王建明，武良辰，李頤欣，黃先佑，陳 河，劉桂林

(1.攀鋼集團(tuán)西昌鋼釩有限公司煉鐵廠，四川 西昌 615032；2.南京滬友冶金機(jī)制制造有限公司，江蘇 南京 211222；3.攀鋼集團(tuán)研究院有限公司，四川 攀枝花 617000)

焦?fàn)t熱工制度中，常用“九溫五壓”參數(shù)衡量焦?fàn)t溫度及壓力管控水平。焦?fàn)t直行溫度屬最核心的溫度參數(shù)之一，傳統(tǒng)測(cè)焦?fàn)t直行溫度利用紅外線測(cè)溫儀每隔4 h人工測(cè)量1次，測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)儲(chǔ)存在測(cè)溫儀中，測(cè)溫后再將溫度值導(dǎo)入測(cè)溫軟件中，完成溫度系數(shù)計(jì)算，生成溫度報(bào)表。因該方法是依靠人工方式測(cè)量，受測(cè)溫速度、測(cè)量準(zhǔn)確性及測(cè)溫時(shí)間長(zhǎng)短等個(gè)體差異，不能消除人為和環(huán)境等因素影響，不利于焦炭成熟均勻性判斷和降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度。隨著技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)測(cè)溫技術(shù)在焦化行業(yè)得到快速發(fā)展，自動(dòng)測(cè)溫技術(shù)已在不少企業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用，在熱工制度優(yōu)化和降低能耗等方面取得良好的效果。馬鋼煤焦化公司[1]采用紅外自動(dòng)測(cè)溫系統(tǒng)對(duì)7.63 m頂裝焦?fàn)t立火道溫度進(jìn)行測(cè)量，達(dá)到了優(yōu)化焦?fàn)t加熱制度的目的。柳州鋼鐵股份有限公司焦化廠[2]采用自動(dòng)測(cè)溫技術(shù)對(duì)焦?fàn)t直行溫度進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，優(yōu)化了加熱制度，降低了能耗。山西太鋼不銹鋼股份有限公司焦化廠[3]采用智能黑體測(cè)溫儀測(cè)量7.63 m焦?fàn)t代表火道的溫度，避免了生焦及局部過(guò)火現(xiàn)象的出現(xiàn)。

為滿足焦?fàn)t直行溫度智能化一體管控要求，特別是實(shí)現(xiàn)測(cè)溫準(zhǔn)確性、高效性、實(shí)用性和降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度的目標(biāo)，開(kāi)發(fā)了適應(yīng)焦?fàn)t特性的移動(dòng)式熱成像直行溫度自動(dòng)測(cè)量技術(shù)，本技術(shù)2020年6月投用后，已連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行20個(gè)月，對(duì)改善焦?fàn)t熱工制度、降低焦?fàn)t能耗和職工勞動(dòng)強(qiáng)度等方面發(fā)揮來(lái)了積極作用，項(xiàng)目整體達(dá)到預(yù)期功能。

1 國(guó)內(nèi)測(cè)直行溫度技術(shù)現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)測(cè)量焦?fàn)t直行溫度技術(shù)主要有“人工紅外線測(cè)量、固定式紅外線測(cè)溫和移動(dòng)式熱成像測(cè)溫”三種技術(shù)。三個(gè)技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，比較見(jiàn)表1。

表1 國(guó)內(nèi)三種主要測(cè)溫技術(shù)比較

三種技術(shù)路線比較：移動(dòng)式熱成像儀技術(shù)，具有“人工紅外線”測(cè)溫工藝操作簡(jiǎn)單、設(shè)備故障率優(yōu)勢(shì)，也具有“固定式紅外線”測(cè)溫技術(shù)的工藝投資低、自動(dòng)測(cè)溫優(yōu)勢(shì)；同時(shí)“移動(dòng)式熱成像”測(cè)溫技術(shù)是測(cè)量立火道內(nèi)燈頭磚和鼻梁磚區(qū)域最高溫度點(diǎn)，是傳統(tǒng)固定測(cè)溫點(diǎn)位置的技術(shù)升級(jí)，更能反饋焦?fàn)t立火道內(nèi)真實(shí)溫度值，從測(cè)溫準(zhǔn)確性、高效性、實(shí)用性和降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度等方面綜合評(píng)估，移動(dòng)式熱成像技術(shù)實(shí)用性更好。

