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资源描述
摘要概述了回转窑的基本功能和回转窑窑内温度、三次风量监测的意义,结合某镍矿项目中无线测 量方式(WH)的实际应用,概述了WH仪表系统的构成及针对该项目 窑体的无线 监控方案。 实践表明,仪表系统整体运行良好、控制精确、提高了精料的品质,同时还减少了敷设线缆和滞后 性带来的不便,增加了生产效益,可在大型生产工厂中推广。 关键词回转窑;WH;无线仪表;窑体温度;三次风量 中图分类号:文献标识码:B文章编号:() H K HU W,DU Z ( Dv, , L, , x , ; , Z H , L,Hz, Z , ) k z k B w (WH) k , z WH w k v w w k , w v q, v w , w , v ,WH w Kw k; WH; w ; k; H 技术在回转窑温度和 三次风量监测中的应用 胡玮 ,段志良 (中国瑞林工程技术有限公司,江西南昌;浙江江铜富冶和鼎铜业有限公司,浙江杭州) 收稿日期: 作者简介:胡玮(),男,工程师,主要从事有色冶金自动化设计与研究工作。 回转窑,又称旋转煅烧窑,在冶金、建材等行业 中应用广泛,主要用于物料的干燥、焙烧。 回转窑的 技术性能和运转情况在很大程度上决定着企业产品 的质量、产量和成本,如:选矿过程中通过回转窑对 贫铁矿进行磁化焙烧,可强化磁性以利于磁选,提高 产品品质和产量。 而窑内物料种类、燃烧情况、温度 和通风量控制等因素都会直接影响到回转窑的运 行。由于回转窑转动方式的制约,窑本体的工艺过程 量检测若使用传统仪表会带来诸多不便,所以如何 提高测量的精度、可靠性和实时性,从而达到增效增 产的目的是研究的一个热点。 背景技术 1.1回转窑的基本功能 回转窑的工作机制是在窑头进行燃烧释放大量 的热,热量以辐射、对流和接触传导等方式传给物料, 再伴随着回转窑的转动使物料在窑内充分混合、搅拌 和反应,并顺着窑体本身的倾角而向下运动。在回转 窑内经过不同温度煅烧后,矿料经历了干燥、焙烧等 工序,发生分解、除杂反应,最终重新结晶得到精料。 1.2回转窑窑内温度和三次风量监测的意义 基于回转窑的工作流程可知燃烧温度是至关重 要的一个环节,并且窑体各段所需温度也有各自的 第卷 第期有色冶金设计与研究 年 月 万方数据 第卷有色冶金设计与研究 要求,过高的燃烧温度不仅浪费燃料,还有可能造成 衬砖脱落、窑体烧穿的情况;而温度不够,则有可能 是燃烧不完全,也达不到反应的要求,从而影响最 终精料的品质。 因此通过检测不同区域的窑体温度 来调节窑头燃烧供料(燃料和二次风量等)是一个重 要的手段;同时,通过检测三次风量来调节窑体上三 次风机变频转速,可以保障各区域燃烧的供氧量进 而控制反应温度。 WH技术 窑体监测方案的实施关键依赖于WH 工业无线技术。WH是在年正式由 国际电工委员会认可的第个面向工业的无线通讯 协议,现已广泛作为基础的通讯协议集成到设备当 中(无线仪表)或以适配器的形式给现有常规仪表增 加无线功能。 该协议使常规 仪表摆脱了线 缆的束缚,现场无线变送器能够以智能的自组织网路 形式进行自我管理、自我组织、自我愈合;上位机端配 备无线网关取代常规D系统卡件,单台无线网关 最大可管理台无线设备,并且可通过增加网关 数量的方法来扩大系统的监测规模。 如同日常生活中常用的移动设备可使用电池解 决供电问题一样,无线仪表供电也可通过智能电源 模块来解决:使用高密度电池以保障仪表的长时间 运行;通过设定测量间隔时间,最长可支持仪表连续 工作 ;同时电源模块自带强大的诊断功能,可在 线监测电池消耗量、故障等状态。 窑体温度和三次风量监测系统 3.1常规检测方式 窑体温度检测采用的方式分为接触式和非接触 式两种。 接触式即使用感温元件(如热电偶)径向插 入窑体当中直接检测窑内烟气温度,电信号通过窑 体上特制的滑环和外部电刷系统引出。 