【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(yùn)行條件的調(diào)研,制系統(tǒng)·,對機(jī)組的運(yùn)行起到很好的預(yù)報(bào)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(yùn)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(yùn)行。而高爐煤氣除塵器由于長時(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)的不安全工況也將會隨時(shí)發(fā)生,為了保證TRT機(jī)組的安全,必須及時(shí)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(yùn)行環(huán)境,及時(shí)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(shí)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(diǎn)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(fèi)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(fèi)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(shí),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(gè)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(shí),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(yùn)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(diǎn)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(diǎn)和下表所示。
表 電荷感應(yīng)和摩擦電技術(shù)主要特點(diǎn)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(diǎn)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
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(shí)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(shí)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(diǎn)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(bào)警值設(shè)定 直接以mg/m3為單位任意設(shè)定報(bào)警值(如設(shè)定10 mg/m3報(bào)警) 不能以mg/m3為單位設(shè)置報(bào)警值
報(bào)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(bào)警。無誤報(bào)警、漏報(bào)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(bào)警。經(jīng)常誤報(bào)警、漏報(bào)警。
探頭設(shè)計(jì) 無源設(shè)計(jì) 有源設(shè)計(jì)
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
備品備件 不需要 需要
安裝地點(diǎn) 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(shí)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? 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(yùn)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(shí)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(bào)警,能夠做到在TRT機(jī)組的運(yùn)行過程及時(shí)地了解其上游設(shè)備地運(yùn)行情況,對機(jī)組的運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(jì)算:改造后正常生產(chǎn)的實(shí)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(gè)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(xiàng)目推廣到山西長治鋼廠的一號機(jī)組運(yùn)行一年多,比D2500改D2800效果提高顯著,又在另兩臺機(jī)組實(shí)行,現(xiàn)已付實(shí)施。通過以上事實(shí)證明圓弧加錐體圓弧逼近三元流動理論的設(shè)計(jì)方法確實(shí)可行,它的優(yōu)點(diǎn)在于易實(shí)現(xiàn)性。應(yīng)在推廣應(yīng)用過程中進(jìn)一步證實(shí)完善這一方法,使該設(shè)計(jì)方法住風(fēng)機(jī)葉輪設(shè)計(jì)中起到應(yīng)有的作用。


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