隨著國家乃至對于低環保低碳排入的要求提高，各種新型能源逐漸出現在人們的生產與生活之中，傳統煤碳的應用也有了新的突破，水煤漿就是其中重要一個分支類型。水煤漿是一種新型、高效、清潔的煤基燃料，是燃料家庭的新成員，它是由65%-70%不同粒度分布的煤，29-34%左右的水和約1%的化學添加劑制成的混合物。經過多道嚴密工序，篩去煤炭中無法燃燒的成分等雜質，僅將碳本質保留下來，成為水煤漿的精華。它具有石油一樣的流動性，熱值相當于油的一半，被稱為液態煤炭產品。水煤漿技術包括水煤漿制備、儲運、燃燒、添加劑等關鍵技術，是一項涉及多門學科的系統技術，水煤漿具有燃燒效率高、污染物排放低等特點，可用于電站鍋爐、工業鍋爐和工業窯爐代油、代氣、代煤燃燒，是當今潔凈煤技術的重要組成部分。水煤漿廣泛用于電站鍋爐、工業鍋爐和工業窯爐代替油、氣、煤燃燒以及賓館、住宅、酒店、辦公樓等各種建筑物供暖和生活熱水。
由于水煤漿粘稠易干和攪拌時劇然波動, 使液位測量長期難以解決。通過對幾種常用液位計進行的分析比較, 說明激光測量在水煤漿漿位測定中的技術地位。激光*的性能用于水煤漿上恰到好處, 同時可兼作流量計。對磁浮球液位計提出了改進方案。
在水煤漿制備工藝中, 漿位的測量是*的重要一環。由于水煤漿具有固液兩相性、粘稠易干性和在攪拌時液面劇烈波動等特點, 目前能適應水煤漿液位測量儀表只有幾種, 其中以激光測量為佳, 浮球液位計和集成壓力表次之。本文通過對磁浮球液位計等幾種常用儀表的分析對比和, 說明磁浮球液位計測量在水煤漿漿位測量中的應用。

浮球液位計
1 磁浮球液位計
該液位計直觀、可靠、經濟、實用, 不僅適應靜態測量, 也適應動態測量。地礦部*將其應用在大同漿廠上。如果制漿現場不需要精確數據, 而更強調能用、夠用、好用, 那么選擇浮球液位計是佳的選擇。磁浮球液位計存在的問題及其改進方案如下。(1)滑塊顯示位置與液位呈相反狀態, 可通過標尺標定實際位置。
(2)該儀器誤差大, 浮球在護欄中被攪動的水煤漿沖擊上下起伏扭動搖擺, 此時滑塊在標尺上波動范圍±3cm 左右。
(3)用普通纖維繩牽引, 繩與滑輪沒有充分曠量。水煤漿濺到繩上使繩逐漸變粗, 在滑輪上通行受阻, 形成較大誤差。應該選擇 1 .5mm 的多股鋼絲繩或尼龍繩, 滑槽寬度應有充分的曠量。(4)如果需要回控信號, 應采用非接觸位移開關代替行程開關, 這樣不會發生誤信號。因為吊繩的擺動量較大(±1 .5cm), 所以應在標尺某一個平面上多安裝2 個光電管, 按邏輯或相關的關系輸出信號, 只要滑塊經過這個平面便會有信號輸出。
2 皮膜壓力表和集成壓力表
2.1 皮膜壓力表
皮膜壓力表通過測量壓力轉換成液位。其結構是用皮膜作受力面, 經密封介質把皮膜上的壓力傳遞到電阻應變片上。這種傳感器雖然存在由皮膜、傳導介質、應變片3 個環節所產生的誤差, 但通過電路調整能夠達到一定的重復性。
2.2 集成壓力表
集成壓力表是一種*無粘掛無沉積的測量儀表, 可以用來測量輸漿管道的壓差, 安裝于罐底部也可取得液位信號。該傳感器受力面 5 .8cm , 在受力面涂一層聚四氟乙烯(特弗龍), 其背面貼應變片。傳感器、變送器、溫度補償電路以及防沉積外形集于一體。該集成壓力表具有以下特征。
(1)解決了受力端面的沉積問題。受力面與外殼為一整體無縫連接, 克服了常規安裝膜片不可避免出現棱角縫隙的現象, 從而取消了水煤漿沉積。
(2)面涂不粘層解決不沾掛問題。該涂層化學性質十分穩定并且不與任何物質粘黏。用這種材料涂在傳感器表面上, 各種性能測量如下:非線性±0 .02 % FS ;遲滯±0 .02 %FS ;重復性0 .03 % FS ;精度±0 .5 %FS ;輸出靈敏度25 .07V/MPa 。與無涂層的傳感器相比性能*一樣, 因為0 .01mm 的有機涂層不會影響傳感器的機械性能。
