曹 琳 ，王阿川

（1東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040；2中國(guó)化工經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展中心，北京100723）

近些年來(lái)，能源危機(jī)日益嚴(yán)重，國(guó)際油價(jià)飆升，石油替代資源成為各個(gè)國(guó)家研究的目標(biāo)之一。利用干餾技術(shù)將油頁(yè)巖熱解并提取出頁(yè)巖油已經(jīng)成為替代石油資源的重要途徑。油頁(yè)巖在我國(guó)儲(chǔ)量充足，分布地點(diǎn)較為廣泛，開發(fā)價(jià)值巨大，是未來(lái)重要的非常規(guī)能源之一。

目前利用油頁(yè)巖制取油氣大多為低溫干餾工藝。其主要方法是將油頁(yè)巖原礦制成小粒度的油頁(yè)巖，再將其與固體的熱載體在干餾反應(yīng)爐內(nèi)充分混和，通過(guò)加熱以及干餾技術(shù)，進(jìn)而得到高黏度的頁(yè)巖油。由于這種油的品質(zhì)相對(duì)較低，因此需通過(guò)加氫工藝后才能提取出汽油餾分以及柴油餾分，并且可以替代部分常規(guī)的油氣作用，直接利用于汽車工業(yè)、船舶等領(lǐng)域。

油頁(yè)巖在低溫干餾過(guò)程中主要包括加熱分解、將反應(yīng)產(chǎn)物熱解擴(kuò)散以及導(dǎo)出等。因此，其主要因素包括物料的性質(zhì)、油頁(yè)巖的粒度、加熱的溫度、加熱干餾下熱解的壓力、加熱的時(shí)間、加熱的速度、產(chǎn)物導(dǎo)出速度等因素[1]。除了油頁(yè)巖的性質(zhì)及粒度外，這些影響因素大部分與干餾反應(yīng)爐的結(jié)構(gòu)、工藝方法等密切相關(guān)。油頁(yè)巖反應(yīng)爐是提取、加工頁(yè)巖油的關(guān)鍵設(shè)備。目前大多采用回轉(zhuǎn)式干餾反應(yīng)爐，工作時(shí)以一定的速度 360°進(jìn)行連續(xù)旋轉(zhuǎn)，可使氣流在爐內(nèi)均勻分布，并保證油頁(yè)巖與固體的載熱體可以充分的混合，以至于使反應(yīng)中的換熱的能力和干餾的效果達(dá)到最佳。

在影響反應(yīng)爐影響產(chǎn)油率的諸多因素中，除了壓力外，反應(yīng)爐溫度波動(dòng)的影響尤為重要，因此，監(jiān)測(cè)控制反應(yīng)爐不同位置、不同時(shí)期的溫度變化，及時(shí)了解反應(yīng)爐爐內(nèi)的狀況，以此來(lái)判斷反應(yīng)爐內(nèi)部的工作狀態(tài)是必須要做的工作。而回轉(zhuǎn)式反應(yīng)爐公認(rèn)的一個(gè)難題即為溫度的測(cè)量，原因在于回轉(zhuǎn)爐在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中給測(cè)量造成的不可預(yù)測(cè)性。因此本文的目的就是對(duì)回轉(zhuǎn)式油頁(yè)巖干餾爐溫度的檢測(cè)方法進(jìn)行了綜述，以利于改進(jìn)目前油頁(yè)巖反應(yīng)爐的測(cè)溫方法，為油頁(yè)巖的干餾環(huán)節(jié)中的溫度信息采集和控制方法提供理論依據(jù)。

1 油頁(yè)巖的干餾過(guò)程及回轉(zhuǎn)式反應(yīng)爐

1.1 油頁(yè)巖的低溫干餾過(guò)程

干餾是一個(gè)復(fù)雜的物理傳熱和化學(xué)熱解的過(guò)程，是整個(gè)頁(yè)巖煉油中最關(guān)鍵的工藝，其中包括了脫水、脫氫、熱解、熱縮合、加氫、焦化等化學(xué)反應(yīng)。干餾油頁(yè)巖的過(guò)程必須在完全無(wú)空氣的情況來(lái)完成，只有達(dá)到該條件后，再將爐體溫度加熱達(dá)到450～550 ℃的情況下，才能夠讓油頁(yè)巖在這一過(guò)程中充分的實(shí)現(xiàn)熱解，并且產(chǎn)生頁(yè)巖油、半焦以及熱解氣等。