这个方式的 缺点在于滑环和电刷系统易在高温高尘的户外环境 下磨损,导致信号传输失真、波动剧烈甚至丢失。非 接触式即采用红外扫描的方式,得到窑体表面温度 光谱后,经过软件分析,间接得知各区域温度。 这 种方式受环境、粉尘和自身软件解析的影响大,并 且热量发散速率导致的滞后性也使得该方式只能 用于温度调节的参考量。 同样受限于回转窑的转 动方式,大部分回转窑仅做到二次风调节或是简单 的定频三次风机设置,难以实现稳定的三次风量的 闭环回路调节。 3.2无线监测系统描述 在国外某红土镍矿的回转窑焙烧项目上,需要 在长 的回转窑上设置个窑内温度测点作 为对各区域反应温度的检测,以便及时调整窑头的 燃烧温度和入料量;同时,为控制窑体上台三次风 机的入风量,分别在风管上各设置套风压检测和 风量检测。 部分流程如图所示。 图回转窑流程(部分) 本项目的难点是电缆敷设不易、施工难度大、维 护成本高。 为解决传统方式监测回转窑温度和三次 风量的局限性和弊病,采用了WH技术的 标准无线产品作为测量元件,以电池作为供电电源, 通过无线传输技术实现了温度和风量信号的实时、 准确和可靠的传递,可以精确控制三次风量和调节 燃烧温度,提高生产效率和产品质量。 3.3实施方案说明 基于实现从现场测量、可靠无线信号传输、监控 室数据采集和监视、 设备状态监测等一体化功能设 万方数据 第期 计了无线系统自组网,如图所示,具体实施方案如 下:) 现场温度测量选用支热电偶并选配台 无线温度变送器;现场流量测量选用套阿牛 巴装置和无线差压变送器构成;风压测量同 样选用无线压力变送器。)选用 无线 网关台作为接收器安装于监控室外墙,面向回转 窑方向且距离不超过 。 与现场台无线变送 器实现无线通讯。)监控室内配备安装有的 工控机台与 网关以太网连接, 提供实施过 程参数,流程画面显示,数据趋势、报警显示、历史记 录、报表生成以及智能无线设备管理的功能。)为保 证通讯的可靠性,本方案中设定每个无线仪表间 都能构成无线连接,以确保冗余通讯路径。)不需要 敷设电缆、桥架、接线盒等常规材料,以无线方式实 现与D的无缝通讯;同时无线变送器支持远程在 线组态、校验和诊断。)通过回转窑内温度的精确检 测,当窑内整体温度偏低时,调整窑头燃烧温度和进 料量,保证了精准实时性;当某个区域的温度不在设 计范围时, 可以通过设定该区域的三次风量进行闭 环调节。 图无线系统自组网示意 3.4系统评价 该系统确保了检测信号的稳定、可靠,并在长期 回转窑运行中对稳定窑内温度控制有一定的辅助作 用。 图为使用红外测温扫描仪所得出的组数 据,可以看出窑体内温度的波动范围很小。 综合应用实践经验与效果分析,采用该系统具 有以下优点: )较之传统硬接线方式,无线方式传输信号更 为易用和可靠。带WH技术的无线网络具 有连续监视通讯路径的功能,无需人工干预;无线设 备在网络中会自动查找最佳的通讯路径,当某个节 点通讯性能下降时,网络能自行修复;同时,网络还 支持星形和网状拓扑,具有很强的扩展和重组能力。 在实际运用中,无线仪表是随窑体转动的,所以仪表 会出现信号被窑体阻挡无法直接传输至网关的情 况,这时自组织、自适应的网状结构就发挥作用,就 近形成信号传输链(如图所示),确保了信号传输 的稳定。 图障碍物状况下的智能传输 )采用国际认可的 无线标准,所 有附近无线仪表的网络可友好共存。 使用 GHz 通用频率并细分个信道,当之前分配的个信道 被占用时,网络会自动跳转到其它信道避免冲突。同 时,数据源至数据终端也采用了数据加密方式,任何 新的仪表(或终端)加入网络均需安全验证码,保障 了安全性。 )节省大量投资。采用无线系统后取消了电缆、 桥架及相应的D卡件,降低了施工难度。 在运动 设备监测中,无线系统消除硬接线连接带来的不便。 