摩擦電粉塵監(jiān)測(cè)技術(shù)在水泥工業(yè)中的應(yīng)用
摘要：除了爐灶和熟料冷卻器為分離灰塵安裝的靜電除塵器以外，為了減少小規(guī)模排放源的粉塵排放，在水泥廠還安裝了很多袋式除塵器。這些小污染源常分布在寬闊的廠區(qū)內(nèi)。大的排放源大部分都裝備粉塵濃度測(cè)量裝置，因此情況正常。事實(shí)上,小規(guī)模排放源是水泥廠附近灰塵增加的罪魁禍?zhǔn)住榱藴p少工廠總的粉塵排放,能夠控制單個(gè)灰塵來(lái)源非常重要。而且，這些較小污染源的除塵設(shè)備需耗費(fèi)大量的費(fèi)用。因此，我們的目標(biāo)是控制時(shí)間支出和財(cái)務(wù)費(fèi)用達(dá)到最優(yōu)化和最有效率。
關(guān)鍵字：摩擦電粉塵 水泥 應(yīng)用
1 緒論
近年來(lái)用所謂的過(guò)濾控制器監(jiān)測(cè)除塵設(shè)備后純凈氣體含塵量已被逐漸接受。它們被安裝在除塵器后面的純凈氣體通道進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,以連續(xù)地監(jiān)控通過(guò)過(guò)濾器的相對(duì)純凈氣體含塵量（圖1）。現(xiàn)代的過(guò)濾控制器依照摩擦電的測(cè)量原理工作,也就是說(shuō)應(yīng)用探針和它附近的塵粒流之間以及塵粒流自身之間的電荷交換對(duì)探針的直接影響來(lái)檢測(cè)氣體含塵量（圖1）。測(cè)量電流的上升由電子電路記錄和放大。得出的信號(hào)是一個(gè)廢氣粉塵含量百分比的量度，取決于灰塵和氣體通過(guò)速率。此外可以預(yù)先選擇警報(bào)的上下閥值，如一旦超過(guò)該值會(huì)引起自由位觸點(diǎn)的激活。
2摩擦電過(guò)濾器持續(xù)監(jiān)控
多年以前，過(guò)濾器上的不定壓損失的測(cè)量就應(yīng)用于過(guò)濾器監(jiān)控系統(tǒng)。這種測(cè)量是合理的，對(duì)于袋式除塵器，壓力損失的最佳范圍在大約800到1400 Pa。如果過(guò)濾器工作在這個(gè)范圍，就能保證過(guò)濾器凈化系統(tǒng)正常的發(fā)揮作用。如果壓力損失增加則意味著有故障發(fā)生，必須在短期內(nèi)修理。
為了估算灰塵穿過(guò)過(guò)濾器的通過(guò)量，對(duì)監(jiān)測(cè)到的壓力進(jìn)行了微分，證明它們之間毫無(wú)關(guān)系。例如濾袋網(wǎng)上的一個(gè)洞和拳頭一樣大（其他所有的過(guò)濾元件都不變），會(huì)導(dǎo)致粉塵排放戲劇性的增大,而過(guò)濾器分壓，并不會(huì)受到顯著的影響。為了保證除塵器的最佳估計(jì)效率,過(guò)濾器分壓以及通過(guò)過(guò)濾控制器的粉塵排放連續(xù)監(jiān)控都要測(cè)量。
對(duì)粉塵的質(zhì)量測(cè)量不但會(huì)保護(hù)粉塵分離設(shè)備后面的氣體粉塵含量監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)也允許對(duì)廢氣凈化設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)定。除了過(guò)濾器組建的故障,測(cè)定閥膜、風(fēng)門(mén)閉合不嚴(yán)密等的損壞部分都是過(guò)濾器診斷的一部分。
2.1過(guò)濾器監(jiān)控系統(tǒng)
在Integral Off工作方式下，信號(hào)會(huì)慢慢停止；而Integral On工作方式下，會(huì)顯示一個(gè)30秒的提示。因此對(duì)操作者來(lái)說(shuō)，這會(huì)出現(xiàn)一種可能，在起初標(biāo)準(zhǔn)模式“integral on“下面有一個(gè)平均排放值，接近相應(yīng)的半小時(shí)平均值。萬(wàn)一早期的過(guò)濾器耗損，粉塵濃度慢慢地增加,如果到達(dá)設(shè)定的極限值，就會(huì)發(fā)出一個(gè)警報(bào)（圖2）。
