红外点温仪在焦化炉测温中的应用
发布时间:2012-05-25

红外测温仪案例 ETG-BJ030001

项目单位:太原钢铁有限公司 仪器设备:Kleiber 315K

时间:2008-2-20

一、背景应用

焦化炉是延迟焦化装置的核心设备,又称炼焦炉,是用于煤炼焦的设备。是焦化技术中的关键。煤焦化技术的应用已有200多年的历 史,其炉子的结构形式经历了许多变化。初期炼焦仿造烧木炭的过程 采用成堆干馏。18世纪中期,开始演变成砖砌的半封闭式长窑炉。

1763年开始采用全封闭式圆窑即蜂窝炉。成堆干馏和窑炉干馏共同的特点是内部加热,即炭化和燃烧在一起,靠燃烧一部分煤和干馏煤 气直接加热其余的煤而干馏成焦。19世纪中期,焦炉技术发生转折 性变革,从窑炉发展到外部加热的炭化室炼焦阶段,出现倒焰炉。这 种焦炉是将成焦的炭化室和加热的燃烧室用墙隔开,在隔墙上部设有 通道,炭化室内煤的干馏气经此通道直接流入燃烧室,与来自燃烧室 顶部风道的空气混合,自上而下地流动燃烧,这种炉子已经具备了现 代焦炉最基本的特征。19世纪70年代,建成了回收化学产品的焦炉, 使炼焦走向生产多种产品的重要阶段。此后不久,1883年建成了利 用烟气废热的蓄热式焦炉,至此,焦炉在总体上基本定型。

现代焦炉(见彩图)炉体由炭化室、燃烧室和蓄热室三个主要部 分构成(图1)。一般,炭化室宽0.4~0.5m、长10~17m、高4~

7.5m,顶部设有加煤孔和煤气上升管(在机侧或焦侧),两端用炉门 封闭。燃烧室在炭化室两侧,由许多立火道构成。蓄热室位于炉体下 部,分空气蓄热室和贫煤气蓄热室。

现代化焦炉主要部分用硅砖砌筑,火道温度可达到1400℃。成 焦时间因炭化室宽度和火道温度不同,一般为  13~18h。焦炉机械 有装煤车、推焦车、导焦车和熄焦车等(图2)。由装煤车把煤装入炭 化室,炼成的焦炭用推焦车推出,赤热的焦炭经导焦车落入熄焦车内, 经水熄或回收热能的干法熄焦(见彩图)。熄过的焦炭放到焦台上。 焦炭经过筛选后作为产品外送。

为了改善炼焦生产条件,现代焦炉操作除了机械化、自动化之外, 还建有防治烟尘和处理污水装置。电子计算机也已开始用于焦炉操 作。炉子向大型化发展,炭化室有效容积增加到50m3。为了提高焦 炉生产能力,采取降低炉墙厚度和选用导热性能好的炉墙砖等措施, 将是发展的趋势。

焦化炉是延迟焦化装置的核心设备,是否安全运行直接影响到焦化装置的长周期生产及经济效益。由于延迟焦化装置的原料为重质渣 油,密度大、黏度高、加热过程中易结焦。为了避免管内严重结焦, 必须在流速快、热强度较高的操作条件下,使油品在加热炉中能迅速 达到所需温度。而热强度大又会导致管壁温度升高而引起结焦,所以 必须采取措施减小热强度不均匀性,降低管壁局部最高温度。但如何 准确掌握炉膛及炉管温度场情况一直是难以解决的问题,传统的方法 是在炉膛和炉管的不同部位安装热电偶,但热电偶在高温环境中极易 损坏或漂移,给工艺操作控制带来了极大困难。使用红外热像技术监 测炉管温度场,可准确了解加热炉的运行状态,给提高炼量提供了可 靠保证,能够产生较大的经济效益。

 

图3  焦炉外观

 

图4  焦炉外观

三 焦化炉使用红外测温的注意事项

确定测温范围 确定测温范围:测温范围是测温仪最重要的一个性能指标。每种

型号的测温仪都有自己特定的测温范围。因此,用户的被测温度范围 一定要考虑准确、周全,既不要过窄,也不要过宽。根据黑体辐射定 律,在光谱的短波段由温度引起的辐射能量的变化将超过由发射率误 差所引起的辐射能量的变化,因此,测温时应尽量选用短波较好。一 般来说,测温范围越窄,监控温度的输出信号分辨率越高,精度可靠 性容易解决。测温范围过宽,会降低测温精度。确定目标尺寸 红外测温仪根据原理可分为单色测温仪和双色测温仪(辐射比色测温仪)。对于单色测温仪,在进行测温时,被测目标面积应充满测温仪 视场。建议被测目标尺寸超过视场大小的50%为好。如果目标尺寸小 于视场,背景辐射能量就会进入测温仪的视声符支干扰测温读数,造 成误差。相反,如果目标大于测温仪的视场,测温仪就不会受到测量 区域外面的背景影响。对于比色测温仪,其温度是由两个独立的波长 带内辐射能量的比值来确定的。因此当被测目标很小,不充满视场, 测量通路上存在烟雾、尘埃、阻挡,对辐射能量有衰减时,都不对测 量结果产生重大影响。对于细小而又处于运动或震动之中的目标,比 色测温仪是最佳选择。这是由于光线直径小,有柔性,可以在弯曲、 阻挡和折叠的通道上传输光辐射能量。

