第4期王錦等.煤氣化爐 爐壁非接觸式測(cè)溫技術(shù)349煤氣化爐爐壁非接觸式測(cè)溫技術(shù)王錦門長貴(西北化工研究院,西安710061)摘要介紹煤氣化爐爐壁非接觸式測(cè)溫技術(shù)的種類和原理,重點(diǎn)介紹非接觸式紅外熱像儀在煤氣化爐爐壁測(cè)溫的應(yīng)用。關(guān)鍵詞煤氣化爐 爐壁表面溫度 非接觸式紅外熱像儀 監(jiān)測(cè)中圖分類號(hào)TH811.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B文章編號(hào)000-3932(2014)04 0349-04煤氣化爐是煤氣化裝置中的關(guān)鍵設(shè)備之一一，- .波長進(jìn)行亮度比較,也稱單色輻射溫度計(jì)。物為圓筒型鋼制外殼的壓力容器,內(nèi)襯耐火材料,工.體在高溫下會(huì)發(fā)光，也就具有一定的亮度。物體作時(shí)爐內(nèi)溫度高達(dá)1 300以上,壓力3 ~ 8MPa。的亮度B,與其輻射強(qiáng)度E,成正比(即B、=為防止?fàn)t內(nèi)襯磚缺陷而導(dǎo)致的爐磚局部脫落,或CE,C為比例系數(shù)),因此受熱物體的亮度就能由于沖刷磨損致使部分爐磚變薄,引起鋼制爐殼夠反映物體的溫度數(shù)值。通常先得到被測(cè)物體的局部溫度過高而發(fā)生重大事故,需對(duì)氣化爐表面亮度溫度,然后轉(zhuǎn)換為物體的真實(shí)溫度。溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),用來判斷氣化爐的運(yùn)行狀態(tài)。光學(xué)高溫計(jì)的缺點(diǎn)是:亮度平衡是由人工操表面溫度超限(超過安全溫度)可能出現(xiàn)在爐殼作完成的,其測(cè)量結(jié)果有主觀誤差,因此不能實(shí)現(xiàn)任意部位(實(shí)際上是一個(gè)很小的區(qū)域) ,所以對(duì)爐快速測(cè)量和自動(dòng)記錄,當(dāng)被測(cè)溫度低于800時(shí),壁溫度的全面監(jiān)測(cè)就顯得尤為重要。光學(xué)高溫計(jì)對(duì)亮度無法進(jìn)行平衡。非接觸式溫度測(cè)量儀表工作時(shí),能夠避免很1.3 光電高溫計(jì)多由檢測(cè)元件接觸爐壁引起的測(cè)量問題。非接觸光電高溫計(jì)是在光學(xué)測(cè)溫儀測(cè)量理論的基礎(chǔ)式測(cè)溫因操作簡單、響應(yīng)時(shí)間快、不會(huì)老化、漂移上發(fā)展而來的一種新型測(cè)溫儀表,采用新型的光小、配置靈活及價(jià)格合理等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。在電器件,自動(dòng)進(jìn)行平衡,達(dá)到連續(xù)測(cè)溫的目的。光此,筆者主要介紹非接觸式紅外熱像儀測(cè)溫方法電測(cè)溫儀用光敏原件代替人眼,實(shí)現(xiàn)了光電自動(dòng)的工作原理、種類及其在煤氣化爐爐壁測(cè)溫中的測(cè)量,其特點(diǎn)是:靈敏度和準(zhǔn)確度高;波長范圍不工業(yè)應(yīng)用。受限制,可見光與紅外范圍均可,測(cè)溫下限可向低.1非接觸式測(cè)溫技術(shù)的種類和原理溫?cái)U(kuò)展;響應(yīng)時(shí)間短;便于自動(dòng)測(cè)量和控制,自動(dòng)1.1輻射溫度計(jì)記錄和遠(yuǎn)距離傳送數(shù)據(jù)。全輻射溫度計(jì)由輻射感溫器、顯示儀表和輔1.4比色高 溫計(jì)助裝置構(gòu)成。接收到整個(gè)光譜范圍內(nèi)的總輻射功.比色高溫計(jì)是通過測(cè)量熱輻射體在兩個(gè)以上率M。(T)后,根據(jù)斯蒂芬-玻爾茲曼定律即可確波長的光譜輻射亮度之比來測(cè)量溫度的。其特點(diǎn)定目標(biāo)溫度。實(shí)際儀器接收的是全部輻射能量的是:受煙霧灰塵的遮擋影響較小、誤差小、準(zhǔn)確度96% ,其測(cè)溫誤差為1%。全輻射測(cè)溫儀靈敏度高、響應(yīng)快,而且可用于觀察小目標(biāo)(最小可到較低,受被測(cè)物體發(fā)射率e的影響很大，精度不2mm) ,與物體的真實(shí)溫度很接近,- -般情況下所高,測(cè)溫范圍較窄。