2.2過(guò)濾器診斷
除了對(duì)排放極限值的極限值監(jiān)控外，還存在除塵診斷的可能性。如果裝置運(yùn)行在"integral off"模式，凈化過(guò)后的快速變換的粉塵含量–所謂的灰塵頂點(diǎn)–可以檢出并且根據(jù)除塵脈沖分配給袋式過(guò)濾器。除塵脈沖時(shí)摩擦電信號(hào)的高度，不僅是極限值的標(biāo)準(zhǔn)，而且是袋式過(guò)濾器品質(zhì)的表征。圖３和４是一個(gè)典型實(shí)例。
這里和圖２相反，在這種模式下，顯示了除塵脈沖瞬間袋式除塵器各自的瞬時(shí)值。在圖３中，明顯地記錄了無(wú)缺陷的除塵器的工作狀態(tài)，而圖４中很顯然只有一些濾袋工作正常(12-６行）。而7－11行則連接著不正常工作的除塵布袋。根據(jù)測(cè)量結(jié)果這些可以有組織地替換。
因此過(guò)濾器控制器信號(hào)的估價(jià)可以在早期識(shí)別除塵材料的初始磨損，也就是說(shuō)在袋式除塵器的泄漏還看不見(jiàn)或者幾乎看不見(jiàn)的時(shí)候。操作者在監(jiān)管機(jī)構(gòu)或者社區(qū)居民看到或者覺(jué)察到塵縷的很早以前就可以收到一個(gè)關(guān)于過(guò)濾器損壞的警告。因此異常的粉塵排放和過(guò)濾器泄漏都可以避免。
新一代的過(guò)濾器控制器甚至在探頭有顯示器，以便直接地就地了解設(shè)備狀態(tài)或者工作模式是“integral on”或者“integral off”，并且立即對(duì)增加的灰塵泄漏立刻起作用（圖５）。
3 與自動(dòng)除塵控制結(jié)合的摩擦電除塵檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例
除塵監(jiān)控在單個(gè)除塵器中的優(yōu)勢(shì)是毫無(wú)置疑的。另外，通過(guò)連接幾個(gè)裝置并安裝它們的通信和評(píng)估軟件，它也可以有效地對(duì)許多的分離灰塵設(shè)備監(jiān)控。特別是對(duì)于這樣的一些工廠，有30、60或更多除塵器分布在工廠的各部位且不得不進(jìn)行監(jiān)控，或?qū)τ卸鄬映龎m器的工廠，迄今為止還沒(méi)有一個(gè)能把所有的過(guò)濾器情報(bào)合并的控制系統(tǒng)。因此一方面必須是及時(shí)地利用除塵診斷，另一方面則將除塵凈化最優(yōu)化處理，保持保養(yǎng)修理費(fèi)用和能量消耗開(kāi)支，使支出最有效。
3.1 例1 多個(gè)單獨(dú)除塵設(shè)備中的連續(xù)除塵監(jiān)控
選擇一個(gè)安置過(guò)濾器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的水泥廠,在一方面優(yōu)化過(guò)濾器操作，同時(shí)連續(xù)監(jiān)控過(guò)濾器，保持工廠的粉塵排放永久地安全地在一個(gè)極低的水平。過(guò)濾器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供工廠所有30個(gè)過(guò)濾器設(shè)備在任何時(shí)間的狀態(tài)概況。每個(gè)過(guò)濾器和大過(guò)濾器設(shè)備的每個(gè)濾池都安裝了一個(gè)摩擦電過(guò)濾器控制器以進(jìn)行粉塵量測(cè)量，同時(shí)安裝一個(gè)壓力傳感器來(lái)測(cè)量過(guò)濾器的壓力損失。每個(gè)過(guò)濾器的灰塵信號(hào)過(guò)濾器的分壓信號(hào)都于公共的過(guò)濾器監(jiān)控系統(tǒng)連接。因此會(huì)顯示兩個(gè)結(jié)果：
