固体水分测量仪在预干燥装置中的应用



固体水分测量仪在预干燥装置中的应用

0引言

某煤气化装置采用Shell气化炉，以褐煤作为化工原料，褐煤的水分含量高达40%。煤粉中的水分含量将直接影响气化炉的生产。水分含量高，会导致输送困难、进料不畅，容易造成堵料，致使装置开开停停，经济损失加大，严重时还会引发安全事故;水分含量过低，会导致褐煤煤粉泄漏，严重时会发生煤粉燃烧的现象。严格把握褐煤的水分含量对整个生产装置的安全、稳定运行至关重要。预干燥装置作为气化炉的上游装置，主要任务是除去褐煤中的水分，将煤粉含水量控制在10%～15%，然后输送至煤气化装置中。因此，采取有效的方法和先进的设备准确检测煤粉水分含量是安全生产的必要前提。

1存在问题

传统的煤粉水分分析是采用手动分析，通过加热失重法来测量水分含量。这种做法的缺点是分析周期长，不能及时反映煤粉水分含量；加热过程不宜把握，容易造成煤粉中的烃类气化，造成测量不准；手动分析很大程度上依靠经验来把握时间，不同人员的分析结果差异很大；由于分析取样的个别性和时间滞后性，因此样品不能准确地反映煤粉含水量的整体情况。

因此，在该预干燥装置中果断采用在线固体水分测量仪，实时监测煤粉水分含量。该测量仪具有抗磨、抗振和防水特性。根据现场布置情况，合理选择测量仪的安装位置，注意日常维护。工程应用表明，测量仪能够正确地反映煤粉的水分含量[2-4]。

2工作原理和系统构成

2.1工作原理

目前，固体水分测量仪大多利用微波原理和频率牵引技术等，本文主要介绍利用微波进行测量的分析仪表。微波是一种高频电磁波，穿透介质时的衰减、相位变化与介质的介电常数、介质损耗角有关。水的介电常数和介质损耗角都远高于一般介质，其大小主要由其水分含量决定。由于微波可以完全穿透流动的物料，所以所有的物理性水分都能被测定。微波水分仪的微波发射源发射出微波后，透过物料被微波接收器接收；根据微波功率的衰减和相位移等的改变，即可计算物料中的水分含量。该测量仪保证了测量的准确性和及时性，使测量结果不受物料表面结构的影响。

水分测量仪基于谐振腔原理，放置于不锈钢外壳中，其工作原理如图1所示。

图1　工作原理图

传感器在谐振腔内具有一个微波源，该微波源发射一定波长的微波，微波在谐振腔中产生至少两个平行和相对的内表面。该内表面被一个与波长成正比的距离所分开，在运行中微波能量交叉耦合时，在内表面之间的共振模数量达到最大值，而微波源处的共振模能量和反射能量达最小值。测量仪的传感器带有微波吸收器，根据测量到的微波变化大小，可以得出煤粉中的水分含量。

2.2系统构成

固体水分测量仪的一套完整测量单元由传感器、接线盒和二次仪表3部分组成，如图2所示。

图2　系统组成图

接线盒用于连接传感器和二次仪表，两者之间的距离应满足制造商要求。作为智能仪表，固体水分测量仪支持Modbus通信协议，现场传感器和二次仪表均留有Modbus接口，能够实现现场传感器和二次仪表之间的远距离通信。接线盒内包含的安全装置和终端电阻，通过屏蔽电缆连接二次仪表与传感器。其中：2根电缆用于供电，另外2根电缆用于输送信号。根据预干燥装置的机柜室和现场距离较近的实际情况，二次仪表可以根据具体情况安装在现场或机柜室。将二次仪表放在机柜室，测量信号从机柜室输送至预干燥控制室。因此，可以在控制室或机柜室读取仪表示数。

3应用实例及日常维护

3.1应用实例

3.1.1安装

预干燥装置共使用15台固体水分测量仪，分别安装在料仓、埋刮板输送机、螺旋给料机和皮带输送机等处。固体水分测量仪是用于持续测量流动物料中的水分含量的智能微波测量仪，选择一个正确的传感器安装位置是十分重要的。在分解各种设备的整体结构等方面情况的基础上，需要工艺、仪表和设备3个专业共同协调，以确保仪表的测量精度。在料仓安装测量仪时，由于褐煤一般没有较大的煤块，很少出现下料口物料聚集堵塞现象，因此选择安装在下料口。在埋刮板输送机和螺旋给料机上安装测量仪时，选择安装在煤粉输送通道底部。但是无论是埋刮板输送机，还是螺旋给料机，工作时埋刮板或螺旋片与通道的底部都有一定距离，因此底部的煤粉流通性相对较差，但是对于整个输送机或给料机的输送煤粉量来说，影响相对较小。测量皮带输送机的煤粉水分含量时，用钢结构作支撑，将传感器安装在皮带上，既保证传感器和煤粉接触，又不使煤粉堵塞。因此要把握好传感器的安装距离和位置。同时，在传感器的陶瓷表面上安装一块厚度不超过30 mm的塑料材料，以提高传感器的耐磨性。