反應(yīng)過(guò)程中為油頁(yè)巖干餾的過(guò)程主要包括3個(gè)方面。① 油頁(yè)巖加熱的過(guò)程。利用氣體熱載體或者固體熱載體將熱量傳至油頁(yè)巖表面，再將熱量由表面向內(nèi)部進(jìn)行傳導(dǎo)。② 將油頁(yè)巖實(shí)現(xiàn)熱解工藝的過(guò)程。該過(guò)程即為有機(jī)質(zhì)受熱后進(jìn)行分解的過(guò)程，該過(guò)程是制取頁(yè)巖油和氣態(tài)物質(zhì)的主要環(huán)節(jié)。③ 將熱解產(chǎn)物擴(kuò)散和逸出的過(guò)程。每個(gè)過(guò)程都需要在一定的時(shí)間下完成，這3個(gè)過(guò)程是互相聯(lián)系又并行進(jìn)行著的。溫度升高至 450～520 ℃時(shí)，生成頁(yè)巖油蒸汽、熱解氣體的混合物以及頁(yè)巖半焦。

1.2 回轉(zhuǎn)式反應(yīng)爐

采用低溫干餾技術(shù)生產(chǎn)頁(yè)巖油比較典型的回轉(zhuǎn)式反應(yīng)爐介紹如下。

（1）Galoter技術(shù) 其使用的是轉(zhuǎn)筒式干餾爐，這種干餾爐是早期所使用的設(shè)備，利用自產(chǎn)頁(yè)巖灰作為固體熱載體，其油收率是鋁甑收率的 75%～85%，該爐是愛沙尼亞開發(fā)的。存在的問(wèn)題：①運(yùn)轉(zhuǎn)效率相對(duì)較低，主要是因?yàn)樗ε呕蚁到y(tǒng)的排灰管壁中由于反應(yīng)所殘留的灰渣粘連凝結(jié)所造成；②產(chǎn)生重油量的比例同比相對(duì)較大。

（2）ToscoⅡ技術(shù) 其使用的是轉(zhuǎn)筒式的干餾爐來(lái)完成實(shí)現(xiàn)的，主要用于處理小顆粒油頁(yè)巖[2]，該技術(shù)利用瓷球作為熱載體，其油收率高于鋁甑收率的 90%，幾乎與鋁甑收率持平，是來(lái)自美國(guó)的Tosco公司在早期時(shí)開發(fā)的技術(shù)。存在的問(wèn)題：①工作設(shè)備相對(duì)復(fù)雜、其維修量相對(duì)較大；②在干餾技術(shù)生成的頁(yè)巖半焦中存在著大量的未被利用的潛熱存在。

（3）LR技術(shù) 這是一種擁有多種途徑使用的屬于固體熱載體法的工藝過(guò)程，其處理原料種類頗為豐富，其中包括油頁(yè)巖、油砂、煤以及液體烴類等原料[2]，它是一種利用砂子作為熱載體的干餾爐。自 1964年起，該技術(shù)在世界各地建立了利用砂子爐從而實(shí)現(xiàn)石油裂解的生產(chǎn)設(shè)備，其中包括日本、阿根廷、德國(guó)和中國(guó)等。直至1983年，世界上已經(jīng)擁有了許多大型的生產(chǎn)設(shè)備，其中最大的一套就在我國(guó)的蘭州。該技術(shù)的工藝流程主要由一個(gè)大型的循環(huán)系統(tǒng)來(lái)完成實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)由提升管、收集槽、干餾反應(yīng)器以及雙螺旋式混合器所組成，其中雙螺旋式混合器是它的核心設(shè)備，該技術(shù)核心是來(lái)自歐洲的德國(guó)兩家公司聯(lián)合研制開發(fā)的。存在的問(wèn)題：①其排料系統(tǒng)容易堵塞；②油品中的含塵比例同比相對(duì)較大。

（4）ATP技術(shù) 其采用的是利用熱頁(yè)巖灰為熱載體，該物質(zhì)屬于固體熱載體，其核心內(nèi)容為回轉(zhuǎn)爐方面。該技術(shù)的回轉(zhuǎn)爐主要構(gòu)成是一個(gè)臥式回轉(zhuǎn)窯，其中含有兩個(gè)同心的圓筒，在內(nèi)筒中有兩個(gè)密封室，其目的是使油頁(yè)巖的預(yù)熱和干餾過(guò)程充分實(shí)現(xiàn)，外筒則是整個(gè)回轉(zhuǎn)爐的燃燒區(qū)，燃燒后的頁(yè)巖可以沿著外筒來(lái)進(jìn)行逆向的流動(dòng)，從而將熱量傳導(dǎo)至內(nèi)筒中正在正向移動(dòng)中的頁(yè)巖，該技術(shù)是從加拿大引進(jìn)的，由William Taciuk所發(fā)明[3-4]。存在的問(wèn)題：①該設(shè)備較為龐大，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，擁有較大的維修量；②油收率基本可以平均為75%～80%。

