FI82167C - AVBINDNING AV HETA, INFRAROETT LJUS EMITTERANDE YTOR FOERDUNKLADE AV PARTIKELDIMMA OCH HERA GASER. - Google Patents

AVBINDNING AV HETA, INFRAROETT LJUS EMITTERANDE YTOR FOERDUNKLADE AV PARTIKELDIMMA OCH HERA GASER. Download PDF

Info

Publication number
FI82167C
FI82167C FI863819A FI863819A FI82167C FI 82167 C FI82167 C FI 82167C FI 863819 A FI863819 A FI 863819A FI 863819 A FI863819 A FI 863819A FI 82167 C FI82167 C FI 82167C
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
infrared
detector means
image
radiation
sensor
Prior art date
Application number
FI863819A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI82167B (en
FI863819A0 (en
FI863819A (en
Inventor
Peter Carl Ariessohn
Richard Kent James
Original Assignee
Weyerhaeuser Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from PCT/US1985/000095 external-priority patent/WO1986004475A1/en
Application filed by Weyerhaeuser Co filed Critical Weyerhaeuser Co
Publication of FI863819A0 publication Critical patent/FI863819A0/en
Publication of FI863819A publication Critical patent/FI863819A/en
Publication of FI82167B publication Critical patent/FI82167B/en
Application granted granted Critical
Publication of FI82167C publication Critical patent/FI82167C/en

Links

Landscapes

  • Radiation Pyrometers (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Description

1 821671 82167

Kuumien, hiukkassumun ja kuumien kaasujen hämärtämien infrapunaista valoa emittoivien pintojen kuvaaminenImaging infrared light-emitting surfaces obscured by hot, particulate mist, and hot gases

Keksinnön tausta 5 Esillä oleva keksintö liittyy laitteeseen jatkuvan visuaalisen kuvan tuottamiseksi fysikaalisista olosuhteista kuuman astian sisällä. Kiinnostuksen kohteena oleva teknologia kuvaa kuumia sisäpintoja silloin, kun pinnat ovat sumua ja säteilyä emittoivien/absorboivien kaasujen 10 hämärtämiä, jotka liittyvät astiassa tapahtuvaan prosessiin. Erityisesti keksintö liittyy puumassan kemialliseen talteenottokattilan sisätilan kuvaamiseen.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus for producing a continuous visual image of physical conditions within a hot vessel. The technology of interest describes hot interior surfaces when the surfaces are obscured by fog and radiation emitting / absorbing gases 10 associated with the process in the vessel. In particular, the invention relates to the chemical description of the interior of a chemical pulp recovery boiler.

Puumassan valmistuksessa raakapuu keitetään epäorgaanisten kemikaalien läsnä ollessa. Sulfaatti- tai kraft-15 massaprosesseissa aktiiviset keittokemikaalit ovat nat- riumhydroksidi ja natriumsulfidi. Kraftkeiton tärkeä piirre on näiden epäorgaanisten keittokemikaalien talteenotto nestemäisestä keiton jäteliemestä. Tämä jäteliemi, jota tavanomaisemmin kutsutaan mustalipeäksi, on vesipitoinen 20 puusta erkaantuneen ligniinin ja reagoineiden epäorgaanisten keittokemikaalien seos, jotka kemikaalit ovat periaatteessa natriumkarbonaatti ja -sulfaatti. Koko keitto-prosessin taloudellisuus vaatii suhteellisen kalliiden keittokemikaalien talteenottoa jätemustalipeästä.In the production of wood pulp, raw wood is boiled in the presence of inorganic chemicals. In sulphate or kraft-15 pulp processes, the active cooking chemicals are sodium hydroxide and sodium sulphide. An important feature of kraft soup is the recovery of these inorganic cooking chemicals from the liquid soup effluent. This waste liquor, more commonly referred to as black liquor, is an aqueous mixture of lignin separated from wood and reacted inorganic cooking chemicals, which are basically sodium carbonate and sulfate. The economics of the entire cooking process require the recovery of relatively expensive cooking chemicals from waste black liquor.

