張松松

南通新嘉環(huán)?？萍加邢薰?江蘇 南通 226010

在現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)和日常生活當(dāng)中,溫度的測(cè)量約占各類檢測(cè)總量的50%以上,而且對(duì)溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性和響應(yīng)快速性方面的要求越來(lái)越高,因此加強(qiáng)溫度測(cè)量工具/儀器的研究和因公具重要的現(xiàn)實(shí)意義。

紅外測(cè)溫技術(shù)有著多種獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),比如使用方便、響應(yīng)快速、測(cè)量準(zhǔn)確、非接觸方式、無(wú)損測(cè)量、維護(hù)簡(jiǎn)單等。在產(chǎn)品質(zhì)量控制和檢測(cè),設(shè)備在線故障診斷和測(cè)量,節(jié)約能源、安全保護(hù)、生物表面測(cè)溫等方面發(fā)揮著重要作用,廣泛運(yùn)用于石化、冶金、電力、危廢處理、水泥、交通等行業(yè)。

紅外測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)以及特殊工況下的工業(yè)環(huán)境無(wú)損測(cè)溫有著明顯的優(yōu)勢(shì)。分析和對(duì)比當(dāng)前市面上具有代表性的紅外測(cè)溫儀器的使用特點(diǎn):本文介紹了紅外掃描測(cè)溫儀在危廢處理行業(yè)中轉(zhuǎn)窯爐表面溫度測(cè)量。分析了提高紅外掃描測(cè)溫儀器抗干擾的能力及測(cè)量精度,紅外測(cè)溫技術(shù)有著更加靈活的運(yùn)用。

一、紅外測(cè)溫技術(shù)的原理

1.1 紅外輻射的原理 紅外輻射是自然界存在的一種最為廣泛的電磁波輻射,自然界的一切物體的溫度均高于絕對(duì)的零度。組成這些物體的分子和原子不停進(jìn)行熱運(yùn)動(dòng),也就是不停的向周圍空間輻射電磁波,電磁波包含紅外線在內(nèi)的七個(gè)波段。當(dāng)分子和原子的運(yùn)動(dòng)越激烈,輻射的能力就越大,反之,輻射的能量越小。輻射能量的大小與物體表面的溫度有著十分密切的關(guān)系。

1.2 紅外掃描儀介紹

1.2.1 掃描儀工作原理 紅外掃描測(cè)溫儀主要由光學(xué)掃描單元、光電轉(zhuǎn)換單元、信號(hào)處理單元及數(shù)據(jù)傳輸單元等組成。

1光學(xué)掃描單元。光學(xué)掃描單元實(shí)現(xiàn)對(duì)窯筒體各個(gè)被檢測(cè)點(diǎn)紅外線輻射能量的信號(hào)采集,其設(shè)計(jì)方案和性能的優(yōu)劣決定了紅外測(cè)溫儀的性能。由于回轉(zhuǎn)窯是軸向固定的回轉(zhuǎn)體,其測(cè)溫裝置需要沿回轉(zhuǎn)窯的軸向進(jìn)行線性溫度檢測(cè),通過(guò)回轉(zhuǎn)窯的自轉(zhuǎn)來(lái)完成對(duì)窯筒體的全面檢測(cè)。

2光電轉(zhuǎn)換單元。光電轉(zhuǎn)換單元是將光學(xué)掃描采集來(lái)的光能量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件,其轉(zhuǎn)換速度(即響應(yīng)時(shí)間)和對(duì)光譜的特性是影響測(cè)溫準(zhǔn)確度的主要因素。有些工況下要求光電轉(zhuǎn)換單元具有極短的響應(yīng)時(shí)間,比如窯轉(zhuǎn)速高,測(cè)溫范圍寬等。

1.2.2 掃描方式 紅外掃描測(cè)溫儀是采用對(duì)窯筒體進(jìn)行軸向線性掃描的方式進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)的,線性掃描主要有以下4種方式:

