焦炉非接触全自动连续测温技术

焦炉非接触全自动连续测温技术
宁芳青(安徽工业大学，马鞍山243002)
周亚平古述波汪开保王海燕钱虎林宋前顺（马钢煤焦化公司，马鞍山243021)
火道温度的测量是焦炉生产的一项重要日常工作内容，操作工用光学高温计或红外温度计瞄准立火道底部，测量鼻梁砖表面温度，每4h巡测1次。

人工测量时受测温时间、测温点和测温人员的熟练程度以及外部气候条件等因素的影响，测量误差很大，一般在±(7～15)℃之间。

由安徽工业大学和马钢煤焦化公司等单位历时3年，联合开发研制的“焦炉非接触全自动连续测温系统”为焦炉的温度测量提供了很好的解决方法。

1 测温原理
一切具有一定温度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量，物体红外辐射能量的大小与它的表面温度有着密切的关系。

因此，通过对物体自身红外辐射能量的测量，便能准确地测定它的表面温度。

物体向周围空间辐射红外的强度分布（见图1)为：
其中，C为光速；h为普朗克常数；k为玻尔兹曼常数；T为绝对温度；入为光波波长；ε为黑度系数（发射率）。

物体的发射率（ε）对红外辐射强度的影响较大，自然界中存在的实际物体中，绝大部分都不是黑体（ε= 1)，而是灰体。

因此实际物体的辐射强度除依赖于辐射波长及物体的表面温度之外，还与构成物体的材料种类、表面状态和环境条件等因素有关，其发射率表示实际物体的热辐射强度与黑体辐射的接近程度，其值在0～1之间。

根据辐射定律，若已知物体材料的发射率，则知物体的红外辐射特性。

图1 物体红外幅射分布
图2 红外测温系统示意图
2 红外测温系统的构成
红外测温系统有光学系统、光纤、信号处理系统（仪表）和防护系统等部分构成，见图2。

光学系统主要是接收立火道底部鼻梁砖表面的红外光辐射，并把红外光辐射汇聚到光纤上，再通过光纤传送到光敏探测器上，信号处理系统可根据红外辐射定律将接收的红外辐射能量转化成相应的温度信号。

(1) 光学系统。

光学系统直接安装在炉顶的看火孔小炉盖上，通过目测瞄准对准鼻梁砖表面，光学系统的光学分辨率为150 : 1，对于JN50型焦炉，测量光斑的尺寸约为在45mm，小于鼻梁砖面积的50%；光学系统的耐温上限可达250℃，看火孔小炉盖上的表面温度一般在100～200℃范围内波动，通过风冷，温度一般可控制在80～100℃附近，可保证光学系统长期稳定运行；光学系统的总高度低于130mm 。

(2) 防护系统。

对光学系统进行防尘和冷却，可有效避免高温、烟尘和火烤的影响，另外整个光学系统采用全密封设计，粉尘、雨水、高温水汽无法进入光学系统内部。

(3) 光导纤维（光纤）。

把光学系统的光信号传送到光敏探测器上，光纤为红外石英光纤。

石英材料的化学成分为SiO2，物理化学性质非常好，耐腐蚀，熔点高。

(4) 信号处理系统（仪表）。

把光信号转化成温度信号，它的工作温度＜60℃,该单元一般采用双层外壳，中间通压缩空气进行冷却，信号处理系统（仪表）放置在炉间台。

3 系统的安装
马钢的JN50型焦炉为65孔炭化室和66孔燃烧室，目前的测温火道是机侧第7火道和焦侧第21火道，推焦串序为5-2串序，选择靠近铁轨的机侧第8火道和焦侧第20火道，并在机焦测各选择10个代表燃烧室。

气源管和光纤线管分别沿装煤车轨道底部安装，不影响正常的生产操作和炉顶清扫。

4 与三班测温的比较
焦炉全自动连续红外测温系统与目前人工测温的测温点都为焦炉立火道底部的鼻梁砖；焦炉全自动连续红外测温系统的温度检测是连续进行的，而人工测温的检测时间都为下降气流交换后5min;人工测温的检测点为机侧第7火道的1～65号的所有炉号，焦侧第21火道的1～65号的所有炉号，而焦炉全自动连续测温系统的检测点为机侧第8火道的10个代表炉号和焦侧第20火道的10个代表炉号。

图3a 与人工测温的比较
图3b 与人工测温的比较
图3a为两种测温方法的比较（以机侧为例，取20061201～20061224连续24天的数据），为了便于与人工测温进行比较，取下降气流交换后5min数据，从两组温度趋势曲线可以看出，两种测温方法所测温度的变化趋势基本一致，但人工测温受人为因素影响大，所得的测温数据起伏较大。

对两组数据进行统计平均，焦炉非接触全自动连续测温比人工测温低23.6℃。

若把偏差对焦炉全自动连续测温数据进行修正，则得如图3b所示的趋势曲线，两组数据所得曲线基本一致。

5 可靠性分析
(1) 光学镜头安装在小炉盖上，主要的影响因素是烟尘和高温。

光学镜头为全密封设计,在光学镜头前端安装了烟尘防护罩，并且用压缩气体维持微正压，烟尘进不去。

从现场的连续运行结果来看，光学镜头十分干净。

(2) 光纤布置在镀锌管里，固定在装煤车轨道底的外侧，在正常情况下，温度在50～80℃，在烧石墨或其他情况下，火焰难以直接烧到镀锌管，目前工作正常。

(3) 仪表（信号处理单元）设计温度为0～60℃，而仪表安装在炉间台，该处的温度不会超过50℃。

(4) 光学镜头和光纤是由无机材料玻璃、石英等制成的，不存在老化的问题，故焦炉非接触全自动连续测温系统的寿命非常长，一般是热电偶的3倍以上。

6 结论
(1) 焦炉非接触全自动连续测温系统的测温点与目前三班测温完全相同，测温精度高于目前的三班测温。

(2) 测温过程为全自动进行，测温系统的数据可直接进入计算机控制系统，自动进行焦
炉加热控制，减小炉温波动，稳定焦炭质量。

(3) 该项目已获国家专利，专利号为ZL200620071265.1，专利的特征在于红外温度计或光学系统安装在焦炉的看火孔或小炉盖上方。