固体水分测量仪的二次仪表可以采用220 VAC电源或24 VDC电源，本装置采用220 VAC电源类型对仪表进行供电，以保证电源稳定和仪表的正常工作，避免因电源故障引起装置事故。设计时采用UPS不间断电源，有效地提高了仪表工作的稳定性。

自测量仪投入使用以来，其测量精度能够达到要求，测量结果能够准确反映煤粉水分含量。煤粉水分测量仪在预干燥装置投入使用后，运行情况良好，基本没有出现过仪表故障，测量结果能够真实反映煤粉的水分含量。起初，固体水分测量仪[5-8]出现过测量误差大的情况。通过分析，认为是传感器的安装位置所致。由于装置内的空间有限，难以选择合理的现场传感器安装位置，改造后将测量仪安装在下料机口处，使测量精度得到有效恢复。在选择合理的安装位置、煤粉均匀通过测量仪、避免煤粉堆积的基础上，固体水分测量仪的测量精度能够得到有效保证[9-10]。

3.1.2在联锁和过程控制中的应用

在预干燥装置中，安装现场的固体水分测量仪输出4～20 mA的模拟信号至预干燥装置控制室，通过控制室内的操作员站对煤粉的含水量进行监控。煤粉的水分值控制在10%～15%，水分值设置有高警值和高高联锁值。

在装置运行期间，当固体水分测量仪检测到水分值达到20%时，则触发高警值，通过增加过热蒸汽流量降低煤粉水分含量，同时降低干燥机电机转速，以增加煤粉通过干燥机的干燥时间，并减少干燥机给煤量，以增加煤粉干燥效果；当固体水分测量仪检测到水分过低时，则减小过热蒸汽用量，同时提高干燥机电机转速，增加干燥机煤粉供给量，有效提高煤粉水分含量。

在装置开车时，当固体水分测量仪检测到水分值达到25%时，触发高高联锁，煤仓的插板阀打开，事故煤粉自动排放出，由操作工将排出的煤粉运出，同时增------------------------------------------------------------------------------------------------

加过热蒸汽用量。

3.2日常维护

固体水分测量仪作为智能仪表所需的维护量相对较少，但预干燥装置中的煤粉多，污染和腐蚀相对比较严重，也要注意平时维护，确保测量仪的正常运行。平时要注意检查保护管外的部分是否有机械损伤，经常检查电缆、保险丝及仪表，防止出现电源中断、电缆线断裂、保险丝熔化或仪器损坏导致测量系统不工作的情况，及时更换被损坏的部件。运行一段时间后，要注意检查传感器的磨损，防止出现传感器前后端锉磨导致的测量系统输出值不准确的情况。同时，为了使在线固体水分测量仪测量准确，应对其进行定期校验。

4结束语

固体水分测量仪在预干燥装置中的3年运行实践表明，该测量仪能够成功完成各种粉尘、粉末、颗粒等物料的在线水分的监控。基于微波的固体水分测量仪测量煤粉的含水量具有速度快、测量精度高等特点。使用经验证明该测量仪具有抗磨特性、抗震和防水性能以及优异的稳定性，在煤粉水分测量中有一定的推广价值。

参考文献

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Application of the Tester for Moisture Content in Solid for Pre-drying Unit

蔡敢涛

(惠生工程(中国)有限公司，河南 郑州450018)

摘要：在煤化工中，煤粉水分含量的测量十分重要。目前，煤粉水分测量以手动分析居多，而手动分析具有实时性差、操作过程不宜把握等缺点。对固体水分测量仪在预干燥装置中的应用进行了研究，通过分析固体水分测量仪的工作原理及其特点，介绍了固体水分测量仪在预干燥装置中的应用情况。研究表明，固体水分测量仪维护量低、测量精度高、反应速度快、稳定性高，对预干燥装置的应用具有一定的推广意义。

关键词：煤化工煤粉水分固体水分测量仪预干燥装置微波测量Modubs传感器智能仪表测量精度

Abstract：The measurement of moisture content in coal powder is very important for coal chemical industry.At present,the measurement is mostly analyzed manually,so the real time performance is poor,and the operation procedure is difficult to ensure.The application of the tester for moisture content in solid for pre-drying unit is researched,through analyzing the working principle and features of the tester; the application situation of the tester is introduced.The research shows that the tester features low maintenance,high measurement accuracy,fast response speed and high stability and has certain promoting significance for in pre-drying unit.

Keywords:Coal chemical industryMoisture content in coal powderTester for moisture content in solidPre-drying unitMicro-wave measurementModbusSensorIntelligent instrumentMeasurement accuracy

中图分类号：TH841;TP29

文献标志码：A

DOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201604020

修改稿收到日期：2015-05-29。

作者蔡敢涛(1981-)，男，2005年毕业于郑州大学自动化专业，获学士学位，工程师；主要从事自动化仪表及控制系统方向的研究工作。