粉塵在線監(jiān)測技術(shù)在TRT機組中的應用

【專家解說】：  一、粉塵在線監(jiān)測儀應用的重要性和必要性 TRT機組的工藝介質(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)動機組進行發(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機組葉片的安全運行有著至關(guān)重要的影響，通常TRT機組要求煤氣的含塵量為<5mg／m ，含塵量過大將對TRT機組的葉片造成嚴重的磨損，嚴重影響機組的安全運行。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，這樣進入機組的高爐煤氣含塵量超標，也就是說TRT機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機組的運行環(huán)境，及時判斷TRT機組的工作狀態(tài)，故在TRT機組控制系統(tǒng)中設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雜性，使得其成為困難的測量領(lǐng)域。通過世界各國科學家不斷地努力，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。光學技術(shù)產(chǎn)品由于其光學鏡頭易受污染，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／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(如澳大利亞高原公司)采用摩擦電技術(shù)進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。美國英普羅(費爾升)公司EM070C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”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。美國英普羅(費希爾)公司的EM070C粉塵在線監(jiān)測儀，采用非接觸式“電荷感應”測量方式，如圖所示 電荷感應：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出來。數(shù)字信號處理器轉(zhuǎn)換此感應信號，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，EM070C粉塵在線監(jiān)測儀的“電荷感應”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出電信號，此電信號和粉塵質(zhì)量含量存在直接的數(shù)學關(guān)系：iac 質(zhì)量含量。通過對此電信號進一一步放大、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。 三、電荷感應和摩擦電技術(shù)的比較 電荷感應技術(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層以使微粒／氣體和探頭傳感器芯之間隔離，導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，無法完成準確、可靠的測量，并且安裝調(diào)試、標定、維護工作量大，故目前正逐漸被淘汰。而電荷感應技術(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，具有極大的先進性，并直接輸出以DA(mg／m )為單位的測量值。電荷感應技術(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)場標定和維護。與摩擦電技術(shù)主要特點和下表所示。 表 電荷感應和摩擦電技術(shù)主要特點對照 電荷感應和探頭保護技術(shù)與摩擦靜電傳導技術(shù)主要特點對照 內(nèi)容 電荷感應和探頭保護 摩擦靜電傳導 探頭 隔離保護 未隔離保護 測量方式 非接觸（探頭金屬導電層不必和微粒直接接觸） 接觸（探頭金屬導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)感應出電信號。 通過微粒和探頭金屬層的接觸撞擊，將電荷傳導到探頭內(nèi)產(chǎn)生電信號。 導電性微粒 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)場進行等速取樣法標定）。 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