2 移動(dòng)式熱成像技術(shù)特點(diǎn)

移動(dòng)式熱成像自動(dòng)測(cè)直行溫度技術(shù)，主要包括測(cè)溫軟件、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸、溫度數(shù)據(jù)處置軟件及配套硬件設(shè)施組成，核心技術(shù)包括自動(dòng)打開(kāi)和關(guān)閉立火道蓋技術(shù)、熱成像模型開(kāi)發(fā)，溫度數(shù)據(jù)處置軟件；具有自動(dòng)生成單孔溫度曲線、全爐溫度曲線、日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、數(shù)據(jù)預(yù)警、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)下載及預(yù)留接口等功能。

2.1 熱成像技術(shù)原理

利用成熟的熱成像技術(shù)基本原理，測(cè)溫過(guò)程中，掃描立火道內(nèi)燈頭磚和鼻梁磚燃燒斷面，測(cè)量整個(gè)煤氣燃燒區(qū)域的溫度，并構(gòu)建溫度場(chǎng)曲線。

為確保熱成像裝置所測(cè)溫度能反應(yīng)立火道內(nèi)真實(shí)溫度值，前期需構(gòu)建熱成像測(cè)溫值及人工測(cè)溫值對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，借助數(shù)據(jù)分析軟件系統(tǒng)，完成熱成像溫度轉(zhuǎn)化模型構(gòu)建，再利用焦?fàn)t直行立火道冷卻溫度智能在線校正模型，將所測(cè)的溫度換算成煤氣換向20 s后的實(shí)際溫度值。

2.2 自動(dòng)開(kāi)蓋及關(guān)蓋技術(shù)

焦?fàn)t直行溫度測(cè)量過(guò)程中，傳統(tǒng)方式是“手動(dòng)開(kāi)蓋+手動(dòng)測(cè)溫+手動(dòng)關(guān)蓋”方式，先打開(kāi)5～6個(gè)立火道看火蓋，測(cè)下降流量立火道內(nèi)燈頭磚與鼻梁磚中間位置溫度，借助不同立火道測(cè)溫前后時(shí)間差，將待測(cè)立火道內(nèi)殘余煙氣放散后再人工測(cè)量，測(cè)量完畢后再人工關(guān)蓋。

自動(dòng)開(kāi)蓋及關(guān)蓋技術(shù)是模擬人工測(cè)溫過(guò)程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)“快捷開(kāi)蓋+自動(dòng)測(cè)溫+自動(dòng)關(guān)蓋”測(cè)溫流程，為此開(kāi)發(fā)了一款適用于焦?fàn)t移動(dòng)式測(cè)溫的專用看火孔蓋，開(kāi)蓋裝置安裝在裝煤車上或?qū)Ｓ迷O(shè)備上，裝煤車測(cè)溫行走過(guò)程中，依靠開(kāi)蓋裝置或?qū)Ｓ迷O(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)蓋，完成自動(dòng)測(cè)溫后，再利用看火孔蓋上的彈簧機(jī)構(gòu)，并借助看火孔蓋自身的重力作用，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)蓋。

圖1 新型看火孔蓋及座組合圖

圖2 新型看火孔蓋

2.3 焦?fàn)t直行溫度冷卻值智能在線校正技術(shù)

每次焦?fàn)t加熱用煤氣完成交換后，原上升氣流(煤氣燃燒)變成下降氣流(廢氣外排)，原下降氣流(廢氣外排)則變成上升流量(煤氣燃燒)，利用焦?fàn)t立火道每20 min或30 min定期分時(shí)間段燃燒技術(shù)，確保焦?fàn)t爐體溫度更均勻。