1掃描機(jī)構(gòu)為步進(jìn)式結(jié)構(gòu),該掃描方式由于步進(jìn)式掃描存在速度慢、精度低和定位不準(zhǔn)確等問(wèn)題已被淘汰。

②掃描機(jī)構(gòu)按照一定的角度(一般為90°)通過(guò)計(jì)算機(jī)根據(jù)窯筒體的轉(zhuǎn)速計(jì)算后給定的運(yùn)行指令進(jìn)行有規(guī)律的往返運(yùn)動(dòng),這種掃描機(jī)構(gòu)適合窯筒體燒成帶的溫度監(jiān)測(cè),具有投資小、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

2電子掃描方式,該測(cè)量?jī)x具有技術(shù)上的局限性,制造成本過(guò)高,目前在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有應(yīng)用廠家。

1.2.3 光機(jī)式紅外掃描測(cè)溫儀 光機(jī)式紅外掃描測(cè)溫儀具有諸多的優(yōu)點(diǎn),其技術(shù)參數(shù)在使用上容易滿足目前回轉(zhuǎn)窯測(cè)溫的使用要求而得到廣泛的應(yīng)用。其技術(shù)參數(shù)如下:

1)掃描頻率:指光學(xué)反射鏡片的轉(zhuǎn)速,單位為 Hz。在南通項(xiàng)目為25HZ。

2)分辨率:

指掃描測(cè)溫儀的光學(xué)焦距,一般用L∶D來(lái)表示,即是掃描測(cè)溫儀與被測(cè)點(diǎn)的相對(duì)距離L與被測(cè)點(diǎn)所必需的直徑D的比例,比值越大,光學(xué)分辨率越高,越高的分辨率就能越早的發(fā)現(xiàn)窯筒體溫度的變化。

3)掃描點(diǎn)數(shù):

指掃描測(cè)溫儀以數(shù)字信號(hào)形式輸出時(shí),每一行所具有的溫度值數(shù),表示形式為n點(diǎn)/線。

4)響應(yīng)時(shí)間:

指測(cè)溫儀所選用的光電轉(zhuǎn)換器件輸出信號(hào)值從0到滿量程95%時(shí)所需要的時(shí)間,響應(yīng)時(shí)間決定掃描測(cè)溫儀的掃描頻率,用ms或μs表示。

二、紅外測(cè)溫技術(shù)在危廢行業(yè)中的應(yīng)用

紅外掃描測(cè)溫儀最先應(yīng)用在水泥行業(yè),水泥行業(yè)的回轉(zhuǎn)窯數(shù)量較多,而且發(fā)展的較早。隨著國(guó)家和社會(huì)對(duì)環(huán)保領(lǐng)域的要求越來(lái)越高,危廢處理行業(yè)發(fā)展迅猛,而固廢的焚燒處理是目前來(lái)看相對(duì)合理危害較小的一種處理手段。固廢焚燒裝置中,回轉(zhuǎn)窯是一個(gè)必備且關(guān)鍵的設(shè)備,屬于高溫設(shè)備,根據(jù)工況不同,窯內(nèi)的溫度高達(dá)1000℃以上,正常的工況下表面溫度也有100℃以上。窯內(nèi)部襯有一層約220mm厚的耐火材料,一般為耐火磚或是澆筑的耐火材料,外表層是20～30mm厚的鋼板保護(hù)層。窯在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)內(nèi)部耐火材料會(huì)逐漸被侵蝕,特別是固體危廢成分復(fù)雜,往往含有多種酸堿性物質(zhì),在燃燒時(shí)對(duì)耐火材料的腐蝕很嚴(yán)重,耐火材料有時(shí)會(huì)脫落和磨損變薄,一旦耐火材料侵蝕到一定程度或脫落時(shí),表面的鋼板直接暴露在火焰之中,窯外層鋼板溫度會(huì)迅速升高,長(zhǎng)時(shí)間高溫下運(yùn)行鋼板會(huì)軟化熔蝕,有釀成大事故的隱患,因此對(duì)窯表面溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變得十分關(guān)鍵。危廢焚燒回轉(zhuǎn)窯與水泥窯的結(jié)構(gòu)非常相似,所以焚燒轉(zhuǎn)窯采用與水泥窯相同的紅外掃描儀變得順理成章。

