干法煙氣脫硫系統物位測量儀表的選型與應用

文_魏燁 福建龍凈脫硫脫硝工程有限公司

隨著國家環保要求的不斷提高，干法煙氣脫硫工藝在越來越多的領域里得到應用。作為干法煙氣脫硫裝置的“眼睛”，檢測儀表關系著脫硫裝置的經濟、可靠運行。物位（Level）是工業過程四大檢測參數之一，干法煙氣脫硫工藝中物位測量儀表就扮演著重要的角色，其選型的合理性直接關系到干法煙氣脫硫系統的品質，影響著控制系統的自動化水平。

1 物位測量儀表的分類

物位測量儀表可分兩大類：一類是測量以狀態為目標的開關式儀表（即物位開關）；另一類是測量物位連續變化的儀表。開關式物位測量儀表主要用于順序控制的限位，報警等；連續式物位測量儀表主要用于連續控制的料倉、灰庫等方面，有時也可用于多點報警系統。干法煙氣脫硫系統中常用的開關式物位儀表包括振動式料位開關、射頻導納料位開關等；常用的連續式物位儀表包括壓力式物位測量儀表、導波雷達連續物位計、喇叭口雷達連續料位計等。下面將通過對干法脫硫系統中物位儀表應用工況的介紹和對物位儀表工作原理及功能特點的分析，闡述干法煙氣脫硫系統中物位儀表在不同的工況下適用的類型。

2 除塵器灰斗物位測量

2.1 工藝簡介

在干法煙氣脫硫系統中，一般設有預除塵器和脫硫除塵器。

預除塵器灰斗收集的是粉煤灰，介質類型比較穩定，溫度一般在150℃左右；灰斗底部設流化使灰斗內部的灰處于類似沸水沸騰的流態化狀態；灰斗頂部有高密度的灰持續落下。預除塵器灰斗一般為排空狀態，因此通常設置高料位開關，用于系統安全保護。因此，料位開關選擇的好壞，直接關系到物料輸送的順暢與除塵器的安全穩定運行。

脫硫除塵器灰斗在脫硫時收集的主要是脫硫灰，在不脫硫時收集的灰與預除塵器灰斗相同，脫硫灰溫度在80℃左右且濕度比較大。整個灰斗還設有蒸汽加熱或電加熱，使灰斗內的灰保持一定的溫度；灰斗側部設氣動錘，定時對側壁進行敲擊，其它工況同預除塵器灰斗，具體詳見圖1。由于脫硫工藝需要，脫硫后除塵器灰斗必須保證有一定的儲灰量。因此，脫硫除塵器灰斗一般設有多組料位開關，用于物料的輸送控制和停脫硫的聯鎖控制。

圖1 除塵器灰斗工況

2.2 料位開關

干法煙氣脫硫系統中，除塵器灰斗料位開關常用的一般有振動式料位開關和射頻導納開關。

2.2.1 振動式料位開關

（1）工作原理

振動式料位開關分為振棒式和音叉式，如圖2所示。振動元件（振棒或音叉）通過壓電驅動，并以其機械諧振頻率振動。壓電陶瓷被機械固定，且不受溫度驟變的影響。當振動元件接觸到介質的時候，振幅發生變化，這個變化的振幅被一體式的電子部件分析計算，并轉換成開關信號，從而達到控制或報警的目的。

圖2 振動式料位開關振動元件

（2）主要特點

振動式料位開關主要優點：①簡單、耐用、牢固，無移動部件，無需維護。②介質介電常數變化不影響測量，即不受介質更換的影響。③測量不受被測介質物理和化學特性的影響。④即使外界振動強烈，也不會影響測量。

振動式料位開關主要缺點：①工作溫度因壓電陶瓷的耐溫而受到限制，一般的產品最高可耐150℃的溫度，在振動元件和控制器之間加溫度適配器之后最高也只能耐250℃的溫度，且增加溫度適配器后價格顯著增加。②抗粘附能力不如射頻導納，特別是音叉式，安裝時要注意叉口方向與介質流向一致并增加保護；振棒式由于振動元件末端不是叉體而是圓棒，避免夾料，抗粘附能力優于音叉式，但價格比音叉式略高。

2.2.2 射頻導納料位開關

（1）工作原理

射頻導納料位開關測量原理是基于射頻（RF）電容技術，將一個無線電頻率施加在探頭上，通過連續的分析，確定周圍的環境造成的影響。

（2）主要特點

優點：①通用性強，可測量液位及料位，檢測顆粒、飛灰、導電、非導電液體、粘稠物料等。②防掛料，獨特的電路設計和傳感器結構，使其測量可以不受傳感器掛料影響，無需定期清潔。③穩定性高，測量不受溫度變化影響。④測量過程無可動部件，無須維護。⑤價格相對較低，選擇面較廣。

缺點：對介質的介電常數較敏感。

2.2.3 應用場合

預除塵器灰斗中的介質類型比較穩定，可以選擇射頻導納料位開關和振動式料位開關中的單棒式振動料位開關。音叉式振動料位開關由于防掛料能力較差，不建議使用。而從經濟考慮，預除塵器灰斗料位開關選擇能有效防止掛料、且價格相對較低的射頻導納料位開關，并采用側部安裝是比較理想的。

脫硫除塵器灰斗內的介質隨脫硫與不脫硫兩種工況而變化，因此介質的介電常數也是變化的，如果選擇對介質介電常數比較敏感的射頻導納料位開關，經常需調整料位開關的靈敏度來適應介質的變化，測量不穩定，且維護工作量大。而選擇振動式料位開關就能很好地解決介質介電常數變化的問題，而且應選擇防掛料能力優于音叉式料位開關的單棒式振動料位開關，不建議選用音叉式振動料位開關。安裝位置同樣也選擇側部安裝。