焦?fàn)t直行溫度是測(cè)煤氣燃燒氣流下降立火道的溫度，因立火道內(nèi)無(wú)煤氣燃燒，故立火道內(nèi)溫度呈下降趨勢(shì)，裝煤車在不同運(yùn)行速度下(邊運(yùn)行邊測(cè)溫)，焦?fàn)t直行立火道測(cè)溫時(shí)間點(diǎn)有差異，直行不同立火道冷卻溫度校正值不一致，需利用立火道冷卻溫度曲線，換算成煤氣換向后20 s時(shí)刻的同一溫度值，以真實(shí)反饋全爐直行各立火道在同一時(shí)刻溫度，利于查找直行不同立火道溫度差異。為此，焦?fàn)t不同直行立火道溫度冷卻值智能校正技術(shù)極為重要。

移動(dòng)式熱成像自動(dòng)測(cè)溫技術(shù)，其單孔立火道的測(cè)溫時(shí)間點(diǎn)與裝煤車運(yùn)動(dòng)速度(即測(cè)溫速度)有關(guān)，為保障測(cè)溫的準(zhǔn)確性，裝煤車移動(dòng)速度控制在20 m/min≤V≤30 m/min較合理，確保在4～5 min內(nèi)可完成單爐直行溫度的測(cè)量。

(1)立火道標(biāo)準(zhǔn)冷卻溫度曲線繪制

為實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t直行各立火道冷卻溫度值與測(cè)溫時(shí)間點(diǎn)相匹配，不宜采用傳統(tǒng)的“分段+固定值”校正工藝，需繪制機(jī)/焦兩側(cè)直行立火道標(biāo)準(zhǔn)冷卻溫度曲線T(t)。

裝煤車運(yùn)行速度分別按20 m/min、25 m/min及30 m/min測(cè)算，相鄰直行立火道間距1.5 m，相鄰直行立火道測(cè)溫間隔時(shí)間分別為4.5 s、3.6 s、3.0 s，分別按3個(gè)時(shí)間間隔，則同直行立火道可繪制成3條標(biāo)準(zhǔn)冷卻曲線。

按焦?fàn)t通用管理規(guī)程，每個(gè)燃燒室機(jī)/焦兩側(cè)標(biāo)準(zhǔn)直行立火道選取符合對(duì)稱原則。如燃燒室橫排為34個(gè)立火道，則可選擇機(jī)側(cè)7眼、焦側(cè)28眼立火道為標(biāo)準(zhǔn)直行立火道；直行立火道冷卻曲線測(cè)溫過(guò)程中，選取相鄰炭化室處于結(jié)焦中后期較優(yōu)，并保持焦?fàn)t熱工制度及生產(chǎn)節(jié)奏正常。

按公式T (t)=f(t)+a繪制冷卻曲線，其中f(t)為溫度t的多次函數(shù)，a為校驗(yàn)參數(shù)。焦?fàn)t加熱用煤氣換向20 s后測(cè)量第1次，基本測(cè)量方法，如表2所示。

表2 繪制某個(gè)直行立火道標(biāo)準(zhǔn)冷卻曲線的測(cè)溫時(shí)間點(diǎn)

備注：n為單座焦?fàn)t炭化室個(gè)數(shù)，則n+1為單座焦?fàn)t燃燒室個(gè)數(shù)，焦?fàn)t機(jī)/焦兩側(cè)對(duì)應(yīng)各有n+1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)直行立火道。

按表2方法，測(cè)量每孔燃燒室機(jī)/焦兩側(cè)選取的標(biāo)準(zhǔn)立火道，多次重復(fù)測(cè)量后，通過(guò)曲線擬合，最終機(jī)/焦兩側(cè)標(biāo)準(zhǔn)直行立火道溫度可分別擬合成3條冷卻曲線。

