张松松

南通新嘉环保科技有限公司 江苏 南通 226010

在现代的工业生产和日常生活当中,温度的测量约占各类检测总量的50%以上,而且对温度测量的准确性和响应快速性方面的要求越来越高,因此加强温度测量工具/仪器的研究和因公具重要的现实意义。

红外测温技术有着多种独特的优势,比如使用方便、响应快速、测量准确、非接触方式、无损测量、维护简单等。在产品质量控制和检测,设备在线故障诊断和测量,节约能源、安全保护、生物表面测温等方面发挥着重要作用,广泛运用于石化、冶金、电力、危废处理、水泥、交通等行业。

红外测温技术的发展对运动目标以及特殊工况下的工业环境无损测温有着明显的优势。分析和对比当前市面上具有代表性的红外测温仪器的使用特点:本文介绍了红外扫描测温仪在危废处理行业中转窑炉表面温度测量。分析了提高红外扫描测温仪器抗干扰的能力及测量精度,红外测温技术有着更加灵活的运用。

一、红外测温技术的原理

1.1 红外辐射的原理 红外辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射,自然界的一切物体的温度均高于绝对的零度。组成这些物体的分子和原子不停进行热运动,也就是不停的向周围空间辐射电磁波,电磁波包含红外线在内的七个波段。当分子和原子的运动越激烈,辐射的能力就越大,反之,辐射的能量越小。辐射能量的大小与物体表面的温度有着十分密切的关系。

1.2 红外扫描仪介绍

1.2.1 扫描仪工作原理 红外扫描测温仪主要由光学扫描单元、光电转换单元、信号处理单元及数据传输单元等组成。

1光学扫描单元。光学扫描单元实现对窑筒体各个被检测点红外线辐射能量的信号采集,其设计方案和性能的优劣决定了红外测温仪的性能。由于回转窑是轴向固定的回转体,其测温装置需要沿回转窑的轴向进行线性温度检测,通过回转窑的自转来完成对窑筒体的全面检测。

2光电转换单元。光电转换单元是将光学扫描采集来的光能量转换成电信号的器件,其转换速度(即响应时间)和对光谱的特性是影响测温准确度的主要因素。有些工况下要求光电转换单元具有极短的响应时间,比如窑转速高,测温范围宽等。

1.2.2 扫描方式 红外扫描测温仪是采用对窑筒体进行轴向线性扫描的方式进行温度监测的,线性扫描主要有以下4种方式:

1扫描机构为步进式结构,该扫描方式由于步进式扫描存在速度慢、精度低和定位不准确等问题已被淘汰。

②扫描机构按照一定的角度(一般为90°)通过计算机根据窑筒体的转速计算后给定的运行指令进行有规律的往返运动,这种扫描机构适合窑筒体烧成带的温度监测,具有投资小、维护方便等优点。

2电子扫描方式,该测量仪具有技术上的局限性,制造成本过高,目前在国内还没有应用厂家。

1.2.3 光机式红外扫描测温仪 光机式红外扫描测温仪具有诸多的优点,其技术参数在使用上容易满足目前回转窑测温的使用要求而得到广泛的应用。其技术参数如下:

1)扫描频率:指光学反射镜片的转速,单位为 Hz。在南通项目为25HZ。

2)分辨率:

指扫描测温仪的光学焦距,一般用L∶D来表示,即是扫描测温仪与被测点的相对距离L与被测点所必需的直径D的比例,比值越大,光学分辨率越高,越高的分辨率就能越早的发现窑筒体温度的变化。

3)扫描点数:

指扫描测温仪以数字信号形式输出时,每一行所具有的温度值数,表示形式为n点/线。

4)响应时间:

指测温仪所选用的光电转换器件输出信号值从0到满量程95%时所需要的时间,响应时间决定扫描测温仪的扫描频率,用ms或μs表示。

二、红外测温技术在危废行业中的应用

红外扫描测温仪最先应用在水泥行业,水泥行业的回转窑数量较多,而且发展的较早。随着国家和社会对环保领域的要求越来越高,危废处理行业发展迅猛,而固废的焚烧处理是目前来看相对合理危害较小的一种处理手段。固废焚烧装置中,回转窑是一个必备且关键的设备,属于高温设备,根据工况不同,窑内的温度高达1000℃以上,正常的工况下表面温度也有100℃以上。窑内部衬有一层约220mm厚的耐火材料,一般为耐火砖或是浇筑的耐火材料,外表层是20～30mm厚的钢板保护层。窑在运转时内部耐火材料会逐渐被侵蚀,特别是固体危废成分复杂,往往含有多种酸碱性物质,在燃烧时对耐火材料的腐蚀很严重,耐火材料有时会脱落和磨损变薄,一旦耐火材料侵蚀到一定程度或脱落时,表面的钢板直接暴露在火焰之中,窑外层钢板温度会迅速升高,长时间高温下运行钢板会软化熔蚀,有酿成大事故的隐患,因此对窑表面温度进行实时监测变得十分关键。危废焚烧回转窑与水泥窑的结构非常相似,所以焚烧转窑采用与水泥窑相同的红外扫描仪变得顺理成章。

固废回转窑的运转速度相对水泥窑来说,转速很慢,大约每分钟1.5圈。最开始采用的表面测温方法是红外非接触式,通常的办法是用红外点测温的形式进行在线监控。缺点是点测温只能检测回转窑某一周圈上的窑表面温度,在测量周以外区域无法进行检测,固废转窑的长度一般13～15米,所以很明显点测温的形式很难满足监控要求。而手持式的红外测温仪只能是用作巡检的工具,不能具备在线实时监测,并且花费的人力成本较高。

本文介绍HGH公司的Kilnscan 23型红外扫描仪在江苏南通市固废处理中心焚烧回转窑上的应用。

HGH公司KILNSCAN系统具有以下优点:

1延长回转窑寿命

2高分辨率诊断系统

3配套的操作软件可长时间地记录和分析基本数据和用户自定义的数据,并以趋势图的形式呈现。

扫描仪安装位置是正对窑体中部,距离窑表面7米,扫描仪与窑的首位夹角为90°,保证测量精准度。

安装位置以示图

系统的主要不足之处就是全英文的软件操作界面,对操作人员的要求较高,需要后期的一段时间的培训和熟悉可以进行弥补。

该测温设备从安装调试到现在已经投运了近2年时间,基本处于免维护,每日对其巡检的项目基本上就是检查内部冷却的压缩空气是否正常,扫描窗口外有无异物等目视检查项目。

在设备调研过程中,也了解过另外的品牌,比如雷泰(Raytek)的MP150,惠州建磊科技的产品。

雷泰现已成为福禄克旗下的一个子品牌,其产品的配套软件使用的是一个国产开发的软件,在使用的便利性方面体验不错。但是针对测量精度、使用维护方面考量的话,HGH的产品占优势。

而建磊科技的扫描仪在危废领域的应用客户据厂家介绍是比较多,但实地考察和对比下来,发现从产品数据和软件使用方面来看,都不是很令人满意。相信国产品牌的扫描仪经过不懈努力的研发,一定会赶上或是超过国外进口产品。