烟尘连续监测仪及其应用前景

　　为了随时了解烟尘排放浓度,及时了解除尘装置收尘情况,使除尘装置处于最佳运行状态,均需要烟尘连续监测仪。近几年,连续、快速的烟尘浓度监测仪发展很快,在工业发达国家,已得到广泛应用,并形成工业化生产。我国烟尘浓度连续监测仪处于开发和研究阶段。仅有少数工厂使用。

　　一、国内外烟尘连续监测仪简介

　　这类仪器种类较多,其中以计重法、放射性同位素法、光学法应用较普遍。

　　1.计重法

　　即通过称量一定采样体积内的粉尘质量而计算粉尘浓度的方法。

　　苏联的пB—1型和日本的三鹰9200型测尘仪都采用计重法原理制成。由于间断性地从烟囱中抽取粉尘样品,只能周期性测定,连续性差。这种方法的优点在于可以测量粉尘的质量浓度,而粉尘的化学成分、分散度和粒度形状的变化对于测量精度没有影响。主要技术性能如下:

　　可测浓度范围:0.1～100克/标米3；

　　含尘气体流速:10～35米/秒；

　　含尘气体温度:80～400℃；

　　含尘气体相对湿度:80%以下。

　　2.放射性同位素法

　　此法又分为透射法和散射法。

　　(1)β射线透射法

　　这种方法应用较广泛。其原理是一束恒定强度的β射线穿过粉尘后,射线被粉尘吸收而衰减,射线强度的衰减量与粉尘质量呈现一函数关系,对一定采样体积的粉尘,测出β射线的衰减量,即可测出粉尘浓度。

　　德国生产的FH—62C型测尘仪就是用β射线透射法原理制成的。可周期性地从烟囱中抽取粉尘样品,沉降在测量纸带上,依据计数管上计数差就可测出粉尘浓度。主要技术性能如下:

　　可测浓度范围:1～1000毫克/标米3；

　　含尘气体速度:30米/秒以下；

　　含尘气体温度:160℃以下。

　　(2)β射线散射法

　　当β射线穿过含尘气体时,粉尘粒子就会被激发产生轫制辐射,放射出低能γ射线,其γ射线的强度与粉尘的含量成正比。用计数管把γ射线强度转换成电流或脉冲信号,再通过一系列信号处理,即可测出含尘气体浓度。

　　用这种原理制成的仪器可连续测量烟尘浓度,测量范围从几十毫克～十几克/标米3,测量烟道直径可达1.5米。

　　3.光学法

　　光学法可分为光吸收式和光散射式。光吸收式用于测定含尘浓度较高的烟气,而当烟尘浓度较低时,可采用光散射式。

　　(1)光吸收式测尘法

　　恒定的光束通过含尘气流时,光的强度由于尘粒的吸收而衰减,光强的变化与气体的含尘浓度存在一函数关系。测出光强的衰减量,可测出烟尘浓度。

　　光学法测尘仪有单光束与双光束之分。苏联的HИИM—2型光学测尘仪为单光束型光学法测尘仪,主要技术性能如下:

　　可测浓度范围:0～10克/标米3；

　　含尘气体流速:40米/秒以下；

　　含尘气体温度:500℃以下。

　　德国SICK公司的RM型系列测尘仪采用双光束光学测尘原理制成。可测毫克/米3～克/米3级的烟尘浓度。

　　单光束法的光学系统比较简单,要求电源稳定性好,价格比较便宜,不能自动校零和自动校正。双光束法可克服上述缺点,但结构比较复杂,价格昂贵。

　　(2)光散射式测尘法

　　一强度恒定的光束穿过含尘气流时,被粉尘阻挡而发生散射。散射光强度与粉尘浓度存在一函数关系,测出散射光强度。就可测出烟尘浓度。

　　日本的大东BP—DS—1型测尘仪采用光散射原理。可测0～500毫克/标米3范围内的烟尘。

　　近几年,国内相继研制出多种烟尘连续监测仪,应用于水泥、冶炼、电力等工业部门烟尘浓度的监测。

　　1.南京化工研究院研制的GD—1型工业测尘仪是我国最早研制的测尘仪。该仪器采用单光路的透射式光学法原理,适于测量不透明粉尘。反映含尘浓度的电信号由电位差计予以连续显示记录。主要技术指标如下:量程范围:0～2.0克/标米3,仪器稳定性:在24小时内仪器零漂移≤±5%,工作环境温度0～45℃,含尘气体温度:大于露点温度。该仪器结构简单,价格便宜,但光源未进行调制,所以受日光和其它光源的干扰,读数不直观。

　　2.由中国建材院环保所研制的“烟尘浓度连续监测装置”是单光束的透射式光学法测尘仪。探头由发光装置和接收装置构成,使用时分置烟囱两侧。发光装置中的光束为调制光,接收装置中有恒温加热装置。该仪器测量范围0～4000毫克/标米3,测量烟道直径为φ0.5～5米,环境温度-20～+50℃。仪器主机面板上的数字显示装置可直接显示烟尘浓度的瞬时值,并由记录仪自动记录。具有可调预值的报警装置,当烟尘浓度超过预值时,发出报警信号。该仪器反应灵敏,测量快速、准确,由于对测量光束进行了调制,可用于有亮光的烟囱中,扩大了仪器的使用范围。该仪器结构简单,价格便宜,但无自动调零和自动校正装置。

