CN102809283A - 回转窑窑内物料温度场测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了回转窑窑内物料温度分布场的测定方法，采用红外测温方式获取某点物料的温度，红外测温仪被安装在回转窑窑头外的活动云台上、并由不锈钢保护箱防护，通过步进电机驱动活动云台使测温仪镜头以上下旋转扫描的方式获得回转窑内部沿窑体轴向方向分布的若干点物料的温度数据。本发明可实现回转窑物料温度场的实时动态空间域建模；可以有效保护测温装置，减小现场高温、高粉尘恶劣环境可能对其造成的损害；有利于彻底改变目前落后的人工窑头看火的人工控制方式，为优化决策和智能控制的引入，提高回转窑煅烧工艺的自动化水平，奠定坚实的基础。

Description

回转窑窑内物料温度场测定方法

技术领域

本发明涉及一般工业生产领域的回转窑检测，特别是涉及回转窑窑内物料实时温度分布场的自动测定方法与保护装置。

背景技术

炭素煅烧回转窑是电解铝用阳极炭素和石墨产品生产过程中石油焦煅烧的重要设备，它是一种倾斜放置的连续旋转的圆筒形窑体，从窑尾至窑头的石油焦煅烧过程中，在窑内形成三个温度带，即预热带、煅烧带及冷却带。预热带为窑体轴向方向靠近窑尾的一段，物料从窑尾向窑头移动先经过预热带加热，排出水分及部分挥发分，之后进入煅烧带。煅烧带是窑内温度最高的一段，一般达到1100～1450℃ ，煅烧带的温度分布对物料煅烧品质起主要作用。煅烧后的高温物料向窑头移动时，被吹人的冷空气冷却，煅烧料的温度一般冷却至800～900℃。煅烧的目的是除去石油焦中的水分和挥发分，提高其密度、机械强度、导电性和抗氧化性。

由于不同的物料对预热段、煅烧段和冷却段的长度和温度有着不同的工艺要求，要对这些参数进行调节控制，首先要获取准确的物料温度场分布情况，因此物料温度场的实时测量是关系到生产质量的关键问题。目前大多采用落后的窑头人工看火的观察方式，通过火焰状态凭经验进行手动调节各种工艺参数以控制煅烧带温度。这种方法的有效性难以得到保障，存在很大的不确定性，难以使各项工艺参数达到良好的配置，易造成煅后焦品质指标存在较大波动，直接影响到铝电解阳极理化性能，也对回转窑产量、窑内衬寿命、沉降室寿命、燃料消耗、窑尾烟气净化、窑体传动、机械设备运转等都带来不利影响。窑体旋转、密封性及内部高温环境使得本系统不能采用传统的温度测量方法，另外，煅烧窑周围高温高粉尘的恶劣环境对温度采集系统也产生破坏性影响。也有部分采用窑头开孔，用手持式光学高温计对准观测的煅烧段部位测量煅烧段物料温度，这种方法的可行性虽有所提高，但仍依赖于观察者的主观判断，由于实际生产过程中煅烧段附近有火焰干扰，此方法也难以获得真实的煅烧段温度，更无法实时构造出整个回转窑内部的物料温度场模型以实现回转窑的自动化生产。水泥回转窑等其它类型的回转窑也存在类似的情况。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种回转窑窑内物料温度场测定方法，以解决上述背景技术中的缺点。

本发明的目的是为了解决以上问题而提供一种回转窑窑内物料温度场的测定方法与装置，以克服现有技术中由于测量结果不准确，测量装置保护不到位而影响测温仪寿命，窑内工况不明所带来的能耗增大、无法实现煅烧过程自动控制的不足，且能在高温、多尘、潮湿的恶劣环境中正常工作。

回转窑窑内物料温度场测定方法，步骤如下：

（1）、在回转窑窑头外的测温观测孔旁安装一个不锈钢保护箱, 不锈钢保护箱内安装有红外测温仪及其镜头移动云台，窑内物料发出的红外线可通过窑体上的圆形测温孔与保护箱靠近窑头一侧的观测孔进入测温仪镜头，从而测量温度；

（2）、测温仪镜头由云台带动在步进电机驱动下以上下旋转扫描的方式获得回转窑内部若干点物料的温度，在可编程控制器程序的控制下，对最高温度及测量初始点所在的位置进行自动定位，之后测温仪以此初始点位置为参考，对回转窑内指定范围内的轴向物料分布区的若干点温度进行测量，并将信号送入与测温仪相连的计算机系统内，按照一定的时间周期重复进行此过程；

（3）、计算机对测温仪得到的温度信号进行处理，依据开发的滤波算法构建出回转窑内部物料从窑头至窑尾的温度分布函数,之后将此函数以曲线的形式显示出来，并对煅烧带及最高温度进行标示，由此得到物料温度场的实时监测结果。

