干熄焦爐微波料位檢測裝置隔熱技術改進

張文鋼 韓明明

(寶山鋼鐵股份有限公司 上海201900)

1 引言

在干熄法煉焦中，需要將經焦爐干餾后1000℃的高溫紅焦裝入干熄爐中熄滅，高溫紅焦裝入密閉的干熄爐中通循環氮氣進行冷卻。高溫紅焦從上部裝入，經氮氣冷卻后的焦碳從下部連續排出。在裝入高溫紅焦時，爐內紅焦料位會快速上升，冷卻焦碳連續排出時，爐內紅焦料位會逐漸下降。因此爐內紅焦料位關系到干熄爐生產控制及安全運行，準確掌握紅焦料位至關重要。由于運行中的干熄爐呈密閉高溫狀態，必須采用特殊裝置檢測紅焦料位。早期干熄爐紅焦料位的檢測使用鈷60放射性同位素料位計，僅作高、低兩點的料位檢測。由于放射性同位素產生的電離輻射污染環境，易對現場操作人員的健康造成影響，同時僅高、低兩點料位檢測方式不能提高生產控制精度。近期有些企業采用了對環境無害的微波檢測技術，連續檢測干熄爐爐內的紅焦料位。目前這類檢測裝置是進口產品，由于干熄爐內紅焦的溫度高達1000℃，在使用過程中微波料位檢測裝置雖然采用了氮氣冷卻，但仍會因高溫造成微波器件損壞，進口備件價格高昂，使用成本很高。

2 微波料位檢測裝置損壞原因

圖1 檢測裝置安裝示意圖

圖2 檢測位置結構圖

采用實測數據進行干熄焦爐內紅焦料位的計算技術，不會產生累積誤差，同時避免了因為焦碳重量和體積換算所造成的種種誤差，使爐內存焦料位數據實時、準確。由于微波料位檢測裝置的微波器件和電子控制部件對工作環境的溫度要求較高，需60℃以下，干熄焦爐內紅焦所產生的高溫極易造成微波器件和電子控制部件損壞。目前干熄焦爐微波料位檢測裝置，都采用在檢測裝置內部通氮氣對微波器件和電子控制部件進行冷卻，使工作環境溫度始終保持在60℃以下。這種冷卻方式是將冷卻氮氣從微波料位檢測裝置后部用管道接入，對微波檢測器件和電子控制部件進行冷卻，然后氮氣再流入干熄爐內。見圖1和圖2所示。

采用這種冷卻方法的檢測裝置，必須保證冷卻氮氣的壓力和流量，才能充分帶走爐內高溫傳導到微波料位檢測裝置上的熱量，使儀器工作溫度始終不超過額定值。微波料位檢測裝置設計時，根據熱平衡計算出冷卻氮氣的壓力和流量，但氮氣管網是一個多用戶系統，難以保證供氣壓力和流量的穩定，一旦發生故障，壓力降低或流量減小，甚至停氣，極高溫度順著原來的冷卻氣體通道瞬間傳導到微波料位檢測裝置內部，很快使微波檢測器件損壞，造成很大的經濟損失。因此有些微波料位檢測裝置中安裝了溫度和壓力檢測，一旦發生溫度或冷卻氣壓力異常立即報警。即使如此，接到報警后來不及關閉檢修閥門以阻止高溫進入檢測裝置，仍會造成微波料位檢測裝置損壞。

3 改進方案

介紹一種干熄焦爐微波料位檢測裝置冷卻防護新方案，使微波料位檢測裝置與爐內高溫傳導路徑進行充分的隔斷，即使在應用中發生供氣故障，也可以有效防止爐內高溫損壞微波料位檢測裝置。圖3為新方案的基本結構。

圖3 新料位檢測防護裝置示意圖

該技術方案采用隔熱原理，密閉隔離氣室即可以阻斷爐內高溫與微波料位檢測裝置的傳遞路徑，又可以透過料位檢測微波。在密閉隔離氣室的下部有吹掃氮氣通路，避免爐內粉塵在密閉隔離氣室下表面黏附積聚，影響檢測。微波檢測裝置對溫度要求較高的微波電子部件裝設在微波天線上部，離爐內高溫區域較遠，由于密閉隔離氣室的有效隔熱，且爐內高溫的傳遞路徑較遠，傳導到微波電子部件時已經基本消除，微波電子部件基本工作在常溫環境中，不加任何冷卻措施即可長期正常工作。即使長時間沒有吹掃氮氣，也不會造成微波料位檢測裝置損壞。

4 關鍵措施

圖4 密閉氣室示意圖

圖5 隔熱墊片示意圖

在微波天線下部裝有一個防熱輻射不透明透波材料制作的錐形密封罩。密封罩錐尖向下罩住微波天線的開口，其四周與密閉氣室外殼內壁相連并密封，使微波檢測部分及微波天線的腔體部分與密閉氣室完全隔絕。密閉氣室下部裝有一塊四周密封的高溫透波石英玻璃，上表面是密閉氣室的底部，下表面直接接觸干熄焦爐內的高溫空間，以隔絕高溫上傳到微波料位檢測裝置。上部密封與下部密封相連形成一個密封氣室，氣室中的空氣可以有效隔離高溫。密閉氣室的四周外殼采用導熱性較好的金屬材料制成，并在密閉氣室的外殼上增加散熱片，將下部上傳的高溫通過散熱片從外部流通的空氣中散失。在密封氣室與上部微波料位檢測裝置連接的法蘭中間加裝隔熱密封墊片，在密封氣室與下部干熄爐體連接的連接法蘭中間也同樣加裝有隔熱密封墊片，這樣可以有效防止爐體熱量從密閉氣室金屬外殼傳導到微波料位檢測裝置。在密封氣室中裝有溫度監測裝置，用于監測氣室溫度變化，判斷下部密封是否良好。為防止干熄焦爐內焦碳粉塵黏附在高溫透波石英玻璃的下表面，設計有高壓氮氣吹掃氣道，對高溫透波石英玻璃的下表面進行防塵吹掃和適當冷卻。具體結構示意參見圖4和圖5。

5 結束語

該檢測裝置應用數年效果良好，雖然供氣系統時有故障，但從未發生過微波料位檢測裝置損壞。應用在高溫場合的檢測裝置，采用合理的隔熱措施，往往比采用強制冷卻更節能有效。

［1］張志強，夏燚．微波雷達料位計在干熄焦工藝中的應用［J］．燃料與化工，2009，Vol．40(5):31 －32．

［2］王忠．干熄焦料位檢測裝置的改造［J］．自動化博覽，2012(4):90－92．

［3］史紅嬰．簡談干熄焦預存室料位檢測的設計方式［J］．中國儀器儀表，2009，增刊:58－59．