1.3 溫度的重要性以及檢測(cè)工作的必要性

在實(shí)際生產(chǎn)中，干餾是油頁(yè)巖生產(chǎn)的關(guān)鍵工藝，溫度是油頁(yè)巖在干餾時(shí)重要的一個(gè)參數(shù)。對(duì)于干餾爐溫度的控制極為重要，假如溫度低，將會(huì)導(dǎo)致油頁(yè)巖干餾不能完全，導(dǎo)致油頁(yè)巖中油母不完全裂解，烴蒸汽的產(chǎn)量會(huì)降低，甚至不產(chǎn)生烴蒸汽；如果溫度過(guò)高，則會(huì)使油母過(guò)度裂解，同樣會(huì)降低烴蒸汽的產(chǎn)量，而且會(huì)形成一些污染環(huán)境的氣體[5-6]。所以，為了最大化烴蒸汽的產(chǎn)量，應(yīng)該合理利用影響著干餾區(qū)中料床溫度的原因，以至于精確控制干餾區(qū)料床的溫度。其中，對(duì)干餾區(qū)料床的溫度造成影響的原因包括：在燃燒區(qū)中料床溫度和油頁(yè)巖兩者的進(jìn)料率；影響進(jìn)料率的主要因素是轉(zhuǎn)速，確定轉(zhuǎn)速也就基本能夠確定進(jìn)料率的范圍。因此，油頁(yè)巖在干餾時(shí)，其溫度的精確控制對(duì)提高產(chǎn)油率上起著至關(guān)重要的作用。然而，在自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)料器工作中進(jìn)料的速率時(shí)，會(huì)使反應(yīng)爐中熱負(fù)荷發(fā)生改變，從而影響反應(yīng)過(guò)程中的溫度變化。由于溫度對(duì)象是慣性的、滯后的，因此必須實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的對(duì)反應(yīng)爐內(nèi)的溫度信息進(jìn)行檢測(cè)與控制。

2 回轉(zhuǎn)爐測(cè)溫研究現(xiàn)狀

在回轉(zhuǎn)式干餾爐溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，回轉(zhuǎn)式干餾反應(yīng)器工作時(shí)需要做 360°旋轉(zhuǎn)，由于筒體內(nèi)的測(cè)溫儀器不方便引出測(cè)溫物體，所以使溫度信息不能及時(shí)傳遞出來(lái)。所以，需解決的問(wèn)題便是對(duì)于測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)的采集整理以及溫度傳輸工作。當(dāng)前針對(duì)回轉(zhuǎn)爐體的測(cè)量溫度信息的研究過(guò)程中所用到的方法包括接觸法和非接觸法兩種。

2.1 接觸式熱電偶進(jìn)行溫度測(cè)量的方法

連續(xù)測(cè)溫過(guò)程中既簡(jiǎn)單又有效的方法是利用熱電偶和在儀表測(cè)量回轉(zhuǎn)窯內(nèi)非同一區(qū)域的各點(diǎn)溫度值[7]。其原理為：將兩個(gè)可以與回轉(zhuǎn)窯筒體相對(duì)絕緣的滑環(huán)相鄰安裝在測(cè)溫?zé)犭娕嫉母浇恢?。在兩個(gè)滑環(huán)上連接熱電偶，石墨炭刷緊壓在滑環(huán)上并與滑環(huán)相連接，將炭刷安裝在連桿上，通過(guò)導(dǎo)線連接到熱電偶的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上。反應(yīng)過(guò)程中每個(gè)滑環(huán)只可以連接到指定的一個(gè)熱電偶的熱端方向，然而幾個(gè)熱電偶的冷端可以一起使用相同的一個(gè)滑環(huán)。在回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行工作時(shí)，熱電偶所產(chǎn)生的溫度信號(hào)是通過(guò)滑環(huán)以及炭刷傳達(dá)到測(cè)量?jī)x表上，進(jìn)而使測(cè)量溫度的工作得以實(shí)現(xiàn)。雖然滑環(huán)式的測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)較為簡(jiǎn)單，但也存在著以下不足。

