干法烟气脱硫系统物位测量仪表的选型与应用

文_魏烨 福建龙净脱硫脱硝工程有限公司

随着国家环保要求的不断提高，干法烟气脱硫工艺在越来越多的领域里得到应用。作为干法烟气脱硫装置的“眼睛”，检测仪表关系着脱硫装置的经济、可靠运行。物位（Level）是工业过程四大检测参数之一，干法烟气脱硫工艺中物位测量仪表就扮演着重要的角色，其选型的合理性直接关系到干法烟气脱硫系统的品质，影响着控制系统的自动化水平。

1 物位测量仪表的分类

物位测量仪表可分两大类：一类是测量以状态为目标的开关式仪表（即物位开关）；另一类是测量物位连续变化的仪表。开关式物位测量仪表主要用于顺序控制的限位，报警等；连续式物位测量仪表主要用于连续控制的料仓、灰库等方面，有时也可用于多点报警系统。干法烟气脱硫系统中常用的开关式物位仪表包括振动式料位开关、射频导纳料位开关等；常用的连续式物位仪表包括压力式物位测量仪表、导波雷达连续物位计、喇叭口雷达连续料位计等。下面将通过对干法脱硫系统中物位仪表应用工况的介绍和对物位仪表工作原理及功能特点的分析，阐述干法烟气脱硫系统中物位仪表在不同的工况下适用的类型。

2 除尘器灰斗物位测量

2.1 工艺简介

在干法烟气脱硫系统中，一般设有预除尘器和脱硫除尘器。

预除尘器灰斗收集的是粉煤灰，介质类型比较稳定，温度一般在150℃左右；灰斗底部设流化使灰斗内部的灰处于类似沸水沸腾的流态化状态；灰斗顶部有高密度的灰持续落下。预除尘器灰斗一般为排空状态，因此通常设置高料位开关，用于系统安全保护。因此，料位开关选择的好坏，直接关系到物料输送的顺畅与除尘器的安全稳定运行。

脱硫除尘器灰斗在脱硫时收集的主要是脱硫灰，在不脱硫时收集的灰与预除尘器灰斗相同，脱硫灰温度在80℃左右且湿度比较大。整个灰斗还设有蒸汽加热或电加热，使灰斗内的灰保持一定的温度；灰斗侧部设气动锤，定时对侧壁进行敲击，其它工况同预除尘器灰斗，具体详见图1。由于脱硫工艺需要，脱硫后除尘器灰斗必须保证有一定的储灰量。因此，脱硫除尘器灰斗一般设有多组料位开关，用于物料的输送控制和停脱硫的联锁控制。

图1 除尘器灰斗工况

2.2 料位开关

干法烟气脱硫系统中，除尘器灰斗料位开关常用的一般有振动式料位开关和射频导纳开关。

2.2.1 振动式料位开关

（1）工作原理

振动式料位开关分为振棒式和音叉式，如图2所示。振动元件（振棒或音叉）通过压电驱动，并以其机械谐振频率振动。压电陶瓷被机械固定，且不受温度骤变的影响。当振动元件接触到介质的时候，振幅发生变化，这个变化的振幅被一体式的电子部件分析计算，并转换成开关信号，从而达到控制或报警的目的。

图2 振动式料位开关振动元件

（2）主要特点

振动式料位开关主要优点：①简单、耐用、牢固，无移动部件，无需维护。②介质介电常数变化不影响测量，即不受介质更换的影响。③测量不受被测介质物理和化学特性的影响。④即使外界振动强烈，也不会影响测量。

振动式料位开关主要缺点：①工作温度因压电陶瓷的耐温而受到限制，一般的产品最高可耐150℃的温度，在振动元件和控制器之间加温度适配器之后最高也只能耐250℃的温度，且增加温度适配器后价格显著增加。②抗粘附能力不如射频导纳，特别是音叉式，安装时要注意叉口方向与介质流向一致并增加保护；振棒式由于振动元件末端不是叉体而是圆棒，避免夹料，抗粘附能力优于音叉式，但价格比音叉式略高。

2.2.2 射频导纳料位开关

（1）工作原理

射频导纳料位开关测量原理是基于射频（RF）电容技术，将一个无线电频率施加在探头上，通过连续的分析，确定周围的环境造成的影响。

（2）主要特点

优点：①通用性强，可测量液位及料位，检测颗粒、飞灰、导电、非导电液体、粘稠物料等。②防挂料，独特的电路设计和传感器结构，使其测量可以不受传感器挂料影响，无需定期清洁。③稳定性高，测量不受温度变化影响。④测量过程无可动部件，无须维护。⑤价格相对较低，选择面较广。

缺点：对介质的介电常数较敏感。

2.2.3 应用场合

预除尘器灰斗中的介质类型比较稳定，可以选择射频导纳料位开关和振动式料位开关中的单棒式振动料位开关。音叉式振动料位开关由于防挂料能力较差，不建议使用。而从经济考虑，预除尘器灰斗料位开关选择能有效防止挂料、且价格相对较低的射频导纳料位开关，并采用侧部安装是比较理想的。

脱硫除尘器灰斗内的介质随脱硫与不脱硫两种工况而变化，因此介质的介电常数也是变化的，如果选择对介质介电常数比较敏感的射频导纳料位开关，经常需调整料位开关的灵敏度来适应介质的变化，测量不稳定，且维护工作量大。而选择振动式料位开关就能很好地解决介质介电常数变化的问题，而且应选择防挂料能力优于音叉式料位开关的单棒式振动料位开关，不建议选用音叉式振动料位开关。安装位置同样也选择侧部安装。

