CN205119787U - 回转窑炉内温度测量*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种回转窑炉内温度测量***，其包括：回转窑炉外壁上的荧光涂层，激光发射器，荧光接收器，光谱仪，光电倍增管及图像传感器，和计算机主控单元，其中，激光发射器通过光纤与计算机主控单元相连；荧光接收器、光谱仪、光电倍增管及图像传感器、计算机主控单元通过光纤依次相连。本实用新型采用激光诱导荧光温度测量***，能够准确测量回转窑窑内物料的温度。

Description

回转窑炉内温度测量***

技术领域

本申请属于窑炉温度测量技术领域，涉及一种回转窑炉内温度测量***。

背景技术

回转窑是一种连续转动的高温窑炉，回转窑窑内各点温度检测的准确与否，对产物的质量产量、能源消耗、成本及设备安全运转起着决定性的作用。回转窑的转动特性给准确测量旋转窑体内的温度带来诸多不便。因此选择测量准确、可靠的回转窑测温***对回转窑炉内部温度的测定和控制是保证回转窑正常生产操作的重要手段。目前常用的温度仪尽管有的精度较高，如贝克曼温度计，QJ-85直流比较式测温电桥等，但结构复杂，使用起来十分麻烦，不方便，无法在回转窑炉内进行高温测量且温度信号传输十分复杂，更不能作为远距离传输监控，很难满足生产操作的要求。

在DCS主控室采用仪表连续检测回转窑各反应带物料的温度，不仅对了解回转窑内加热物料温度状况，改进工艺操作水平，提高熟料产品质量，降低燃料消耗，延长回转窑运转周期等具有重要作用，而且在实现回转窑自动化控制过程中也是必不可少的参数。

目前测量手段主要是袋式测温器，在需要测量物料温度的胴体部位，开一圆孔，将外包铜板、内嵌轻质耐火砖的袋体焊在胴体外壁上。轻质耐火砖及窑内衬之耐火砖通过加工修整使成为一个袋状空腔(俗称袋子)，用作盛放待测温度之物料，袋内***感温元件—热电偶。

袋体随回转窑旋转，当回转窑旋转使袋体处于窑胴体下部时，袋内即装满需要测量温度之物料。在回转窑继续转动的过程中，物料对热电偶加热，使热电偶迅速达到物料所具有的温度，并将此温度值变换为相应的电势毫伏值，经补偿导线、集电环、炭刷、输送导线送至回转窑头仪表屏上，由电子电位差计指示并记录出来。当回转窑旋转到使袋体处于窑胴体上部时，袋内已被测过温度之物料，即靠重力由袋内掉落，使袋子倒空，为袋体继续转至窑体下部装入新的待测温度之物料作好准备。按照这种装入物料—检测—倒空—重新装入物料的顺序周而复始，循环下去，即可连续检测出该反应带物料的温度。

经过一段时间运行后，由于块状物料挤卡在袋内或粉状物料在袋体内堆集粘结，将袋子堵死，妨碍了袋内物料的更新，致使检测无法进行。尤其是当窑的操作需要临时停窑，而这时袋体又恰巧处于窑胴体下部时，这种现象就更为严重。

一旦发生袋子堵死的故障，由于袋体是一整体，且焊死在胴体上，所以无法在窑外排除，必须等窑定期检修时进入窑内方能排除。

现有技术中公开了一种回转窑红外线扫描仪测温技术，利用红外线扫描仪接收窑皮发射的红外线，测量窑皮的温度，然后通过一定的换算公式将外皮温度转换为窑内的温度，可以间接了解窑内物料的情况。但该技术的间接测量方法滞后性比较大，通过推算的物料温度误差较大。

实用新型内容

本实用新型主要针对回转窑炉类似生产转动设备内部温度测量。回转窑炉生产操作的关键在于对温度的控制，温度控制范围一般为±25℃左右，如果温度太低，则各种物理化学反应进行得非常缓慢，难以达到回转窑炉操作效果；当反应温度超过回转窑炉设定温度时会带来产品变性，得不到所需要产品，而且装置能耗也会相应增加，温度过高对设备损耗程度较大，严重影响设备的使用寿命。只有测量好回转窑炉设备内部温度，才能实现对回转窑炉燃料量、窑速和排烟量的控制，满足生产的要求。

本实用新型提供一种回转窑炉内温度测量***，采用激光诱导荧光温度测量回转窑内部的温度，用于解决现有技术中对回转窑内部高温物料温度无法进行实时测量的问题，能够连续检测回转窑各反应带物料的温度。