（1）由于容易造成滑環(huán)的失圓，同時(shí)在運(yùn)行時(shí)爐體的震動(dòng)也會(huì)造成信號(hào)的斷續(xù)甚至丟失的后果。

（2）由于炭刷、銅環(huán)以及其連接導(dǎo)線的分布范圍情況相對(duì)較大，以至于造成各處溫度出現(xiàn)明顯的差異，其結(jié)果將產(chǎn)生一些多余的熱電勢(shì)出現(xiàn)，這就會(huì)使熱電偶的冷端的溫度補(bǔ)給工作出現(xiàn)極大的難度，從而較為容易出現(xiàn)較大的誤差。

（3）由于熱電偶所產(chǎn)生的信號(hào)較弱，屬于毫伏級(jí)信號(hào)單位，滑環(huán)之間相對(duì)應(yīng)的阻抗增加，需要炭刷和滑環(huán)之間保持緊密接觸。

（4）由于熱電偶深入窯內(nèi)的部分因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間受到物料、煤粉以及雜質(zhì)等物體的粘貼與吸附，以至于令讀數(shù)造成較大的誤差，從而導(dǎo)致測(cè)量值和真實(shí)值相差較大，因此需經(jīng)常檢修更換。因此，其主要問(wèn)題在于如何更好的將熱電偶采集的爐內(nèi)溫度傳輸出來(lái)。

2.2 改進(jìn)的接觸式熱電偶完成溫度測(cè)量工作的方法

2.2.1 在紅外通信技術(shù)中的溫度傳輸過(guò)程

紅外通信系統(tǒng)一般被分為兩個(gè)部分，即為發(fā)射和接收兩個(gè)方面（圖1），系統(tǒng)由運(yùn)動(dòng)部分和靜止部分組成。運(yùn)動(dòng)部分是由單片機(jī)、溫度測(cè)量電路、紅外通信收發(fā)器和電源所組成，通常被安裝在回轉(zhuǎn)窯筒體外側(cè)，熱電偶按通常的方法安裝。靜止部分通常是由控制系統(tǒng)的接口、紅外通信收發(fā)器或計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集等組成的。

圖1 采用紅外通信技術(shù)的回轉(zhuǎn)窯測(cè)溫系統(tǒng)原理圖

溫度測(cè)量電路可采用具有放大器的低頻A/D轉(zhuǎn)換器，可將熱電偶在反應(yīng)過(guò)程中所產(chǎn)生的較為微弱的熱電勢(shì)信號(hào)接收。用可直接與單片機(jī)連接的數(shù)字式溫度傳感及測(cè)控芯片測(cè)量過(guò)程中熱電偶冷端的即時(shí)溫度值，并用單片機(jī)來(lái)讀取。利用該溫度的補(bǔ)償方法測(cè)得的溫度精度比較高，而且還可以使補(bǔ)償導(dǎo)線充分利用。

單片機(jī)完成A/D轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)后，將轉(zhuǎn)換結(jié)果的溫度值讀入，經(jīng)過(guò)數(shù)字濾波過(guò)濾后進(jìn)而存入該單片機(jī)，在系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)和靜止兩部分的紅外收發(fā)器對(duì)準(zhǔn)的時(shí)候，進(jìn)而將顯示溫度的數(shù)據(jù)發(fā)送出來(lái)。紅外通訊技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)較為明顯：①傳統(tǒng)的機(jī)械備件被先進(jìn)的電子產(chǎn)品所替代，使溫度測(cè)量更加準(zhǔn)確；②可以令熱電偶的冷端溫度不經(jīng)被合理的控制還能得到正確的補(bǔ)償，溫度測(cè)量相對(duì)比較精確；③為了能夠方便針對(duì)多點(diǎn)進(jìn)行溫度測(cè)量的工作，改成了使用輸入通道更加多樣化的A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換器作為溫度測(cè)量電路；④系統(tǒng)容易升級(jí)。存在的問(wèn)題：將運(yùn)動(dòng)部分安裝在了回轉(zhuǎn)窯的外側(cè)，若用其測(cè)量高溫物體會(huì)影響系統(tǒng)的工作效率及溫度測(cè)量精度。