重復(fù)上述操作，則可完成全爐機(jī)/焦兩側(cè)標(biāo)準(zhǔn)直行立火道標(biāo)準(zhǔn)冷卻曲線擬合，如西昌鋼釩2×60孔7.0 m頂裝焦?fàn)t，則單座焦?fàn)t61孔燃燒室，對(duì)應(yīng)機(jī)/焦兩側(cè)直行立火道各61個(gè)，按3種不同運(yùn)行速度，機(jī)/焦兩側(cè)122個(gè)直行立火道，共366條冷卻曲線。

如焦?fàn)t熱工制度、周轉(zhuǎn)時(shí)間及加熱用煤氣種類等發(fā)生重大改變后，需重新測(cè)量全爐機(jī)/焦兩側(cè)標(biāo)準(zhǔn)立火道冷卻曲線。

(2)直行立火道冷卻溫度值確定

利用上表2數(shù)據(jù)，可測(cè)繪出3種不同運(yùn)行速度模式下，全爐機(jī)/焦兩側(cè)直行立火道冷卻曲線，每次測(cè)量與第1次測(cè)量的溫度差，記錄為△ti，對(duì)應(yīng)的冷卻溫度值如下：

根據(jù)表3，可計(jì)算不同測(cè)溫速度下，某立火道在不同時(shí)間點(diǎn)的冷卻溫度值，重復(fù)操作即可確定全爐機(jī)/焦兩側(cè)直行立火道冷卻溫度值，構(gòu)建數(shù)據(jù)系統(tǒng)，為直行自動(dòng)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)處理模塊提供數(shù)據(jù)支撐。

表3 某個(gè)直行立火道溫度校正值對(duì)應(yīng)表

(3)自動(dòng)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)處理模塊

在直行自動(dòng)測(cè)溫系統(tǒng)軟件中開(kāi)發(fā)冷卻溫度值校正模塊，模塊包括3種不同運(yùn)行速度下的冷卻溫度值作為補(bǔ)償值。測(cè)直行溫度前，優(yōu)先選擇運(yùn)行速度模式，再進(jìn)行測(cè)量。

將要測(cè)量的直行立火道序號(hào)標(biāo)識(shí)為1、2、3、……、x、x+1、……、n，按上表3，在不同運(yùn)行速度下，則可查找對(duì)應(yīng)機(jī)/焦兩側(cè)直行立火道冷卻溫度值，利用自動(dòng)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)處置模塊實(shí)現(xiàn)某個(gè)直行立火道溫度輸出，x號(hào)直行立火道最終溫度數(shù)據(jù)為：

運(yùn)行速度20 m/min時(shí)：TX=T測(cè)+△tx；△tx=T(1,1)-T(1,x)

運(yùn)行速度25 m/min時(shí)：TX=T測(cè)+△tx；△tx=T(2,1)-T(2,x)

運(yùn)行速度30 m/min時(shí)：TX=T測(cè)+△tx；△tx=T(3,1)-T(3,x)

依次處置，即可實(shí)現(xiàn)獲得每個(gè)直行立火道溫度最終值，并通過(guò)溫度編制軟件系統(tǒng)完成全爐溫度數(shù)據(jù)分析。

3 運(yùn)用效果

該移動(dòng)式熱成像測(cè)溫系統(tǒng)在西昌鋼釩2×60孔7.0 m頂裝焦?fàn)t投運(yùn)后，整體運(yùn)行平穩(wěn)。按人工測(cè)溫2次，自動(dòng)測(cè)溫6次，即“2+6”方式，構(gòu)建了人工測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)與自動(dòng)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)系統(tǒng)。

3.1 人工測(cè)量與自動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)比對(duì)