3 灰倉料位測量儀表

3.1 工藝簡介

干法煙氣脫硫系統的灰倉包括生石灰倉、消石灰倉和灰庫。灰倉內的介質都比較單一，工況相對穩定，溫度基本都在120℃以下。進料時，灰倉內有一定的揚塵，出料時灰倉底部有流化。進料口及出料口一般都位于灰倉中心位置。每個灰倉內一般設置一個高料位開關和一個連續料位計，用于控制灰倉的進料與出料。

3.2 料位開關

根據灰倉的運行工況，灰倉料位開關可以選擇和灰斗料位開關相同的測量原理，即射頻導納料位開關和振動式料位開關。而如果選擇振動式料位開關，可以選擇音叉式料位開關，無需選用單棒式振動料位開關，因為各個灰倉內介質溫度不高，只有在進料時有揚塵，且料位開關采用頂部安裝，探頭部分掛料可靠自重清除。因此，從運行的經濟性和可靠性考慮，灰倉料位開關可選擇射頻導納料位開關和音叉式振動料位開關。

3.3 連續料位計

3.3.1 導波雷達料位計

（1）工作原理

導波雷達料位計是依據時域反射原理（TDR）為基礎的雷達料位計。如圖3所示，高頻率的微波脈沖沿著一根纜、棒或包含一根棒的同軸套管運行，接觸到被測介質后，微波脈沖被反射回來，并被電子部件接收，并分析計算其運行時間。微處理器識別物位回波，分析計算后將它轉換成物位信號給出。

圖3 導波雷達料位計工作原理

（2）主要特點

優點：①測量不受介質變化、溫度變化、惰性氣體及蒸汽、泡沫等的影響。②可以測量介電常數大于等于1.4的任何介質。③耐溫可達250℃，耐壓可達4MPa。

缺點：①存在鋼纜擺動、偏移和拉斷的危險。②通用性差，量程很難改變。③抗介質粘附的能力較差，一旦粘附，將導致嚴重的測量錯誤。④維護工作量大。

3.3.2 雷達料位計

（1）工作原理

發射－反射－接收是雷達式料位計工作的基本原理，如圖4所示。雷達傳感器的天線以波束的形式發射一定頻率的雷達信號。反射回來的信號仍由天線接收，雷達脈沖信號從發射到接收的運行時間與傳感器到介質表面的距離以及物位成比例。

圖4 雷達料位計工作原理

（2）主要特點

優點：①由于測量時未接觸到物料，可在惡劣條件下連續準確地測量。②可以根據需要選擇天線的形式，以達到最佳測量效果。③不受被測介質特性的影響，幾乎可以測量所有介質。④通用性強，量程調整方便。⑤耐溫可達250℃，耐壓可達4MPa。

缺點：①價格較高。②粉塵較大時，對測量有一定影響。

(3) 應用場合

采用導波雷達料位計進行灰倉連續料位的測量，成本較低，但是維護量較大。由于倉內有一定的揚塵，導波雷達料位計工作時又必須接觸到物料，而導波雷達纜繩抗粘附能力較差，粉狀的固定物料很容易就附著在鋼桿（纜）上，導致測量失常，需要儀表工經常爬上倉頂，抽出導波雷達料位計，清除鋼桿（纜）上的粘附介質，方可恢復使用。因此干法煙氣脫硫系統中，如果灰倉直徑較大，連續料位計布置可遠離進料口，而且運行時能保證有儀表工定期進行維護，此時，可考慮選擇導波雷達料位計進行測量。

采用雷達料位計進行灰倉連續料位的測量，天線可以采用較長的喇叭口設計（可選擇4"喇叭口），既方便了現場安裝的需要，又能夠得到較小的微波發射角度，有利于增強回波信號的強度和避開微波發射范圍內的干擾信號。而喇叭口天線又可通過萬向節法蘭調整發射角度，找到最佳反射點，為灰倉直徑小布置困難的難題提供了一個很好的解決方案。量程不受限制（只要在料位計固有量程內即可），介質類型不受限制，現場安裝和調整方便。灰倉內的揚塵在雷達料位計允許范圍內，不受粉塵影響，需要時，可在喇叭口加上防塵罩或預留壓縮空氣吹掃口對天線進行吹掃。雷達料位計總體測量穩定，可靠性高，維護量比導波雷達料位計大大減少，雖價格較高，但從所達到的測量效果和所減少的維護量考慮，干法煙氣脫硫系統灰倉連續料位測量選用喇叭口雷達料位計是比較理想的。

4 液位測量儀表

干法煙氣脫硫系統中需要測量液位的工藝設備為工藝水箱，水箱為敞口式，水為普通工業水，溫度為常溫。根據流體靜力學，表征液柱高度的液位可以直接通過測量相應的壓力值來測定。因此工藝水箱常用的液位測量儀表是壓力式連續料位計。在水箱底部安裝一個壓力變送器，直接測量靜態水的壓力，通過計算實現水箱液位的實時測量。此種測量方法簡單可靠，價格低廉，維護量小，效果良好。

5 結語

物位儀表測量原理各不相同，又各有優缺點，需要充分了解各種儀表的工作原理和功能特點，并考慮該物位測量儀表在干法脫硫工藝中的重要性，選取測量效果最佳，性價比最高的測量產品，從而使物位儀表在干法煙氣脫硫系統中充分發揮“眼睛”的功能，使干法煙氣脫硫系統實現經濟、可靠、高自動化的運行。