【粉塵在線監(jiān)測】技術(shù)在TRT機(jī)組中的應(yīng)用

2015-06-06 10:03:07 admin
【摘 要】 通過對TRT機(jī)組安全運行條件的調(diào)研，制系統(tǒng)·，對機(jī)組的運行起到很好的預(yù)報警作用。將高爐煤氣粉塵在線監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用于TRT 機(jī)組控
【關(guān)鍵詞】 粉塵在線監(jiān)測 光學(xué)技術(shù)摩擦電傳感技術(shù) 電荷感應(yīng)技術(shù)
一、粉塵在線監(jiān)測儀應(yīng)用的重要性和必要性
TRT機(jī)組的工藝介質(zhì)是高爐煤氣，其工作的原理是利用高爐煤氣的壓力能和熱能通過煤氣透平驅(qū)動機(jī)組進(jìn)行發(fā)電，而高爐煤氣含塵量很高，必須經(jīng)過除塵處理才能使用。通常高爐煤氣除塵有干法和濕法兩種方式。高爐煤氣粉塵含量的大小，對TRT機(jī)組葉片的安全運行有著至關(guān)重要的影響，通常TRT機(jī)組要求煤氣的含塵量為<5mg／m ，含塵量過大將對TRT機(jī)組的葉片造成嚴(yán)重的磨損，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運行。而高爐煤氣除塵器由于長時間的工作，將會出現(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)，也就是說TRT機(jī)組由于布袋除塵器的長周期運轉(zhuǎn)出現(xiàn)的不安全工況也將會隨時發(fā)生，為了保證TRT機(jī)組的安全，必須及時了解高爐煤氣的含塵量的大小，了解高爐煤氣除塵器的工作狀態(tài)，了解TRT機(jī)組的運行環(huán)境，及時判斷TRT機(jī)組的工作狀態(tài)，故在TRT機(jī)組控制系統(tǒng)中設(shè)置高爐煤氣粉塵在線監(jiān)測系統(tǒng)非常必要。
二、目前粉塵在線監(jiān)測儀的幾種方法
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。通過世界各國科學(xué)家不斷地努力，傳統(tǒng)上主要產(chǎn)生出兩種測量技術(shù)：光學(xué)和摩擦電技術(shù)，但由于受技術(shù)的制約，測量結(jié)果受諸多因素影響，一直不能徹底滿足實際的測量需要。光學(xué)技術(shù)產(chǎn)品由于其光學(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(jìn)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 粉塵在探頭表面的黏附、凝集、結(jié)露、水分、干燥。②腐蝕、高溫、金屬 E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)生致命的影響，因而無法定量精確測量。并且安裝調(diào)試、標(biāo)定、維護(hù)都很困難，零點漂移嚴(yán)重。因此目前國際上，通常只用來進(jìn)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／m 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(dá)國家的摩擦電產(chǎn)品，也無法徹底克服以上問題。也曾有公司采用摩擦電技術(shù)進(jìn)行粉塵含量精確測量，由于必須增加探頭吹掃裝置和其他抗干擾措施，故測量系統(tǒng)顯得龐雜而昂貴， 目前仍然沒有完全克服全部影響因素，測量結(jié)果不可靠。美國菲特費爾升公司DMC70粉塵在線監(jiān)測儀是目前全球最新技術(shù)產(chǎn)品，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，正在世界各地市場迅速淘汰以上技術(shù)產(chǎn)品。美國菲特費爾升公司的DMC70粉塵在線監(jiān)測儀，采用非接觸式“電荷感應(yīng)”測量方式，如圖所示
電荷感應(yīng)：當(dāng)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。
 