(3)受力端面應適當地加大, 以減少粘稠介質的影響。水煤漿的粘度一般為900 ～ 1000 厘泊, 實踐證明 5 .8cm 就可以忽略介質粘度的影響。(4)這種通過壓力轉換液位的儀表只能用于靜態測量, 不能用于動態測量。
3 超聲波液位計
超聲波液位計適應條件應以能否收到反射波為準。對于動態液面要計算由于液面波動造成反射線的偏移后, 能否落到接收探測器上。我們曾用超聲波測液位, 平靜液面還可以, 略有波動便找不到回波。而實際上被攪拌的水煤漿液面呈旋渦狀, 沒有直接反射波。雖然在眾多反射波中總有被收到的,但我們無法確定該回波是幾次回波, 這個回波是從哪一點反射回來的。所以我們無法找到1 個數學模型作統一處理, 實踐證明超聲波測液位使用面太窄。
4 微波測量
微波頻率范圍300MHz ～ 300GHz , 微波測量液位的原理與超聲波類似, 即測發射波返回的時間。另一種是測反射波的衰減量, 依據衰減量換算液位。通過以下分析可知其頻率特性不適應于水煤漿測試環境。
(1)微波具有定向幅射, 遇到各種障礙物易于反射, 當其波長遠小于被測物體時, 繞射能力差, 這是我們所希望的。因為目前微波測量液位均在其低頻段范圍, 所以仍然存在一個找反射波的問題。
(2)測器的張角小為40°～ 60°, 如果探測器安裝于4m 高的漿罐頂部, 那么連罐外面的物體也一起被檢測, 顯然信號不真實。
(3)介質對微波的吸收與介質的介電常數成正比, 水煤漿含有30 %的水分, 水的介電常數為80 。由于水分子極易極化, 所以水對微波的吸收作用非常強烈, 將使反射波非常微弱。
5 激光測量的*性
(1)激光的方向性強, 具有高度平行度, 在十幾千米處的擴散范圍不到幾個厘米。由此可以制出3mm 的激光束, 發射到液面上也是這樣大的小圓點, 并以此作為測量參數。
(2)激光束射到劇烈旋轉的水煤漿斜面上任何位置, 只要斜度不超過90°便能正常工作。水煤漿對于光而言是粗糙黑色流體, 并且在線度上遠遠大于激光波長, 能充分吸收激光能量。激光的強度與發射距離的平方成反比, 能克服較長距離的衰減。
(3)單色性好, 波長范圍Δλ<10-7A°;相干性好,相干長度達幾十厘米, 而普通光的相干長度只有零點幾毫米。由這2 個特點形成的時間相干具有明顯、準確和理想的干涉條紋。
(4)相位測量法是檢測干涉條紋數量, 以λ/4 作為長度單位(λ=634nm), 適于近距離測量。測量范圍在1 ～ 60m , 漿位測量在此范圍。儀器測量精度±1mm 。
(5)測量現場漿罐有時蒸汽彌漫, 紅色的激光柱能夠克服這一點。激光發射到蒸汽中的小顆粒上能夠繞射達到液面。
6 水煤漿漿位儀的特點
激光水煤漿漿位儀除具有一般智能儀表的功能外, 還具有如下功能。
(1)具有檢測流量的功能, 可省去電磁流量計。因為從液位的高度可以折算漿的總儲量, 從液位的瞬時變化量可以折算瞬時流量, 從液位的某時間段的積分可以得到累積流量。
(2)兼作流量計的測量誤差分析。激光測量誤差是一個讀數單位, 測量誤差在整個量程內不變。測量精度±1mm ;電磁流量計測量誤差隨時間增加**誤差增大, 測量誤差2 %。
對于正在攪拌的水煤漿測量分析比較麻煩。其原因, 一是被攪拌的水煤漿由2 個分運動(水平旋轉和上下運動)合成, 形成1 個漏斗狀漩渦, 漩渦的斜度隨液面升高而減少, 并且漩渦的斜度還與水煤漿的粘度、濃度有關。二是激光光柱射在漩渦的斜面上, 斜率不穩定, 造成一定的誤差。三是攪拌葉輪之間的距離形成漩渦斜面上的互相間的波動造成的誤差, 通過軟件濾波能夠減少一些誤差。也可以通過測液位升降的相對變化率以確定瞬時流量, 減輕漩渦斜率不穩定帶來的影響。
電磁流量計測動態水煤漿, 由于壓力變化讀數也不穩定, 但是測量精度并沒有變化, 這一點優于激光水煤漿漿位儀。兩種不同性質測量儀器在其各自范圍的*性可起互補作用。
(3)可根據液位情況設定上下限報警。
(4)可用大屏幕多窗口顯示數據。
(5)激光從漿罐頂部1 個 2cm 的圓孔通過, 探測器在罐外1 ～ 2m 處, 能夠有效地保護探測器。