1、粉尘含量控制与测量技术浅析2004 年 No4 铝镁通讯?l7?粉尘含量控制与测量技术浅析毛永典(中国铝业河南分公司,河南郑州 450041)摘要:本文结合氧化铝生产中粉尘控制现状,讨论氧化铝生产所产生的粉尘特点和传统的粉尘测量技术.在此基础上.介绍几种新的粉尘监测和测量技术,并简单展望其在氧化铝工业中的应用前景.关键词:粉尘含量;收尘;测量技术前言随着全球围内的环境问题和资源问题日渐突出,社会对环保事业的日渐重视,污染物排放控制越来越严格.粉尘排放作为工业污染和能源,资源浪费的“ 罪魁祸首“ 之一,逐渐成为世界各国科技工作者着力攻关的课题.在此背景下,空气(烟气)含尘量的研究在近 20 年中
2、得到长足的发展,各种高科技为依托的粉尘含量控制与自动检测技术和设备应运而生,并被广泛应用于化工,食品,制药,冶金,发电厂,矿山等行业,在节能,环保及资源再生和工艺过程控制等领域发挥了巨大的作用.下面我们以此为题,主要结合中国铝业河南分公司的工艺和生产情况,讨论一下氧化铝制造业中粉尘含量自动控制与检测技术的应用.1 氧化铝生产粉尘控制现状1.1 收尘设备,收尘方式氧化铝生产工序(烧结法) 的粉尘污染主要来源于熟料烧结窑和氢氧化铝焙烧炉,就中铝河南分公司 2004 年的情况来说,由于氢氧化铝焙烧采用了较先进的浮腾焙烧工艺和配套的进口电收尘器,外排烟气含尘量一般在 80mg/m3 以下,达到了比较理
3、想的效果.而熟料烧结窑外排烟气含尘量的测量记录一般在 400mg/m3 标米左右,考虑到其收尘系统运转稳定性,熟料烧结窑的实际外排粉尘量可能还要高一些.事实上,全国氧化铝行业熟料烧结窑粉尘控制效果大多不尽理想,烟尘排放浓度超标现象时有发生.目前氧化铝熟料烧结窑的收尘系统一般为三级收尘装置:重力收尘旋风收尘电收尘,然后经烟囱排放烟尘.重力收尘由熟料窑的立烟道实现,结构简单,经济,可捕集粒度在 3300m 范围内的灰尘,效率一般能达到 60%以上;旋风收尘由旋风收尘器来实现,收集 60m 以上的粉尘;电收尘系统的收尘效率可达到 95%以上,可以捕集粒度更小的粉尘颗粒,环保领域所讲的可吸人性悬浮颗粒
4、物多属于这个范围,它是危害居民身体健康和导致职业病的罪魁祸首.1.2 粉尘的特点我们知道,在各种粒级的粉尘中,粒级越低,捕集难度越大,回收效率越低.正如上文所说,熟料烧结窑是烧结法生产氧化铝工业中粉尘控制的瓶颈,而电收尘是烧结窑收尘系统的关键.电收尘在全部收尘过程的三个阶段中,作为整个尘控制系统的最后一关,同时因为它肩负收集悬浮颗粒物的重任,所以电收尘环节显得犹为重要.我们可先来看一下对河南分公司熟料烧结窑收尘系统返灰粒度分布情况的统计:表 1+100#+200+325325 粒级(147tma)(77tma)(44,urn)(44m)立烟道返灰(%)25.835.638.OO.7旋风收尘返灰
5、(%)l7.431.841.09.9电收尘返灰(%)1.43.74.290.7从以上数据可以看出,325 目以下粉尘捕集的任务主要由电收尘来完成.影响电收尘器收尘效率的因素是多方面的,粉尘的比电阻是一项主要指标,一般来说,电收尘器人口处的粉尘比电阻在 0.82.710 加 ncm 比较适合于电收尘处理.另外,粉尘含碱浓度等指标也会收尘器的运行.目前电收尘效?18?铝镁通讯 2004 年4果不佳的主要原因是:在电收尘器中,由于烟气粉尘在电场中获得电荷后,沉积到收尘极板需要一定的时间,而电场中对应的风速偏高,导致荷电粉尘来不及沉降就被气流带出.烟尘的不可控外排,不但造成环境污染,同时也是资源的浪费
