粉塵在線監測技術在TRT機組中的應用

一、粉塵在線監測儀應用的重要性和必要性

TRT機組的工藝介質是高爐煤氣，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動機組進行發電，而高爐煤氣含塵量很高，必須經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，將會出現布袋破損和除塵效果降低的現象，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出現的不安全工況也將會隨時發生，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，了解TRT機組的運行環境，及時判斷TRT機組的工作狀態，故在TRT機組控制系統中設置高爐煤氣粉塵在線監測系統非常必要。

二、目前粉塵在線監測儀的幾種方法

粉塵質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域。通過世界各國科學家不斷地努力，傳統上主要產生出兩種測量技術：光學和摩擦電技術，但由于受技術的制約，測量結果受諸多因素影響，一直不能*滿足實際的測量需要。光學技術產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，利用粉塵和傳感器探頭等的摩擦產生出靜電，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，導致對測量結果產生致命的影響，因而無法定量測量。并且安裝調試、標定、維護都很困難，零點漂移嚴重。因此目前上，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”環境下)或簡單地檢測是否有粉塵出現，更無穩定、直接以mg／m 為單位的數據輸出。由于傳感原理所限，即使是美國、德國等發達國家的摩擦電產品，也無法*克服以上問題。也曾有公司(如澳大利亞高原公司)采用摩擦電技術進行粉塵含量測量，由于必須增加探頭吹掃裝置和其他抗干擾措施，故測量系統顯得龐雜而昂貴， 目前仍然沒有*克服全部影響因素，測量結果不可靠。美國英普羅(費爾升)公司EM070C粉塵在線監測儀是目前技術產品，它采用專有的電荷感應技術進行粉塵質量含量測量，*解決了以往采用“光學”或“摩擦電”技術產品無法克服的困難，正在世界各地市場迅速淘汰以上技術產品。美國英普羅(費希爾)公司的EM070C粉塵在線監測儀，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，基于微粒內部電子(即電荷)，小電信號在探頭中被感應出來。數字信號處理器轉換此感應信號，成為一個線性比例于微粒質量含量的輸出值。

其基于量子物理原理，即任何物質(如：粉塵)內部(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粉塵在線監測儀的“電荷感應”傳感器探頭，能根據通過其附近的(并不依賴粉塵和探頭的接觸)粉塵內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，此電信號和粉塵質量含量存在直接的數學關系：iac 質量含量。通過對此電信號進一一步放大、運算處理，從而測量出粉塵含量(Illg／Ill )。因此電荷感應技術測量結果不受探頭表面黏附、凝集、結露、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的比較

電荷感應技術與傳統的摩擦靜電檢測技術相比，其zui根本的不同點是：電荷感應技術是通過探頭附近微粒內部電子(電荷)，在探頭中感應出相關電信號，是一種非接觸式測量方式，且信號和微粒質量含量存在著直接對應關系；摩擦靜電技術是通過微粒和探頭等的碰撞摩擦，在探頭內產生相關電信號，是接觸式測量方式，且信號和微粒質量含量無直接的對應關系。由于摩擦靜電技術依賴接觸測量方式，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。而電荷感應技術由于是非接觸式測量，*避免了以上因素和其他因素影響，具有極大的*性，并直接輸出以DA(mg／m )為單位的測量值。電荷感應技術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，不需現場標定和維護。與摩擦電技術主要特點和下表所示。

表 電荷感應和摩擦電技術主要特點對照

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電荷感應和探頭保護技術與摩擦靜電傳導技術主要特點對照

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內容

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電荷感應和探頭保護

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摩擦靜電傳導

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探頭

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隔離保護

[/td][td=1,1,274]

未隔離保護

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測量方式

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非接觸（探頭金屬導電層不必和微粒直接接觸）

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接觸（探頭金屬導電層必須和微粒直接接觸）

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探頭電信號的產生

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通過非接觸感應方式。根據微粒電荷和微粒的分布情況直接在探頭內感應出電信號。

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通過微粒和探頭金屬層的接觸撞擊，將電荷傳導到探頭內產生電信號。

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導電性微粒

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可以測量

[/td][td=1,1,274]

不可以測量

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潮濕氣體粉塵

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可以測量

[/td][td=1,1,274]

不可以測量

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測量結果單位

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連續測量質量含量，測量結果以pA（mg/m³）為單位、 4—20 mA連續輸出信號。

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通常只能定性粗略測量，不能測量出質量含量，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（除非在現場進行等速取樣法標定）。

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線性

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測量信號與質量含量直接線性關系

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測量信號與質量含量非直接線性關系

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分辨率

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高

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低

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低含量測量

[/td][td=1,1,230]

可以，可測低至0.1 mg/m³的含量。

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不可以

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對脈沖噴吹布袋除塵系統

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可同時測量和解析出粉塵含量基數值（波谷值）、尖峰值（波峰值）。

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無法同時測量和解析出粉塵含量基數值（波谷值）、尖峰值（波峰值）。

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低含量測量

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可以，可測低至0.1 mg/m³的含量。

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不可以

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