固廢回轉(zhuǎn)窯的運(yùn)轉(zhuǎn)速度相對(duì)水泥窯來(lái)說(shuō),轉(zhuǎn)速很慢,大約每分鐘1.5圈。最開(kāi)始采用的表面測(cè)溫方法是紅外非接觸式,通常的辦法是用紅外點(diǎn)測(cè)溫的形式進(jìn)行在線監(jiān)控。缺點(diǎn)是點(diǎn)測(cè)溫只能檢測(cè)回轉(zhuǎn)窯某一周圈上的窯表面溫度,在測(cè)量周以外區(qū)域無(wú)法進(jìn)行檢測(cè),固廢轉(zhuǎn)窯的長(zhǎng)度一般13～15米,所以很明顯點(diǎn)測(cè)溫的形式很難滿足監(jiān)控要求。而手持式的紅外測(cè)溫儀只能是用作巡檢的工具,不能具備在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并且花費(fèi)的人力成本較高。

本文介紹HGH公司的Kilnscan 23型紅外掃描儀在江蘇南通市固廢處理中心焚燒回轉(zhuǎn)窯上的應(yīng)用。

HGH公司KILNSCAN系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):

1延長(zhǎng)回轉(zhuǎn)窯壽命

2高分辨率診斷系統(tǒng)

3配套的操作軟件可長(zhǎng)時(shí)間地記錄和分析基本數(shù)據(jù)和用戶自定義的數(shù)據(jù),并以趨勢(shì)圖的形式呈現(xiàn)。

掃描儀安裝位置是正對(duì)窯體中部,距離窯表面7米,掃描儀與窯的首位夾角為90°,保證測(cè)量精準(zhǔn)度。

安裝位置以示圖

系統(tǒng)的主要不足之處就是全英文的軟件操作界面,對(duì)操作人員的要求較高,需要后期的一段時(shí)間的培訓(xùn)和熟悉可以進(jìn)行彌補(bǔ)。

該測(cè)溫設(shè)備從安裝調(diào)試到現(xiàn)在已經(jīng)投運(yùn)了近2年時(shí)間,基本處于免維護(hù),每日對(duì)其巡檢的項(xiàng)目基本上就是檢查內(nèi)部冷卻的壓縮空氣是否正常,掃描窗口外有無(wú)異物等目視檢查項(xiàng)目。

在設(shè)備調(diào)研過(guò)程中,也了解過(guò)另外的品牌,比如雷泰(Raytek)的MP150,惠州建磊科技的產(chǎn)品。

雷泰現(xiàn)已成為福祿克旗下的一個(gè)子品牌,其產(chǎn)品的配套軟件使用的是一個(gè)國(guó)產(chǎn)開(kāi)發(fā)的軟件,在使用的便利性方面體驗(yàn)不錯(cuò)。但是針對(duì)測(cè)量精度、使用維護(hù)方面考量的話,HGH的產(chǎn)品占優(yōu)勢(shì)。

而建磊科技的掃描儀在危廢領(lǐng)域的應(yīng)用客戶據(jù)廠家介紹是比較多,但實(shí)地考察和對(duì)比下來(lái),發(fā)現(xiàn)從產(chǎn)品數(shù)據(jù)和軟件使用方面來(lái)看,都不是很令人滿意。相信國(guó)產(chǎn)品牌的掃描儀經(jīng)過(guò)不懈努力的研發(fā),一定會(huì)趕上或是超過(guò)國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品。