2.2.2 利用無(wú)線電波進(jìn)行溫度傳輸

該方法采用了通過(guò)一些處理后可以將熱電偶檢測(cè)的微弱的電壓值成功轉(zhuǎn)換成為頻率信號(hào)的方式，再通過(guò)載波的發(fā)射過(guò)程與接收過(guò)程，經(jīng)過(guò)檢波并放大后輸送到數(shù)字顯示的儀表來(lái)顯示，進(jìn)而獲得檢測(cè)結(jié)果[8]（圖2）。

圖2 新型測(cè)溫系統(tǒng)方框圖

發(fā)射溫度頻率信號(hào)需要發(fā)射裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的無(wú)線傳輸過(guò)程。發(fā)射裝置包括高頻振蕩器和調(diào)制器兩個(gè)部分。高頻振蕩器是由晶體穩(wěn)頻電路所產(chǎn)生；調(diào)制器是通過(guò)基極調(diào)幅的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 整個(gè)系統(tǒng)采用無(wú)線電波的方式來(lái)代替用傳統(tǒng)的導(dǎo)線進(jìn)行傳輸?shù)姆绞剑⒛軐в懈G內(nèi)溫度信息所產(chǎn)生的頻率信號(hào)順利傳送出來(lái)，是一種從有線轉(zhuǎn)換到無(wú)線的檢測(cè)方法。該方法具有以下主要特點(diǎn)：① 檢測(cè)手段新穎、測(cè)量速度快及精度高；② 工作的時(shí)候擁有較高的可靠性，并能使維護(hù)更加方便快捷；③ 檢測(cè)電路可以使電壓轉(zhuǎn)換成頻率（數(shù)字量），使電路與計(jì)算機(jī)等其它設(shè)備能實(shí)現(xiàn)方便聯(lián)機(jī)。

2.2.3 通過(guò)無(wú)線技術(shù)傳輸溫度信號(hào)

采用無(wú)線、太陽(yáng)能技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的回轉(zhuǎn)窯溫度檢測(cè)系統(tǒng)（圖3）。檢測(cè)系統(tǒng)是由主從機(jī)、熱電偶以及后臺(tái)處理等組成。檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理是利用放大電路放大S型的熱電偶所輸出的毫伏級(jí)負(fù)電壓信號(hào)之后，再進(jìn)入采集電路完成數(shù)模轉(zhuǎn)換、單片機(jī)讀取轉(zhuǎn)換、處理后送到射頻電路發(fā)射，當(dāng)從機(jī)的射頻電路接收到發(fā)射過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)后不僅通知單片機(jī)立即帶走數(shù)據(jù)，而且需讓單片機(jī)解碼、補(bǔ)償數(shù)據(jù)，最后再通過(guò)電路轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換，進(jìn)而輸出模擬信號(hào)。

圖3 系統(tǒng)組成框圖

2.2.4 無(wú)線網(wǎng)技術(shù)傳輸溫度數(shù)據(jù)

王恭等基于 IEEE 802.15.4無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，是將CC2430為芯片的基礎(chǔ)，把干餾反應(yīng)器的內(nèi)部溫度和壓力等參數(shù)進(jìn)行在線的測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括傳感器終端節(jié)點(diǎn)及協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、ZigBee無(wú)線通信及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理。同時(shí)上位機(jī)軟件對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的管理，為系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控提供測(cè)量基礎(chǔ)。常見的ZigBee星型無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)（圖4），ZigBee中定義了3種節(jié)點(diǎn)類型，即協(xié)調(diào)器、路由器及終端設(shè)備[9-10]。

圖4 ZigBee星型無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)

傳感器的節(jié)點(diǎn)和終端是由CC2430這種嵌入式的單片機(jī)、傳感器以及外圍的模塊等來(lái)組成的（圖5）。CC2430是內(nèi)部整合了射頻收發(fā)器、8051控制器、RAM及外圍模塊等系統(tǒng)芯片。其中運(yùn)放AD627可以處理熱電偶在過(guò)程中產(chǎn)生的雙路差分信號(hào)；AD7814是溫度傳感芯片；AD127為A/D比較基準(zhǔn)芯片。

圖5 ZigBee溫度終端節(jié)點(diǎn)

網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器可以通過(guò)選擇域網(wǎng)識(shí)別標(biāo)志以及網(wǎng)絡(luò)的工作信道開始一個(gè)新的ZigBee網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的節(jié)點(diǎn)是由CC2430模塊、RS232模塊以及電源模塊等部分組成（圖6）。由內(nèi)部8051實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收/發(fā)送，用于建立網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)管理。將主機(jī)端的監(jiān)控程序所發(fā)送的即時(shí)數(shù)據(jù)請(qǐng)求及時(shí)發(fā)送出去，此外還需要接收到傳感器節(jié)點(diǎn)所采集的一些數(shù)據(jù)并且上傳到上位機(jī)中去。

