CN102519604A - 炼铁热风炉拱顶红外辐射测温方法 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
技术领域
本发明涉及仪表测量技术领域，尤其涉及炼铁热风炉拱顶红外辐射测温方法。
背景技术
炼铁热风炉拱顶温度测量，传统上采用铂铑-铂(S)或铂铑-铂铑(B)贵金属测温热电偶，测量范围为0～1600℃。由于热风炉生产过程中，炉内压力、温度变化频繁，热冲击大，热电偶的正常使用寿命仅3个月左右，造成企业维修备件和费用消耗较高，维修人员的劳动强度较大，安全风险高。近年来，国内一些冶金企业逐步采用非接触式红外辐射测温技术进行热风炉拱顶温度测量，但在实际应用中测量准确度较低，测量误差大多在±4％F左右，个别测温系统在干扰因素处理不好时甚至超过±10％以上；连续运行稳定性也难以保证，人工维护量达到1次/周。分析其主要原因有如下三个方面：
1、发射率影响。辐射测温，温度随目标体的辐射能量的大小按一定的规律而变化，同时受实际物体发射率的影响。当目标物体为灰体时，其发射率恒定，与波长和温度无关；当目标物体为非灰体时，其发射率随波长、温度变化。热风炉拱顶测温目标体为炉内的蓄热室格子砖耐火材料。无论采用何种辐射测温仪表，若缺乏对测温对象特性的研究分析，不了解格子砖耐火材料这种目标体的辐射属性，以及发射率的确切数据和变化对辐射测温准确性的影响，就会使发射率变化影响因素在测量过程中被忽略而产生测量误差。大量的实际应用经验和实验结果证明：不同热风炉、不同厂家生产的耐火材料，其辐射特性不尽相同。辐射测温体的发射率由物质的性质、表面状态、温度、波长和测试方向决定。红外辐射测温属于部分辐射测温方法，其发射率按波长范围分既不属于“全发射率”的范畴，也不属于“光谱发射率”的范畴，我们可定义为“红外发射率”。从现有的资料很难精确知道其具体数值，所以也不容易准确地测出物体的真实温度。即使一些资料提供了个别的数据，通常也不是已确定的目标体和工作波段及测温范围的“红外发射率”，可信程度较低。国内目前测温目标体的发射率数据基本上为现场单值比对测试的方法：一般采用红外辐射测温仪测量值与现场热电偶测量值在某一时刻直接比对标定取得发射率数据结果，并对红外辐射测温仪发射率参数进行调整“固定”。这种方法，所测发射率值不精确，而且不能得到在实际温度变化范围内发射率变化的一组完整数据，无法量化评定发射率影响程度和采取对策。若将测温仪发射率参数“固定”在某一值时，势必产生超过±2％FS以上的测量误差。
2、干扰影响。热风炉拱顶红外辐射测温，测温仪到目标体之间的光程按炉型和炉体大小不同约为3000～6000mm，可分为三部分：炉外窥视管部分、炉墙测温孔部分和炉拱顶烟气火焰区。无论是燃烧(常压)或送风(带压)状态，光路中均有水汽、CO2、粉尘、烟雾等中间干扰介质对目标体的辐射能量产生吸收、散射、反射等衰减影响，影响程度与干扰介质的含量大小和红外辐射测温仪的光谱响应特性有关。另外，还经常出现炉墙测温孔的弯曲变形、堵塞狭小等结构性遮挡干扰影响因素。因此，热风炉拱顶红外辐射测温对象具有典型的复杂干扰特性。实践证明，光路干扰影响是造成测量准确度较低和人工维护量大的最主要原因。国内目前在抗干扰技术方法上，均采用红验型的在窥视管中加气体吹扫，一些热风炉拱顶红外辐射测温系统近两年来试用了双色红外测温仪，但作用有限，效果也不稳定，达不到工艺生产需要的测温精度。其问题是没有对产生干扰影响的各因素进行量化分析评定，并依据其作用机理采取有针对性的优化集成方案来系统解决所致。光路中的干扰因素对测量准确性影响是动态变化的，不确定性也较大。
3、环境温度影响。国内现有热风炉拱顶红外辐射测温系统大多采用整体红外线辐射测温仪，使用中因环境温度变化使测温仪产生温漂而造成的测量误差均没有引起足够重视和采取措施。如：美国雷泰公司生产的MarathonMR1SBSF红外测温仪，其系统精度为±0.75％FS，这是指仪表在标准工作(温度、湿度等)条件下的精度，但当红外测温仪工作时的环境温度超过标准工作温度时，红外辐射测温仪内部的硅探测器及电子部件受环境温度影响，其测量精度按温度系数(±0.03％FS/环境温度变化℃)变化而下降。热风炉拱顶环境温度，就实际状况而言，因季节变化、昼夜变化、气象条件和拱顶的炉衬保温状况的变化，是一个温度变化较大、环境状况较差的场所。如果红外测温仪没有采取有效的保温技术方法和措施，将会带来不小的环境温度附加误差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种测温准确度高、抗干扰能力强和维护量小的炼铁热风炉拱顶红外辐射测温方法。
为解决上述问题，本发明所述的炼铁热风炉拱顶红外辐射测温方法，包括以下步骤：
(1)根据热风炉拱顶测温对象特性确定红外辐射测温仪的测温范围为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+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+氮气恒流吹扫装置+球形靶目标装置+DN50耐高温截止球阀+DN50测量窥视管及法兰/螺纹连接体；
