雷達物位計在石灰窯生產中的應用

趙振旺，安 永，郭志剛

(唐山三友集團有限公司，河北 唐山 063305)

在大型混料豎式石灰窯的生產過程中，為了使石灰窯窯況盡可能達到相對穩定的狀況，需要依據多項關鍵參數的變化情況來進行實時調節。現有的石灰窯操作控制調整體系主要是由出氣出灰溫度、進風壓力、出氣壓力、進風流量、石層料位等幾項關鍵技術指標構成。其中石層料位是平衡石灰窯生產負荷的重要指標，石灰窯的生產需要將石層料位穩定控制在一定的范圍，起到平穩工況及提高生產負荷的目的，石層料位過高或是過低都會對石灰窯的生產工況造成嚴重的影響。

目前國內石灰窯的石層料位測量手段大多數是采用的機械滑輪探尺通過人工來進行測量，由于機械滑輪探尺桿本身的重力較大，以及與物料的接觸為點接觸式，接觸面積偏小，導致在工作測量的時候誤差較大，準確性差；同時機械滑輪探尺桿處于石灰窯內，因受物料的頻繁沖刷、磨損和長期高溫環境等因素，需要定期由人工去窯氣密集的石灰窯頂部的危險區域，對探尺桿進行檢查校對，也大大的增加了誤差幾率以及作業的安全風險。這種傳統的測量方式還因缺少數據的及時性及準確性，造成石灰窯操作調整的滯后，影響了石灰窯生產系統的穩定運行。在公司多年的生產過程中，多次出現因石層料位數據不準確，導致窯內物料高度變化較大，石灰窯煅燒區位置發生改變，造成了出氣出灰溫度、窯氣濃度等指標的大幅波動，工況紊亂，使石灰窯在短則幾天多則十幾天內處于故障狀態，嚴重制約了系統的穩定生產。為此公司經過多方的技術考察結合現場設備以及生產現狀，決定采用凌克雷達物位計來替代人工進行石灰窯的石層料位測量。

1 雷達物位計原理

雷達物位計是基于時間行程原理來實現物位測量的儀表，工作時物位計的雷達波會以光速來運行，運行的時間通過電子部件進行轉換，將電信號轉換成距離的物位信號。物位計探頭發出高頻脈沖并沿纜繩傳播，當脈沖遇到物料表面時反射回來被儀表內的接收器接收，并將距離信號轉化為物位信號。

2 凌克雷達物位計的特點

我公司使用的是凌克雷達物位計，該物位計是采用國外進口超高頻連續調頻波(FMCW)的雷達物位計，定制款LK-MC600系列是一種2/4線制140GHzFMCW連續調頻波雷達物位變送器，發射頻率140 GHz、精度±1 mm、信號輸出4-20 mA 、2線制(4線制可選)，同時還具備冬天自動加熱、防結塵結露、遠程調試等特殊功能。該物位計通過發射超高頻雷達電磁脈沖波，有效的適應了傳統的高粉塵等復雜工況，適合對容器大量程范圍(最高150 m)的固體、散裝固體、強粉塵環境等工況進行連續監測，本設備的即插即用性能適合所有固體應用，包括粉塵過多以及溫度高達600 ℃的環境應用。此外，雷達發射波束角僅為2.5°，安裝方便，便于能量的集中，能量損失小，能量利用率高，測量數據準確。雷達物位計采用標準的Modbus-RTU、HART 和RS485多用途可選協議，便于后期的遠程調試。儀表自帶萬向標準法蘭，可靈活調準測量方向，追蹤實時料位數據。儀表量程在120 m范圍內可調，基本滿足所有料倉和儲罐的測量范圍。測量精度可達到0.05%，達到了工業計量級的水平。防護等級IP68，防塵和防水能力達到最高級別。防爆等級隔爆ExdiiCT6，完全滿足各類甲級隔爆防爆環境，廣泛應用于熱電廠、水泥廠、化工廠等(煤倉、粉倉、渣倉等高粉塵環境)。

為防止物位計積水、結疤等現象，還配備高溫、高壓的排水裝置，該裝置通過特殊的工藝設計，使雷達物位計和艙體實現有效隔離，最高可耐6 MPa的壓力等級，通過特殊的隔絕膜片和具備氣源吹掃的功能，最高可耐600 ℃左右的高溫，膜片的特殊安裝角度和排水孔獨特的設計，有效排除了由于溫度變化等原因使水蒸汽冷凝后形成的水滴累積，保證了裝置的干燥穩定，進而保證雷達物位計的精準測量。

雷達物位計的結構簡單，安裝便捷，采用法蘭連接，內部隔絕膜片減輕了使用過程中的維護保養、日常清理的勞動強度。

3 物位計的應用方案

3.1 物位計現場單元

物位計現場部分安裝在石灰窯頂部，安裝時需充分利用現場空間，盡可能不做大的改動，同時還要考慮隔熱性、防塵性、無遮擋、防碰撞、便于維護檢修等多方面因素。石灰窯頂蓋到窯內部有約500 mm的保溫層，窯內部布料器運行時的旋轉面會造成對傳輸信號的遮擋干擾，石灰窯內部的高溫氣體也會造成物位計的損壞。窯頂部檢查孔部位位于窯頂部約250 mm，在此上部增加200 mm的短節用于安裝雷達物位計，并利用窯頂部壓縮空氣氣源對隔絕膜片進行連續高壓吹掃，實現裝置的冷卻除塵，可有效避免上述存在問題，按照安裝的施工技術要求，將物位計安裝在檢查孔上部，同時做好物位計的防砸、防腐蝕的外部防護。

3.2 物位計DCS單元

將物位計信號遠程傳輸至DCS系統，操作人員可根據石層料位的數據對出灰時間進行修正調節，穩定石灰窯的石層指標；預留物位計遠程設置端口，即在控制室就可進行物位計運行參數的遠程設置，避免了人員進入石灰窯頂這樣存在安全風險的區域進行作業，極大降低了維護的勞動強度和作業的安全風險。

在石灰窯使用先進控制后，建立了物位計信號與出灰時間的數學模型，雷達物位計信號與出灰時間進行程序自動控制，出灰時間根據雷達物位計數據自動修訂調整，實現了出灰系統的自動化控制，石灰窯的進、出物料平衡趨于穩定，對石灰窯的工況優化起到了積極的促進作用。

4 運行效果

我公司9#石灰窯自2018年9月份投用雷達物位計，通過使用原有的石層料位測量數據與物位計數據進行比對，數值及變化趨勢基本一致，數據的準確性能夠滿足生產所需，正常生產情況下可控制石層料位變化在0.3 m的范圍之內；潮濕工況易導致物位計表面被泥污等結疤所遮擋，影響石層料位測量的準確性，因此需定期對物位計的隔絕膜片進行人工清理，根據實際使用情況來看，清理周期大約在2～3個月、雨季在1～2個月，每臺清理時間在3～5分鐘，清理時用軟布或棉紗擦拭隔絕膜片表面，將膜片表面清理干凈即可。配合石灰窯的先進控制系統，實現了石灰窯的出料自動化，提高裝置自動化程度的同時，極大地減輕了操作者的操作強度，石灰窯的調整趨于精細化控制，石灰窯工況得到了進一步優化，目前車間10臺石灰窯已經全部進行了推廣應用。