所述的不锈钢保护箱顶面向窑头一侧伸展出挡灰板，用以减小上部空间灰尘下落时经过箱壁上的方孔进入箱体内部的概率；在管线进入的管线孔外围，用保护罩进行围挡。柜底边由斜面组成，底部有一条漏灰槽，这种构造使箱体内不易积存灰尘。保护箱顶部有一个压缩空气气管入口，工作时注入压缩空气，使保护箱体内形成正压，防止灰尘进入保护箱并冷却箱体内部的环境，以保护红外测温仪。

所述测温仪镜头首先在步进电机驱动下，按照指定的方向旋转360度，由可编程序控制器记录下所指定测温点（0点~60000点）的每一点处所测量得到的物料温度，从而寻找到温度最高值及其所在位置。之后使镜头以最短路径由温度最高点旋转至测温起始点处，自动定位完成，进入正常红外扫描状态。红外扫描状态下镜头按照规定的方向转动，每两个采样点之间的镜头驱动步进电机转动的步数由计算机系统根据给定参数计算出的步数表确定，每个采样点重复测温多次并取平均值，作为该采样点的温度值。测完预定的采样点数，镜头反转回到测温起始点位置。上述过程循环进行。

所述采集到的离散点物料温度数据进行滤波，数据插值与函数拟合等处理后，得到回转窑内物料实时温度分布场。

所述物料温度场实时监测结果是以曲线（实线）的方式显示出来，并对煅烧带及最高温度进行标示。

所述红外测温仪及其移动云台与驱动步进电机可以是根据被测物料特性、煅烧环境、工艺要求等来选定的合适的仪器与装置，步进电机要选用高分辨率耐高温的，如60000步/ 转的高可靠性步进电机。

有益效果：

本发明有以下有益效果：

1、用价格低的溴酸钠/亚硫酸氢钠体系代替NBS做烯烃的加成反应，成本大大降低；

2、反应路线中采用化合物Ⅳ与化合物Ⅴ两个中间体反应，制备达沙替尼；这两个中间体的合成成本较低；

3、反应后处理反应，采用的原料便宜易得，且无重污染原料，便于工业化生产。

附图说明

附图1是不锈钢保护箱结构图。

附图2是回转窑窑头测温观测孔沿回转窑轴向方向的位置图。

附图3是测温观测孔在回转窑窑头正面的位置图。

附图中的标记为：1-挡灰板，2-方孔，3-斜面，4-保护罩，5-管线孔，6-漏灰槽，7-红外扫描点，8-窑头观测孔，9-扫描线，10-水平零线，11-回转窑倾角α，12-最远观测点到窑头的距离。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

1、红外测温仪及其驱动云台被安装在一个具有防尘排尘设计的不锈钢保护箱内。保护箱的结构如图1所示，不锈钢保护箱顶面向窑头的一侧伸展出挡灰板1，用以减小上部空间灰尘下落时经过箱壁上的方孔进入其内部的概率；在管线进入的管线孔5外围，用保护罩4进行围挡。箱底边由斜面3组成，底部有一条漏灰槽6，这种构造使箱体内不易积存灰尘。保护箱顶部有一个压缩空气气管入口，工作时注入压缩空气，使保护箱体内形成正压，防止灰尘进入保护箱并冷却箱体内部的环境，以保护红外测温仪。测温仪镜头通过方孔2对窑内物料温度进行测量。红外扫描点与回转窑的位置关系如图2及图3所示。

2、测温仪镜头位于红外测温点7处，在步进电机驱动下以上下旋转扫描的方式获得回转窑内部沿窑体轴向分布的观测点物料的温度，镜头与所测温度位置的连线称为扫描线9，由于观测孔8的存在，扫描线移动的范围是有限的。在可编程控制器程序的控制下，镜头首先自动定位于测温起始点所在的位置，之后测温仪以此位置为参考，对回转窑内指定范围内的轴向分布的物料温度进行测量，并将信号送入与测温仪相连的计算机系统内，按照一定的时间周期重复进行此过程。

红外测温仪镜头是由步进电机进行驱动的，其转动范围及过程由以下方法确定：

图2与图3 中，h为观测孔圆心到水平零线10的距离，h1为观测孔圆心到回转窑圆心的纵向距离，w1为观测孔圆心到回转窑圆心的横向距离，R为回转窑内壁半径，n为设置的采样点数，bx为两个采样点之间步进电机移动的总步数，b1为观测孔小圆厚度，c为观测点到窑头的距离，c的上限取决于最远观测点到窑头的距离12，w为观测点到水平零线10的距离，d1为观测孔小圆直径，x0为扫描点起始位置，α为回转窑倾角11。