測(cè)結(jié)果不用校正“。1.2 光學(xué)高溫計(jì)1.5 紅外測(cè)溫儀光學(xué)高溫計(jì)是發(fā)展最早且應(yīng)用最廣的非接觸紅外測(cè)溫心(界1日胡街湖?標(biāo)的紅外輻中國煤化工式溫度計(jì)之一,它是利用受熱物體的單色輻射強(qiáng)度隨溫度升高而增加的原理設(shè)計(jì)的,由于采用單YHCNMH G .收稿日期:2015259-4(夢(mèng)改桶)350化工自動(dòng)化及儀表第41卷射能量與溫度成一定的函數(shù)關(guān)系設(shè)計(jì)的,由光學(xué)持式測(cè)溫儀表,找出準(zhǔn)確的溫度異常位置。系統(tǒng)光電探測(cè)器信號(hào)放大器、信號(hào)處理及顯示3.1目前氣化爐壁溫測(cè)量方式的弊端輸出等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)匯聚其視場內(nèi)的目標(biāo)目前采用的鎧纜式測(cè)溫電纜需要用螺栓固定紅外輻射能量,視場大小由測(cè)溫儀的光學(xué)零件及在氣化爐壁表面,很容易因安裝問題影響測(cè)量效其位置確定。紅外能量聚焦在光電探測(cè)器上并轉(zhuǎn)果,如線纜與氣化爐貼合得不夠緊密,或線纜過度換為相應(yīng)的電信號(hào),再經(jīng)放大器和信號(hào)處理電路,彎曲及施工沖擊可能造成線纜內(nèi)部熱敏材料的損按照儀器內(nèi)置算法,以目標(biāo)發(fā)射率校正和環(huán)境溫傷等。并且測(cè)溫電纜僅能反映出敷設(shè)路徑中的最度補(bǔ)償后轉(zhuǎn)換為被測(cè)目標(biāo)的溫度值。高溫度,并不能反映敷設(shè)路徑中的具體位置,因而目標(biāo)][制冷器無法確定準(zhǔn)確的超溫報(bào)警點(diǎn)。如果需要確定超溫光學(xué)成像掃描系統(tǒng)一[紅外探測(cè)器]前置放大點(diǎn),還需要人工采用手持式測(cè)溫儀去現(xiàn)場找出準(zhǔn)顯示記錄H信號(hào)處理轉(zhuǎn)換確位置,增加了操作的危險(xiǎn)性。從檢修方面考慮，鎧纜式熱偶一般都有幾十米甚至上百米,如果出圖1紅外測(cè)溫儀 系統(tǒng)的組成現(xiàn)故障只能將整根熱偶全部更換,費(fèi)時(shí)費(fèi)力,代價(jià)2非 接觸式測(cè)溫技術(shù)的現(xiàn)狀過高,更換安裝的過程也較為復(fù)雜。非接觸式測(cè)溫技術(shù)在產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測(cè),3.2紅外熱像儀的優(yōu)點(diǎn)設(shè)備在線故障診斷、安全保護(hù)及節(jié)約能源等方面鑒于常規(guī)鎧纜式熱偶的缺陷,筆者采用紅外發(fā)揮著重要作用。近年來,非接觸紅外測(cè)溫儀的熱像儀測(cè)量煤氣爐壁溫度。一般紅外熱像儀的測(cè)性能不斷完善，功能不斷增強(qiáng),其品種不斷增多,溫范圍在-40~2000C(不同型號(hào)的熱像儀測(cè)溫適用范圍也不斷擴(kuò)大,市場占有率逐年增長。與范圍不同),測(cè)量精度也在可以接受的范圍(1%接觸式測(cè)溫相比,非接觸式測(cè)溫具有響應(yīng)時(shí)間快、~2%),工作溫度-15 ~50C ,最小焦距0.4m,基非接觸、使用安全及壽命長等優(yōu)點(diǎn)。本能滿足氣化爐筒體周圍框架上安裝的要求。非接觸式紅外測(cè)溫技術(shù)已發(fā)展到可對(duì)有熱變與常規(guī)鎧纜式表面測(cè)溫電纜相比,紅外熱像化表面進(jìn)行掃描測(cè)溫,確定其溫度分布圖像,迅速儀具有以下優(yōu)點(diǎn):檢測(cè)出隱藏的溫差,即紅外熱像儀技術(shù)。紅外熱a.安裝布置靈活,不用直接接觸氣化爐爐壁像儀利用紅外探測(cè)器和光學(xué)成像物鏡接收被測(cè)目表面,避免了氣化爐本體振動(dòng)對(duì)測(cè)溫精度的影響，標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形,并反映到紅外探測(cè)以及在氣化爐或周圍設(shè)備檢修操作時(shí)無意識(shí)的沖器的光敏元件上,從而獲得紅外熱像圖,這種熱像擊和碰撞對(duì)測(cè)溫設(shè)備造成損傷,使設(shè)備具有很高圖與物體表面的熱分布場相對(duì)應(yīng),不同顏色代表的可靠性。