25 Tavanomaisesti mustalipeä poltetaan kattilassa, joka on suunniteltu keittokemikaalien talteenottoon ja erotettu lämpöenergia mustalipeässä olevasta orgaanisesta aineesta käytetään höyryntuotantoon. Kemiallinen tal-teenottokattila vastaanottaa mustalipeän sen jälkeen kun 30 se on konsentroitu höyrystimissä. Lipeä poltetaan uunissa ja kemikaalit otetaan talteen sulatteena kattilan pohjalta, josta se puretaan kierrätettäväksi uudelleen takaisin tuoreen keittoliuoksen valmistusjärjestelmään.25 Conventionally, black liquor is burned in a boiler designed for the recovery of cooking chemicals and the separated thermal energy from the organic matter in the black liquor is used to produce steam. The chemical recovery boiler receives the black liquor after it has been concentrated in the evaporators. The lye is burned in an oven and the chemicals are recovered as a melt at the bottom of the boiler, from where it is discharged for recycling back into the fresh cooking solution system.

Talteenottoprosessin periaatteellinen toiminta on 35 natriumsulfaatin muuttaminen takaisin aktiiviseksi natriumsulf idiksi kattilassa olevien hiilijäänteiden avulla.The basic operation of the recovery process is the conversion of sodium sulphate back to active sodium sulphide by means of carbon residues in the boiler.

2 82167 Lämpötilaa ja ilmavirtauksia säädetään redusointivyöhyk-keen ylläpitämiseksi kattilassa mahdollisimman suuren osan natriumsulfaatista muuttamiseksi natriumsulfidiksi. Sulfaatin reduktioaste sulfidiksi sulassa heijastaa kemiallisen 5 talteenottofunktion tehokkuutta ja määrää talteenottokat-tilasta saatavan kemiallisen tuotteen laadun.2 82167 Temperature and airflows are adjusted to maintain a reduction zone in the boiler to convert as much sodium sulfate as possible to sodium sulfide. The degree of reduction of sulfate to sulfide in the melt reflects the efficiency of the chemical recovery function and determines the quality of the chemical product obtained from the recovery space.

Sulien kiintoaineiden kerroksen ominaisuudet ja miten ne vaikuttavat kuumuuteen ja kemialliseen talteenottoon, eivät ole varmuudella tunnettuja. Tämä johtuu paljol-10 ti tähän asti vallinneesta välineiden puutteesta kerroksen rakenteen tarkkaa tarkkailua tai mittaamista varten. Sumuja kaasuemissiot sulasta kerroksesta tyypillisesti estävät merkittävän jatkuvan visuaalisen tarkkailun.The properties of the molten solids layer and how they affect heat and chemical recovery are not known with certainty. This is due in large part to the lack of means to accurately monitor or measure the structure of the layer. Mist gas emissions from the molten bed typically prevent significant continuous visual observation.

Kerros itse on yleisesti hyvin huokoinen hila, joka 15 sisältää n, 5 paino-% hiiltä. Tyypillinen sulan kerroksen lämpötila on n. 1 000°C sen yläpuolella olevien palokaasujen ollessa lämpötiloissa 1 100-1 300°C.The layer itself is generally a very porous lattice containing 15.5% by weight of carbon. The typical temperature of the molten bed is about 1,000 ° C with the combustion gases above it at temperatures of 1,100-1,300 ° C.

Tunnetusti ehdotetaan, että sulan kerroksen korkeus uunin lattialla vaikuttaa ensisijaisen tavoitteen saavutta-20 misen tehokkuutta muutettaessa natriumsulfaattia sulfidiksi, Yleisesti keskimääräinen kerroksen korkeus edustaa hyvää kemiallista redusointiympäristöä. Toisaalta matala kerroksen korkeus on kuitenkin turvallisin riippuen kattilan geometriasta aikaansaaden lyhyen jäähtymisajan hätäpysäy-25 tyksen jälkeen. Yleisesti myös epästabiili kerroksen koko liittyy vähemmän stabiiliin kattilan toimintaan johtaen potentiaalisesti vaarallisiin sammutuksiin.It is known to suggest that the height of the molten layer on the furnace floor affects the efficiency of the primary goal in converting sodium sulfate to sulfide. In general, the average layer height represents a good chemical reduction environment. On the other hand, however, a low bed height is safest depending on the geometry of the boiler, providing a short cooling time after an emergency stop. In general, unstable bed size is also associated with less stable boiler operation, leading to potentially hazardous shutdowns.

