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紅外測溫儀案例 ETG－BJ030001

項目單位：某鋼鐵有限公司 儀器設備：Kleiber 315K

一、背景應用

焦化爐是延遲焦化裝置的核心設備，又稱煉焦爐，是用于煤煉焦的設備。是焦化技術中的關鍵。煤焦化技術的應用已有200多年的歷 史，其爐子的結構形式經歷了許多變化。初期煉焦仿造燒木炭的過程 采用成堆干餾。18世紀中期，開始演變成磚砌的半封閉式長窯爐。

1763年開始采用全封閉式圓窯即蜂窩爐。成堆干餾和窯爐干餾共同的特點是內部加熱，即炭化和燃燒在一起，靠燃燒一部分煤和干餾煤 氣直接加熱其余的煤而干餾成焦。19世紀中期，焦爐技術發生轉折 性變革，從窯爐發展到外部加熱的炭化室煉焦階段，出現倒焰爐。這 種焦爐是將成焦的炭化室和加熱的燃燒室用墻隔開，在隔墻上部設有 通道，炭化室內煤的干餾氣經此通道直接流入燃燒室，與來自燃燒室 頂部風道的空氣混合，自上而下地流動燃燒，這種爐子已經具備了現 代焦爐基本的特征。19世紀70年代，建成了回收化學產品的焦爐， 使煉焦走向生產多種產品的重要階段。此后不久，1883年建成了利 用煙氣廢熱的蓄熱式焦爐，至此，焦爐在總體上基本定型。

現代焦爐（見彩圖）爐體由炭化室、燃燒室和蓄熱室三個主要部 分構成(圖1)。一般，炭化室寬0.4～0.5m、長10～17m、高4～7.5m，頂部設有加煤孔和煤氣上升管(在機側或焦側)，兩端用爐門 封閉。燃燒室在炭化室兩側，由許多立火道構成。蓄熱室位于爐體下 部，分空氣蓄熱室和貧煤氣蓄熱室。

現代化焦爐主要部分用硅磚砌筑，火道溫度可達到1400℃。成 焦時間因炭化室寬度和火道溫度不同，一般為  13～18h。焦爐機械 有裝煤車、推焦車、導焦車和熄焦車等（圖2）。由裝煤車把煤裝入炭 化室，煉成的焦炭用推焦車推出，赤熱的焦炭經導焦車落入熄焦車內， 經水熄或回收熱能的干法熄焦（見彩圖）。熄過的焦炭放到焦臺上。 焦炭經過篩選后作為產品外送。

為了改善煉焦生產條件，現代焦爐操作除了機械化、自動化之外， 還建有防治煙塵和處理污水裝置。電子計算機也已開始用于焦爐操 作。爐子向大型化發展，炭化室有效容積增加到50m3。為了提高焦 爐生產能力，采取降低爐墻厚度和選用導熱性能好的爐墻磚等措施， 將是發展的趨勢。

焦化爐是延遲焦化裝置的核心設備，是否安全運行直接影響到焦化裝置的長周期生產及經濟效益。由于延遲焦化裝置的原料為重質渣 油，密度大、黏度高、加熱過程中易結焦。為了避免管內嚴重結焦， 必須在流速快、熱強度較高的操作條件下，使油品在加熱爐中能迅速 達到所需溫度。而熱強度大又會導致管壁溫度升高而引起結焦，所以 必須采取措施減小熱強度不均勻性，降低管壁局部溫度。但如何 準確掌握爐膛及爐管溫度場情況一直是難以解決的問題，傳統的方法 是在爐膛和爐管的不同部位安裝熱電偶，但熱電偶在高溫環境中極易損壞或漂移，給工藝操作控制帶來了極大困難。使用紅外熱像技術監 測爐管溫度場，可準確了解加熱爐的運行狀態，給提高煉量提供了可 靠保證，能夠產生較大的經濟效益。

圖3  焦爐外觀

圖4  焦爐外觀

二、焦化爐使用紅外測溫的注意事項

確定測溫范圍 確定測溫范圍：測溫范圍是測溫儀重要的一個性能指標。每種型號的測溫儀都有自己特定的測溫范圍。因此，用戶的被測溫度范圍 一定要考慮準確、周全，既不要過窄，也不要過寬。根據黑體輻射定 律，在光譜的短波段由溫度引起的輻射能量的變化將超過由發射率誤 差所引起的輻射能量的變化，因此，測溫時應盡量選用短波較好。一般來說，測溫范圍越窄，監控溫度的輸出信號分辨率越高，精度可靠 性容易解決。測溫范圍過寬，會降低測溫精度。確定目標尺寸 紅外測溫儀根據原理可分為單色測溫儀和雙色測溫儀（輻射比色測溫儀）。對于單色測溫儀，在進行測溫時，被測目標面積應充滿測溫儀 視場。建議被測目標尺寸超過視場大小的50%為好。如果目標尺寸小 于視場，背景輻射能量就會進入測溫儀的視聲符支干擾測溫讀數，造 成誤差。相反，如果目標大于測溫儀的視場，測溫儀就不會受到測量 區域外面的背景影響。對于比色測溫儀，其溫度是由兩個獨立的波長 帶內輻射能量的比值來確定的。因此當被測目標很小，不充滿視場， 測量通路上存在煙霧、塵埃、阻擋，對輻射能量有衰減時，都不對測 量結果產生重大影響。對于細小而又處于運動或震動之中的目標，比色測溫儀是較好選擇。這是由于光線直徑小，有柔性，可以在彎曲、 阻擋和折疊的通道上傳輸光輻射能量確定距離系數（光學分辨率）。

