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文/鄢晋，李维，王璐
中国联合工程有限公司
摘要：本文介绍了常见粉尘仪的测量原理和优缺点。结合火力发电厂的实际情况，浅析粉尘仪的具体应用。
关键词：粉尘仪；火力发电厂
0引言
随着人们环境保护意识的增强，环保新标准的实施，粉尘作为电厂固定污染源之一，与电厂排放达标、环保验收等息息相关。因此在电厂的运行过程中，选择合适的粉尘仪，提高测量数据的准确性具有重要意义。
本文主要介绍几种粉尘仪的测量原理、优缺点及粉尘仪在火力发电厂中的应用。
1粉尘测量的几种方式
目前在线粉尘仪测量主要有以下四种方式：对穿式测量法、微电荷测量法、光散射测量法、抽取式测量法[1]。下面简单介绍这四种粉尘仪的测量原理和优缺点。
1.1对穿式测量法1.1.1测量原理
对穿式测量法原理图见图1。一个高功率激光二极管将一束调制在可见光范围内的激光照射在烟气中的颗粒物上，光穿过含尘路径到达反射器，然后反射回接收器处，由一个高灵敏度的检测器收集被颗粒物减弱后的信号，电信号放大，然后送入微处理器的测量通道。
以烟囱测量为例，测量系统使用透射率（T）作为初级光学测量变量。通过透射率导出不透明度（O）、相对不透明度（ROPA）、消光度（E）和尘浓度（c）等测量变量，导出公式如下：
其中：N为标准化常数；Imeas为接收到的光；Imon为检测信号；DDo为烟囱上端部直径；Dmeas为有效测量路径；E为消光度（一般用百分比表示）。
根据朗波比尔定律，利用消光度计算尘浓度c：
其中：K为消光常数；L=2×有效测量路径。
综上所述，粉尘浓度可以用消光度来计算。
1.1.2对穿式测量法优缺点
1）优点：技术较为成熟，测量稳定。很多厂家都有代表产品，如西克（SICK）FW/FW,杜拉格D-R/D-R。
2）缺点：对侧安装，对光要求较高，在震动大的环境中使用时，测量的稳定性较差；当烟气中湿度大时，烟气中的水滴会对测量结果产生影响；维护量大，需要定期对光检查、维护镜片。
1.2微电荷测量法1.2.1测量原理
微电荷测量法原理图见图2。当烟气流经插入烟道的探杆时，粉尘颗粒对探杆的撞击及摩擦会产生电流，粉尘颗粒流流经探头时会产生感应电流，通过专业的微电荷测量仪器将电流信号转换成对应的粉尘浓度信号。粉尘浓度越高，粉尘颗粒对探杆的感应摩擦撞击产生的微电荷越强，电流越大；粉尘浓度越低，粉尘颗粒对探杆的感应摩擦撞击产生的微电荷越小，电流越小。
1.2.2微电荷测量法优缺点
1）优点：单侧安装，维护量小，拆卸容易，检查方便，后期维护成本低。
2）缺点：烟气流速、烟气中的湿度对测量会产生影响；流速过低或烟气中湿度太大时对测量的稳定性有一定影响；当烟气中粉尘颗粒带电时，带电颗粒会影响测量。
1.3光散射测量法1.3.1测量原理
激光后散射原理图见图3，激光前散射原理图见图4。激光二级管发出可见范围的调制光束照射烟气中的颗粒物。一个高度灵敏的检测器可以探测到粉尘颗粒物的散射光的强度信号，将其放大后，送入微处理器的测量通道进行测量。由于发射器发射的光束照射粉尘颗粒物产生散射光，散射光强度与粉尘浓度成正比，即粉尘浓度高，散射光强度大，粉尘浓度低，散射光强小；因此可以通过连续监测散射光强度的变化值来得到粉尘浓度。激光前散射需要往烟道中伸入探杆收集散射光，高温烟气易造成探杆的腐蚀和损坏，故在高温烟气中一般不使用激光前散射粉尘仪。
