硫尘硝一体化设备灰斗料位检测方式改进与应用

陈梅珊

（福建龙净环保股份有限公司， 福建 龙岩 364000）

0 引言

硫尘硝一体化装备被广泛应用于玻璃窑炉、生物质锅炉、垃圾焚烧等工业领域的烟气净化处理上。该装备主要由脱硫塔、预除尘器、尘硝反应器及相关附属设备组成。在运行过程中，高温烟气从底部进入脱硫塔内，再通过文丘里管加速作用下进入塔内循环流化床，烟气中的二氧化硫等有害物质与床内吸收剂充分接触后被脱除，脱硫后的烟气随后进入预除尘器、尘硝反应器，此时烟气中的颗粒物及氮氧化物等污染物被进一步净化。最终，原烟气经过硫尘硝一体化设备净化后达标排放[1]。

灰斗作为尘硝反应器的关键组成部分，其灰位的高低对系统正常运行有着重要影响。通常，若灰斗灰位过高时未报警反馈连锁卸输灰系统，将导致整个硫尘硝一体化设备的停机，进而影响窑炉等主机的正常运行。因此确保灰斗料位检测方式的可靠性，是保证系统正常运行的关键。

通过分析常规料位计原理及特点，以及结合硫尘硝一体化设备高温灰斗上现有料位检测的应用情况，提出一种针对硫尘硝一体化设备高温灰斗料位更为可靠和经济的检测方式，为日后不同工业领域高温灰斗料位检测提供借鉴意义。

1 灰斗料位现有测量方式原理及特点

目前传统除尘器灰斗料位检测一般采用以下几种方式并存在相关问题：

1）人工现场检测料位，即灰斗上开检测放灰孔，定期4～8 h 工人巡检，通过开启放灰孔来判断灰斗是否出现虚假料位。避免料位偏差出现灰斗满灰的事故工况，避免极端情况造成的除尘器灰斗坍塌的事故发生，解决除尘器的安全运行的隐患，但此种方式浪费人工，容易错过检测期。

2）采用电机电位控制原理接触料位检测即阻旋料位计，当灰斗内叶片部位无灰时，料位器通电，指示灯亮，叶片逆时针旋转；当灰斗内叶片部位有料时，叶片旋转受阻，控制信号转换，随之断开料位器电机电源，此状态一直维持到叶片部位无料，料位器自动复位，电机电源接通，指示灯亮，叶片开始旋转，控制信号切换[2]，从而实现灰斗高低料位的判断。但当灰斗出现漏风严重导致内部灰二次燃烧，灰烧结成块，料位计测量端的叶片容易被板结的灰块卡住或挡住等电气故障，使料位计不能正常工作，产生误报，从而导致除尘灰料位不准，影响尘硝设备放灰和设备正常运行的问题。

3）采用电子电容式即射频导纳料位计，即由传感器和容器组成一个电容器。物位的变化会造成电容的变化，电容的变化可以通过电子部件进行分析处理，并转换成一个开关命令[3]。常规灰斗料位测量大多首选射频导纳料位计。该料位计工作原理是基于射频电容技术，即将一个无线电频率施加在探头上，通过连续的分析，确定由周围环境造成的影响。因为所有物料均具有介电常数，而且其导电率都不同于空气，当探头与物料接触时由于微小电容量偏移所反应的总阻抗发生变化。因为通电的探头和容器壁构成电容器的二块极板，探头的绝缘体和周围空气成为介电材料，当空气被任何其他材料置换时，电容效应得以加强，从而改变了应用场合的阻抗。进而反映出当前物料的位置。

当该料位计安装在灰斗上时，可以通过检测探头和灰斗壁板间介电常数的变化，进而反应灰位的变化情况。但在实际运用过程中，射频导纳料位计容易受使用环境影响，一旦尘硝设备内负压波动较大或者灰斗处于流化状态时，粉尘浓度高，反应器灰斗料位计上方滤筒的灰在下落过程中，灰斗内部料位计探头易产生粘灰挂料现象，料位计会误认为是有料位了，导致料位计传感器误报警输出。料位计虽能通过降低探头灵敏度来改善，但并未能实质上解决料位计粘灰误报情况，因为过低的灵敏度容易导致料位计失效。若系统运行中，灰斗实际料位已达高位，但因料位计灵敏度低未及时报警，这极易造成灰斗料位过高，导致输灰系统不响应，系统故障停机。如若不及时处理，甚至将造成灰斗坍塌脱落事故，给硫尘硝设备的安全运行造成了很大的隐患。因此，为保证硫尘硝一体化装备稳定运行，选择一种可靠性更高的灰斗料位测量方式显得尤为重要。

