高爐噴煤在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì).pdf

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1、第6期張春堂等．高爐噴煤在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)695高爐噴煤在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)張春堂王軍政王國(guó)棟(青島科技大學(xué)自動(dòng)化與電子工程學(xué)院，山東青島266042)摘要設(shè)計(jì)了一種新型高爐噴煤檢測(cè)裝置和軟件應(yīng)用程序，采用微波法在線監(jiān)測(cè)噴煤總管及各分支管道的煤粉濃度。闡述了高爐噴煤煤粉濃度監(jiān)測(cè)的意義，分析了微波法基本測(cè)量原理，給出了檢測(cè)儀的基本電路。關(guān)鍵詞高爐噴煤煤粉濃度在線監(jiān)測(cè)中圖分類號(hào)TP274文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1000-3932(2011)06-0695-04高爐噴煤是現(xiàn)代煉鐵工藝節(jié)能降耗的新技術(shù)，能夠大幅度降低焦比，提高經(jīng)濟(jì)效益，減輕環(huán)境污染。高爐

2、噴煤就是從高爐風(fēng)口向爐內(nèi)直接噴吹磨細(xì)了的無(wú)煙煤粉、煙煤粉或兩者的混合煤粉，以代替部分焦炭提供熱量和還原劑。煤粉濃度的高低直接影響送風(fēng)管道內(nèi)風(fēng)的均勻性、爐內(nèi)燃燒工況的穩(wěn)定性和鍋爐的燃燒效率。若煤粉濃度過(guò)高、風(fēng)速過(guò)低會(huì)引起送粉管堵塞以致造成圓周方向噴煤不均。因而尋找在線檢測(cè)送粉管道中煤粉濃度的可靠手段有著重要的意義。隨著高爐煉鐵原燃料資源和節(jié)能環(huán)保形勢(shì)的日趨嚴(yán)峻，提高高爐噴煤技術(shù)水平變得尤為重要。高爐噴煤的基本要求是煤粉噴吹穩(wěn)定，噴吹量準(zhǔn)確。噴煤在流體力學(xué)上屬于氣固兩相流，是一種動(dòng)態(tài)、非線性和時(shí)變的系統(tǒng)。這種流動(dòng)的非連續(xù)性引起煤粉瞬間流量的波動(dòng)

3、，主要體現(xiàn)在煤粉流量和煤粉狀態(tài)的變化。檢測(cè)的意義在于：總體掌握噴吹煤粉水平和各風(fēng)向口噴吹煤粉的情況，煤粉的多少會(huì)影響到高爐的爐溫走向；為控制總噴煤量和各風(fēng)口噴煤量以及管道堵塞情況提供數(shù)據(jù)參考‘¨。采用非接觸式微波技術(shù)，通過(guò)先進(jìn)的多普勒原理來(lái)監(jiān)測(cè)每只噴槍的煤粉流量及堵塞情況。被檢測(cè)的介質(zhì)數(shù)量(即煤粉濃度)與反射波幅度成正比例關(guān)系。檢測(cè)到的反射波幅度越高，則煤粉濃度越高舊1。加之微波具有無(wú)需接觸物體即可檢測(cè)、抗干擾性強(qiáng)等特性；微波的使用能保證穿透?jìng)鞲衅鲀?nèi)部的材料，準(zhǔn)確測(cè)量管道內(nèi)煤粉濃度?，F(xiàn)在生產(chǎn)上所用的微波監(jiān)測(cè)裝置多是采用PLC／DCS等復(fù)雜系

4、統(tǒng)，價(jià)格比較昂貴，但有的用戶不需要復(fù)雜的功能。針對(duì)這種情況，筆者設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)潔式的監(jiān)測(cè)裝置和軟件系統(tǒng)，可靈活快速地實(shí)現(xiàn)對(duì)噴煤濃度的監(jiān)測(cè)，并能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)每支管道中堵管、空吹及均勻噴吹情況，給現(xiàn)場(chǎng)操作人員提供準(zhǔn)確及時(shí)可靠的操作指導(dǎo)信息，保障了高爐安全運(yùn)行。1系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)是由微波探頭、電源模塊、檢測(cè)放大電路、數(shù)據(jù)變送電路和RS232／485通訊模塊組成的新型便捷式測(cè)量裝置，其總體框圖如圖1所示。．醫(yī)丑—匭巫歪卜_1亟}葉—]；IPIcl≯877I陌耍卜—獗磊藕虱——壓西卜一卜位計(jì)算機(jī)卜一通信模塊圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖1．1微波法的原理及實(shí)

