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雷达物位计在石灰窑生产中的应用

作者:赵振旺,安 永,郭志刚 来源:唐山三友集团有限公司 发布时间:2022-03-17 09:18:45

 摘要:介绍石灰窑石层料层高度对石灰窑生产的影响,针对目前石灰窑生产过程中普遍使用的测量设备存在的问题,提出了优化改进方案;介绍先进新型雷达物位计原理、适用范围及其特点,通过对设备进行改型将该装置成功应用到石灰窑的先进控制系统当中,通过装置的自动化升级改造,应用先进控制的数学模型,实现了石灰窑出料的自动化。

 
在大型混料竖式石灰窑的生产过程中,为了使石灰窑窑况尽可能达到相对稳定的状况,需要依据多项关键参数的变化情况来进行实时调节。现有的石灰窑操作控制调整体系主要是由出气出灰温度、进风压力、出气压力、进风液位、石层料位等几项关键技术指标构成。其中石层料位是平衡石灰窑生产负荷的重要指标,石灰窑的生产需要将石层料位稳定控制在一定的范围,起到平稳工况及提高生产负荷的目的,石层料位过高或是过低都会对石灰窑的生产工况造成严重的影响。
 
目前国内石灰窑的石层料位测量手段大多数是采用的机械滑轮探尺通过人工来进行测量,由于机械滑轮探尺杆本身的重力较大,以及与物料的接触为点接触式,接触面积偏小,导致在工作测量的时候误差较大,准确性差;同时机械滑轮探尺杆处于石灰窑内,因受物料的频繁冲刷、磨损和长期高温环境等因素,需要定期由人工去窑气密集的石灰窑顶部的危险区域,对探尺杆进行检查校对,也大大的增加了误差几率以及作业的安全风险。这种传统的测量方式还因缺少数据的及时性及准确性,造成石灰窑操作调整的滞后,影响了石灰窑生产系统的稳定运行。在公司多年的生产过程中,多次出现因石层料位数据不准确,导致窑内物料高度变化较大,石灰窑煅烧区位置发生改变,造成了出气出灰温度、窑气浓度等指标的大幅波动,工况紊乱,使石灰窑在短则几天多则十几天内处于故障状态,严重制约了系统的稳定生产。为此公司经过多方的技术考察结合现场设备以及生产现状,决定采用三畅雷达物位计来替代人工进行石灰窑的石层料位测量。
 
1、雷达物位计原理
雷达物位计是基于时间行程原理来实现物位测量的仪表,工作时物位计的雷达波会以光速来运行,运行的时间通过电子部件进行转换,将电信号转换成距离的物位信号。物位计探头发出高频脉冲并沿缆绳传播,当脉冲遇到物料表面时反射回来被仪表内的接收器接收,并将距离信号转化为物位信号。
 
2、三畅雷达物位计的特点
我公司使用的是三畅雷达物位计,该物位计是采用国外进口超高频连续调频波(FMCW)的雷达物位计,定制款SC-LD600系列是一种2/4线制140GHzFMCW连续调频波雷达物位变送器,发射频率140GHz、精度±1mm、信号输出4-20mA、2线制(4线制可选),同时还具备冬天自动加热、防结尘结露、远程调试等特殊功能。该物位计通过发射超高频雷达雷达脉冲波,有效的适应了传统的高粉尘等复杂工况,适合对容器大量程范围(zui高150m)的固体、散装固体、强粉尘环境等工况进行连续监测,本设备的即插即用性能适合所有固体应用,包括粉尘过多以及温度高达600℃的环境应用。
 
此外,雷达发射波束角仅为2.5°,安装方便,便于能量的集中,能量损失小,能量利用率高,测量数据准确。雷达物位计采用标准的Modbus-RTU、HART和RS485多用途可选协议,便于后期的远程调试。仪表自带万向标准法兰,可灵活调准测量方向,追踪实时料位数据。仪表量程在120m范围内可调,基本满足所有料仓和储罐的测量范围。测量精度可达到0.05%,达到了工业计量级的水平。
防护等级IP68,防尘和防水能力达到zui高级别。防爆等级隔爆ExdiiCT6,完全满足各类甲级隔爆防爆环境,广泛应用于热电厂、水泥厂、化工厂等(煤仓、粉仓、渣仓等高粉尘环境)。
 
为防止物位计积水、结疤等现象,还配备高温、高压的排水装置,该装置通过特殊的工艺设计,使雷达物位计和舱体实现有效隔离,zui高可耐6MPa的压力等级,通过特殊的隔绝膜片和具备气源吹扫的功能,zui高可耐600℃左右的高温,膜片的特殊安装角度和排水孔独特的设计,有效排除了由于温度变化等原因使水蒸汽冷凝后形成的水滴累积,保证了装置的干燥稳定,进而保证雷达物位计的精准测量。雷达物位计的结构简单,安装便捷,采用法兰连接,内部隔绝膜片减轻了使用过程中的维护保养、日常清理的劳动强度。
 
3物位计的应用方案
3.1物位计现场单元
物位计现场部分安装在石灰窑顶部,安装时需充分利用现场空间,尽可能不做大的改动,同时还要考虑隔热性、防尘性、无遮挡、防碰撞、便于维护检修等多方面因素。石灰窑顶盖到窑内部有约500mm的保温层,窑内部布料器运行时的旋转面会造成对传输信号的遮挡干扰,石灰窑内部的高温气体也会造成物位计的损坏。窑顶部检查孔部位位于窑顶部约250mm,在此上部增加200mm的短节用于安装雷达物位计,并利用窑顶部压缩空气气源对隔绝膜片进行连续高压吹扫,实现装置的冷却除尘,可有效避免上述存在问题,按照安装的施工技术要求,将物位计安装在检查孔上部,同时做好物位计的防砸、防腐蚀的外部防护。
 
3.2物位计DCS单元
将物位计信号远程传输至DCS系统,操作人员可根据石层料位的数据对出灰时间进行修正调节,稳定石灰窑的石层指标;预留物位计远程设置端口,即在控制室就可进行物位计运行参数的远程设置,避免了人员进入石灰窑顶这样存在安全风险的区域进行作业,极大降低了维护的劳动强度和作业的安全风险。
 
在石灰窑使用先进控制后,建立了物位计信号与出灰时间的数学模型,雷达物位计信号与出灰时间进行程序自动控制,出灰时间根据雷达物位计数据自动修订调整,实现了出灰系统的自动化控制,石灰窑的进、出物料平衡趋于稳定,对石灰窑的工况优化起到了积极的促进作用。
 
4运行效果
我公司9#石灰窑自2018年9月份投用雷达物位计,通过使用原有的石层料位测量数据与物位计数据进行比对,数值及变化趋势基本一致,数据的准确性能够满足生产所需,正常生产情况下可控制石层料位变化在0.3m的范围之内;潮湿工况易导致物位计表面被泥污等结疤所遮挡,影响石层料位测量的准确性,因此需定期对物位计的隔绝膜片进行人工清理,根据实际使用情况来看,清理周期大约在2~3个月、雨季在1~2个月,每台清理时间在3~5分钟,清理时用软布或棉纱擦拭隔绝膜片表面,将膜片表面清理干净即可。配合石灰窑的先进控制系统,实现了石灰窑的出料自动化,提高装置自动化程度的同时,极大地减轻了操作者的操作强度,石灰窑的调整趋于精细化控制,石灰窑工况得到了进一步优化,目前车间10台石灰窑已经全部进行了推广应用。

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