圖非接觸式電荷感應(yīng)測量方式
 
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(dāng)粉塵通過傳感器探頭附近時，EM070C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，在傳感器探頭巾感應(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(jìn)一一步放大、運算處理，從而精確測量出粉塵含量(Illg／Ill )。因此電荷感應(yīng)技術(shù)測量結(jié)果不受探頭表面黏附、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(hù)。
三、電荷感應(yīng)和摩擦電技術(shù)的比較
電荷感應(yīng)技術(shù)與傳統(tǒng)的摩擦靜電檢測技術(shù)相比，其最根本的不同點是：電荷感應(yīng)技術(shù)是通過探頭附近微粒內(nèi)部電子(電荷)，在探頭中感應(yīng)出相關(guān)電信號，是一種非接觸式測量方式，且信號和微粒質(zhì)量含量存在著直接對應(yīng)關(guān)系；摩擦靜電技術(shù)是通過微粒和探頭等的碰撞摩擦，在探頭內(nèi)產(chǎn)生相關(guān)電信號，是接觸式測量方式，且信號和微粒質(zhì)量含量無直接的對應(yīng)關(guān)系。由于摩擦靜電技術(shù)依賴接觸測量方式，無法在探頭表面增加保護(hù)層以使微粒／氣體和探頭傳感器芯之間隔離，導(dǎo)致測量值受微粒堆積、凝聚、結(jié)露、水分、干燥、微粒特性、微粒速度等眾多因素影響，無法完成準(zhǔn)確、可靠的測量，并且安裝調(diào)試、標(biāo)定、維護(hù)工作量大，故目前正逐漸被淘汰。而電荷感應(yīng)技術(shù)由于是非接觸式測量，完全避免了以上因素和其他因素影響，具有極大的先進(jìn)性，并直接輸出以PA(mg／m )為單位的測量值。電荷感應(yīng)技術(shù)具有更高的分辨率和精度、可測更低的含量，可使用在潮濕或干燥的環(huán)境下，不受微粒特性、速度影響，不受探頭上微粒堆積影響，不需現(xiàn)場標(biāo)定和維護(hù)。與摩擦電技術(shù)主要特點和下表所示。
表 電荷感應(yīng)和摩擦電技術(shù)主要特點對照

電荷感應(yīng)和探頭保護(hù)技術(shù)與摩擦靜電傳導(dǎo)技術(shù)主要特點對照
內(nèi)容 電荷感應(yīng)和探頭保護(hù) 摩擦靜電傳導(dǎo)
探頭 隔離保護(hù) 未隔離保護(hù)
測量方式 非接觸（探頭金屬導(dǎo)電層不必和微粒直接接觸） 接觸（探頭金屬導(dǎo)電層必須和微粒直接接觸）
探頭電信號的產(chǎn)生 通過非接觸感應(yīng)方式。根據(jù)微粒電荷和微粒的分布情況直接在探頭內(nèi)感應(yīng)出電信號。 通過微粒和探頭金屬層的接觸撞擊，將電荷傳導(dǎo)到探頭內(nèi)產(chǎn)生電信號。
導(dǎo)電性微粒 可以測量 不可以測量
潮濕氣體粉塵 可以測量 不可以測量
測量結(jié)果單位 精確連續(xù)測量質(zhì)量含量，測量結(jié)果以pA（mg/m3）為單位、 4—20 mA連續(xù)輸出信號。 通常只能定性粗略測量，不能測量出質(zhì)量含量，無以mg/m3為單位的輸出信號，只輸出無測量單位的電壓/電流/百分比信號（除非在現(xiàn)場進(jìn)行等速取樣法標(biāo)定）。
線性 測量信號與質(zhì)量含量直接線性關(guān)系 測量信號與質(zhì)量含量非直接線性關(guān)系
分辨率 高 低
低含量測量 可以，可測低至0.1 mg/m3的含量。 不可以
對脈沖噴吹布袋除塵系統(tǒng) 可同時測量和解析出粉塵含量基數(shù)值（波谷值）、尖峰值（波峰值）。 無法同時測量和解析出粉塵含量基數(shù)值（波谷值）、尖峰值（波峰值）。
低含量測量 可以，可測低至0.1 mg/m3的含量。 不可以


零點漂移 沒有 十分嚴(yán)重
影響 完全不受右表格內(nèi)因素影響 探頭受：
粘附、堆積；濕氣體、凝集、結(jié)露、干燥；導(dǎo)電性粉塵；腐蝕；
高溫、高壓；粉塵速度、尺寸、分布；震動等因素導(dǎo)致的短路或其它影響。
報警值設(shè)定 直接以mg/m3為單位任意設(shè)定報警值（如設(shè)定10 mg/m3報警） 不能以mg/m3為單位設(shè)置報警值
報警 滿足美國EPA（美國環(huán)保暑）法規(guī)要求的基數(shù)值和峰值兩級報警。無誤報警、漏報警。 無美國EPA（美國環(huán)保暑）法規(guī)要求的基數(shù)值和峰值兩級報警。經(jīng)常誤報警、漏報警。
探頭設(shè)計 無源設(shè)計 有源設(shè)計
探頭吹掃 不需要 一般均需要
信號接地 不需要專門接地 需要專門接地
探頭防爆 本安防爆 非防爆
維護(hù) 免維護(hù) 需要
損耗 沒有 有
備品備件 不需要 需要
安裝地點 無特殊要求 有直管段等特殊要求
技術(shù)前景 最新技術(shù) 淘汰技術(shù)
 
