煤气化炉炉壁非接触式测温技术

第4期王锦等.煤气化炉 炉壁非接触式测温技术349煤气化炉炉壁非接触式测温技术王锦门长贵(西北化工研究院,西安710061)摘要介绍煤气化炉炉壁非接触式测温技术的种类和原理,重点介绍非接触式红外热像仪在煤气化炉炉壁测温的应用。关键词煤气化炉 炉壁表面温度 非接触式红外热像仪 监测中图分类号TH811.2文献标识码B文章编号000-3932(2014)04 0349-04煤气化炉是煤气化装置中的关键设备之一一，- .波长进行亮度比较,也称单色辐射温度计。物为圆筒型钢制外壳的压力容器,内衬耐火材料,工.体在高温下会发光，也就具有一定的亮度。物体作时炉内温度高达1 300以上,压力3 ~ 8MPa。的亮度B,与其辐射强度E,成正比(即B、=为防止炉内衬砖缺陷而导致的炉砖局部脱落,或CE,C为比例系数),因此受热物体的亮度就能由于冲刷磨损致使部分炉砖变薄,引起钢制炉壳够反映物体的温度数值。通常先得到被测物体的局部温度过高而发生重大事故,需对气化炉表面亮度温度,然后转换为物体的真实温度。温度进行实时监测,用来判断气化炉的运行状态。光学高温计的缺点是:亮度平衡是由人工操表面温度超限(超过安全温度)可能出现在炉壳作完成的,其测量结果有主观误差,因此不能实现任意部位(实际上是一个很小的区域) ,所以对炉快速测量和自动记录,当被测温度低于800时,壁温度的全面监测就显得尤为重要。光学高温计对亮度无法进行平衡。非接触式温度测量仪表工作时,能够避免很1.3 光电高温计多由检测元件接触炉壁引起的测量问题。非接触光电高温计是在光学测温仪测量理论的基础式测温因操作简单、响应时间快、不会老化、漂移上发展而来的一种新型测温仪表,采用新型的光小、配置灵活及价格合理等优点被广泛应用。在电器件,自动进行平衡,达到连续测温的目的。光此,笔者主要介绍非接触式红外热像仪测温方法电测温仪用光敏原件代替人眼,实现了光电自动的工作原理、种类及其在煤气化炉炉壁测温中的测量,其特点是:灵敏度和准确度高;波长范围不工业应用。受限制,可见光与红外范围均可,测温下限可向低.1非接触式测温技术的种类和原理温扩展;响应时间短;便于自动测量和控制,自动1.1辐射温度计记录和远距离传送数据。全辐射温度计由辐射感温器、显示仪表和辅1.4比色高 温计助装置构成。接收到整个光谱范围内的总辐射功.比色高温计是通过测量热辐射体在两个以上率M。(T)后,根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律即可确波长的光谱辐射亮度之比来测量温度的。其特点定目标温度。实际仪器接收的是全部辐射能量的是:受烟雾灰尘的遮挡影响较小、误差小、准确度96% ,其测温误差为1%。全辐射测温仪灵敏度高、响应快,而且可用于观察小目标(最小可到较低,受被测物体发射率e的影响很大，精度不2mm) ,与物体的真实温度很接近,- -般情况下所高,测温范围较窄。测结果不用校正“。1.2 光学高温计1.5 红外测温仪光学高温计是发展最早且应用最广的非接触红外测温心(界1日胡街湖?标的红外辐中国煤化工式温度计之一,它是利用受热物体的单色辐射强度随温度升高而增加的原理设计的,由于采用单YHCNMH G .收稿日期:2015259-4(梦改桶)350化工自动化及仪表第41卷射能量与温度成一定的函数关系设计的,由光学持式测温仪表,找出准确的温度异常位置。系统光电探测器信号放大器、信号处理及显示3.1目前气化炉壁温测量方式的弊端输出等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标目前采用的铠缆式测温电缆需要用螺栓固定红外辐射能量,视场大小由测温仪的光学零件及在气化炉壁表面,很容易因安装问题影响测量效其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转果,如线缆与气化炉贴合得不够紧密,或线缆过度换为相应的电信号,再经放大器和信号处理电路,弯曲及施工冲击可能造成线缆内部热敏材料的损按照仪器内置算法,以目标发射率校正和环境温伤等。并且测温电缆仅能反映出敷设路径中的最度补偿后转换为被测目标的温度值。高温度,并不能反映敷设路径中的具体位置,因而目标][制冷器无法确定准确的超温报警点。如果需要确定超温光学成像扫描系统一[红外探测器]前置放大点,还需要人工采用手持式测温仪去现场找出准显示记录H信号处理转换确位置,增加了操作的危险性。从检修方面考虑，铠缆式热偶一般都有几十米甚至上百米,如果出图1红外测温仪 系统的组成现故障只能将整根热偶全部更换,费时费力,代价2非 接触式测温技术的现状过高,更换安装的过程也较为复杂。非接触式测温技术在产品质量控制和监测,3.2红外热像仪的优点设备在线故障诊断、安全保护及节约能源等方面鉴于常规铠缆式热偶的缺陷,笔者采用红外发挥着重要作用。近年来,非接触红外测温仪的热像仪测量煤气炉壁温度。一般红外热像仪的测性能不断完善，功能不断增强,其品种不断增多,温范围在-40~2000C(不同型号的热像仪测温适用范围也不断扩大,市场占有率逐年增长。与范围不同),测量精度也在可以接受的范围(1%接触式测温相比,非接触式测温具有响应时间快、~2%),工作温度-15 ~50C ,最小焦距0.4m,基非接触、使用安全及寿命长等优点。本能满足气化炉筒体周围框架上安装的要求。非接触式红外测温技术已发展到可对有热变与常规铠缆式表面测温电缆相比,红外热像化表面进行扫描测温,确定其温度分布图像,迅速仪具有以下优点:检测出隐藏的温差,即红外热像仪技术。红外热a.安装布置灵活,不用直接接触气化炉炉壁像仪利用红外探测器和光学成像物镜接收被测目表面,避免了气化炉本体振动对测温精度的影响，标的红外辐射能量分布图形,并反映到红外探测以及在气化炉或周围设备检修操作时无意识的冲器的光敏元件上,从而获得红外热像图,这种热像击和碰撞对测温设备造成损伤,使设备具有很高图与物体表面的热分布场相对应,不同颜色代表的可靠性。被测物体的不同温度。b.红外热像仪自身元器件的可靠性远高于3非接触式测温技术应用的可行性直接接触测温的热电偶,高可靠性是红外热像仪煤气化技术在国内煤化工行业的应用8益广相对于常规表面热电偶最明显的优势。泛,目前煤气化炉炉壁温度的测量方式采用热敏C.可以实时显示气化炉炉壁任意- - 点的温电阻模拟测量系统、热电偶模拟测量系统和熔盐度、炉壁表面整体的温度及其变化情况,红外热像式开关测量系统,这些温度测量元件都是用铠缆仪还可以快速定位高温位置,方便查找超温原因，式,分别把热敏电阻、热电偶和导线用绝缘物质外及早排除故障。