1.3.2光散射测量法优缺点
1）优点：单侧安装，便于维护。测量准确度高，为目前主流的粉尘测量方式。对比对穿式测量法，光散射测量法可以在振动条件下安装，适用范围更广。
2）缺点：需要定期检查光源镜片；当烟气中湿度大时，烟气中的水滴会对测量结果产生影响。
1.4抽取式测量法1.4.1测量原理
抽取式测量法原理图见图5。基于光散射法测量原理，使用测量气探头从烟道中抽吸一部分气流，在热旋流器中加热成过热气体，使水滴和气雾蒸发，作为测量气流进入散射池中。在散射池中，高灵敏度的检测器测定散射光强度，用以确定烟尘浓度。然后被测量的气体使用喷射器把测量气体再导入测量气探头，流回烟道。
1.4.2抽取式测量法优缺点
1）优点：可以用于湿烟气的测量，排除了烟气湿度对粉尘测量的影响；烟气经过加热管道后，烟气流场稳定，测量稳定性更好。
2）缺点：需要定期检查取样管的堵塞和腐蚀情况；对比其他三种测量方式，现场需要的安装空间更大；价格昂贵。
2电厂中粉尘仪的应用
电厂中粉尘仪测量数据有助于检测设备运行情况，为日常生产提供参考数据。
电厂常规设计中，会在除尘器出口、脱硫入口、脱硫出口、烟囱上设置在线粉尘仪[2]。以某项目额定蒸发量t/h（最大连续蒸发量t/h）超高压煤粉锅炉，配置静电除尘器、脱硫除尘一体化设备为例，简析如何设置对应的粉尘仪。
2.1除尘器出口粉尘仪设置除尘器的出口粉尘浓度为10mg/Nm3，烟气正常波动温度为~℃，短时冲击温度为℃。
一般烟气温度超过80℃，考虑烟气中的水雾对粉尘测量影响小，故此处不需选择抽取式粉尘仪。根据参数，可以选取对穿式测量法粉尘仪、微电荷测量法粉尘仪、光散射测量法粉尘仪。除尘器为静电除尘，除尘器后烟尘会带静电，故不能使用微电荷测量法的粉尘仪。由于对穿式粉尘仪需要对光且对侧安装，使用光散射测量法更合适。
2.2脱硫入口的粉尘仪设置脱硫入口的粉尘浓度为10mg/Nm3，烟气正常波动温度为~℃。按照上述分析，一般在脱硫入口的粉尘仪也选择光散射测量。
2.3脱硫出口和烟囱的粉尘仪设置脱硫出口及烟囱的烟气粉尘浓度为5mg/Nm3，烟气正常波动温度为45~55℃。
烟气温度低于80℃，烟气中的水雾对测量影响较大。对穿式测量法粉尘仪、微电荷测量法粉尘仪、光散射测量法粉尘仪三种测量方式都不能准确测量，此处只能选择抽取式粉尘仪。
3结束语
本文简析了4种常见粉尘仪的测量原理，结合电厂的实际情况对粉尘仪的选型进行了简单的介绍，该方法可以作为粉尘仪选型的一种经验供相关人员参考。在电厂中，当烟气温度较高、湿度较低，一般使用光散射测量法粉尘仪；当烟气温度较低、湿度较高，一般使用抽取式粉尘仪。这两种粉尘仪能满足测量需要且安装维护简单，目前为主流的粉尘测量方式。
参考文献：
[1]杨胜强.粉尘防治理论及技术[M].北京:中国矿业大学出版社，.
[2]王海福，冯顺山.防爆学原理[M].北京:北京理工大学出版社，.
封面图：Pexels上Victor拍摄的图片图片授权：Pexels的CCO协议
音乐：IBelieve-AndreaBocelliKatherineJenkins
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