過(guò)濾器監(jiān)控不象過(guò)去那樣單純由過(guò)濾器上的壓力損失來(lái)進(jìn)行，也通過(guò)監(jiān)測(cè)凈化其他通道的最低粉塵含量來(lái)實(shí)現(xiàn)。定時(shí)過(guò)濾器控制由分壓控制的過(guò)濾器來(lái)取代。這就意味凈化過(guò)程不再按周期而是按需求進(jìn)行了，因此當(dāng)除塵器中粉塵負(fù)荷達(dá)到一定程度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生壓縮空氣的推動(dòng)力。
灰塵和分壓測(cè)量裝置經(jīng)由5個(gè)安裝在不同地方的計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)庫(kù)相連接，計(jì)算機(jī)上集成了數(shù)據(jù)分析和可視化系統(tǒng)。過(guò)濾器設(shè)備結(jié)合在5個(gè)組里面，組的任務(wù)取決于每對(duì)過(guò)濾器的結(jié)合位置。為了減少單個(gè)裝置到評(píng)價(jià)系統(tǒng)的配線開(kāi)支，選擇了模擬和數(shù)字信號(hào)傳送的綜合系統(tǒng)。圖６顯示了測(cè)量系統(tǒng)的大致配線。
每次輸出的模擬信號(hào)到達(dá)六個(gè)過(guò)濾器控制器，六個(gè)壓力傳感器連接到一個(gè)公共信息采集點(diǎn)，各自的過(guò)濾器組的接線盒。然后五個(gè)過(guò)濾器組的所有的接線盒經(jīng)由上層集線器同評(píng)價(jià)系統(tǒng)連接。從圖６可以看出，除了有兩次六個(gè)模擬信號(hào)輸入每個(gè)接線盒，六個(gè)狀態(tài)連接也可以操作。通過(guò)這種方法，每個(gè)單個(gè)過(guò)濾器的（現(xiàn)有的）過(guò)濾器控制能夠啟動(dòng)。
組合成一個(gè)組的裝置的數(shù)目是自由的，取決于工廠的條件。通過(guò)接線盒，可以將所以的裝置連接起來(lái)。在這個(gè)例子中，接線盒不是必須的。最佳的解決方案取決于其位置盒工廠的相關(guān)條件。
巨大數(shù)量的由過(guò)濾器控制器輸出的信號(hào)由一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)記錄，然而，這并不意味著就是一個(gè)過(guò)濾器監(jiān)控系統(tǒng)。另外還需要一個(gè)適當(dāng)?shù)某绦虬鼇?lái)執(zhí)行單個(gè)過(guò)濾器的激活，濾袋行的計(jì)數(shù)和模擬信號(hào)值的傳遞、數(shù)據(jù)記錄和評(píng)估。
如果計(jì)算機(jī)啟動(dòng)，數(shù)據(jù)分析和可視化體系將被自動(dòng)啟動(dòng)。個(gè)人計(jì)算機(jī)會(huì)顯示所有連接的分別分配的過(guò)濾器組的概況窗口。對(duì)每個(gè)過(guò)濾器，灰塵和分壓的測(cè)量值將會(huì)顯示出來(lái)。通過(guò)用不同顏色高亮顯示錯(cuò)誤或已經(jīng)發(fā)生的極限值的越界。有一個(gè)協(xié)議，在故障的重復(fù)事件出現(xiàn)時(shí)，運(yùn)診斷出錯(cuò)的類(lèi)型。另外，還可以看到一個(gè)過(guò)濾器是否被清潔的概況（圖7）。
圖8中顯示了單個(gè)的過(guò)濾器組。在圖的上部分，每個(gè)單個(gè)過(guò)濾器的濾袋行的書(shū)目記錄下來(lái)。在圖的下面，通過(guò)聯(lián)機(jī)存儲(chǔ)的單個(gè)過(guò)濾器的灰塵值可以看出包括除塵脈沖的情況。此圖表能夠分別估計(jì)和規(guī)定單個(gè)過(guò)濾器控制器和壓力傳感器所產(chǎn)生的聯(lián)機(jī)數(shù)據(jù)或以往數(shù)據(jù)。