2020.06～2021.03期間，人工與自動(dòng)測(cè)直行溫度的差異性比對(duì)，見(jiàn)表4。

表4 2020.06～2021.03人工與自動(dòng)測(cè)機(jī)/焦兩側(cè)直行平均溫度統(tǒng)計(jì)表 單位:℃

表4分析：移動(dòng)式熱成像技術(shù)整體運(yùn)行穩(wěn)定，測(cè)量誤差均在可控范圍內(nèi)，滿足工藝要求。因熱成像測(cè)量立火道內(nèi)“燈頭磚+鼻梁磚平面”區(qū)域最高溫度點(diǎn)；同時(shí)冷卻溫度(即補(bǔ)償溫度)與測(cè)溫速度有關(guān)，每個(gè)直行立火道校正溫度均有差異，并可利用數(shù)據(jù)處理模塊實(shí)現(xiàn)在線動(dòng)態(tài)校正，更趨于反饋焦?fàn)t直行立火道內(nèi)燃燒狀況，故移動(dòng)式熱成像較焦?fàn)t的標(biāo)準(zhǔn)溫度高6～11 ℃，較人工測(cè)溫高2～5 ℃。

3.2 降低噸焦耗熱量

人工紅外線測(cè)溫方式是測(cè)立火道內(nèi)燈頭磚和鼻梁磚中間位置的溫度值，且直行冷卻溫度校正值是按立火道區(qū)域分段固定值校正方式，受人工測(cè)溫速度、測(cè)溫點(diǎn)位置偏移等影響，實(shí)際上立火道的校正值不能真實(shí)反饋實(shí)際下降溫度值。如60孔炭化室(61個(gè)直行立火道)，常設(shè)置3個(gè)不同的溫度校正值，其中1-20直行立火道確定一個(gè)校正溫度值，21-40直行立火道確定另一個(gè)校正溫度值，41-61直行立火道再確定一個(gè)校正溫度值。

移動(dòng)式熱成像自動(dòng)測(cè)溫技術(shù)，是測(cè)量直行立火道內(nèi)“燈頭磚+鼻梁磚平面”區(qū)域內(nèi)最高溫度點(diǎn)，利用溫度軟件系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)溫度在線動(dòng)態(tài)校正，更能反饋立火道內(nèi)真實(shí)溫度值。

因人工紅外線測(cè)溫和移動(dòng)式熱成像自動(dòng)測(cè)溫技術(shù)二者在測(cè)溫原理、直行校正溫度差異性影響，移動(dòng)式測(cè)溫更接近煤氣交換后20 s的真實(shí)溫度，故移動(dòng)式在線校正技術(shù)整體較人工測(cè)量溫度高2～5 ℃，可通過(guò)下調(diào)標(biāo)準(zhǔn)溫度5～10 ℃，減少加熱煤氣消耗量，實(shí)現(xiàn)降低能耗目標(biāo)。西昌鋼釩2×60孔7.0 m頂裝焦?fàn)t周轉(zhuǎn)時(shí)間23 h時(shí)，機(jī)/焦側(cè)標(biāo)準(zhǔn)溫度由1270 ℃/1310 ℃降至1265 ℃/1305 ℃，噸焦耗熱量由4.06 GJ降至4.03 GJ，噸焦能耗下降0.03 GJ，年節(jié)約煤氣消耗約4.4萬(wàn)GJ。

4 結(jié)論

移動(dòng)式熱成像測(cè)直行溫度技術(shù)整體滿足工藝要求，且具有可靠性高、故障率低、投資省及降低焦?fàn)t能耗等優(yōu)勢(shì)。移動(dòng)式熱成像自動(dòng)測(cè)溫技術(shù)測(cè)量直行立火道內(nèi)“燈頭磚+鼻梁磚平面”區(qū)域內(nèi)最高溫度點(diǎn)，利用在線智能校正冷卻溫度技術(shù)，更能真實(shí)反饋焦?fàn)t直行立火道內(nèi)燃燒狀況。因此，在同一熱工制度及生產(chǎn)工藝穩(wěn)定下，移動(dòng)式熱成像較標(biāo)準(zhǔn)溫度高6～11 ℃，較人工測(cè)溫高2～5 ℃，通過(guò)下調(diào)焦?fàn)t標(biāo)準(zhǔn)溫度5～10 ℃方式，降低煤氣消耗。