雙色測溫儀，其溫度是由兩個獨立的波長帶內輻射能量的比值來 確定的。因此當被測目標很小，沒有充滿現場，測量通路上存在煙霧、 塵埃、阻擋對輻射能量有衰減時，都不會對測量結果產生影響。甚至 在能量衰減了95%的情況下，仍能保證要求的測溫精度。對于目標細 小，又處于運動或振動之中的目標；有時在視場內運動，或可能部分 移出視場的目標，在此條件下，使用雙色測溫儀是較好選擇。如果測溫儀和目標之間不可能直接瞄準，測量通道彎曲、狹小、受阻等情況 下，雙色光纖測溫儀是較好選擇。這是由于其直徑小，有柔性，可以 在彎曲、阻擋和折疊的通道上傳輸光輻射能量，因此可以測量難以接 近、條件惡劣或靠近電磁場的目標。

確定波長范圍 目標材料的發射率和表面特性決定測溫儀的光譜相應波長對于高反射率合金材料，有低的或變化的發射率。在高溫區，測量金屬材料的較好波長是近紅外，可選用0.8～1.0μm。其他溫區可選用1.6μm,2.2μm和3.9μm。由于有些材料在一定波長上是透明的，紅外能 量會穿透這些材料，對這種材料應選擇特殊的波長。如測量玻璃內部 溫度選用1.0μm，2.2μm和3.9μm（被測玻璃要很厚，否則會透過）波 長；測玻璃表面溫度選用5.0μm；測低溫區選用8～14μm為宜。如測 量聚乙烯塑料薄膜選用3.43μm，聚酯類選用4.3μm或7.9μm，厚度超 過0.4mm的選用8-14μm。如測火焰中的CO用窄帶4.64μm，測火焰中 的NO2用4.47μm。

響應時間表示紅外測溫儀對被測溫度變化的反應速度，定義為到達最后讀數的95%能量所需要時間，它與光電探測器、信號處理電路 及顯示系統的時間常數有關。紅外測溫儀響應時間可達1ms。這要比 接觸式測溫方法快得多。如果目標的運動速度很快或測量快速加熱的 目標時，要選用快速響應紅外測溫儀，否則達不到足夠的信號響應， 會降低測量精度。然而，并不是所有應用都要求快速響應的紅外測溫 儀。對于靜止的或目標熱過程存在熱慣性時，測溫儀的響應時間就可 以放寬要求了。因此，紅外測溫儀響應時間的選擇要和被測目標的情 況相適應。確定響應時間，主要根據目標的運動速度和目標的溫度變 化速度。對于靜止的目標或目標參在熱慣性，或現有控制設備的速度 受到限制，測溫儀的響應時間就可以放寬要求了。

環境條件考慮 測溫儀所處的環境條件對測量結果有很大影響，應予考慮并適當解決，否則會影響測溫精度甚至引起損壞。當環境溫度高，存在灰塵、 煙霧和蒸汽的條件下，可選用廠商提供的保護套、水冷卻、空氣冷卻 系統、空氣吹掃器等附件。這些附件可有效地解決環境影響并保護測 溫儀，實現準確測溫。在確定附件時，應盡可能要求標準化服務，以降低安裝成本。當在噪聲、電磁場、震動或難以接近環境條件下，或 其他惡劣條件下，煙霧、灰塵或其他顆粒降低測量能量信信號時，光 纖雙色測溫儀是較好選擇。比色測溫儀是較好選擇。在噪聲、電磁場、 震動和難以接近的環境條件下，或其他惡劣條件時，宜選擇光線比色 測溫儀。

在密封的或危險的材料應用中（如容器或真空箱），測溫儀通過窗口進行觀測。材料必須有足夠的強度并能通過所用測溫儀的工作波 長范圍。還要確定操作工是否也需要通過窗口進行觀察，因此要選擇 合適的安裝位置和窗口材料，避免相互影響。在低溫測量應用中，通 常用Ge或Si材料作為窗口，不透可見光，人眼不能通過窗口觀察目標。 如操作員需要通過窗口目標，應采用既透紅外輻射又透過可見光的光 學材料，如應采用既透紅外輻射又透過可見光的光學材料，如ZnSe 或BaF2等作為窗口材料。

當測溫儀工作環境中存在易燃氣體時，可選用本征安全型紅外測 溫儀，從而在一定濃度的易燃氣體環境中進行安全測量和監視。

在環境條件惡劣復雜的情況下，可以選擇測溫頭和顯示器分開的 系統，以便于安裝和配置。可選擇與現行控制設備相匹配的信號輸出。
 

三、案例應用

Kleiber  315K 是為滿足焦化廠的特殊需求而設計的一款特殊的 手持式測溫儀器，該儀器是與德國的龍頭焦化爐生產商合作開的產 品，這種合作確保了該儀器的可靠性和易用性。

Kleiber  315K采用的是1.58-1.8μ  m，測溫范圍600-1600度,屬于 短紅外紅外點溫儀，短紅外的特性使得該點溫儀可以透過鋼化玻璃測 量爐內溫度。

該款儀器內部數據記錄系統可存儲高達 2000 組含有時間和日期 的測試數據，確保了所有與控制訪問焦化爐有關的數據的完整性；這 樣也就保證了質量管理文檔的充分性！可調焦鏡頭，與透鏡瞄準方式 相結合的方式確保了在 12 米處的距離可以測量 42 毫米的目標，也因此可以保證爐內測試時對同一測試區域的瞄準更為容易！測試結果清晰地顯示在取景器中kG315B 可單手操作，通過儀器頂部的按鈕完成測試過程。通過儀器的紅外接口，可以在巡檢后將儀器的內部存儲信息轉移到PC 上；測試軟件可以顯示測量結果且將測量結果轉化為 EXCEL 分析。

四、結論

kG315B 短波高溫測溫儀在現場安裝調試之后成功地完成了客 戶的測溫要求，得到了客戶的認可。