用電機帶動葉片旋轉(zhuǎn)，當(dāng)灰斗灰位上升到葉片位置時，葉片受介質(zhì)阻擋停止轉(zhuǎn)動，從而引發(fā)報警開關(guān)輸出報警；當(dāng)灰斗灰位低于葉片位置時，葉片恢復(fù)轉(zhuǎn)動，進而報警開關(guān)解除報警信號輸出[4]。通過阻旋料位計測量原理可知，當(dāng)阻旋料位計裝于硫塵硝一體化裝備反應(yīng)器灰斗上時，當(dāng)灰斗灰位到達(dá)料位計測量葉片時，會阻擋葉片繼續(xù)轉(zhuǎn)動，進而輸出料位報警信號。該料位計與射頻導(dǎo)納料位計區(qū)別于：阻旋料位計測量探頭是旋轉(zhuǎn)的，射頻導(dǎo)納料位計是靜止的。在探頭抗粘灰上，轉(zhuǎn)動的阻旋料位計優(yōu)于靜止的射頻導(dǎo)納料位計，避免出現(xiàn)掛灰引起的的誤報現(xiàn)象。

圖1 阻旋料位計

熱電阻是利用物質(zhì)在溫度變化時自身電阻也隨著發(fā)生變化的特性來測量溫度的。熱電阻的感溫元件是用細(xì)金屬絲均勻地纏繞在絕緣材料制成的骨架上，當(dāng)被測介質(zhì)溫度變化時會導(dǎo)致感溫元件輸出的阻值不同，因此，只要測量出熱電阻感溫元件的阻值變化，就可以測量出被測介質(zhì)的溫度。硫塵硝一體化裝備應(yīng)用于高溫?zé)煔馓幚砩?，通常煙溫?50 ℃左右，灰斗也處于高溫狀態(tài)。若采用熱電阻方式測量反應(yīng)器灰斗料位計時，當(dāng)灰位低于熱電阻測量探頭位置時，此時所測溫度值為反應(yīng)器內(nèi)高溫?zé)煔鉁囟?；?dāng)灰斗達(dá)到探頭以上位置時，此時所測溫度值為灰斗內(nèi)灰溫。通過實踐發(fā)現(xiàn)，熱電阻測量值會隨灰位升高而逐漸降低，后趨于一個穩(wěn)定值（溫降值通常能達(dá)到20 ℃以上）；當(dāng)輸送系統(tǒng)啟動后，隨著灰斗內(nèi)灰位的降低，熱電阻測量值也會逐漸升高，直至灰斗內(nèi)煙氣溫度值。如灰溫與灰位狀態(tài)趨勢圖所示（見圖2），可以近似將熱電阻測量值與灰位高低看成一個反向變化關(guān)系。

圖2 灰溫與灰位狀態(tài)趨勢

通過以上分析可知，當(dāng)需測量反應(yīng)器料位時，可在同一料位高度位置同時安裝阻旋料位計和熱電阻，當(dāng)灰斗內(nèi)料位達(dá)到該位置時，會同時出現(xiàn)阻旋料位計報警以及熱電阻測量溫度呈下降趨勢并產(chǎn)生一定的溫降值，這相比于射頻導(dǎo)納料位計而言，無疑更直觀、更真實地反映當(dāng)前灰位狀態(tài)。若運行中出現(xiàn)灰掉落在探頭時，阻旋料位計的旋轉(zhuǎn)動葉片有利于甩掉黏灰，而熱電阻探頭上一點掛灰并不會引起測量值的多大變化，因此采用阻旋料位計與熱電阻組合方式測量料位，可靠性上更優(yōu)于射頻導(dǎo)納料位計。

在經(jīng)濟上，阻旋料位計和熱電阻的組合方式也較射頻導(dǎo)納料位計更經(jīng)濟。據(jù)項目采購數(shù)據(jù)不完全統(tǒng)計可知，阻旋料位計和熱電阻的組合采購成本會比射頻導(dǎo)納料位計采購成本降低約30%。

3 灰斗料位測量改進方式應(yīng)用情況

3.1 設(shè)備概況

安徽鳳陽硅谷一期塵硝一體化設(shè)備工程，設(shè)備于2020 年1 月份投運。有關(guān)設(shè)計參數(shù)如表1 所示。

表1 系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

3.2 運行情況

硫塵硝一體化設(shè)備自2020 年1 月投運至今已有三年時間，系統(tǒng)穩(wěn)定運行，各指標(biāo)均達(dá)標(biāo)排放，特別是反應(yīng)器灰斗料位采用阻旋料位計和熱電阻組合方式進行料位檢測后，一直正常運行，料位測量準(zhǔn)確，可靠性高，運行數(shù)據(jù)如圖3 所示。

圖3 安徽鳳陽硅谷塵硝項目上位機運行數(shù)據(jù)顯示圖

從表2 現(xiàn)場監(jiān)測高低溫度統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，灰斗高料位熱電阻溫度值均在煙氣溫度350 ℃左右，說明當(dāng)前灰位未達(dá)到高料位，而低料位熱電阻溫度值較煙溫低，溫降至在20 ℃左右，說明當(dāng)前灰位已到達(dá)低料位之上。由此可見，采用熱電阻測量料位溫度能直觀反映灰斗當(dāng)前料位的位置。

表2 安徽鳳陽硅谷塵硝項目現(xiàn)場監(jiān)測高低位溫度表

4 結(jié)語

采用阻旋料位計和熱電阻組合測量料位方式，可靠性高、抗干擾強、經(jīng)濟性好，適合用于硫塵硝一體化設(shè)備反應(yīng)器灰斗料位上測量，同時也對高溫環(huán)境工況物料的料位檢測提供了一定的借鑒與參考意義。