圖6 ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)

ZigBee技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)于有線設(shè)備制造過(guò)程中所需要的條件大大減少，并且相對(duì)紅外技術(shù)或者CCD圖像處理技術(shù)，擁有更強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，測(cè)量更準(zhǔn)確。

2.3 非接觸法溫度測(cè)量方法的利用

2.3.1 光學(xué)掃描結(jié)合圖像分析法

這是一種新型的軟測(cè)量方法，其通過(guò)工業(yè)CCD攝像機(jī)在獲取爐內(nèi)的視頻信息的條件下，經(jīng)過(guò)分析輻射能量來(lái)間接的推算溫度值，在該分析的過(guò)程中包括圖像分割技術(shù)、參數(shù)建模過(guò)程以及數(shù)據(jù)濾波等環(huán)節(jié)，但此方法也存在著在數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性以及準(zhǔn)確性等方面的不足。

2.3.2 紅外溫度計(jì)的測(cè)溫方法

將一個(gè)一側(cè)開口、另一側(cè)封底的圓管形感溫元件安裝在窯體上，并將紅外溫度計(jì)的鏡頭成功安裝在回轉(zhuǎn)窯徑直方向并與之處于同一水平線上與此同時(shí)也應(yīng)保證可以與感溫元件對(duì)齊于軸向的水平線上[11]（圖 7）。

圖7 回轉(zhuǎn)窯測(cè)溫示意圖

在回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)動(dòng)到紅外溫度計(jì)和感溫元件達(dá)到同一軸線的時(shí)候，便可測(cè)量到窯體內(nèi)部所產(chǎn)生的一個(gè)溫度信號(hào)。感溫元件的內(nèi)部幾乎是個(gè)絕對(duì)的黑體，在測(cè)量過(guò)程中造成的誤差可以通過(guò)二次調(diào)整儀表的輻射系數(shù)給予補(bǔ)償。當(dāng)回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候會(huì)使紅外溫度計(jì)的測(cè)量所輸出的曲線上擁有一些尖尖的脈沖信號(hào)出現(xiàn)，該脈沖信號(hào)的峰值即為回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部的溫度值，將峰值用一條曲線相連接，所形成的曲線即顯示了回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部的即時(shí)溫度的變化過(guò)程。優(yōu)點(diǎn)：感溫元件尺寸大于采用熱電偶的測(cè)量方法中感溫元件的尺寸，所以保護(hù)套管更堅(jiān)固，使用壽命更長(zhǎng)。不足：感溫元件厚度的增加雖然使強(qiáng)度加大，但是對(duì)于溫度測(cè)量將產(chǎn)生滯后的不利影響。

2.3.3 紅外掃描測(cè)溫方法

紅外掃描控制系統(tǒng)由紅外線型掃描器、位置編碼器、接口組件箱（包括數(shù)據(jù)傳輸通信電纜及電源等）、數(shù)據(jù)處理器、系統(tǒng)軟件包、云臺(tái)等組成[12-13]（圖8）。

圖8 檢測(cè)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)功能和工作原理：爐體溫度掃描以及監(jiān)視系統(tǒng)都能夠精確的探測(cè)旋轉(zhuǎn)爐體的轉(zhuǎn)速和爐體的溫度情況，將測(cè)量的結(jié)果用數(shù)字信號(hào)的形式進(jìn)行連續(xù)傳輸。本系統(tǒng)可在回轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)動(dòng)一周以內(nèi)，針對(duì)爐體表面位置進(jìn)行精確定位，并對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的圖像分析。再利用系統(tǒng)所提供的畫面進(jìn)行分析，用爐體表面各點(diǎn)的溫度值對(duì)爐內(nèi)工藝狀況進(jìn)行分析，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)出耐火磚在脫落時(shí)熱點(diǎn)的位置，令操作人員可以隨時(shí)了解爐內(nèi)、爐殼體、耐火磚在工作過(guò)程中的即時(shí)狀況，從而得到規(guī)范化的管理。

3 回轉(zhuǎn)式油頁(yè)巖干餾爐在測(cè)溫技術(shù)過(guò)程中的技術(shù)改進(jìn)