5、現(xiàn)微波是指頻率范圍為0．30—3000GHz的電磁波。廣泛用于集群通訊、移動(dòng)通訊、無(wú)線接入、衛(wèi)星通訊、雷達(dá)和微波化學(xué)等方面"1。由發(fā)射天線發(fā)出的微波，遇到被測(cè)物時(shí)將被吸收或反射，使功率發(fā)生變化。若利用接收天線，接收通過(guò)被測(cè)物或由被測(cè)物反射回來(lái)的微波，并將它轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再由測(cè)量電路測(cè)量和指示，就實(shí)現(xiàn)了微波檢測(cè)過(guò)程。基于微波多普勒原理，被檢測(cè)的介質(zhì)數(shù)量(即煤粉濃度)與反射波幅度成正比例關(guān)系。煤粉來(lái)時(shí)、經(jīng)過(guò)、遠(yuǎn)離微波源的反射波頻率變化可反映管道內(nèi)的流體的速度變化。傳感器傳送低功率收稿日期：2010-12-07化工自動(dòng)化及儀表第38卷微波并接收物

6、體反射回的能量。微波反射頻率與發(fā)射頻率產(chǎn)生頻差，從而在輸出端產(chǎn)生一個(gè)低頻交流電壓。由于頻差與固體顆粒物速度成正比所以微波傳感器能夠檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)介質(zhì)的數(shù)量和流速(即煤粉濃度和流速)。運(yùn)用多普勒效應(yīng)的固體顆粒物檢測(cè)裝置可用收發(fā)合置構(gòu)造(圖2)。裝置中產(chǎn)生的微波信號(hào)由發(fā)射／接受器投射到透明窗口中，對(duì)于玻璃、塑料和瓷器，微波幾乎是穿越而不被吸收，所以本系統(tǒng)中窗口材料選擇陶瓷密封片，而對(duì)于其他材料微波信號(hào)就不能傳遞及正確檢測(cè)固體顆粒流量。圖2微波探測(cè)儀示意圖高爐內(nèi)的煤粉流動(dòng)屬于氣固兩相流動(dòng)，管道內(nèi)離散相的尺寸、空間分布流動(dòng)是隨機(jī)的H1。本設(shè)計(jì)中采用的微

7、波探頭是截錐喇叭狀。在發(fā)射器的頂端安裝耿氏振蕩器，振蕩器發(fā)射出頻率恒定的微波，在碰到對(duì)面的輸粉管內(nèi)壁時(shí)，就垂直反射而回，反射的回波在輸粉管內(nèi)與流動(dòng)的粉粒碰撞也將產(chǎn)生反射。同時(shí)波的多普勒效應(yīng)將出現(xiàn)頻率偏移，反射波也相應(yīng)地具有不同幅值。因而煤粉濃度不僅可通過(guò)穿透微波信號(hào)的衰減而測(cè)得，也可通過(guò)直接反射的微波信號(hào)幅值而測(cè)得。在接收端裝有肖特基二極管，將吸收的電磁波轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓值”1。在微波探頭的前方裝有陶瓷密封圈，可以避免探頭與煤粉直接接觸，防止探頭的污染、磨損，又不影響微波的發(fā)射接收。1．2數(shù)據(jù)采集電路數(shù)據(jù)采集電路的功能是檢測(cè)變送，將傳感器的

8、微弱電壓信號(hào)加以放大，達(dá)到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所要求的輸入幅度。在這部分設(shè)計(jì)兩級(jí)放大，第一級(jí)先將微波探頭的微弱信號(hào)初步放大。在第一級(jí)運(yùn)算放大器的反饋電路上，以撥碼開(kāi)關(guān)的形式設(shè)置可調(diào)電阻，