過(guò)濾器診斷是自動(dòng)完成的。在圖的上部分，可以看到一個(gè)濾袋行用綠色加亮，表示這些濾袋行都已經(jīng)經(jīng)過(guò)清潔。如果在清潔過(guò)程中超越極限值，將被標(biāo)成紅色區(qū)域，表示各自濾袋行的清潔極值太大。萬(wàn)一軟件重復(fù)一個(gè)錯(cuò)誤信息，像在1號(hào)過(guò)濾器，piati granulatori，23行，有灰塵警報(bào)。超越極值則說(shuō)明過(guò)濾材料耗盡。
如果峰值非常小或沒(méi)有，例如，壓縮空氣故障或壓封罐故障的原因，濾袋行將被標(biāo)成藍(lán)色。如在隨后的3次清潔中發(fā)生錯(cuò)誤，系統(tǒng)會(huì)記錄下來(lái)，通過(guò)一個(gè)誤差校核協(xié)議編輯出來(lái)。為了評(píng)價(jià)灰塵峰值的發(fā)生并分配濾袋行的凈化脈沖，需要了解或決定并且輸入一下過(guò)濾器控制的參數(shù)。這些參數(shù)是：
濾袋行的數(shù)目；
凈化脈沖的間歇時(shí)間；
延遲時(shí)間，指過(guò)濾器控制器達(dá)到灰塵峰值的時(shí)間，取決于過(guò)濾器控制器的裝機(jī)和流速(圖９)。
通常,在工程描述中過(guò)濾器凈化由過(guò)濾器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)始，如果過(guò)濾器 i 的壓力損失的現(xiàn)值 ?pi 超過(guò)壓力損失極限值GW1 ?pi.。
在過(guò)濾器凈化開(kāi)始的時(shí)候，系統(tǒng)通過(guò)間歇時(shí)間和延遲時(shí)間等參數(shù)開(kāi)始分配單個(gè)濾袋行的灰塵峰值。摩擦電過(guò)濾器監(jiān)控和自動(dòng)化過(guò)濾器控制系統(tǒng)已經(jīng)服務(wù)了若干年而毫無(wú)問(wèn)題。
3.2例２–多層過(guò)濾器的持續(xù)過(guò)濾器監(jiān)控
更典型的例子是多層過(guò)濾器的過(guò)濾器監(jiān)控。工廠有兩個(gè)多層過(guò)濾器，每個(gè)有六個(gè)濾池，每個(gè)池有13或14行濾袋。在過(guò)濾器的每個(gè)凈化氣體管道，安裝了4個(gè)過(guò)濾器控制器，模擬信號(hào)與過(guò)濾器控制一起連在一天中心評(píng)價(jià)電腦上面（圖10）。借助于專用軟件可以了解每個(gè)濾袋行的清潔情況并給出一個(gè)評(píng)價(jià)。
通過(guò)分別預(yù)設(shè)故障次數(shù)和超越極限值的次數(shù)，上次的故障會(huì)發(fā)出一個(gè)警報(bào)。還有進(jìn)一步的功能，即記錄和回顧單個(gè)濾袋行的信號(hào)趨勢(shì)，顯示所有警報(bào)以及對(duì)軟件進(jìn)行個(gè)人化設(shè)置以優(yōu)化各自的測(cè)量任務(wù)，當(dāng)然也包括自由的調(diào)整極限值。
通過(guò)定時(shí)檢查和員工不定時(shí)檢查，可以減少故障詳查。另外還可以節(jié)約由于系統(tǒng)的更換凈化材料引起的損失。
3.3過(guò)濾器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的投資和收益
這類(lèi)過(guò)濾器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的投資限于過(guò)濾器控制器和分壓傳送線路，以及評(píng)價(jià)系統(tǒng)和軟件的一次性投資和安裝費(fèi)用。不需要空氣清洗。系統(tǒng)的保養(yǎng)費(fèi)用為每年的摩擦電過(guò)濾器控制器和分壓傳送線路的檢查。