所述温度测量***可以对回转窑炉内部位置进行温度测量，并可连接计算机***进行实时监测。

本实用新型的回转窑炉内温度测量***包括：回转窑炉外壁上的荧光涂层，激光发射器，荧光接收器，光谱仪，光电倍增管及图像传感器(CCD)，计算机主控单元，其中，激光发射器通过光纤与计算机主控单元相连；荧光接收器、光谱仪、光电倍增管及图像传感器、计算机主控单元通过光纤依次相连。

本实用新型的回转窑炉内温度测量***还包括数据采集卡数模转换传输***，通过数据采集卡数模转换传输***将光电倍增管及图像传感器的数据传输至计算机主控单元。

回转窑炉外壁上的荧光涂层指的是回转窑外壁涂有含有丁二烯高分子聚合物的荧光涂层，该涂层具有比较稳定的化学结构，对金属材料具有良好的粘结性，耐高温严寒，在-60-+200度温度范围状态下仍然能够保持很好的激发荧光能力。

激光器发射器可为ND:YAG激光发射器，激光器发射器的发射头采用可旋转设计，可以设置步进电机精确控制发射角度以控制所要监测的回转窑的温度控制点。

荧光接收器可为卡塞格林望远镜。光谱仪可为单色仪。

本激光测温***投用前，根据需要选取回转窑各部分位置点，设置炉内接触式热电偶对炉内温度测量，目的是对激光测温***进行标定，得到实测回转窑外壁温度与内部温度的对应关系，以便实际测量中获得回转窑的内部温度。其中，将信号传入测温主机，建立测温主机校正程序，通过实际的温度场参数建立***误差修正算法、设定的计算程序及数据修正公式等一系列方法保证激光诱导荧光探测技术间接测量回转窑的炉内温度的精度。

本发明的回转窑炉内温度测量步骤包括：

1)激光发射器采用三倍频355nm波长激发荧光涂层的反射波；

2)卡塞格林望远镜(接收口径200ram)***同轴接收回转窑荧光涂层的后向散射荧光信号；

3)光信号经光纤耦合入单色仪和CCD；

4)分光后由光电倍增管转换为电信号；

5)数据采集卡数模转换传输***将数据传输到计算机***；

6)计算机主控单元输出温度结果及反馈信号。

本实用新型采用激光诱导荧光温度测量回转窑内部的温度，原理如下：

由于回转窑的外部温度和内部温度有密切关系，因此通过测量外部温度间接测量内部温度是一个很好的方法。荧光是可发光物质分子吸收能量后从电子第一激发态最低振动能级回到它的电子基态时发射的光，荧光的产生及荧光强度的强弱与分子结构、温度场变化等参数紧密相关，即使在同一激发条件下，同一物质分子在不同的温度下具有不同的荧光效率。当一束紫外激光照射于一物体表面的荧光涂层即可诱发荧光，不同的温度下吸收的光能不同，其诱发的比入射光的波长长的出射光的强度有差异。分析计算的荧光强度和反射波长、荧光涂层吸光强度以及荧光物质的荧光效率，其反射波长、荧光涂层吸光强度与温度的变化关系呈线性相关。

由于激光测温是非接触式的，会存在着误差，影响误差的因素很多，除了仪器本身的因素外，还要考虑距离系数、目标尺寸、响应时间、环境因素等。

主要修正公式如下：

(1)辐射率是一个物体相对于黑体辐射能力大小的物理量，它除了与物体的材料形状、表面粗糙度、凹凸度等有关，还与测试的方向有关。若物体为光洁表面时，其方向性更为敏感。不同物质的辐射率是不同的，激光测温仪从物体上接收到辐射能量大小正比于它的辐射率。

辐射率的设定

根据基尔霍夫定理：物体表面的半球单色发射率(ε)等于它的半球单色吸收率(α)，ε＝α。在热平衡条件下，物体辐射功率等于它的吸收功率，即吸收率(α)、反射率(ρ)、透射率(γ)总和为1，即α+ρ+γ＝1。对于不透明的(或具有一定厚度)的物体透射率可视γ＝0，只有辐射和反射(α+ρ＝1)，当物体的辐射率越高，反射率就越小，背景和反射的影响就会越小，测试的准确性也就越高；反之，背景温度越高或反射率越高，对测试的影响就越大。由此可以看出，在实际的检测过程中必须注意不同物体和测温仪相对应的辐射率，对辐射率的设定要尽量准确，以减小所测温度的误差。

(2)环境温度的影响

设被测目标的温度为T1，环境温度为T2时，该目标单位面积表面发射的辐射能为而相应地被它所吸收辐射能为则该物体发出的净辐射能Q为：

$Q={\mathrm{A\ϵ\σT}}_1^4\_{\mathrm{A\α\σT}}_2^4$

式中，A—单位面积；

ε—物体的辐射率；

α—吸收率。

设被测物体的ε和α两者相等，简化上式可得：

$Q=A\mathrm{\ϵ}\mathrm{\σ}(T_1^4-T_2^4)$

表1提供了感受波长在(9-12μm)的测温仪在环境温度为270K-330K范围，对从300K-1000K目标温度进行测量时产生的能量误差(％)。由表中可以看出，随着环境温度的升高，产生的附加辐射影响就越大，测温的误差也就越大。