则有：

观测孔圆心到水平零线10的距离

扫描起始位置俯角最小值限制值 

扫描最远观测点俯角最大值限制值 

扫描线起始俯角

利用几何关系可计算出第i个采样点与第i+1个采样点之间步进电机需要转动的步数

以及第i个扫描点到窑头的距离

，i的取值为1至N，

即为步数表。

测温时，步数表被保存在可编程控制器当中，按照此表驱动步进电机，并在每个测温点暂停，测温4次取平均值，作为该点的温度

，送入计算机中，。测完N个点后，返回测温起点，如此反复进行。N的取值应合适，以保证离散测温点区域包括了煅烧带在内的一段连续的、窑内物料温度场的主要部分。

3、计算机先对测温仪得到的N个离散点温度信号进行滤波处理，然后再依据给定的算法拟合出回转窑内部从窑头至窑尾的温度场分布。最后将此温度场分布以曲线的形式显示出来，并对煅烧带及最高温度点进行标示，由此得到温度场监测结果。

信号处理算法如下：

(1) 根据专家经验，选取滤波长度length、多项式拟合模型阶次order等参数。此两者的数值越大，最终结果越精确，但所消耗的时间也越长，应根据计算机的运算能力进行合理选择。

(2) 对步骤2中读入的N个采样点温度值进行滤波处理，具体操作是：以峰值保持测量模式为指导，对数据进行遍历，若第i-1点和第i点的连线斜率小于第i-1点和第i+k点的连线斜率，则判断该点为塌陷点，并把第i-1点与第i+k点之间的点移动到第i-1点到i+k点的弧线上；为防止非塌陷点处的数据被淹没，滤波工作分多步循环完成。先取k=1，滤波单点塌陷；然后取k=2再次循环，滤波两点塌陷，直到k到达滤波长度length为止。

 (3)由于最小二乘法可通过最小化误差的平方和来寻找数据的最佳函数匹配，故采用此法对滤波后的温度数据进行多项式拟合，以某点到窑头的距离为自变量X，该点温度为函数值Y，得到窑体中间段的温度分布函数，表达式为：

其中P为最小二乘法计算出来的系数，order在(1)中选定。

(4) 根据窑头温度传感器及环境情况，得到窑头降温曲线的函数式，从而得到这一区间内的温度分布函数；通过窑尾温度，窑尾负压，沉降室烟气温度等，可以得到窑尾区间内的温度函数。

(5) 通过一定的机制，将窑头、窑体中间段、窑尾三段函数进行平滑连接，如此便得到了窑内温度场分布函数，函数的表达式为：

其中L为回转窑体长度，[x1,x2]为窑体中间段的坐标范围，a1、a2、b1、b2、c1、c2均为系数，由专家经验确定。

在计算机屏幕上显示出来，并对工艺中的关键温度的范围进行标示，生成窑内温度分布图。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。 

Claims (5)

1.回转窑窑内物料温度场测定方法，其特征在于，步骤如下：

（1）、在回转窑窑头外的测温观测孔旁安装一个不锈钢保护箱, 不锈钢保护箱内安装有红外测温仪及其镜头移动云台，窑内物料发出的红外线可通过窑体上的圆形测温孔与保护箱靠近窑头一侧的观测孔进入测温仪镜头，从而测量温度；

（2）、测温仪镜头由云台带动在步进电机驱动下以上下旋转扫描的方式获得回转窑内部若干点物料的温度，在可编程控制器程序的控制下，对最高温度及测量初始点所在的位置进行自动定位，之后测温仪以此初始点位置为参考，对回转窑内指定范围内的轴向物料分布区的若干点温度进行测量，并将信号送入与测温仪相连的计算机系统内，按照一定的时间周期重复进行此过程；

(3)、计算机对测温仪得到的温度信号进行处理，依据开发的滤波算法构建出回转窑内部物料从窑头至窑尾的温度分布函数,之后将此函数以曲线的形式显示出来，并对煅烧带及最高温度进行标示，由此得到物料温度场的实时监测结果。

2.根据权利要求1所述的回转窑窑内物料温度场测定方法，其特征在于，所述的不锈钢保护箱顶面向窑头一侧伸展出挡灰板，用以减小上部空间灰尘下落时经过箱壁上的方孔进入箱体内部的概率；在管线进入的管线孔外围，用保护罩进行围挡，柜底边由斜面组成，底部有一条漏灰槽，这种构造使箱体内不易积存灰尘，保护箱顶部有一个压缩空气气管入口，工作时注入压缩空气，使保护箱体内形成正压，防止灰尘进入保护箱并冷却箱体内部的环境，以保护红外测温仪。

3.根据权利要求1所述的回转窑窑内物料温度场测定方法，其特征在于，所述测温仪镜头首先在步进电机驱动下，按照指定的方向旋转360度，由可编程序控制器记录下所指定测温点的每一点处所测量得到的物料温度，从而寻找到温度最高值及其所在位置。

4.根据权利要求1所述的回转窑窑内物料温度场测定方法，其特征在于，所述采集到的离散点物料温度数据进行滤波，数据插值与函数拟合等处理后，得到回转窑内物料实时温度分布场。

5.根据权利要求1所述的回转窑窑内物料温度场测定方法，其特征在于，所述物料温度场实时监测结果是以曲线的方式显示出来，并对煅烧带及最高温度进行标示。

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