雷達、超聲波料面測示儀在水泥工業(yè)的應用

在水泥生產過程中，需處置大量的物料和氣流，為使產品優(yōu)質高產，須對工藝流程裝置中的物料和氣流進行流量、溫度、重量和成分分析，以及對料面高度進行連續(xù)測示。而這些裝置內的物料受溫度和粉塵濃度污染環(huán)境的影響，使測試人員難于靠近，測示儀器易受磨蝕損壞，只能進行不直接與物料接觸的測示。在物料料面測示中，使用較多的是超聲波和雷達，德國西門子（Siemens）公司近期開發(fā)的產品，各裝備的功能及工藝性能不一，不同裝備所使用的料面測示儀的品種及其型號也不一致，大致情況如下：

1 一次破碎機

一次破碎機主要將礦山上運來的大塊礦石破碎成小一些的礦石，工作環(huán)境較為危險。為避免在生產過程中，工人接觸裝備，在破碎機上面安裝了一臺超聲波料面測示儀，通過所測示情況，告知自動卸料車的司機，按料面狀況進入車間卸料，保證連續(xù)生產。此外在石灰石倉的下部也安裝了一臺超聲波測示儀，以檢測倉內物料狀況，當倉內物料堵塞，則料面過高，發(fā)出警告，以便及時處置。

2 二次破碎機

二次破碎機破碎的石灰石塊較小，且易出現細塊，石灰石飛出機器，易損壞儀器。在破碎機上部不易被飛出的石灰石撞擊的位置設置超聲波測示儀，通過信號反映破碎機上料面狀況，以保持正常運行（圖1）。

3 預均化堆場

預均化堆場內料堆面積較大，環(huán)境條件較差，氣候變化較大，很難設置儀表測示料堆的層數和高度。通常在運行的堆取料機上設置儀表，但堆取料機在運行過程中振動較大，安裝接觸式儀表易損壞，而安裝與物料不接觸的超聲波測示儀則可通過反饋的信號來調節(jié)料面高度，以達到預先確定的料層層數和料面高度，從而保持入磨物料成分的穩(wěn)定。

4 輔助物料庫

水泥生產輔助原料（如砂巖、鐵礦石、粉煤灰、石膏、助磨劑以及潤滑油等）通常在庫內儲存。這些庫內粉塵濃度高，以往采用繩索和重物測量料面，誤差大且勞動強度高。后改用超聲波裝置，其精度因粉塵濃度過高，影響較大。之后改為不受空氣粉塵影響的電磁波雷達測示儀。

開始使用的雷達測示儀的波長為25GHz，但此波長因角度陡而發(fā)散，精度也受影響，后改為波長為78GHz的LR560雷達測示儀，安裝在庫頂，取得成功。

5 生料均化庫

生料均化庫內的生料通過氣流均化。庫內氣流中粉塵濃度高，人工和一般測示儀器難于工作，只能安裝雷達測示裝置，早期使用的型號為CM400，現已優(yōu)化為LM560（78GHz），能夠準確地反映庫內物料料面高度。

6 窯燃料庫

窯系統(tǒng)生產為連續(xù)生產，燃料庫內燃料必須保持一定數量，因而料面測示尤為重要。

使用液體代用燃料的油庫，內部安裝攪拌葉片，以減少液體溢出。為測定料面高度，安裝一臺LF200（25GHz）雷達測示裝置，并配置智能控制軟件，效果較好。

7 窯袋收塵器

窯系統(tǒng)含塵熱煙氣經袋收塵器收下粉塵，其熱量還可利用。粉塵重新入窯，易在袋收塵器下部結皮堵塞，造成價格昂貴的收塵袋損壞，而且袋內物料阻塞過多，煙氣難于流通會造成停窯事故。為此設置雷達測示裝置對袋內粉塵料面進行測示，并設置警報信號。當粉塵料面達某一位置時，發(fā)出警報信號，以便及時清理和更換收塵袋。

圖1 石灰倉下部的超聲波測試儀

8 熟料冷卻機料層高度控制

熟料冷卻機料層下部設置壓力計，以確定料層厚度，但受熟料顆粒級配及堆積情況的影響，準確度較差，采用雷達測示（LR560安裝在一個1m長可近伸的管道內），則可測出準確數據且費用較低。

9 熟料庫

熟料庫內的熟料雖經冷卻機冷卻，但仍有一定溫度，且粉塵濃度較高，一般測示儀器無法使用。以前使用超聲波測示儀測定料面，精確度差，現改為LM560雷達測示庫內熟料料面，效果較好。

10 水泥庫

水泥庫內氣流中粉塵濃度高，一些儀器無法使用，即使設置超聲波裝置對料面進行測試，其精度也受影響，只有用雷達測示裝置才可準確測其數據，目前LM560已開始使用（圖2）。

圖2 水泥庫頂設置雷達測料儀

11 結語

水泥生產過程中的各工藝裝備在處置物料時，物料的種類和性能均不一致，但都面臨量大、氣體內粉塵含量高的問題。此外，為保持連續(xù)生產，必須準確地控制裝置內物料料面的高度。因而須對料面進行測示，而常規(guī)的接觸測示儀器難于適應此工藝，只能采用非接觸測示儀器。

非接觸測示儀器主要有超聲波裝置和雷達測示裝置，前者一般適用于敞開式、氣流內粉塵濃度不高且溫度較低的裝置，如一次、二次破碎機。而雷達料面測示裝置可滿足密閉、氣流內粉塵濃度大且溫度高的工況，不僅可測示固體，而且可測示液體，同時還可以設置在角度稍陡的位置，以保持測示的穩(wěn)定性。

早期雷達測示儀所使用的波長為28GHz，難于滿足測示需求，2011年公司開發(fā)出LR560（78GHz）的雷達測示儀，可滿足大型水泥生產線上各項裝備的工況，在使用中效果良好，已有較多的企業(yè)應用。

陳友德編譯自

No.5/2015World Cement