确定距离系数(光学分辨率)。

双色测温仪,其温度是由两个独立的波长带内辐射能量的比值来 确定的。因此当被测目标很小,没有充满现场,测量通路上存在烟雾、 尘埃、阻挡对辐射能量有衰减时,都不会对测量结果产生影响。甚至 在能量衰减了95%的情况下,仍能保证要求的测温精度。对于目标细 小,又处于运动或振动之中的目标;有时在视场内运动,或可能部分 移出视场的目标,在此条件下,使用双色测温仪是最佳选择。如果测温仪和目标之间不可能直接瞄准,测量通道弯曲、狭小、受阻等情况 下,双色光纤测温仪是最佳选择。这是由于其直径小,有柔性,可以 在弯曲、阻挡和折叠的通道上传输光辐射能量,因此可以测量难以接 近、条件恶劣或靠近电磁场的目标。

确定波长范围 目标材料的发射率和表面特性决定测温仪的光谱相应波长对于高反射率合金材料,有低的或变化的发射率。在高温区,测量金属材 料的最佳波长是近红外,可选用0.8~1.0μm。其他温区可选用1.6μm,2.2μm和3.9μm。由于有些材料在一定波长上是透明的,红外能 量会穿透这些材料,对这种材料应选择特殊的波长。如测量玻璃内部 温度选用1.0μm,2.2μm和3.9μm(被测玻璃要很厚,否则会透过)波 长;测玻璃表面温度选用5.0μm;测低温区选用8~14μm为宜。如测 量聚乙烯塑料薄膜选用3.43μm,聚酯类选用4.3μm或7.9μm,厚度超 过0.4mm的选用8-14μm。如测火焰中的CO用窄带4.64μm,测火焰中 的NO2用4.47μm。

响应时间表示红外测温仪对被测温度变化的反应速度,定义为到达最后读数的95%能量所需要时间,它与光电探测器、信号处理电路 及显示系统的时间常数有关。红外测温仪响应时间可达1ms。这要比 接触式测温方法快得多。如果目标的运动速度很快或测量快速加热的 目标时,要选用快速响应红外测温仪,否则达不到足够的信号响应, 会降低测量精度。然而,并不是所有应用都要求快速响应的红外测温 仪。对于静止的或目标热过程存在热惯性时,测温仪的响应时间就可 以放宽要求了。因此,红外测温仪响应时间的选择要和被测目标的情 况相适应。确定响应时间,主要根据目标的运动速度和目标的温度变 化速度。对于静止的目标或目标参在热惯性,或现有控制设备的速度 受到限制,测温仪的响应时间就可以放宽要求了。

环境条件考虑 测温仪所处的环境条件对测量结果有很大影响,应予考虑并适当解决,否则会影响测温精度甚至引起损坏。当环境温度高,存在灰尘、 烟雾和蒸汽的条件下,可选用厂商提供的保护套、水冷却、空气冷却 系统、空气吹扫器等附件。这些附件可有效地解决环境影响并保护测 温仪,实现准确测温。在确定附件时,应尽可能要求标准化服务,以

降低安装成本。当在噪声、电磁场、震动或难以接近环境条件下,或 其他恶劣条件下,烟雾、灰尘或其他颗粒降低测量能量信信号时,光 纤双色测温仪是最佳选择。比色测温仪是最佳选择。在噪声、电磁场、 震动和难以接近的环境条件下,或其他恶劣条件时,宜选择光线比色 测温仪。

在密封的或危险的材料应用中(如容器或真空箱),测温仪通过窗口进行观测。材料必须有足够的强度并能通过所用测温仪的工作波 长范围。还要确定操作工是否也需要通过窗口进行观察,因此要选择 合适的安装位置和窗口材料,避免相互影响。在低温测量应用中,通 常用Ge或Si材料作为窗口,不透可见光,人眼不能通过窗口观察目标。 如操作员需要通过窗口目标,应采用既透红外辐射又透过可见光的光 学材料,如应采用既透红外辐射又透过可见光的光学材料,如ZnSe 或BaF2等作为窗口材料。

当测温仪工作环境中存在易燃气体时,可选用本征安全型红外测 温仪,从而在一定浓度的易燃气体环境中进行安全测量和监视。

在环境条件恶劣复杂的情况下,可以选择测温头和显示器分开的 系统,以便于安装和配置。可选择与现行控制设备相匹配的信号输出

三、案例应用

Kleiber  315K 是为满足焦化厂的特殊需求而设计的一款特殊的 手持式测温仪器,该仪器是与德国的龙头焦化炉生产商合作开的产 品,这种合作确保了该仪器的可靠性和易用性。

Kleiber  315K采用的是1.58-1.8μ  m,测温范围600-1600度,属于 短红外红外点温仪,短红外的特性使得该点温仪可以透过钢化玻璃测 量炉内温度。

该款仪器内部数据记录系统可存储高达 2000 组含有时间和日期 的测试数据,确保了所有与控制访问焦化炉有关的数据的完整性;这 样也就保证了质量管理文档的充分性!可调焦镜头,与透镜瞄准方式 相结合的方式确保了在 12 米处的距离可以测量 42 毫米的目标,也因此可以保证炉内测试时对同一测试区域的瞄准更为容易!测试结果清晰地显示在取景器中

kG315B 可单手操作,通过仪器顶部的按钮完成测试过程

通过仪器的红外接口,可以在巡检后将仪器的内部存储信息转移到

PC 上;测试软件可以显示测量结果且将测量结果转化为 EXCEL 分析

四、结论

kG315B 短波高温测温仪在现场安装调试之后成功地完成了客 户的测温要求,得到了客户的认可。

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