兩種技術(shù)的簡單判斷辦法（推薦給用戶鑒別用）
     
探頭表面是否有厚實隔離保護(hù)層 有，完全隔離。 沒有或只有薄涂覆層，沒有完全隔離。
是否需要吹掃？ 不需要 需要
是否需要維護(hù)？ 免維護(hù) 需要維護(hù)
是否有接地和安裝條件（如直管段）要求 沒有 有且必須。
是否能用于潮濕氣體？ 可以 不可以
是否能用于金屬性粉塵？ 可以 不可以
探頭是否本安防爆？ 是 不是

四、應(yīng)用情況
根據(jù)對以上幾種在線監(jiān)測技術(shù)的比較，以及對其市i 、2OO5年第7期場占有率的調(diào)研分析， 目前全國最大的除塵設(shè)備廠的控制系統(tǒng)粉塵在線監(jiān)測均采用這種電荷感應(yīng)技術(shù)，通過對他們的十幾年的使用情況和其最終用戶的追蹤調(diào)查和調(diào)研，普遍認(rèn)為該產(chǎn)品技術(shù)含量高，運行穩(wěn)定可靠，適用范圍廣。根據(jù)以上情況的分析，在TRT機(jī)組控制系統(tǒng)中增加高爐煤氣粉塵在線監(jiān)測功能，并且采用這種高技術(shù)含量的電荷感應(yīng)技術(shù)，同時也與高爐煤氣除塵器控制系統(tǒng)進(jìn)行信號聯(lián)系，將其重要的控制檢測信號引入TRT機(jī)組控制系統(tǒng)進(jìn)行報警，能夠做到在TRT機(jī)組的運行過程及時地了解其上游設(shè)備地運行情況，對機(jī)組的運行起到很好的預(yù)警作用。該技術(shù)已在津西鋼廠二合一TRT機(jī)組中進(jìn)行了應(yīng)用，將在以后不斷的應(yīng)用中改進(jìn)完善。
 



對以上數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得出1號、2號燒結(jié)機(jī)的生產(chǎn)基本是穩(wěn)定的。同樣的運行速度，不同的臺車寬度使其產(chǎn)量產(chǎn)生差別，2號燒結(jié)機(jī)1 500ram的臺車能夠與1號燒結(jié)機(jī)1 400ram的臺車以相同速度運行生產(chǎn)，這樣就使得寬臺車的邊緣效應(yīng)得以減弱，擴(kuò)大的燒結(jié)面積發(fā)揮了作用，就使產(chǎn)量得到提高，帶來可觀效益。效益計算：改造后正常生產(chǎn)的實際月產(chǎn)量比改造前增加4％，約5 000t，年增產(chǎn)為：12月×5 ooot／)~=60 000t。
燒結(jié)礦的噸礦利潤為：18元／t
年效益為18元／t×6O 000t=108萬元。
投資回收期21萬元／108萬元／a×12月／a=2．3月，
只需2．3個月即可收回投資。對1號燒結(jié)機(jī)主抽煙風(fēng)機(jī)進(jìn)行了同樣的改造，效果仍然不錯。將該改造項目推廣到山西長治鋼廠的一號機(jī)組運行一年多，比D2500改D2800效果提高顯著，又在另兩臺機(jī)組實行，現(xiàn)已付實施。通過以上事實證明圓弧加錐體圓弧逼近三元流動理論的設(shè)計方法確實可行，它的優(yōu)點在于易實現(xiàn)性。應(yīng)在推廣應(yīng)用過程中進(jìn)一步證實完善這一方法，使該設(shè)計方法住風(fēng)機(jī)葉輪設(shè)計中起到應(yīng)有的作用。


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