b、在热风炉检修或停炉状态下，在所述热风炉拱顶测温孔位置焊接DN50mm、PN1.0的下连接法兰，然后在所述下连接法兰以上依次连接安装DN50mm且PN1.0的测量窥视管、DN50mm且PN1.0的耐高温截止球阀、耐压1.0Mpa的下密封石英镜片、功率15W的电加热线圈、耐压1.0Mpa的上密封石英镜片、DN50mm的球形靶目标装置、整体式单色红外辐射测温仪和氮气恒流吹扫装置；所述红外辐射测温仪的一端通过4～20mA信号线路与控制室显示仪表相连，其另一端通过24VDC电源与供电电源箱相连；所述电加热线圈通过36VAC加热电源与所述供电电源箱相连；所述24VDC电源和所述36VAC加热电源均连有220VAC电源；
c、对所述热风炉拱顶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，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，分别对所述上密封石英镜片和所述下密封石英镜片进行除霜；
f、所述单色红外辐射测温仪送电预热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“发射率”设置参数项中，并将所述单色红外辐射测温仪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+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+氮气恒流吹扫装置+球形靶目标装置+DN50耐高温截止球阀+DN50测量窥视管及法兰/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，在所述热风炉拱顶测温孔位置焊接DN50mm、PN1.0的下连接法兰，然后在所述下连接法兰以上依次连接安装DN50mm且PN1.0的测量窥视管、DN50mm且PN1.0的耐高温截止球阀、耐压1.0Mpa的下密封石英镜片、功率15W的电加热线圈、耐压1.0Mpa的上密封石英镜片、DN50mm的球形靶目标装置、整体式双色红外辐射测温仪和氮气恒流吹扫装置；所述红外辐射测温仪的一端通过4～20mA信号线路与控制室显示仪表相连，其另一端通过24VDC电源与供电电源箱相连；所述电加热线圈通过36VAC加热电源与所述供电电源箱相连；所述24VDC电源和所述36VAC加热电源均连有220VAC电源；
c、对所述热风炉拱顶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，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+浮子流最计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，分别对所述上密封石英镜片和所述下密封石英镜片进行除霜；
f、所述双色红外辐射测温仪送电预热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“坡度值”设置参数项中，并将所述双色红外辐射测温仪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+气体冷却装置保护套+玻璃管温度计；所述对流调整窗外设所述绝热保温罩，其上设有所述玻璃管温度计；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中的夹层宽度为15mm；
b、通过所述玻璃管温度计测量所述绝热保温罩内温度＜20℃时，调整所述对流调整窗，使所述绝热保温罩温度稳定在20～40℃范围，观察30min以上即可；
c、通过所述玻璃管温度计测量所述绝热保温罩内温度＞40℃时，关闭所述对流调整窗，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，使所述绝热保温罩内温度稳定在20～40℃范围，观察30min以上即可。
所述步骤(9)中的氮气恒流吹扫装置包括压力为0～1Mpa的气压表、DN15mm的气体稳流阀+10～100L/min的浮子流量计、DN15mm且PN1.0的逆止阀和DN15mm且PN1.0的红外测温仪冷却气截止阀；所述气体稳流阀+浮子流量计的一端连有氮气输入管，其另一端则分别与所述气压表、逆止阀、红外测温仪冷却气截止阀相连；所述红外测温仪冷却气截止阀与所述红外辐射测温仪相连；所述逆止阀与所述测量窥视管相连。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、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，实现热风炉拱顶温度测量准确度±1.5％FS、重复性±0.5％FS、人工维护量≤2次/年的目标。
2、采用本发明可完全用红外辐射测温技术替代国内热风炉拱顶传统贵金属热电偶测温方式，解决贵金属热电偶消耗高的问题；也可使国内目前现有红外辐射测温系统准确度低、抗干扰能力差和维护量大的问题得到改善。
3、本发明具有广泛的推广应用价值和产品化延伸价值。若采取技术方法+模块化仪器、装置，形成市场产品，可为企业带来显著的经济效益。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明的结构示意图。
