窑炉红外测温工作波段的确定和环境温度的补偿

引言

燃油窑炉的加热能源大多为重油,是一种耗能很大的基础设备.重油和空气混合以后,由喷嘴喷入窑炉内燃烧,形成高温条件.在烧制过程中,被加工产品的质量取决于温度和烧制时间.温度是从窑炉内采集的唯一参数,其范围为1000～1800°C.目前,大多数窑炉的温度是用热电偶测量的.将铂铑类热电偶在不同温区从窑炉顶部或侧面穿过窑墙插入内部,测量相应部位的温度.热电偶用于高温窑炉时,有两个缺点:(1)工作寿命短.铂铑类热电偶在1500～1800°C的温度下已接近于它的工作温度极限,同时极易受诸如CO等还原性气体的腐蚀而失效.而CO等气体在窑炉内是大量存在的.因此,工作在这种条件下的铂铑类热电偶的工作寿命很短,极端情况下,它的工作寿命只有一个星期.(2)反应时间长,约1 min,这是由于保护管导热性差的缘故.红外温度计具有工作寿命长,影响快的特性,可以消除热电偶在测量窑炉温度时的缺点.然而,用红外测温的方法测量窑炉温度时,由于红外测温的原理所引入的一些影响因素,必须加以正确处理,才能获得满意效果.

1　燃油窑炉红外测温和影响测量精度的因素

　　燃油窑炉红外测温的原理是:通过窥视孔,红外温度传感器接收来自被测目标的辐射,并将之转换成电信号.该电信号经一定的功能处理后被送到调节器和执行器,同时进行温度显示.调节器和执行器调节燃油输入量及其与空气的混合比例,使窑炉内的温度达到工艺规定的温度值.

影响燃油窑炉测温精度的因素如下:(1)烟气对测温的影响.燃油窑炉内的燃料燃烧后产生的烟气中含有大量CO、CO2和少量水气及被加工材料散发和燃料没完全燃烧所产生的固体颗粒.处于红外温度传感器瞄准通路中的烟气不仅吸收来自被测目标的辐射,而且烟气本身也发射辐射,因此,烟气将严重影响红外温度传感器的测量精度.(2)环境温度对测温精度的影响.燃油窑炉周围的环境温度是很高的,夏天可达65°C,因此,红外温度传感器要求能在这样的环境温度下保持测量精度.水冷装置固然可以降低传感器四周的温度,但用户提出水冷装置增加仪表的维护工作量,甚至是故障源.所以,要求传感器本身能在高温环境下保证测温精度.(3)被测目标的发射率变化对测温精度的影响.(4)窑炉的壁厚变化对测温精度的影响.因红外温度传感器是通过设在窑炉壁上的窥视孔测量窑炉内部温度的,窑炉壁厚的变化将形成一个测温通路中的可变光阑而影响测温精度.(5)红外温度传感器的信号一致性和工作寿命将影响测温精度.对影响因素(3),(4)及(5)的分析和所采取的措施见参考文献[1]和[2].

2　传感器工作波段的确定

为了减小窑炉烟气的影响,首先分析烟气的吸收波段.从图1[3]我们发现CO、CO2及H2O气在短波段的吸收率很低.在1.4μm以下,CO和CO2的吸收率几乎为零.H2O气是选择性吸性,在短波段内的吸收率较低.按基尔霍规夫定律,它们相应的发射率也是较低的.因此,应将传感器的工作波段选择在1.4μm以下.图1中L为通路长度;气体的温度为2127°C,压力为50.66kPa.