6、.由表 2 可以直观的看出外排粉尘主要成分和含量:成份 l 结晶水 CSiFeAIeNaNsK含量(%8.9016.006.472.9615.009.7019.9810.8410.27有人从资源方面来统计,一台熟料烧结窑第每年粉尘排放碱耗达到 100 万元!从这个角度来说,氧化铝工业粉尘控制现状不容乐观.2 传统粉尘测量技术对于粉尘测量已发展有大量的测量方法和测量仪表,这些方法可分成自动记录(连续的)和手动记录(间歇的 )两面大类 .第一类由于它用于对粉尘的长期监测而引人注目.而手动测量仪表则主要是针对粉尘收集设备收尘效果的测量.另一类分类方法是按照测量过程中是否采用分流取样来划分.分流取样的
7、方法中有多种取样方式不的测量技术和设备:电分离方式中的 Cast 粉尘秤,电过滤器,静电沉淀器;过滤器分离方法中的自动重力粉尘测量仪,DresiaB 粉尘计,Bosch 粉尘监测仪 ,膜过滤仪等;贯性力离方法中的:Barth 粉尘测量喷嘴,旋风分离探头等.不分离的测量仪器如:丁达尔计,散光和激光测量仪等.目前,全国几个氧化铝厂的粉尘测定主要以称量法为主,这种方法具有设备价格低廉和维护方便的优点.其测量过程主要可分为相互连接的三个步骤:分流取样,分离粉尘载体,粉尘量的计算.即将采样器置于烟道中,在确定的温度和压力下按照一定条件抽取定量的气体,由放在采样管工中的集尘管收集含尘气流中的粉尘,然后称量
8、集尘管中粉尘的重量,按照公式计算含尘量:二=卜 1 厂望里二型二塑一, ,273+1.013105克/标立升G 一粉尘重量;克流量计取样体积;立升卜采样时的环境大气压;PaPm计前烟气压力 ;PaPI 包在 Trn 温度下饱和水蒸气分压;PaTIl 广前烟气温度;烟气相对湿度;%称重法测量烟气含尘量作为目前氧化铝行业普遍应用的测量技术,其存在价值和历史地位不言而喻.但从技术发展来说,该方法存在几个缺陷:首先,操作过程繁琐,时间长,第二,不能作连续监测.除此之外,还有其更加致命的弱点,因为在任何取样测量方法,基本要求都是要保证样品的原特性,重量法测量分离过程涉及到探头的流线形状,温度湿度保持,探
9、头周边的压力分布和等动力学吸人过程,在实际工业测量过程中很难避免以上因素造成误差.可以说,新的测量技术逐步替代这样传统的方法将是技术发展的必然选择.3 几种新技术从上个世纪 80 年代,逐渐有一批新的粉尘监测与测量技术发展起来并被推广应用,有些甚至已经产生了巨大经济效益和社会效益.对国外一些如制药,橡胶行业而言,这些技术也许不再可以称之为“新 “技术 ,但对于我们的氧化铝生产工业,真正能把这些技术推广应用还有等时日.3.1“磨擦电 “粉尘测量技术测量原理如图 1 所示:圈 l 屠擦电测量含尘装装置工作原理仪表以粉尘磨擦电荷作为被测量,在仪表人口处,从排气管道中吸入分流由一导向装置产生自旋,这样
10、粉尘就被离心到激励管壁上并沿着壁上的螺旋形轨道导入.对此绝缘管上产生的电荷进行测量,就可以对应计算出烟气的粉尘含量.这种技术的特点是依赖粉尘和探头的碰撞磨擦等接触方式,在探头内产生电信号.据报道,国外一些企业如杜邦公司,Mcneil 制药公司对此技术均有比较成熟的应用.3.2“光不透明“ 粉尘测量技术它是利用尘微粒对光线吸收和折射机而引起的衰减的原理.如图 2 所示:由光发送器向烟道内发射一束有一定强度的光束,光束通过含尘烟气被光接受器接受,通过计算光束强度的衰减,从而测量出2004 年 No4 铝镁通讯?l9?对应烟气含尘量.图 2“光不透明“ 测含尘 装装置工作原理这种测量仪表也称之为烟密