图中：1-红外辐射测温仪 2-球形靶目标装置 3-上密封石英镜片4-电加热线圈 5-下密封石英镜片 6-测量窥视管 7-耐高温截止球阀8-下连接法兰 9-绝热保温罩 10-气压表 11-气体稳流阀+浮子流量计12-逆止阀 13-玻璃管温度计 14-红外测温仪冷却气截止阀15-热风炉拱顶 16-对流调整窗 17-24VDC电源 18-供电电源箱19-36VAC加热电源 20-220VAC电源。
具体实施方式
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，测温目标物体即热风炉拱顶内耐火材料。
(2)采集测温目标物体制作成样本。
(3)将测温目标物体样本按步骤(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)在光谱响应范围已确定的前提下，根据步骤(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——根据红外辐射测温仪1至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)确定热风炉拱顶15红外辐射测温系统集成方案(如图1所示)：
①若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；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；电加热线圈4通过36VAC加热电源19与供电电源箱18相连；24VDC电源17和36VAC加热电源19均连有220VAC电源20；
c、对热风炉拱顶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36VAC加热电源19，分别对上密封石英镜片3和下密封石英镜片5进行除霜；
f、单色红外辐射测温仪1送电预热30min以上，将步骤(3)测试得到的所述测温目标物体“发射率”设置到单色红外辐射测温仪1“发射率”设置参数项中，并将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，单色红外辐射测温仪1输出的4～20mADC信号送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；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；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；24VDC电源17和36VAC加热电源19均连有220VAC电源20；
c、对热风炉拱顶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36VAC加热电源19，分别对上密封石英镜片3和下密封石英镜片5进行除霜；
f、双色红外辐射测温仪1送电预热30min以上，将步骤(3)测试得到的测温目标物体“发射率”设置到双色红辐射测温仪1“坡度值”设置参数项中，并将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，双色红外辐射测温仪1输出的4～20mADC信号送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；对流调整窗16外设绝热保温罩9，其上设有玻璃管温度计13；氮气恒流吹扫装置外设气体冷却装置保护套；其中对流调整窗绝热保温罩9中的夹层宽度为15mm；
b、通过玻璃管温度计13测量绝热保温罩9内温度＜20℃时，调整对流调整窗16，使绝热保温罩9温度稳定在20～40℃范围，观察30min以上即可；
c、通过玻璃管温度计13测量绝热保温罩9内温度＞40℃时，关闭对流调整窗16，开启和调整氮气恒流吹扫装置中的红外测温仪冷却气截止阀14，使绝热保温罩9内温度稳定在20～40℃范围，观察30min以上即可。
其中上述步骤(9)中的氮气恒流吹扫装置包括压力为0～1Mpa的气压表10、DN15mm的气体稳流阀+10～100L/min的浮子流量计11、DN15mm且PN1.0的逆止阀12和DN15mm且PN1.0的红外测温仪冷却气截止阀14；气体稳流阀+浮子流量计11的一端连有氮气输入管，其另一端则分别与气压表10、逆止阀12、红外测温仪冷却气截止阀14相连；红外测温仪冷却气截止阀14与红外辐射测温仪1相连；逆止阀12与测量窥视管6相连。
Claims (2)
1.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。
2.如权利要求1所述的炼铁热风炉拱顶红外辐射测温方法，其特征在于：所述步骤(9)中的氮气恒流吹扫装置包括压力为0～1Mpa的气压表(10)、DN15mm的气体稳流阀+10～100L/min的浮子流量计(11)、DN15mm且PN1.0的逆止阀(12)和DN15mm且PN1.0的红外测温仪冷却气截止阀(14)；所述气体稳流阀+浮子流量计(11)的一端连有氮气输入管，其另一端则分别与所述气压表(10)、逆止阀(12)、红外测温仪冷却气截止阀(14)相连；所述红外测温仪冷却气截止阀(14)与所述红外辐射测温仪(1)相连；所述逆止阀(12)与所述测量窥视管(6)相连。
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