3 灰仓料位测量仪表

3.1 工艺简介

干法烟气脱硫系统的灰仓包括生石灰仓、消石灰仓和灰库。灰仓内的介质都比较单一，工况相对稳定，温度基本都在120℃以下。进料时，灰仓内有一定的扬尘，出料时灰仓底部有流化。进料口及出料口一般都位于灰仓中心位置。每个灰仓内一般设置一个高料位开关和一个连续料位计，用于控制灰仓的进料与出料。

3.2 料位开关

根据灰仓的运行工况，灰仓料位开关可以选择和灰斗料位开关相同的测量原理，即射频导纳料位开关和振动式料位开关。而如果选择振动式料位开关，可以选择音叉式料位开关，无需选用单棒式振动料位开关，因为各个灰仓内介质温度不高，只有在进料时有扬尘，且料位开关采用顶部安装，探头部分挂料可靠自重清除。因此，从运行的经济性和可靠性考虑，灰仓料位开关可选择射频导纳料位开关和音叉式振动料位开关。

3.3 连续料位计

3.3.1 导波雷达料位计

（1）工作原理

导波雷达料位计是依据时域反射原理（TDR）为基础的雷达料位计。如图3所示，高频率的微波脉冲沿着一根缆、棒或包含一根棒的同轴套管运行，接触到被测介质后，微波脉冲被反射回来，并被电子部件接收，并分析计算其运行时间。微处理器识别物位回波，分析计算后将它转换成物位信号给出。

图3 导波雷达料位计工作原理

（2）主要特点

优点：①测量不受介质变化、温度变化、惰性气体及蒸汽、泡沫等的影响。②可以测量介电常数大于等于1.4的任何介质。③耐温可达250℃，耐压可达4MPa。

缺点：①存在钢缆摆动、偏移和拉断的危险。②通用性差，量程很难改变。③抗介质粘附的能力较差，一旦粘附，将导致严重的测量错误。④维护工作量大。

3.3.2 雷达料位计

（1）工作原理

发射－反射－接收是雷达式料位计工作的基本原理，如图4所示。雷达传感器的天线以波束的形式发射一定频率的雷达信号。反射回来的信号仍由天线接收，雷达脉冲信号从发射到接收的运行时间与传感器到介质表面的距离以及物位成比例。

图4 雷达料位计工作原理

（2）主要特点

优点：①由于测量时未接触到物料，可在恶劣条件下连续准确地测量。②可以根据需要选择天线的形式，以达到最佳测量效果。③不受被测介质特性的影响，几乎可以测量所有介质。④通用性强，量程调整方便。⑤耐温可达250℃，耐压可达4MPa。

缺点：①价格较高。②粉尘较大时，对测量有一定影响。

(3) 应用场合

采用导波雷达料位计进行灰仓连续料位的测量，成本较低，但是维护量较大。由于仓内有一定的扬尘，导波雷达料位计工作时又必须接触到物料，而导波雷达缆绳抗粘附能力较差，粉状的固定物料很容易就附着在钢杆（缆）上，导致测量失常，需要仪表工经常爬上仓顶，抽出导波雷达料位计，清除钢杆（缆）上的粘附介质，方可恢复使用。因此干法烟气脱硫系统中，如果灰仓直径较大，连续料位计布置可远离进料口，而且运行时能保证有仪表工定期进行维护，此时，可考虑选择导波雷达料位计进行测量。

采用雷达料位计进行灰仓连续料位的测量，天线可以采用较长的喇叭口设计（可选择4"喇叭口），既方便了现场安装的需要，又能够得到较小的微波发射角度，有利于增强回波信号的强度和避开微波发射范围内的干扰信号。而喇叭口天线又可通过万向节法兰调整发射角度，找到最佳反射点，为灰仓直径小布置困难的难题提供了一个很好的解决方案。量程不受限制（只要在料位计固有量程内即可），介质类型不受限制，现场安装和调整方便。灰仓内的扬尘在雷达料位计允许范围内，不受粉尘影响，需要时，可在喇叭口加上防尘罩或预留压缩空气吹扫口对天线进行吹扫。雷达料位计总体测量稳定，可靠性高，维护量比导波雷达料位计大大减少，虽价格较高，但从所达到的测量效果和所减少的维护量考虑，干法烟气脱硫系统灰仓连续料位测量选用喇叭口雷达料位计是比较理想的。

4 液位测量仪表

干法烟气脱硫系统中需要测量液位的工艺设备为工艺水箱，水箱为敞口式，水为普通工业水，温度为常温。根据流体静力学，表征液柱高度的液位可以直接通过测量相应的压力值来测定。因此工艺水箱常用的液位测量仪表是压力式连续料位计。在水箱底部安装一个压力变送器，直接测量静态水的压力，通过计算实现水箱液位的实时测量。此种测量方法简单可靠，价格低廉，维护量小，效果良好。

5 结语

物位仪表测量原理各不相同，又各有优缺点，需要充分了解各种仪表的工作原理和功能特点，并考虑该物位测量仪表在干法脱硫工艺中的重要性，选取测量效果最佳，性价比最高的测量产品，从而使物位仪表在干法烟气脱硫系统中充分发挥“眼睛”的功能，使干法烟气脱硫系统实现经济、可靠、高自动化的运行。