11、度测量仪或粉尘密度测量仪.在目前的实际工业应用中,主要采用双光束法.这种方法向烟道内射人一束测量光,再向无烟的通道横向射人第二束比较光束,不是进行绝对测量,而是对参比光束强度进行的相对测量.这种测量方法属于非接触式测量,便于安装和维护,适用于连续监测.但粉尘在光束发射和接受面上的附着会影响测量的精度.3.3“电荷感应“ 粉尘测量技术最近几年,在“磨擦电“ 粉尘测量技术的基础上 ,发展出了所谓的电荷感应传感技术,与磨擦电技术相比,其最根本的不同点是:电荷感应传感技术是依赖探头附近粉尘内部电荷和粉尘的分布,在探头上产生电信号,当粉尘流过插入到管道或烟道的探头附近时,基于粉尘内部电荷和粉尘的分布情况
12、,小电信号在探头中感应出来,经处理转换,形成一个线性比例于粉尘质量含量的绝对输出值信号.这种测量方式属于非接触式测量,与非接触式测量方式相比,可有效排除粉尘粘附,凝聚,结露,水份,流动速度等因素对测量的影响,可广泛应用于织物型除尘器,烟道,旋风收尘器,沉淀式除尘器,湿式除尘器和过程管道等.这项技术由于便于安装调试,标定和维护,正越来越多的被采用.3.4 光闪烁粉尘测量技术在大烟囱,除尘器和燃烧过程管道的粉尘含量测量过程中,又出现了光闪烁粉尘测量技术.I图 3 光闪烁粉尘测技术如图 3 所示,发射单元发射出脉冲化光线,光线被粉尘颗粒阻挡在光接受单元产生出一个低频调制信号,通过分析光线“闪烁数量
13、“的变化,对应计算出粉尘含量.这种技术在方式上与“光不透明“ 技术类似.从工业应用方面来说,应该说具有更可靠的现场应用价值.因为在实际使用中,特别是在进行长期的连续监测过程中,粉尘会在镜头表面形成堆积,另外,温度的变化,光学机构的公差和光源的变化(老化),会造成 “光不透明“测量装置的零点漂移.光闪烁技术测量的是电压差,而不是绝对电压值,能更有效解决零点漂移问题,确保测量的灵敏度,使得在低粉尘含量甚至短光路时也能可靠测量.4 新技术在氧化铝工业中的应用于前景如前文所言,摩擦电技术与“光不透明“ 技术早已广泛应用于国内外制药,食品和金属冶炼行业,并且随着时代的进步而逐步向更完善的方向发展.电感应
14、技术正在成为粉尘自动监测工作的主角.这些新技术,也正在受到于氧化铝行业有关人士的越来越多的关注.特别是电感应技术和光闪烁技术,作为粉尘测量的最前沿技术,有以下几项特点:(1)测量粒度大于 0.5vm 的任何种类的粉尘;(2)粉尘浓度工作范围在 0.5lO0000mg/m;(3)适用于潮湿或干燥的工作环境;(4) 两面种技术均不受粉尘特性和流动速度的影响.以上特性非常适合氧化铝熟料窑窑尾系统和氢氧化铝焙烧收尘系统的监测和测量工作,同时也适用于氧化铝生产的辅助环节如碳素,热力等.随着社会对资源利用和环境保护的日渐重视,随着以此类技术为依托的各类产品的普级和价格的降低,随着氧化铝生产厂家对粉尘控制与测量工作投入的不断加大,可以预见,这些新技术和新产品将会逐步走人我们的视野,成为推动氧化铝工业粉尘测量与控制发展的新动力.参考文献:1德P.普罗福斯 ,徐鹏等译 .工业测量技术手册,机械工业出版社.2苏汝维,尘源控制与治理技术问答,北京经济学院出版社
