电荷法粉尘在线监测技术在TRT机组中的应用

孟飞

【摘 要】介绍了粉尘监测技术的主要方法，并对当前粉尘监测的主要方法作了分析比较，对电荷法检测技术的原理、特点进行阐述，该系统运行可靠，将高炉煤气粉尘在线监测技术应用于TRT机组控制系统、对机组的安全运行起到很好的报警作用。

【关键词】TRT；电荷感应；粉尘在线监测

0 引言

高炉煤气余压能量回收透平发电装置（简称TRT），它是利用高炉炉顶的余压，将高炉煤气导入透平膨胀机做功，驱动发电机发电的一种能量回收装置。它是现代国际、国内钢铁煤炭企业公认的节能环保装置，近年TRT技术获得了迅速的发展。

TRT利用的介质是高炉煤气，而高炉煤气含尘量很高，必须经过除尘处理才能使用。高炉煤气含尘量的大小对TRT机组叶片的安全运行有着极为重要的影响。通常TRT系统要求煤气的含尘量<5mg/m3，含尘量过大将对TRT的叶片造成严重的磨损，不仅影响TRT系统的安全运行，也造成巨大的经济损失。而高炉煤气除尘器由于长时间高温工作，可能出现布袋破损和除尘效果降低的现象，这样进入机组的高炉煤气含尘量超标，导致TRT机组不安全工况的发生。为了保证TRT机组的安全，必须及时了解高炉煤气含尘量的大小及高炉煤气除尘器的工作状态，了解TRT机组的运行环境，及时判断TRT机组的工作状态，故在TRT系统中设置粉尘浓度在线监测系统，对高炉煤气进行实时监控是非常必要的。本文以八钢2500m3高炉TRT煤气入口粉尘含量在线监测仪为例，介绍电荷法粉尘在线检测技术的原理、技术特点、实际应用分析。

1 目前粉尘在线检测技术的几种方法

粉尘质量含量测量属气固两相流范畴，由于多相流固有的复杂性、使得其成为困难的测量领域，目前工程技术上的测量技术有：光学技术、摩擦电技术、电荷感应技术。光学技术产品由于光学镜头易受污染，因此需要频繁的清洁维护，维护工作量大。测量结果也受粉尘颜色、温度变化等因素影响，并且不能测量低含量粉尘。摩擦电传感技术，利用粉尘和传感器探头等的摩擦产生出静电，来进行粉尘含量测量，是一种接触式测量方式。由于诸多因素，如：（1）粉尘在探头表面的豁附、凝集、结露、水分、干燥。（2）腐蚀、高温、金属/非金属性。（3）粉尘流速、尺寸、分布等变化。它们均影响摩擦效果，导致对测量结果产生影响，因而无法定量精确测量。并且安装调试、标定、维护都很困难，零点漂移严重。因此目前国际上通常只用来进行定性粗略测量（而且必须工作在无以上因素影响的“理想”环境下）或简单地检测是否有粉尘出现，更无稳定、直接以mg/m3为单位的数据输出。由于传感原理所限即使是美国、德国等发达国家的摩擦电产品，也无法彻底克服以上问题。电荷感应技术，它采用专有的电荷感应技术进行粉尘质量含量测量，彻底解决了以往采用“光学”或“摩擦电”技术产品无法克服的困难及测量误差，是目前较为推广的粉尘含量检测技术并在世界各地市场迅速淘 汰以上技术产品。

2 电荷法监测设备技术原理

电荷感应：当微粒流过插入到管道或烟道的探头附近时，基于微粒内部电子（即电荷），小电信号在探头中被感应出来。数字信号处理器转换此感应信号，成为一个线性比例于微粒质量含量的绝对输出值。

其基于量子物理原理，即任何物质（如：粉尘）内部（微观上）均带有电荷！（非常少，通常为皮安级）。当粉尘通过传感器探头附近时粉尘在线监测仪的“电荷感应”传感器探头，能根据通过其附近的（并不依赖粉尘和探头的接触）粉尘内部电荷大小和粉尘的分布情况，在传感器探头中感应出电信号，此电信号和粉尘质量含量存在直接的数学关系Iac∝质量含量。通过对此电信号进一步放大、运算处理，从而精确测量出粉尘含量（mg/m3）。八钢TRT现场采用安装了美国费尔升公司的EM70DGX型粉尘在线监测仪，采用非接触式“电荷感应”测量方式，如图1所示。

3 电荷法粉尘在线监测装置的特点

1）电荷感应技术与所测介质成分没有关系，只跟管径有关，决定了其适应范围广的特点；

2）电荷感应技术测量结果不受探头表面粘附、凝集、结露、水分、干燥、粉尘流速、尺寸、分布等变化影响，并且无需维护。

3）运行可靠。

4）该技术是目前粉尘在线监测技术最先进的一种，在国外广泛应用于各个领域，如空气的粉尘含量等环保尖端领域。

5）该产品在经过其自己的信号变送处理，能直接输出标准的4～20mA信号进入TRT机组控制系统进行显示、报警和分析。

6）该产品由于其技术先进，适应性强，决定了它安装简单，调试方便，不需要进行在线标定，出厂标定即可。

7）该产品的分辨率高，能测到1mg/m3以下的粉尘含量。

4 电荷法粉尘在线检测技术的应用

高炉煤气粉尘在线监测技术适用所有的干式及干/湿两用TRT机组中，电荷法粉尘监测技术在八钢3座2500m3高炉的TRT煤气入口管道安装使用，既能对TRT的入口煤气粉尘含量进行实时有效的检测，同时对除尘装置的除尘效果进行比对，确保TRT机组长期高效安全运行。

[责任编辑：邓丽丽]