2 灰斗料位测量改进方式原理及特点

针对目前灰斗采用射频导纳料位计检测方式容易出现因测量探头粘灰导致误报情况，特提出一种组合料位测量改善方式：即采用阻旋料位计和铂热电阻的组合检测方式。

如图1 所示，阻旋料位计主要由测量叶片、驱动马达电机和报警开关等组成，该料位计利用电机带动叶片旋转，当灰斗灰位上升到叶片位置时，叶片受介质阻挡停止转动，从而引发报警开关输出报警；当灰斗灰位低于叶片位置时，叶片恢复转动，进而报警开关解除报警信号输出[4]。通过阻旋料位计测量原理可知，当阻旋料位计装于硫尘硝一体化装备反应器灰斗上时，当灰斗灰位到达料位计测量叶片时，会阻挡叶片继续转动，进而输出料位报警信号。该料位计与射频导纳料位计区别于：阻旋料位计测量探头是旋转的，射频导纳料位计是静止的。在探头抗粘灰上，转动的阻旋料位计优于静止的射频导纳料位计，避免出现挂灰引起的的误报现象。

图1 阻旋料位计

热电阻是利用物质在温度变化时自身电阻也随着发生变化的特性来测量温度的。热电阻的感温元件是用细金属丝均匀地缠绕在绝缘材料制成的骨架上，当被测介质温度变化时会导致感温元件输出的阻值不同，因此，只要测量出热电阻感温元件的阻值变化，就可以测量出被测介质的温度。硫尘硝一体化装备应用于高温烟气处理上，通常烟温在350 ℃左右，灰斗也处于高温状态。若采用热电阻方式测量反应器灰斗料位计时，当灰位低于热电阻测量探头位置时，此时所测温度值为反应器内高温烟气温度；当灰斗达到探头以上位置时，此时所测温度值为灰斗内灰温。通过实践发现，热电阻测量值会随灰位升高而逐渐降低，后趋于一个稳定值（温降值通常能达到20 ℃以上）；当输送系统启动后，随着灰斗内灰位的降低，热电阻测量值也会逐渐升高，直至灰斗内烟气温度值。如灰温与灰位状态趋势图所示（见图2），可以近似将热电阻测量值与灰位高低看成一个反向变化关系。

图2 灰温与灰位状态趋势

通过以上分析可知，当需测量反应器料位时，可在同一料位高度位置同时安装阻旋料位计和热电阻，当灰斗内料位达到该位置时，会同时出现阻旋料位计报警以及热电阻测量温度呈下降趋势并产生一定的温降值，这相比于射频导纳料位计而言，无疑更直观、更真实地反映当前灰位状态。若运行中出现灰掉落在探头时，阻旋料位计的旋转动叶片有利于甩掉黏灰，而热电阻探头上一点挂灰并不会引起测量值的多大变化，因此采用阻旋料位计与热电阻组合方式测量料位，可靠性上更优于射频导纳料位计。

在经济上，阻旋料位计和热电阻的组合方式也较射频导纳料位计更经济。据项目采购数据不完全统计可知，阻旋料位计和热电阻的组合采购成本会比射频导纳料位计采购成本降低约30%。

3 灰斗料位测量改进方式应用情况

3.1 设备概况

安徽凤阳硅谷一期尘硝一体化设备工程，设备于2020 年1 月份投运。有关设计参数如表1 所示。

表1 系统设计参数

3.2 运行情况

硫尘硝一体化设备自2020 年1 月投运至今已有三年时间，系统稳定运行，各指标均达标排放，特别是反应器灰斗料位采用阻旋料位计和热电阻组合方式进行料位检测后，一直正常运行，料位测量准确，可靠性高，运行数据如图3 所示。

图3 安徽凤阳硅谷尘硝项目上位机运行数据显示图

从表2 现场监测高低温度统计数据可以看出，灰斗高料位热电阻温度值均在烟气温度350 ℃左右，说明当前灰位未达到高料位，而低料位热电阻温度值较烟温低，温降至在20 ℃左右，说明当前灰位已到达低料位之上。由此可见，采用热电阻测量料位温度能直观反映灰斗当前料位的位置。

表2 安徽凤阳硅谷尘硝项目现场监测高低位温度表

4 结语

采用阻旋料位计和热电阻组合测量料位方式，可靠性高、抗干扰强、经济性好，适合用于硫尘硝一体化设备反应器灰斗料位上测量，同时也对高温环境工况物料的料位检测提供了一定的借鉴与参考意义。