上述投資由下列過(guò)濾器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的收益抵消：立即識(shí)別凈化系統(tǒng)故障（壓縮空氣故障，清洗閥故障，過(guò)濾器控制故障）；檢出過(guò)濾器初始磨損，定位和標(biāo)注。以這種方法使過(guò)濾器系統(tǒng)保持在規(guī)則的運(yùn)行狀態(tài)。有故障的濾袋可以有選擇的替換，預(yù)防以往那種過(guò)濾材料的整體替換。濾袋的平均使用壽命可以顯著增加。在例子中描述的是，使用分壓控制過(guò)濾器凈化來(lái)取代定時(shí)過(guò)濾器凈化。
這樣壓縮空氣的耗費(fèi)可以達(dá)到最低，氣流傳送管道的通風(fēng)能力能夠達(dá)到最佳。
這里應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，這種成本節(jié)省并不建立在較高的塵埃排放量上面。過(guò)濾器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是十分敏感的，通過(guò)濾袋的灰塵量的上升在其他粉塵濃度增大以前就可以檢測(cè)到。這就是現(xiàn)代的袋式除塵器設(shè)備能夠持久的保持凈化氣體灰塵量在1到３mg/m3的原因。
另外系統(tǒng)還能夠擴(kuò)充記錄附加的相關(guān)數(shù)據(jù)。除了監(jiān)控排放的極限值，產(chǎn)品過(guò)濾的應(yīng)用也可以實(shí)現(xiàn)。通過(guò)過(guò)濾器監(jiān)視與控制系統(tǒng)，能夠有效地控制有價(jià)值灰塵（例如水泥添加劑）的分離，避免產(chǎn)品的損失。
４備注
除了保持灰塵排放達(dá)到環(huán)境法規(guī)定的極限值之外，通過(guò)由許多單個(gè)和廣泛布置過(guò)濾裝置、過(guò)濾器控制器、分壓測(cè)量和評(píng)價(jià)系統(tǒng)組成的過(guò)濾器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以將整個(gè)工廠的粉塵排放達(dá)到一個(gè)最低值。系統(tǒng)相對(duì)較低的投資可以為下列收益抵消：
工廠的形象：粉塵排放量的降低－即使那些被忽略的粉塵；
預(yù)先的環(huán)保機(jī)制：小的故障在可見(jiàn)的粉塵排放很早前就可以被檢出；
將過(guò)濾器監(jiān)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成一種環(huán)境管理體制的可能性；
通過(guò)優(yōu)化降低壓縮空氣耗費(fèi)和增大通風(fēng)容量，減少經(jīng)營(yíng)成本；
顯著地延長(zhǎng)凈化材料的平均壽命。
可以證明，摩擦電粉塵測(cè)量可以用于監(jiān)控粉塵排放極限值以及過(guò)程測(cè)量（例如運(yùn)行過(guò)濾器監(jiān)控）。近年來(lái)，這些簡(jiǎn)單而堅(jiān)固的測(cè)量裝置已越來(lái)越多的替代了以前長(zhǎng)期所建立起來(lái)的基于漫射光或吸光原理工作的光學(xué)測(cè)量裝置。即使灰塵沉淀或在探針表面上結(jié)皮，都不會(huì)影響摩擦電的測(cè)量結(jié)果。
靜電除塵器的應(yīng)用迄今為止只有一個(gè)有限的原因會(huì)對(duì)它產(chǎn)生干擾影響，正在加強(qiáng)研究。然而，Foedisch博士在實(shí)驗(yàn)室中的一流的試驗(yàn)表明通過(guò)改進(jìn)進(jìn)樣系統(tǒng)，這個(gè)問(wèn)題可以解決
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