硫塵硝一體化設備灰斗料位檢測方式改進與應用

陳梅珊

（福建龍凈環保股份有限公司， 福建 龍巖 364000）

0 引言

硫塵硝一體化裝備被廣泛應用于玻璃窯爐、生物質鍋爐、垃圾焚燒等工業領域的煙氣凈化處理上。該裝備主要由脫硫塔、預除塵器、塵硝反應器及相關附屬設備組成。在運行過程中，高溫煙氣從底部進入脫硫塔內，再通過文丘里管加速作用下進入塔內循環流化床，煙氣中的二氧化硫等有害物質與床內吸收劑充分接觸后被脫除，脫硫后的煙氣隨后進入預除塵器、塵硝反應器，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，原煙氣經過硫塵硝一體化設備凈化后達標排放[1]。

灰斗作為塵硝反應器的關鍵組成部分，其灰位的高低對系統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，將導致整個硫塵硝一體化設備的停機，進而影響窯爐等主機的正常運行。因此確?；叶妨衔粰z測方式的可靠性，是保證系統正常運行的關鍵。

通過分析常規料位計原理及特點，以及結合硫塵硝一體化設備高溫灰斗上現有料位檢測的應用情況，提出一種針對硫塵硝一體化設備高溫灰斗料位更為可靠和經濟的檢測方式，為日后不同工業領域高溫灰斗料位檢測提供借鑒意義。

1 灰斗料位現有測量方式原理及特點

目前傳統除塵器灰斗料位檢測一般采用以下幾種方式并存在相關問題：

1）人工現場檢測料位，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虛假料位。避免料位偏差出現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，當灰斗內葉片部位無灰時，料位器通電，指示燈亮，葉片逆時針旋轉；當灰斗內葉片部位有料時，葉片旋轉受阻，控制信號轉換，隨之斷開料位器電機電源，此狀態一直維持到葉片部位無料，料位器自動復位，電機電源接通，指示燈亮，葉片開始旋轉，控制信號切換[2]，從而實現灰斗高低料位的判斷。但當灰斗出現漏風嚴重導致內部灰二次燃燒，灰燒結成塊，料位計測量端的葉片容易被板結的灰塊卡住或擋住等電氣故障，使料位計不能正常工作，產生誤報，從而導致除塵灰料位不準，影響塵硝設備放灰和設備正常運行的問題。

3）采用電子電容式即射頻導納料位計，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，并轉換成一個開關命令[3]。常規灰斗料位測量大多首選射頻導納料位計。該料位計工作原理是基于射頻電容技術，即將一個無線電頻率施加在探頭上，通過連續的分析，確定由周圍環境造成的影響。因為所有物料均具有介電常數，而且其導電率都不同于空氣，當探頭與物料接觸時由于微小電容量偏移所反應的總阻抗發生變化。因為通電的探頭和容器壁構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，當空氣被任何其他材料置換時，電容效應得以加強，從而改變了應用場合的阻抗。進而反映出當前物料的位置。

當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的變化，進而反應灰位的變化情況。但在實際運用過程中，射頻導納料位計容易受使用環境影響，一旦塵硝設備內負壓波動較大或者灰斗處于流化狀態時，粉塵濃度高，反應器灰斗料位計上方濾筒的灰在下落過程中，灰斗內部料位計探頭易產生粘灰掛料現象，料位計會誤認為是有料位了，導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，但并未能實質上解決料位計粘灰誤報情況，因為過低的靈敏度容易導致料位計失效。若系統運行中，灰斗實際料位已達高位，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，導致輸灰系統不響應，系統故障停機。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納料位計檢測方式容易出現因測量探頭粘灰導致誤報情況，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、驅動馬達電機和報警開關等組成，該料位計利用電機帶動葉片旋轉，當灰斗灰位上升到葉片位置時，葉片受介質阻擋停止轉動，從而引發報警開關輸出報警；當灰斗灰位低于葉片位置時，葉片恢復轉動，進而報警開關解除報警信號輸出[4]。通過阻旋料位計測量原理可知，當阻旋料位計裝于硫塵硝一體化裝備反應器灰斗上時，當灰斗灰位到達料位計測量葉片時，會阻擋葉片繼續轉動，進而輸出料位報警信號。該料位計與射頻導納料位計區別于：阻旋料位計測量探頭是旋轉的，射頻導納料位計是靜止的。在探頭抗粘灰上，轉動的阻旋料位計優于靜止的射頻導納料位計，避免出現掛灰引起的的誤報現象。

圖1 阻旋料位計

熱電阻是利用物質在溫度變化時自身電阻也隨著發生變化的特性來測量溫度的。熱電阻的感溫元件是用細金屬絲均勻地纏繞在絕緣材料制成的骨架上，當被測介質溫度變化時會導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的溫度。硫塵硝一體化裝備應用于高溫煙氣處理上，通常煙溫在350 ℃左右，灰斗也處于高溫狀態。若采用熱電阻方式測量反應器灰斗料位計時，當灰位低于熱電阻測量探頭位置時，此時所測溫度值為反應器內高溫煙氣溫度；當灰斗達到探頭以上位置時，此時所測溫度值為灰斗內灰溫。通過實踐發現，熱電阻測量值會隨灰位升高而逐漸降低，后趨于一個穩定值（溫降值通常能達到20 ℃以上）；當輸送系統啟動后，隨著灰斗內灰位的降低，熱電阻測量值也會逐漸升高，直至灰斗內煙氣溫度值。如灰溫與灰位狀態趨勢圖所示（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系。

圖2 灰溫與灰位狀態趨勢

通過以上分析可知，當需測量反應器料位時，可在同一料位高度位置同時安裝阻旋料位計和熱電阻，當灰斗內料位達到該位置時，會同時出現阻旋料位計報警以及熱電阻測量溫度呈下降趨勢并產生一定的溫降值，這相比于射頻導納料位計而言，無疑更直觀、更真實地反映當前灰位狀態。若運行中出現灰掉落在探頭時，阻旋料位計的旋轉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，可靠性上更優于射頻導納料位計。

在經濟上，阻旋料位計和熱電阻的組合方式也較射頻導納料位計更經濟。據項目采購數據不完全統計可知，阻旋料位計和熱電阻的組合采購成本會比射頻導納料位計采購成本降低約30%。

3 灰斗料位測量改進方式應用情況

3.1 設備概況

安徽鳳陽硅谷一期塵硝一體化設備工程，設備于2020 年1 月份投運。有關設計參數如表1 所示。

表1 系統設計參數

3.2 運行情況

硫塵硝一體化設備自2020 年1 月投運至今已有三年時間，系統穩定運行，各指標均達標排放，特別是反應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，料位測量準確，可靠性高，運行數據如圖3 所示。

圖3 安徽鳳陽硅谷塵硝項目上位機運行數據顯示圖

從表2 現場監測高低溫度統計數據可以看出，灰斗高料位熱電阻溫度值均在煙氣溫度350 ℃左右，說明當前灰位未達到高料位，而低料位熱電阻溫度值較煙溫低，溫降至在20 ℃左右，說明當前灰位已到達低料位之上。由此可見，采用熱電阻測量料位溫度能直觀反映灰斗當前料位的位置。

表2 安徽鳳陽硅谷塵硝項目現場監測高低位溫度表

4 結語

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、經濟性好，適合用于硫塵硝一體化設備反應器灰斗料位上測量，同時也對高溫環境工況物料的料位檢測提供了一定的借鑒與參考意義。