[发明专利]炼铁热风炉拱顶红外辐射测温方法

摘要

本发明涉及一种炼铁热风炉拱顶红外辐射测温方法，该方法包括以下步骤：(1)根据热风炉拱顶测温对象特性确定红外辐射测温仪参数；(2)采集测温目标物体制作成样本；(3)将测温目标物体样本采用常规检测方法进行红外“发射率”或“坡度值”测试；(4)确定被测目标体为灰体或非灰体；(5)光路干扰因素分析；(6)确定光路中影响为弱干扰或强干扰；(7)观察热风炉拱顶温度测量通道内是否存在弯曲、狭小和受阻状况；(8)确定是否存在环境温度影响；(9)确定热风炉拱顶红外辐射测温系统集成方案。本发明通过对热风炉拱顶辐射测温对象的定量分析与评定，实施优化系统集成的途径，实现对热风炉拱顶温度的连续、准确、可靠测量的目标。

主权项

炼铁热风炉拱顶红外辐射测温方法，包括以下步骤：(1)根据热风炉拱顶(15)测温对象特性确定红外辐射测温仪(1)的测温范围为700～1800℃、距离系数D∶S≥82∶1、系统精度为±0.75％FS～±1.0％FS；其中单色测温仪的光谱响应范围为0.75～1.10μm、双色测温仪的光谱响应范围为0.75～1.10μm/0.95～1.10μm，D为所述红外辐射测温仪(1)至测温目标物体间距离，S为被测目标直径，FS为测温仪量程范围，所述测温目标物体即所述热风炉拱顶内耐火材料；(2)采集所述测温目标物体制作成样本；(3)将所述测温目标物体样本按所述步骤(1)选定的测温范围和光谱响应范围采用常规检测方法进行红外“发射率”或“坡度值”测试，且红外“发射率”或“坡度值”的测试精度为±1.0％；(4)在所述光谱响应范围已确定的前提下，根据所述步骤(3)所获得的被测目标体发射率与温度的关系分析评定其为灰体或非灰体：在900～1400℃范围内，当被测目标体发射率的一组数据中最大值与最小值之间变化＜0.30％时，则判断其为近似灰体，反之则判断为非灰体；(5)光路干扰因素分析：根据热风炉燃烧状态下光路中的烟气粉尘、水汽影响与烟气粉尘、水汽含量和光程距离成正比判断：在热风炉拱顶(15)烟气火焰区中因烟气的体积比常温下参与燃烧的含尘、含水汽介质体积膨胀了5倍以上，因此忽略干扰影响；在环境温度下的炉外窥视管部分和炉墙测温孔部分因其长度在2000mm以内，因此，存在光路干扰；(6)提取或采样化验热风炉炉外窥视管部分和炉墙测温孔部分的烟气介质中含尘量、含水量，当烟气中的含尘量＜5mg/m3，确定光路中粉尘影响为弱干扰，否则确定其为强干扰；当烟气的湿度＜30g/m3时，确定光路中水汽影响为弱干扰，否则为强干扰；(7)观察所述热风炉拱顶(15)温度测量通道内是否存在弯曲、狭小和受阻状况：①计算测量通道孔径——根据所述红外辐射测温仪(1)至所述测温目标物体间的距离D，按下式计算测量通道孔径：测量通道孔径＝1.5×D/距离系数D∶S；②若测量通道内存在弯曲、受阻，或测量通道实际孔径小于所述步骤①所计算出的孔径值而狭小时，确定光路中存在遮挡影响，否则确定为不存在遮挡影响；(8)依据季节变化、昼夜温度变化、气象条件变化和所述热风炉拱顶(15)的炉衬保温状况变化提取或测量热风炉拱顶环境温度数据，若环境温度变化在20～40℃范围内，忽略环境温度变化对所述红外辐射测温仪(1)准确度的影响，否则确定为存在环境温度影响；(9)确定所述热风炉拱顶(15)红外辐射测温系统集成方案：①若所述测温目标物体为近似灰体，光路中粉尘影响为弱干扰，水汽影响也为弱干扰，同时光路中无遮挡影响所述测温目标物体充满视场时，a、设备整合：选择整体式单色红外辐射测温仪(1)+红外辐射测温仪参数设置、调试+耐压超过1.0MPa的双层密封石英镜片+电加热线圈(4)+氮气恒流吹扫装置+球形靶目标装置(2)+DN50耐高温截止球阀(7)+DN50测量窥视管(6)及法兰/螺纹连接体；b、在热风炉检修或停炉状态下，在所述热风炉拱顶(15)测温孔位置焊接DN50mm、PN1.0的下连接法兰(8)，然后在所述下连接法兰(8)以上依次连接安装DN50mm 且PN1.0的测量窥视管(6)、DN50mm且PN1.0的耐高温截止球阀(7)、耐压1.0Mpa的下密封石英镜片(5)、功率15W的电加热线圈(4)、耐压1.0Mpa的上密封石英镜片(3)、DN50mm的球形靶目标装置(2)、整体式单色红外辐射测温仪(1)和氮气恒流吹扫装置；所述红外辐射测温仪(1)的一端通过4～20mA信号线路与控制室显示仪表相连，其另一端通过24VDC电源(17)与供电电源箱(18)相连；所述电加热线圈(4)通过36VAC加热电源(19)与所述供电电源箱(18)相连；所述24VDC电源(17)和所述36VAC加热电源(19)均连有220VAC电源(20)；c、对所述热风炉拱顶(15)红外辐射测温系统集成装置进行耐压试验，确认耐压合格后，开启所述耐高温球阀(7)，通入吹扫氮气，氮气气源压力为0.5MPa，通过调整所述氮气恒流吹扫冷装置中的气体稳流阀+浮子流量计(11)将氮气吹扫流量调整至30L/min；d、使用整体式单色红外辐射测温仪(1)上的目视光学瞄准系统对所述测温目标物体进行瞄准并让其充满目视光学瞄准系统视场，同时松开球形靶目标装置(2)上的固定螺钉进行微调，使光路中目标体充满视场，调整完毕 