表1能量误差随目标温度计环境温度的变化曲线

本实用新型技术方案的有益效果

本实用新型分析了当前国内外回转窑窑内温度检测的现状；提出了一种全新的检测回转窑窑内温度的***，采用激光诱导荧光测温技术；该***对回转窑窑内温度的精确检测具有重要意义和实用价值。

本实用新型公开了一种回转窑温度检测***，用于解决现有技术中采用滑环及红外线扫描等对回转窑内部的温度检测方法存在着实施复杂，红外信号受高温烟气、微粉尘浓度、太阳辐射影响大而不稳定，易发生故障，测量误差大，数据传输困难等状况。针对回转窑的转动给准确测量旋转窑体内的温度带来诸多不便。创新使用了激光诱导荧光测温技术，通过数模转换技术将温度信号传输到DCS***，满足了工艺对产品反应温度的控制要求。

本实用新型的技术方案，镭射发射头采用可旋转设计，可以设置步进电机精确控制发射角度以控制所要监测的回转窑的温度控制点。不但可以实现远距离遥控测温而且节省了用地及安装费用。通过一定的计算公式进行温度校正从而准确测量回转窑窑内物料的温度，这样测得的温度与回转窑物料实际温度非常接近，提高了温度检测的精确度。同时可以调整监测回转窑不同的位置不同的测量点，可更好地对回转窑各个温度场进行监测。

附图说明

图1为根据本实用新型的回转窑炉内温度测量***的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对根据本实用新型的回转窑炉内温度测量***作进一步的说明。

图1为根据本实用新型的回转窑炉内温度测量***的示意图。

参照图1，回转窑炉10的内温度测量***包括：回转窑炉外壁上的荧光涂层1，激光发射器2，荧光接收器3，光谱仪5，光电倍增管及图像传感器6，计算机主控单元7，其中，激光发射器2通过光纤4与计算机主控单元7相连；荧光接收器3、光谱仪5、光电倍增管及图像传感器6、计算机主控单元7通过光纤4依次相连。

使用ND:YAG激光器，采用三倍频355nm波长激发，重复频率10Hz，脉冲宽度4ns，单次脉冲输出能量范围4～90mJ。卡塞格林望远镜(接收口径200ram)***同轴接收回转窑荧光涂层的后向散射荧光信号，经光纤耦合入单色仪，分光后由光电倍增管转换为电信号，步进波长为0.5nm.为减少激发光脉冲能量波动对测量结果的影响，取3次平均，由数据采集卡采集送PC机进行数据处理，得到荧光光谱信号。电路中采用PMT门控电路来抑制环境中日光、杂散光的影响。通常使光电倍增管处于关闭状态，激光发出后荧光到达前PMT开门准备接收荧光信号。另外还应用双脉冲触发技术消除背景光的影响。第一个脉冲在有荧光时打开PMT和数据采集卡，采集含荧光信号在内的光强信号，第二个脉冲在无激光时打开PMT和数据采集卡，采集背景光强信号。数据采集卡数模转换传输***将数据传输到计算机***，计算机主控单元输出温度结果及反馈信号。

本实用新型所涉及的回转窑炉内温度测量***可应用到煤化工、水泥行业、陶瓷行业、氟化工行业等使用回转窑设备温度测量。

Claims (7)

1.一种回转窑炉内温度测量***，其包括：回转窑炉外壁上的荧光涂层，激光发射器，荧光接收器，光谱仪，光电倍增管及图像传感器，计算机主控单元，其中，激光发射器通过光纤与计算机主控单元相连；荧光接收器、光谱仪、光电倍增管及图像传感器、计算机主控单元通过光纤依次相连。

2.根据权利要求1所述的回转窑炉内温度测量***，还包括数据采集卡数模转换传输***，通过数据采集卡数模转换传输***将光电倍增管及图像传感器的数据传输至计算机主控单元。

3.根据权利要求1所述的回转窑炉内温度测量***，其中，所述回转窑炉外壁上的荧光涂层为含有丁二烯高分子聚合物的荧光涂层。

4.根据权利要求1所述的回转窑炉内温度测量***，其中，所述激光器发射器为ND:YAG激光发射器。

5.根据权利要求4所述的回转窑炉内温度测量***，其中，所述激光器发射器的发射头采用可旋转设计。

6.根据权利要求1所述的回转窑炉内温度测量***，其中，所述荧光接收器为卡塞格林望远镜。

7.根据权利要求1所述的回转窑炉内温度测量***，其中，所述光谱仪为单色仪。