被測(cè)物體的不同溫度。b.紅外熱像儀自身元器件的可靠性遠(yuǎn)高于3非接觸式測(cè)溫技術(shù)應(yīng)用的可行性直接接觸測(cè)溫的熱電偶,高可靠性是紅外熱像儀煤氣化技術(shù)在國內(nèi)煤化工行業(yè)的應(yīng)用8益廣相對(duì)于常規(guī)表面熱電偶最明顯的優(yōu)勢(shì)。泛,目前煤氣化爐爐壁溫度的測(cè)量方式采用熱敏C.可以實(shí)時(shí)顯示氣化爐爐壁任意- - 點(diǎn)的溫電阻模擬測(cè)量系統(tǒng)、熱電偶模擬測(cè)量系統(tǒng)和熔鹽度、爐壁表面整體的溫度及其變化情況,紅外熱像式開關(guān)測(cè)量系統(tǒng),這些溫度測(cè)量元件都是用鎧纜儀還可以快速定位高溫位置,方便查找超溫原因，式,分別把熱敏電阻、熱電偶和導(dǎo)線用絕緣物質(zhì)外及早排除故障。包以不銹鋼拉成φ3~5mm的鎧纜,用專用螺栓和d.實(shí)現(xiàn)了在線檢修維護(hù),過程簡單且方便快壓板纏繞固定于爐體和拱頂,遠(yuǎn)傳至控制室顯示捷[2),避免了人身傷害。并報(bào)警。熱電阻和熱電偶可測(cè)量平均溫度或最高4非接觸式 測(cè)溫技術(shù)的應(yīng)用溫度;熔鹽式開關(guān)測(cè)量系統(tǒng)工作時(shí),在達(dá)到某一溫成套紅外熱像儀由帶有工業(yè)防爆裝置的紅外度時(shí)熔鹽熔化,形成導(dǎo)電狀態(tài)而在控制室報(bào)警,當(dāng)熱像儀、現(xiàn)場接線箱、現(xiàn)場電源板、控制室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)溫度下降后恢復(fù)原狀。一般采用鎧纜式的方法測(cè)機(jī)柜、控制中國煤化工及其軟件組.量平均溫度或最高溫度,首先通過遠(yuǎn)傳式測(cè)溫元成)。目前MHCNMH(量裝置上的件,在控制室找出表面溫度異常的區(qū)域,然后用手紅外熱像儀，測(cè)重池圍∪~2 wwuL,防爆等級(jí)Ex376化工自動(dòng)化及儀表第41卷入式(17)中可得V_的變化范圍為50 ~ 540mV。電源直接取自兩線制遠(yuǎn)傳輸出端子,電壓范圍寬。完全包含了V。的輸出電壓100~500mV,可實(shí)現(xiàn)筆者設(shè)計(jì)的SHTRM多路鉑電阻溫度遠(yuǎn)傳監(jiān)測(cè)儀量程范圍內(nèi)的任一點(diǎn)上限報(bào)警。因篇幅所限,報(bào)已在水泥及陶瓷等多個(gè)行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。警回差參數(shù)不作分析。參考文獻(xiàn)4結(jié)束語筆者的設(shè)計(jì)方案線性化精度高,測(cè)量0 ~[1]王 長友.鉑電阻數(shù)字測(cè)溫儀表的最佳設(shè)計(jì)方案[J].150C的最大相對(duì)誤差可達(dá)0.028%,相同方法測(cè)大連交通大學(xué)學(xué)報(bào),2007 ,28(4) :46 ~ 50.量0~ 850C最大相對(duì)誤差可控制在0.5%之內(nèi);[2]楊新華. 基于鉑電阻的高精度溫度檢測(cè)電路[J].化明確了各個(gè)量程段最佳線性化參數(shù)的求解方法，工自動(dòng)化及儀表,2004 ,31(6) :82.可應(yīng)用于任意量程;消除了導(dǎo)線電阻引起測(cè)量誤[3]顧文照.運(yùn)放滯回比較電路在差動(dòng)式溫度控制中的差的可能性;不但可自動(dòng)完成溫度高值選擇、顯應(yīng)用研究[J].數(shù)據(jù)采集與處理，1994 ,9(4):278~284.示、報(bào)警、變送,也可手動(dòng)按鍵選擇測(cè)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.中國煤化工Key words high-frequency induction heating power , fuzy RBF netwdulation ,PIDTYHCNMHGparameter setting