后将球形靶目标装置(2)上的固定螺钉紧固；顺时针或反时针旋转所述目视光学瞄准系统的镜头架，直到目标位于焦点处；e、冬季运行时开启所述36VAC加热电源(19)，分别对所述上密封石英镜片(3)和所述下密封石英镜片(5)进行除霜；f、所述单色红外辐射测温仪(1)送电预热30min以上，将所述步骤(3)测试得到的所述测温目标物体“发射率”设置到所述单色红外辐射测温仪(1)“发射率”设置参数项中，并将所述单色红外辐射测温仪(1)输出信号模式设置为“平均值AVG”模式；g、调试投运正常后，所述单色红外辐射测温仪(1)输出的4～20mADC信号送所述控制室显示仪表或分布式控制系统DCS进行连续准确的可靠测量即可；②若测温目标体为非灰体，或光路中粉尘影响为强干扰，或水汽影响为强干扰，或光路中存在遮挡影响但能透过30％以上的辐射能量时，a、设备整合：选择整体式双色红外辐射测温仪(1)+红外辐射测温仪参数设置、调试+耐压超过1.0MPa的双层密封石英镜片+电加热线圈(4)+氮气恒流吹扫装置+球形靶目标装置(2)+DN50耐高温截止球阀(7)+DN50测量窥视管(6)及法兰/螺纹连接体；其中双色红外辐射测温仪为两个独立的相近工作波段，其坡度值的精度为±1.0％；b、在热风炉检修或停炉状态下，在所述热风炉拱顶(15)测温孔位置焊接DN50mm、PN1.0的下连接法兰(8)，然后在所述下连接法兰(8)以上依次连接安装DN50mm且PN1.0的测量窥视管(6)、DN50mm且PN1.0的耐高温截止球阀(7)、耐压1.0Mpa的下密封石英镜片(5)、功率15W的电加热线圈(4)、耐压1.0Mpa的上密封石英镜片(3)、DN50mm的球形靶目标装置(2)、整体式双色红外辐射测温仪(1)和氮气恒流吹扫装置；所述红外辐射测温仪(1)的一端通过4～20mA信号线路与控制室显示仪表相连，其另一端通过24VDC电源(17)与供电电源箱(18)相连；所述电加热线圈(4)通过36VAC加热电源(19)与所述供电电源箱(18)相连；所述24VDC电源(17)和所述36VAC加热电源(19)均连有220VAC电源(20)；c、对所述热风炉拱顶(15)红外辐射测温系统集成装置进行耐压试验，确认耐压合格后，开启所述耐高温球阀(7)，通入吹扫氮气，氮气气源压力为0.5MPa，通过调整所述氮气恒流吹扫冷装置中的气体稳流阀+浮子流量计 (11)将氮气吹扫流量调整至50L/min；d、使用整体式双色红外辐射测温仪(1)上的目视光学瞄准系统对所述测温目标物体进行瞄准，同时松开球形靶目标装置(2)上的固定螺钉进行微调，使所述测温目标物体处于整体式双色红外辐射测温仪(1)上的目视光学瞄准系统视场中央，调整完毕后将球形靶目标装置(2)上的固定螺钉紧固；顺时针或反时针旋转所述目视光学瞄准系统的镜头架，直到目标位于焦点处；e、冬季运行时开启所述36VAC加热电源(19)，分别对所述上密封石英镜片(3)和所述下密封石英镜片(5)进行除霜；f、所述双色红外辐射测温仪(1)送电预热30min以上，将所述步骤(3)测试得到的所述测温目标物体“发射率”设置到所述双色红外辐射测温仪(1)“坡度值”设置参数项中，并将所述双色红外辐射测温仪(1)输出信号模式设置为“平均值AVG”模式；g、调试投运正常后，所述双色红外辐射测温仪(1)输出的4～20mADC信号送所述控制室显示仪表或分布式控制系统DCS进行连续准确的可靠测量即可；③若测量现场存在环境温度影响，则：a、设备整合：无论单、双色红外测温集成系统均在所述步骤①或②的基础上采用三段式带珠光砂夹层的绝热保温罩(9)+气体冷却装置保护套+玻璃管温度计(13)；所述对流调整窗(16)外设所述绝热保温罩(9)，其上设有所述玻璃管温度计(13)；所述氮气恒流吹扫装置外设所述气体冷却装置保护套；其中所述对流调整窗绝热保温罩(9)中的夹层宽度为15mm；b、通过所述玻璃管温度计(13)测量所述绝热保温罩(9)内温度＜20℃时，调整所述对流调整窗(16)，使所述绝热保温罩(9)温度稳定在20～40℃范围，观察30min以上即可；c、通过所述玻璃管温度计(13)测量所述绝热保温罩(9)内温度＞40℃时，关闭所述对流调整窗(16)，开启和调整所述氮气恒流吹扫装置中的红外测温仪冷却气截止阀(14)，使所述绝热保温罩(9)内温度稳定在20～40℃范围，观察30min以上即可。