用于测定回转窑特性的传感器挖掘机

用于测定回转窑特性的传感器

用于测定回转窑特性的传感器 2011年12月09日 来源： 水泥回转窑实现自动控制之所以困难，主要是窑内发生的反应太复杂。因此，研究开发能够准确反映运转中回转窑内部状况的传感器，一直是人们努力的方向。　　目前，在回转窑控制中普遍采用光电比色高温计作为测量烧成带温度的“眼睛”。一种氧化氮分析仪也已投入使用。这一技术是根据窑排出气体中NOx浓度与烧成带温度和熟料中游离氧化钙含量有可靠的关系这一经验来反映窑内状况的。　　目前还在开发其它自动传感器系统，但它们常常达不到所要求的可靠性。所需要的系统是不受窑内扰动的影响，在任何条件下都能够快速响应的同时稳定显示测定结果。　　固定指令控制系统是通过由测定仪得到的反映某一参数的数据进行控制的。由于缺乏足够的可靠性，还没能用于窑的控制操作。相反，采用模糊逻辑的窑控制系统已投入使用。通常情况下，模糊逻辑控制系统能够通过综合数个状态参数指示窑内的状况。它可以象一个熟练的操作工那样对窑进行操作。　　然而我们认为，通过一个简单的测定仪取得窑特定状态下的准确数据，就可以进行最佳的、较简便的控制。从这个前提出发，我们开始开发一种改进型的测定仪。　　将窑内所谓的碱挥发现象作为测定的依据。在运转的水泥窑中形成高含量的碱蒸气，当窑内气体温度高时，碱蒸气处于亚稳状态。其原子状态迅速从基态变到激发态，反过来也是这样。　　在每次能级转换中，相应于不同的能级能够观察到吸收或发射光谱。特别明显的是钾766.5纳米光谱，足以用作水泥回转窑控制操作的指示参数。　　我们观察到，在窑处于稳定操作时产生吸收光谱，此时烧成带温度相对较高；在窑受到扰动，致使烧成带温度下降时产生发射光谱。　　在三种不同波长下测定碱蒸气的光谱，就可以建立起非常有用的指示和判断窑状态的参量，如图1所示。图1　在三个不同波长下，光密度测量的示意图

通过用分光光度计测定包括766.5纳米钾光谱在内的三种波长的强度，钾光谱(766.5纳米)的吸收率(η)便可以通过下式计算出来：

式中：　　λ1——波长1；　　λ2——波长2；　　λ0——实际K光谱波长；　　I1——波长λ1时的强度；　　I2——波长λ2时的强度；　　I0——波长λ0时的强度(观测值)；　　I′0——波长λ0时的空白强度(计算值)。　　上述η值被用作窑控制的操作参数。　　测定系统由下述设备组成：一个带有保护套管的光学探头；一个光纤管；一个带有控制器的分光光度计以及一个数据处理机，例如小型计算机(图2)。图2　系统结构 1.窑头；2.回转窑；3.窑喷煤管；4.带水冷却管的光学探头；5.支架；6.光纤管；7.分光光度计；8.分光光度计控制器；9.数据处理

来自烧成带的光束，通过安装在窑头的光学探头聚集，经由光纤管送至分光光度计进行光谱分析，然后分光光度计的分析结果输送到数据处理机，同时在荧光屏上显示并打印。　　这次测试中用了一个普通的分光光度计，但具有改进型滤光器的元件可改善测量过程。测试是在三菱矿产与东谷水泥厂的一台日产2000吨的窑上进行的。如图3所示，带有保护套管及水冷却装置的光学探头安装在窑头。由光学探头得到的光束经光学纤维管传输到分光光度计，对波长500～800纳米范围内的光谱连续地测定其强度，精度为1纳米。

图3　带有保护套管的光学探头1.透镜架；2.保护套管；3.透镜；4.空气；5.光纤管；6.水

通过上述测试可观察到波长为589.6纳米的钠光谱、波长为766.5纳米及769.9纳米钾光谱的吸收/发射光谱。吸收光谱在窑处于稳定操作时观测到，而发射光谱在窑不稳定时观测到。　　钾、钠吸收/发射光谱的强度作为参数，连续地测定并记录η值。　　将打印出的结果与其它参数进行对比，如烧成带温度(由一支光电比色高温计测定)、窑排出气体中NOx含量、窑转力矩、生料喂料速率等。数据表明，吸收/发射光谱的强度与烧成带温度有很好的相关性，正如光电比色高温计及NOx值所证实的那样。　　这一结果和其它技术一样可以用来说明窑的操作状况。进一步仔细研究可以发现，窑从紊乱到稳定状态的恢复阶段，光电比色高温计记录的烧成带温度指示已完全恢复。　　但是其它参数，包括碱光谱的吸收/发射率(η)证明并非如此。事实上，窑从紊乱状态恢复的过程中处于亚稳状态。因此可以认为，用参数η比通过光电比色高温计测定的烧成带温度来反映的窑状态更精确些。　　由于这项技术使用气相

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