在一些特殊化工区域,长管线或大量分散厂区的工 况,智能无线系统也因其自诊断功能和敷设便利性 而易于实施,并且在一定程度上降低了前期的成本。 )优化管理。 无线网关和智能管理软件实现了 与D系统的无缝连接,同时也可在现场使用无线 终端对仪表进行设定。 无线网关支持多种通讯协议接口,如, /、O、以太网等。 智能管理软件在上位机或 移动终端中除采集常规过程量数据外,还能获取先 进的诊断信息,如设备状态、电池状态、故障原因和 在线标定等,这样就为维护人员节省了大量排除故 障的时间。 结束语 目前,WH系统已经在国外某大型红 土镍矿项目上实施,关键的无线仪表也投入使用。整 套系统,运行稳定、控制精确、提高了精料的品质,同 图回转窑壳表温度曲线 安装在控制室 现场无线变送器 (下转第23页) WH技术在回转窑温度和三次风量监测中的应用 万方数据 第期 电流总和加上最大故障电流。 表是某工程的网段 电流计算书,它清晰地表示了每个现场仪表、阀 门定位器的位号、通讯地址,通过对额定电流和故障 电流的考量,得出该网段总的电流消耗是 。 接着,检测连接D/的耦合器的最大电流容量,以 +公司(倍加福)的耦合器为例,其输出电压为 V, 输出电流为 。 该网段总的电流消耗 小于耦合器提供的 ,所以该网段设计的电流 消耗可行。 表3网段电流消耗 5.2电压计算 设备供电电压的计算方法是运用欧姆定律推算 出每段电缆上的电压降,求出网段上每个配线盒处 的电压,用耦合器的供电电压减去相应的电压降即 可求得加在该设备上的供电电压。 一般的现场 总线设备的额定电压值是 V,只要在网段上最远 端的设备上的供电电压大于额定电压值,该网段设 计的供电电压可行。 5.3计算工具 西门子公司的LDBUULO 可以比较直观地通过输入耦合器下网段 总线有源分配器的型号、通道数量、电缆长度、仪 表消耗电流得出整个网段的电压、电流结果,可免去 了人工计算。 结束语 现场总线技术具备现场总线的数字 化、信息化的技术特征,区别于D,、 工业以太网等面向设备通信的协议,其数据链路,规 约更符合现场仪表的应用需求;在各大 知名仪表生产商的产品线中普及度高,基本上各品 牌、各产品门类都有支持总线通讯的变 送器或通信模块,使得工程设计者在设计阶段有足 够的时间和空间考量项目上的通信布局,结合专业 的计算软件,很多现场施工安装问题能够在设计的 过程中得到解决、规避。 随着技术的不断革新,就像 模拟向数字转变一样,现场总线也不再局限于数据 通信的技术范畴。各种控制功能块,控制网格的网络 管理、系统管理内容的不断扩充,将使现场总线逐渐 成为网络系统与自动化系统的结合体,形成先进的 控制网络技术。 参考文献 惠敦炎网络概述测控技术,(): 阳宪惠现场总线技术及其应用北京:清华大学出版社, 徐春玲,凌志浩本安现场总线系统及其应用自 动化仪表,(): 位号地址设备额定电流/故障电流/ L XV XV L XV XV XV XV L XV 超声波物位计 阀门定位器 阀门定位器 超声波物位计 温度计 阀门定位器 质量流量计 温度计 阀门定位器 阀门定位器 质量流量计 阀门定位器 超声波物位计 阀门定位器 (上接第19页) 时减少了敷设线缆和滞后性带来的不便,增加了生 产效益。 无线仪表超便捷、高精度、低成本的优势十 分明显,在日后的应用过程中必将会得到国内大多 数企业的认可。 因此,可在大型生产工厂中推广,特 别是在回转窑等不易敷设硬接线的工序上具有较强 的实际意义。 参考文献 科学研究院水泥窑热工测量版北京:中国建筑工业出 版社,: 曾鹏工业无线技术的标注化与应用中国仪器仪表, (): 施林多回转窑表面温度监测系统中控制理论与技术研究D 长沙:中南大学, ! 现场总线技术在工程设计中的应用 由表可知,总电流 ,最大故障电流 , 所以总消耗电流为+ 。 万方数据
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