從上述的幾種典型回轉(zhuǎn)爐測(cè)溫方法可以看出，每種測(cè)溫方法都各有其優(yōu)點(diǎn)和不足，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體油頁(yè)巖反應(yīng)爐的結(jié)構(gòu)、工藝流程來(lái)確定所采用的測(cè)溫方法。

（1）基于Web無(wú)線傳感器的測(cè)溫方法 根據(jù)目前回轉(zhuǎn)式反應(yīng)爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理和工藝過(guò)程，能夠比較準(zhǔn)確的檢測(cè)爐內(nèi)不同區(qū)域某一點(diǎn)的溫度，最好采用熱電偶方法，而且熱電偶安裝得越多，測(cè)溫結(jié)果也越準(zhǔn)確。隨著無(wú)線網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，可以采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將各熱電偶檢測(cè)的溫度值傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，避免繁雜的布線。

（2）基于溫度場(chǎng)分析的測(cè)溫方法 熱電偶所測(cè)得的溫度都是相應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度，而無(wú)法預(yù)測(cè)其所在區(qū)域或得到其內(nèi)部某一區(qū)域溫度的變化，所以應(yīng)根據(jù)熱力學(xué)、溫度場(chǎng)變化理論，研究建立如何根據(jù)熱電偶的溫度值來(lái)建立溫度模型或溫度場(chǎng)模型來(lái)仿真、預(yù)測(cè)爐內(nèi)某一區(qū)域的溫度場(chǎng)的變化，使?fàn)t內(nèi)溫度的檢測(cè)更加科學(xué)化、準(zhǔn)確化、合理化。

（3）實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)溫功能的方法 隨著計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)和紅外測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展，在回轉(zhuǎn)式反應(yīng)爐測(cè)溫中，應(yīng)更多的采用非接觸式溫度測(cè)量方法，比如通過(guò)熱像儀進(jìn)行回轉(zhuǎn)爐溫度的檢測(cè)。可以在回轉(zhuǎn)爐的兩端進(jìn)行開窗（或加入熱溫元件），然后通過(guò)熱像儀對(duì)其成像。通過(guò)對(duì)其熱像的處理、分析及標(biāo)定，建立相應(yīng)的溫度變化模型，來(lái)檢測(cè)出爐內(nèi)的溫度場(chǎng)的變化，將會(huì)更準(zhǔn)確的檢測(cè)出回轉(zhuǎn)爐的溫度變化。

（4）基于多源信息融合的回轉(zhuǎn)爐測(cè)溫檢測(cè)方法 根據(jù)熱學(xué)原理可以得知爐內(nèi)所放出的熱量與外部所吸收的熱量相等。所以，可以用紅外熱像儀對(duì)反應(yīng)爐的表面溫度進(jìn)行熱成像，用傳感器對(duì)排出的煙氣溫度進(jìn)行檢測(cè)，用熱電偶對(duì)反應(yīng)爐內(nèi)部不同區(qū)域的溫度進(jìn)行檢測(cè)。綜合各不同傳感器的檢測(cè)溫度值，來(lái)建立基于多源信息的油頁(yè)巖反應(yīng)爐爐內(nèi)溫度場(chǎng)模型，來(lái)對(duì)反應(yīng)爐內(nèi)溫度進(jìn)行檢測(cè)。具體如下：①對(duì)回轉(zhuǎn)爐內(nèi)不同區(qū)域的溫度檢測(cè)采用熱電偶進(jìn)行測(cè)溫；②用傳感器對(duì)排出的煙氣溫度進(jìn)行檢測(cè)；③用紅外熱像儀對(duì)反應(yīng)爐表面溫度進(jìn)行熱成像；④利用 ZigBee無(wú)線網(wǎng)雙向通信技術(shù)進(jìn)行熱電偶爐內(nèi)溫度、煙氣溫度信息的無(wú)線傳輸，免去了布線難或可以布線但造價(jià)昂貴的問(wèn)題。將采集的反應(yīng)爐內(nèi)不同區(qū)域的溫度信息、煙氣溫度信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)服務(wù)器中，以利于進(jìn)行溫度分析及建模；⑤利用熱電偶測(cè)量的對(duì)應(yīng)點(diǎn)溫度對(duì)紅外圖像進(jìn)行定標(biāo)，利用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、遺傳算法或最小二乘法等來(lái)建立多源信息融合的溫度場(chǎng)模型；⑥利用紅外圖像的處理技術(shù)及標(biāo)定值，得到回轉(zhuǎn)爐內(nèi)溫度場(chǎng)的信息。