包以不锈钢拉成φ3~5mm的铠缆,用专用螺栓和d.实现了在线检修维护,过程简单且方便快压板缠绕固定于炉体和拱顶,远传至控制室显示捷[2),避免了人身伤害。并报警。热电阻和热电偶可测量平均温度或最高4非接触式 测温技术的应用温度;熔盐式开关测量系统工作时,在达到某一温成套红外热像仪由带有工业防爆装置的红外度时熔盐熔化,形成导电状态而在控制室报警,当热像仪、现场接线箱、现场电源板、控制室内标准温度下降后恢复原状。一般采用铠缆式的方法测机柜、控制中国煤化工及其软件组.量平均温度或最高温度,首先通过远传式测温元成)。目前MHCNMH(量装置上的件,在控制室找出表面温度异常的区域,然后用手红外热像仪，测重池围∪~2 wwuL,防爆等级Ex376化工自动化及仪表第41卷入式(17)中可得V_的变化范围为50 ~ 540mV。电源直接取自两线制远传输出端子,电压范围宽。完全包含了V。的输出电压100~500mV,可实现笔者设计的SHTRM多路铂电阻温度远传监测仪量程范围内的任一点上限报警。因篇幅所限,报已在水泥及陶瓷等多个行业得到广泛应用。警回差参数不作分析。参考文献4结束语笔者的设计方案线性化精度高,测量0 ~[1]王 长友.铂电阻数字测温仪表的最佳设计方案[J].150C的最大相对误差可达0.028%,相同方法测大连交通大学学报,2007 ,28(4) :46 ~ 50.量0~ 850C最大相对误差可控制在0.5%之内;[2]杨新华. 基于铂电阻的高精度温度检测电路[J].化明确了各个量程段最佳线性化参数的求解方法，工自动化及仪表,2004 ,31(6) :82.可应用于任意量程;消除了导线电阻引起测量误[3]顾文照.运放滞回比较电路在差动式温度控制中的差的可能性;不但可自动完成温度高值选择、显应用研究[J].数据采集与处理，1994 ,9(4):278~284.示、报警、变送,也可手动按键选择测量通道;工作Design of Temperature' s Long-distance TransmittingMonitor with SHTRM Multi-channel Platinum ResistorZHANG Chun-guang, W ANG Chang-you , ZHANG Li-fang( School of Electrical Information , Dalian Jjiaotong University , Dalian 116028 , China)Abstract The monitor with platinum resistor was designed to monitor four-way temperature signals simultane-ously , and to display the signal of the highest temperature in situ and to output the upper limit, as well as toconvert the highest signal into a 4 ~ 20mA( DC) signal and then has it transmitted to the computer monitoringsystem. Both optimum linear parameters at 0 to 150C and the method to calculate the maximum nonlinear errorwere introduced ，including the schematic diagram , design idea and the parameter calculation method for the in-strument with three-wire conductor resistance compensation. This design has high reference and application val-ue because of the simple and compact structure , convenient debugging, high linearization accuracy , low designcost and less maintenance.Key words multi-channel temperature transmitter , platinum thermistor , linearization compensation , three-wiresystem●( Continued from Page 351 )Abstract The non-contact technologies and their principles of measuring gasifier wall' s temperature were in-troduced , and the attention was directed to the application of non-contact infrared thermometer.Key words gasifier , wall surface temperature ,non-contact infrared thermometer , monitoring( Continued from Page 361 )PID contoller combined with both neural network and fuzzy control to overcome traditional PID contoller' sweaknesses and to adjust parameters automatically and constantly. The simulation results prove its better robust-ness and applicability.中国煤化工Key words high-frequency induction heating power , fuzy RBF netwdulation ,PIDTYHCNMHGparameter setting