　　3.大连电子研究所研制的NNGFL—201型烟尘浊度监测仪,采用双光束原理,通过测量有烟尘时与完全透明时的光强度相对比,得出了可见光衰减的百分比,即烟尘浊度。它主要由测量头、反射器及微机等组成。测量头与反射器是通过调节法兰安装在烟道的两侧。与单光路测尘仪相比,该仪器通过微机运算有自动校零和自动校正的功能,有较高的测量精度,具有报警功能,但结构比较复杂,价格比较昂贵,读数不直观。主要技术指标如下:测量范围:0～100%浊度,测量距离1～6米,输出量程4～20毫安。

　　4.北京静电设备厂研制的JFC—1型激光烟尘测试仪,主要采用双光束激光源,由微机作信号采集和处理,因此,该仪器测量精度高,具有打印、显示、报警等控制功能,同时还可与除尘设备组成除尘闭环控制系统,以便节省电能。该仪器结构较复杂,价格比较贵。主要技术指标如下:测尘范围0.001～1.000克/米3,测尘粒径1～100微米,环境温度-15～40℃,控制输出:0.00～4.00伏。

　　5.由中国建材研究院环保所与河北承德市仪表厂共同研制的“多功能微机烟尘浓度连续测量仪”采用微型计算机控制,可同时测量烟气流速、温度、烟尘浓度和烟尘累积排放量,测量烟尘浓度范围0～4000毫克/标米3,测温范围0～300℃,测流速范围0～30米/秒,测量烟道直径为φ0.5～5米。仪器备有微型打印机,可定时打印出上述四种测量结果。

　　二、烟尘连续监测仪的应用

　　1.监视烟尘排放浓度是否合格

　　为了确保环境不受污染,各国环保法对各种类型的工业窑炉烟尘排放浓度作了明确规定。非连续计重法测量一次需数个小时,显然不适合用来长期监视烟尘排放浓度。用直读式带有记录仪装置的连续测尘仪,可监视烟尘排放浓度是否合格。当烟尘排放浓度超标后,可发出报警信号,以便引起人们注意。记录装置可长期连续记录烟尘排放浓度,全面反映了烟尘排放规律,为环保部门提供完整的统计数据,也为设计部门设计合理除尘装置提供科学依据。

　　2.用于布袋除尘器破袋检查和确定清灰间隔时间和清灰时间

　　布袋除尘器是一种广泛应用的除尘设备。大、中型布袋除尘器一般设若干分隔仓,在每个仓内装有一定数量的袋子。袋子破损后会使烟尘排放浓度增大。对仓内破袋进行人工检查,不仅工作量大,而且费时。由微机控制的袋除尘器配置一台烟尘连续监测仪就可进行自动检漏。由于破袋后粉尘浓度超过预值,烟尘连续监测仪发出报警信号传送给微机,微机将每个仓进风阀逐个自动关掉,当关闭某一个仓的进风阀时,袋除尘器的粉尘排放浓度减小,这个仓就有破袋,并在微机控制面板上指示出破袋的仓。

　　布袋除尘器在使用中织物表面会粘附粉尘,随着粘附粉尘量的增多,其气流阻力也增大,阻力增大到一定程度后,就会影响气体流通,这时需要清除织物上的粉尘,即清灰。清灰时并不需要把织物上的粉尘完全除掉,而是要保留一部分粉尘,以便保持除尘器的除尘效率。清灰间隔时间和清灰时间可根据经验数据选择。利用烟尘浓度连续监测仪可使清灰机构调节到最佳状态下运行。

　　3.依据烟尘浓度自动调节电除尘器电压

　　电除尘器电压在达到击穿电压之前,收尘效率随电压升高而升高。烟尘浓度连续监测仪测出电除尘器出口处的烟尘浓度,根据烟尘排放量来自动调节高压供电源的运行功率,以节约能源。

　　三、烟尘浓度连续监测仪的选型和使用

　　1.选型

　　透射式光学法烟尘浓度连续监测仪是利用光通过含尘气流后强度被衰减的原理制成的。含尘气流中烟尘浓度是光强衰减的一个因素,光束所通过的测量距离是光强衰减的另一个因素,测量距离越长,光强衰减越多。连续监测仪的选型主要考虑仪器的测量距离和最高测尘浓度,此外,还要考虑含尘气体流速和温度。

　　一般水泥厂烟囱中烟气流速在0～30米/秒范围内,烟气温度在0～300℃范围内。一般的光学法烟尘连续监测仪均适用于这些条件。测尘仪的测量距离一般为0.5～6米,测量浓度一般为0～2000毫克/标米3。配有量程衰减器的最高测量浓度可达6000毫克/标米3,但误差超过30%。

　　2.使用

　　a.测点位置应尽可能选择气流比较稳定,浓度场比较均匀的管道上。其中垂直管道优于水平管道。测点应距离弯头、接头、阀门和其它变径管道的下游方向3～6倍管道直径处,或上游1.5～3倍管道直径处。如果不能满足上述要求,则测点与变径管道的距离应不小于1倍管道直径处。

　　b.烟尘浓度连续监测仪需经过标定后,才能用来测量烟尘浓度。标定过程如下:首先,安装好的监测仪,在烟囱中无粉尘的情况下调整其零点,然后用重量法测量烟囱中的实际含尘浓度,并以此来校准监测仪的读数。

　　c.测量装置和接受装置中的保护镜片要定期用清洁镜头布擦试,以保持仪器测量精度。

　　随着人们对环境保护要求的不断提高,用烟尘连续监测仪对烟尘排放浓度进行连续监测,将成为工业生产中必不可少的组成部分。烟尘连续监测仪在烟尘测试中有良好的应用前景。

　　中国自动化网 供稿