紅外掃描測溫儀在危廢行業的應用

張松松

南通新嘉環保科技有限公司 江蘇 南通 226010

在現代的工業生產和日常生活當中,溫度的測量約占各類檢測總量的50%以上,而且對溫度測量的準確性和響應快速性方面的要求越來越高,因此加強溫度測量工具/儀器的研究和因公具重要的現實意義。

紅外測溫技術有著多種獨特的優勢,比如使用方便、響應快速、測量準確、非接觸方式、無損測量、維護簡單等。在產品質量控制和檢測,設備在線故障診斷和測量,節約能源、安全保護、生物表面測溫等方面發揮著重要作用,廣泛運用于石化、冶金、電力、危廢處理、水泥、交通等行業。

紅外測溫技術的發展對運動目標以及特殊工況下的工業環境無損測溫有著明顯的優勢。分析和對比當前市面上具有代表性的紅外測溫儀器的使用特點:本文介紹了紅外掃描測溫儀在危廢處理行業中轉窯爐表面溫度測量。分析了提高紅外掃描測溫儀器抗干擾的能力及測量精度,紅外測溫技術有著更加靈活的運用。

一、紅外測溫技術的原理

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的零度。組成這些物體的分子和原子不停進行熱運動,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的七個波段。當分子和原子的運動越激烈,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 紅外掃描測溫儀主要由光學掃描單元、光電轉換單元、信號處理單元及數據傳輸單元等組成。

1光學掃描單元。光學掃描單元實現對窯筒體各個被檢測點紅外線輻射能量的信號采集,其設計方案和性能的優劣決定了紅外測溫儀的性能。由于回轉窯是軸向固定的回轉體,其測溫裝置需要沿回轉窯的軸向進行線性溫度檢測,通過回轉窯的自轉來完成對窯筒體的全面檢測。

2光電轉換單元。光電轉換單元是將光學掃描采集來的光能量轉換成電信號的器件,其轉換速度(即響應時間)和對光譜的特性是影響測溫準確度的主要因素。有些工況下要求光電轉換單元具有極短的響應時間,比如窯轉速高,測溫范圍寬等。

1.2.2 掃描方式 紅外掃描測溫儀是采用對窯筒體進行軸向線性掃描的方式進行溫度監測的,線性掃描主要有以下4種方式:

1掃描機構為步進式結構,該掃描方式由于步進式掃描存在速度慢、精度低和定位不準確等問題已被淘汰。

②掃描機構按照一定的角度(一般為90°)通過計算機根據窯筒體的轉速計算后給定的運行指令進行有規律的往返運動,這種掃描機構適合窯筒體燒成帶的溫度監測,具有投資小、維護方便等優點。

2電子掃描方式,該測量儀具有技術上的局限性,制造成本過高,目前在國內還沒有應用廠家。

1.2.3 光機式紅外掃描測溫儀 光機式紅外掃描測溫儀具有諸多的優點,其技術參數在使用上容易滿足目前回轉窯測溫的使用要求而得到廣泛的應用。其技術參數如下:

1)掃描頻率:指光學反射鏡片的轉速,單位為 Hz。在南通項目為25HZ。

2)分辨率:

指掃描測溫儀的光學焦距,一般用L∶D來表示,即是掃描測溫儀與被測點的相對距離L與被測點所必需的直徑D的比例,比值越大,光學分辨率越高,越高的分辨率就能越早的發現窯筒體溫度的變化。

3)掃描點數:

指掃描測溫儀以數字信號形式輸出時,每一行所具有的溫度值數,表示形式為n點/線。

4)響應時間:

指測溫儀所選用的光電轉換器件輸出信號值從0到滿量程95%時所需要的時間,響應時間決定掃描測溫儀的掃描頻率,用ms或μs表示。

二、紅外測溫技術在危廢行業中的應用

紅外掃描測溫儀最先應用在水泥行業,水泥行業的回轉窯數量較多,而且發展的較早。隨著國家和社會對環保領域的要求越來越高,危廢處理行業發展迅猛,而固廢的焚燒處理是目前來看相對合理危害較小的一種處理手段。固廢焚燒裝置中,回轉窯是一個必備且關鍵的設備,屬于高溫設備,根據工況不同,窯內的溫度高達1000℃以上,正常的工況下表面溫度也有100℃以上。窯內部襯有一層約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厚的鋼板保護層。窯在運轉時內部耐火材料會逐漸被侵蝕,特別是固體危廢成分復雜,往往含有多種酸堿性物質,在燃燒時對耐火材料的腐蝕很嚴重,耐火材料有時會脫落和磨損變薄,一旦耐火材料侵蝕到一定程度或脫落時,表面的鋼板直接暴露在火焰之中,窯外層鋼板溫度會迅速升高,長時間高溫下運行鋼板會軟化熔蝕,有釀成大事故的隱患,因此對窯表面溫度進行實時監測變得十分關鍵。危廢焚燒回轉窯與水泥窯的結構非常相似,所以焚燒轉窯采用與水泥窯相同的紅外掃描儀變得順理成章。

固廢回轉窯的運轉速度相對水泥窯來說,轉速很慢,大約每分鐘1.5圈。最開始采用的表面測溫方法是紅外非接觸式,通常的辦法是用紅外點測溫的形式進行在線監控。缺點是點測溫只能檢測回轉窯某一周圈上的窯表面溫度,在測量周以外區域無法進行檢測,固廢轉窯的長度一般13～15米,所以很明顯點測溫的形式很難滿足監控要求。而手持式的紅外測溫儀只能是用作巡檢的工具,不能具備在線實時監測,并且花費的人力成本較高。

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窯上的應用。

HGH公司KILNSCAN系統具有以下優點:

1延長回轉窯壽命

2高分辨率診斷系統

3配套的操作軟件可長時間地記錄和分析基本數據和用戶自定義的數據,并以趨勢圖的形式呈現。

掃描儀安裝位置是正對窯體中部,距離窯表面7米,掃描儀與窯的首位夾角為90°,保證測量精準度。

安裝位置以示圖

系統的主要不足之處就是全英文的軟件操作界面,對操作人員的要求較高,需要后期的一段時間的培訓和熟悉可以進行彌補。

該測溫設備從安裝調試到現在已經投運了近2年時間,基本處于免維護,每日對其巡檢的項目基本上就是檢查內部冷卻的壓縮空氣是否正常,掃描窗口外有無異物等目視檢查項目。

在設備調研過程中,也了解過另外的品牌,比如雷泰(Raytek)的MP150,惠州建磊科技的產品。

雷泰現已成為福祿克旗下的一個子品牌,其產品的配套軟件使用的是一個國產開發的軟件,在使用的便利性方面體驗不錯。但是針對測量精度、使用維護方面考量的話,HGH的產品占優勢。

而建磊科技的掃描儀在危廢領域的應用客戶據廠家介紹是比較多,但實地考察和對比下來,發現從產品數據和軟件使用方面來看,都不是很令人滿意。相信國產品牌的掃描儀經過不懈努力的研發,一定會趕上或是超過國外進口產品。