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(chǎn)過程中，為了使石灰窯窯況盡可能達到相對穩(wěn)定的狀況，需要依據(jù)多項關鍵參數(shù)的變化情況來進行實時調(diào)節(jié)?，F(xiàn)有的石灰窯操作控制調(diào)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(gòu)成。其中石層料位是平衡石灰窯生產(chǎn)負荷的重要指標，石灰窯的生產(chǎn)需要將石層料位穩(wěn)定控制在一定的范圍，起到平穩(wěn)工況及提高生產(chǎn)負荷的目的，石層料位過高或是過低都會對石灰窯的生產(chǎn)工況造成嚴重的影響。

目前國內(nèi)石灰窯的石層料位測量手段大多數(shù)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(nèi)，因受物料的頻繁沖刷、磨損和長期高溫環(huán)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(qū)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(yè)的安全風險。這種傳統(tǒng)的測量方式還因缺少數(shù)據(jù)的及時性及準確性，造成石灰窯操作調(diào)整的滯后，影響了石灰窯生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。在公司多年的生產(chǎn)過程中，多次出現(xiàn)因石層料位數(shù)據(jù)不準確，導致窯內(nèi)物料高度變化較大，石灰窯煅燒區(qū)位置發(fā)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(nèi)處于故障狀態(tài)，嚴重制約了系統(tǒng)的穩(wěn)定生產(chǎn)。為此公司經(jīng)過多方的技術考察結(jié)合現(xiàn)場設備以及生產(chǎn)現(xiàn)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(xiàn)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(zhuǎn)換，將電信號轉(zhuǎn)換成距離的物位信號。物位計探頭發(fā)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(nèi)的接收器接收，并將距離信號轉(zhuǎn)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(xù)調(diào)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(xù)調(diào)頻波雷達物位變送器，發(fā)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(jié)塵結(jié)露、遠程調(diào)試等特殊功能。該物位計通過發(fā)射超高頻雷達電磁脈沖波，有效的適應了傳統(tǒng)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(huán)境等工況進行連續(xù)監(jiān)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(huán)境應用。此外，雷達發(fā)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(shù)據(jù)準確。雷達物位計采用標準的Modbus-RTU、HART 和RS485多用途可選協(xié)議，便于后期的遠程調(diào)試。儀表自帶萬向標準法蘭，可靈活調(diào)準測量方向，追蹤實時料位數(shù)據(jù)。儀表量程在120 m范圍內(nèi)可調(diào)，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(yè)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(huán)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(huán)境)。

為防止物位計積水、結(jié)疤等現(xiàn)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(xiàn)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(wěn)定，進而保證雷達物位計的精準測量。

雷達物位計的結(jié)構(gòu)簡單，安裝便捷，采用法蘭連接，內(nèi)部隔絕膜片減輕了使用過程中的維護保養(yǎng)、日常清理的勞動強度。

3 物位計的應用方案

3.1 物位計現(xiàn)場單元

物位計現(xiàn)場部分安裝在石灰窯頂部，安裝時需充分利用現(xiàn)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(nèi)部有約500 mm的保溫層，窯內(nèi)部布料器運行時的旋轉(zhuǎn)面會造成對傳輸信號的遮擋干擾，石灰窯內(nèi)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(jié)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(xù)高壓吹掃，實現(xiàn)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(tǒng)，操作人員可根據(jù)石層料位的數(shù)據(jù)對出灰時間進行修正調(diào)節(jié)，穩(wěn)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(shù)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(qū)域進行作業(yè)，極大降低了維護的勞動強度和作業(yè)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(shù)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(jù)雷達物位計數(shù)據(jù)自動修訂調(diào)整，實現(xiàn)了出灰系統(tǒng)的自動化控制，石灰窯的進、出物料平衡趨于穩(wěn)定，對石灰窯的工況優(yōu)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(shù)據(jù)與物位計數(shù)據(jù)進行比對，數(shù)值及變化趨勢基本一致，數(shù)據(jù)的準確性能夠滿足生產(chǎn)所需，正常生產(chǎn)情況下可控制石層料位變化在0.3 m的范圍之內(nèi)；潮濕工況易導致物位計表面被泥污等結(jié)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(jù)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(tǒng)，實現(xiàn)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(diào)整趨于精細化控制，石灰窯工況得到了進一步優(yōu)化，目前車間10臺石灰窯已經(jīng)全部進行了推廣應用。