實(shí)現(xiàn)更好的監(jiān)測(cè)控制反應(yīng)爐不同位置、不同時(shí)期的溫度變化，及時(shí)了解反應(yīng)爐爐內(nèi)的狀況，以此來(lái)判斷反應(yīng)爐內(nèi)部的工作狀態(tài)?，F(xiàn)場(chǎng)工作人員通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的畫面分析，可以及時(shí)的掌握爐體表面的溫度分布情況以及爐內(nèi)信息情況，指導(dǎo)相關(guān)操作，使?fàn)t體始終工作處在最佳狀態(tài)。

4 結(jié) 論

回轉(zhuǎn)式油頁(yè)巖反應(yīng)爐爐內(nèi)溫度的檢測(cè)及傳輸一直是監(jiān)控的難點(diǎn)，本文分析綜述了目前常用的幾種回轉(zhuǎn)式油頁(yè)巖干餾爐溫度的檢測(cè)方法，提出了采用接觸式與非接觸式測(cè)溫方法相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)回轉(zhuǎn)式反應(yīng)爐各部分區(qū)域點(diǎn)、面范圍的溫度信息采集。利用多信息源融合的方法建立反應(yīng)爐內(nèi)溫度場(chǎng)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)爐內(nèi)溫度變化的有效監(jiān)測(cè)。提高我國(guó)的回轉(zhuǎn)式反應(yīng)爐的測(cè)溫技術(shù)，使?fàn)t內(nèi)溫度變化分析更全面、更準(zhǔn)確，以利于改進(jìn)目前油頁(yè)巖反應(yīng)爐的測(cè)溫方法，為油頁(yè)巖干餾過(guò)程中的溫度信息采集和控制方法提供理論依據(jù)。今后要不斷學(xué)習(xí)和融入國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)油頁(yè)巖制油氣向著自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。實(shí)現(xiàn)技術(shù)的相互融合與相互支持，大力推廣并利用新型技術(shù)手段定會(huì)成為在干餾技術(shù)領(lǐng)域中長(zhǎng)遠(yuǎn)的主要研究方向。

[1]宋巖，石巖，閏鋒.影響油頁(yè)巖低溫干餾因素的考察[J].精細(xì)石油化工進(jìn)展，2004，5（7）：45-47.

[2]Dean Allred V.Oil shale processing technology[R].New Jersey：The Center for Processional Advance-ment East Brunswick，2008.

[3]Taciuk W.The alberta taciuk process-capacibilities for modern production of shale oil[C]//Symposium on Oil Shale，Tallinn，2002.

[4]Stephen J Schmidt.New direction for shale oil-path to a secure new oil supply well into this century[J].Oil Shale，2003，20（3）：333 346.

[5]徐儉臣.頁(yè)巖硫化干餾煉油技術(shù)的研究[J].黑龍江科技信息，2004（7）：38.

[6]韓向新，姜秀民，崔志鋼，等.油頁(yè)巖半焦特性[J].化工學(xué)報(bào)，2006，59（2）：221-230.

[7]沃國(guó)經(jīng).紅外通訊在回轉(zhuǎn)窯溫度測(cè)量中的應(yīng)用[J].礦冶，2000，9（4）：87-31.

[8]凌永發(fā)，李世厚，王杰.一種新型回轉(zhuǎn)窯溫度檢測(cè)方法[J].云南民族大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004，13（1）：31-33.

[9]曾德文，曹建，丁家峰，等.基于無(wú)線技術(shù)的回轉(zhuǎn)窯溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2009，31（4）：95-97.

[10]王恭，孫保民，李少華，等.無(wú)線技術(shù)在回轉(zhuǎn)式油頁(yè)巖干餾反應(yīng)器中的研究與應(yīng)用[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，32（5）：48-53.

[11]熊偉，徐紹坤.利用紅外溫度計(jì)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯溫度在線檢測(cè)的新方法[J].冶金自動(dòng)化，2007（1）：43-46.

[12]徐琪，危琦.淺談回轉(zhuǎn)窯胴體測(cè)溫的紅外掃描監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].有色冶金設(shè)計(jì)與研究，2008，29（5）：22-24.

[13]王勇，萬(wàn)忠炎.幾種不同類型的回轉(zhuǎn)窯溫度檢測(cè)方法[J].山東冶金，2008，30（4）：68-69.