Особенности установки радиолокационных уровнемеров в доменных печах

--Особенности установки радиолокационных уровнемеров в доменных печах

Радарные уровнемеры довольно часто применяют для контроля операций в доменных печах. Но каждый радарный датчик имеет свои особенности установки, которые объясняются типом исходящего сигнала – частотного или импульсного.

Радиолокационные (радарные) уровнемеры – это устройства бесконтактного определения расстояния до поверхности жидких или твердых материалов путем прямого или косвенного определения времени распространения электромагнитной волны в промежутке между излучателем уровнемера и контролируемой поверхностью. Привлекательной стороной применения радарных уровнемеров для доменных печей является их высокая точность при практически полном сохранении работоспособности в тяжелых эксплуатационных условиях доменной плавки: обильном присутствии пыли, паров и газов, высокой температуры измеряемой среды. Устройства применяются в основном для контроля операций загрузки шихтовых материалов в колошниковое пространство доменных печей.

Различают два основных вида микроволновой локации:

Первый вид – использование импульсного сигнала (т.н. Pulse radar), заключается в том, что производится непосредственное измерение временного промежутка между началом излучения электромагнитного импульса некоторой частоты и моментом прихода отраженного от контролируемого предмета эхо-сигнала. Зная скорость распространения электромагнитной волны в пространстве объекта, можно определить расстояние до него.

Второй вид – использование сигнала с частотной модуляцией (т.н. FMCV radar). В нем определяется время прихода отраженного сигнала опосредованным способом. Излучается непрерывный сигнал с изменяющейся по некоторому закону и в некоторых пределах частотой. Разница между частотой пришедшего отраженного сигнала и сигнала, излученного в этот же момент времени, однозначно связана с промежутком времени, необходимым волне для прохождения расстояния между излучателем и контролируемым объектом. Так же, как и в предыдущем случае, определяется расстояние до объекта.

Применение радиолокационных уровнемеров в доменных печах

Применение бесконтактных методов определения уровня загрузки шихтовых материалов в колошниковое пространство доменной печи позволяет значительно увеличить пропускную способность загрузочной системы доменной печи, а так же ускорить переход к установившимся режимам плавки после остановок на ремонт и повысить безопасность выдувки печи на капремонт. При этом очевидные преимущества в условиях высоких температур и запыленности доменного пространства из всех бесконтактных методов определения уровня имеют именно радиолокационные уровнемеры.

Присущие импульсным радарным уровнемерам преимущества – высокая точность при идеальных поверхностях и относительно небольшая потребляемая мощность – не оправдывают себя в условиях доменной плавки. Невысокая излучаемая мощность сигнала передатчика в условиях запыленности и загазованности, при интенсивном поглощении и рассеивании сигнала, приводит к снижению соотношения «сигнал-шум», что может сделать вообще невозможным проведение измерений. Кроме того, при реальных геометрических размерах колошникового пространства доменной печи, где функционирует радар, время прохождения импульса от излучателя до поверхности шихты и обратно составляет единицы наносекунд. Непосредственная обработка таких временных промежутков требует применения специальных схемотехнических решений и комплектующих, что приводит к усложнению и удорожанию устройства.

Свободные от этих недостатков радарные уровнемеры с частотной модуляцией получили преимущественное применение в доменном производстве. Как показывают практические исследования, радарные уровнемеры с рабочими частотами свыше 24 ГГц имеют лучшие показатели при взаимодействии с поверхностями шихтовых материалов различного гранулометрического состава и при различных профилях сложного рельефа шихты – не только на горизонтальных, но и на наклонных участках. Меньшие размеры антенны и меньшие размеры пятна облучения более мощного передатчика частотно-модулированного радара позволяют свободнее размещать его на куполе печи. Это обстоятельство важно для эффективного управления загрузкой шихты.

Особенности установки радиолокационных уровнемеров в доменных печах

Преимущества радиолокационных уровнемеров по сравнению с электромеханическими зондами при измерении уровня загрузки шихты

Доменный процесс протекает последовательно по всей высоте доменной печи при наличии встречного движения и взаимодействии двух потоков: нисходящего под действием собственной тяжести потока загруженных шихтовых материалов и топлива (кокса), и восходящего – потока доменных газов. При изменении гранулометрического и минералогического состава загружаемых материалов происходит изменение распределения газового потока по всему сечению доменной печи и её теплового состояния. Это приводит к изменению производительности и экономической эффективности плавильного процесса.

Регулирование (управление) завалочным процессом шихты на основе информации от зондовых уровнемеров имеет следующие недостатки:

Контакт чувствительного органа уровнемера с поверхностью шихты и атмосферой пространства плавильной печи отрицательно сказывается на ресурсе и точности измерений зонда;
Эпизодичность поступления информации с весьма невысокой частотой снижает пропускную способность загрузочной системы доменной печи.

Как показывает практический опыт, переход к бесконтактному способу измерения уровня загрузки шихты позволяет уменьшить продолжительность циклов загрузки на величину до 18,6%, что приводит к увеличению производительности доменной печи на величину до 10,2%.

Кроме того, существует дополнительный ряд обстоятельств, дающих значительные преимущества применения именно радарных уровнемеров в доменном производстве. К числу параметров, контролируемых в ходе плавильного процесса, сейчас принято относить:

скорость опускания шихты в разных точках по всей площади колошникового пространства;
загрузка по заданной программе нужных материалов с заданными свойствами и, при необходимости, временная корректировка программы;
профиль и уровень засыпки шихты по радиусу и окружности колошникового пространства печи.

Таким образом, система датчиков уровня должна давать технологическому персоналу обработанную непрерывную информацию о профиле засыпки и его изменениях, распределении скоростей схода шихты в разных частях колошникового пространства. Это позволяет персоналу корректировать программу загрузки и, тем самым, влиять на газодинамические процессы в пространстве печи, уменьшая потребление энергоносителей и повышая эффективность плавки.

Исходя из требований распределения газовых потоков в доменной печи, материалы при загрузке должны распределяться неравномерно как по сечению печи, так и по зернистости и компонентам. Для реализации таких подходов требуется непрерывная, поступающая в реальном времени информация от уровнемеров, осуществляющих, в идеале, веерный контроль рельефа поверхности шихты по всему сечению колошника с использованием рационального количества уровнемеров и их местоположения. Как вариант может осуществляться сканирование поверхности шихты в двумерном или трехмерном представлении. Все подобные операции могут осуществляться только на основе радарных уровнемеров.

Как получить подробную информацию

Задача подбора и рационального размещения радиолокационных датчиков уровня для системы управления загрузкой шихтовых материалов требует профессионального подхода и немалого практического опыта. Важнейшее значение имеет накопленная информация по части эксплуатации уровнемеров в сложнейших эксплуатационных условиях доменной плавки. Консультации по подбору оборудования или решению важнейших этапов разработки таких систем можно получить, обратившись к специалистам компании «РусАвтоматизация». Здесь же вы найдете максимум информационной поддержки.