Tämänhetkinen tietämys kerroksen koostumuksen ja jakautuman vaikutuksesta talteenottojärjestelmän toimin-30 taan kokonaisuutena on riittävä ehdottamaan, että vakio kerroksen koostumus on oleellinen stabiilin kattilan toiminnan ylläpitämiseksi. Tämän päämäärän saavuttamiseksi selkeä jatkuva visuaalinen kerroksen kuva aikaansaisi merkittävän osan tarvittavasta informaatiosta, joka tarvitaan 35 sallimaan parempi kerroksen ohjaus ja siten parantunut kemiallinen talteenotto.Current knowledge of the effect of bed composition and distribution on the operation of the recovery system as a whole is sufficient to suggest that a constant bed composition is essential to maintain stable boiler operation. To achieve this goal, a clear continuous visual image of the layer would provide a significant portion of the information needed to allow better control of the layer and thus improved chemical recovery.

Il 3 82167Il 3 82167

Tekninen taustaTechnical background

Eräs aikaisempi menetelmä kerroksen korkeuden mittaamiseksi sisältää pyrometrien asentamisen esimerkiksi uunin ilma-aukkojen tasoille. Lämpötilamittauksia käytetään 5 kerroksen korkeuden päättelemiseen. Tämä yksinkertainen tekniikka liittää suhteellisen alhaisen ja toisaalta korkean lämpötilan sulan läsnäoloon tai poissaoloon. Tämän tekniikan ongelma on, että kaasun lämpötilat lähellä kerrosta voivat vaihdella suuresti ilman jakautuman vaihteluiden 10 myötä ja aiheuttaa kerroksen korkeudesta riippumattomia vääriä lukea. Tällainen tarkkailujärjestelmä myös kertoo vähän kerrosmateriaalin jakautumasta kerroksen keskialueilla, mikä on tärkeää informaatiota, koska aiemmat havainnot ehdottavat, että materiaalin jakautuminen on epätasaista.One prior method for measuring the height of a layer involves installing pyrometers, for example, on the levels of the air vents in the furnace. Temperature measurements are used to infer the height of the 5 layers. This simple technique associates a relatively low and high temperature with the presence or absence of a melt. The problem with this technique is that gas temperatures near the bed can vary greatly with variations in air distribution and cause false readings independent of bed height. Such a monitoring system also tells little about the distribution of the layer material in the central areas of the layer, which is important information because previous observations suggest that the distribution of the material is uneven.

15 Monet kemialliset talteenottokattilakäytöt nykyisin käyttävät suljetun piirin televisiokameroita sulan kerroksen kuvien tuottamiseen. Näiden kameroiden tulisi muodostaa kaikki tarpeellinen informaatio kerroksen rakenteesta ja korkeudesta muodossa, jonka tulisi olla talteenotto-20 käyttäjän helposti tulkittavissa ja käytettävissä. Kuitenkin tuotettu kuva on katkoittainen kerroksen yksittäisten alueiden ollessa näkyvissä vain n. 10-20 % ajasta. Vaikutelma kerroksen rakenteesta saadaan ainoastaan tarkkailemalla kuvia minuuttien ajanjakson aikana, jona aikana useat 25 alueet häipyvät näkyvistä tai tulevat näkyviin. Pääosan ajasta kuva on pyörteilevien pölypilvien tai valkohehkuvan kaasun hämärtävä. Kirkkaat välähdykset valaisevat kerroksen pieniä alueita ja satunnaisesti esittävät ääriviivat kerroksen välissä olevista osista tuottaen hetkeksi selvän 30 vaikutelman kerroksen rakenteesta. Koko kerros ei ole kuitenkaan koskaan kerralla nähtävissä ja uunin seinät eivät ole erotettavissa. Kokemus näiden videokuvausjärjestelmien yhteydessä on ollut, että johtuen kuvan jaksoittaisesta luonteesta, aikaansaatu informaatio on yleisesti 35 riittämätön toiminnallisten ohjauspäätösten sallimiseksi.15 Many chemical recovery boiler applications today use closed circuit television cameras to produce molten bed images. These cameras should generate all the necessary information about the structure and height of the layer in a format that should be easy for the user of the capture-20 to interpret and use. However, the produced image is intermittent with individual areas of the layer visible only about 10-20% of the time. The impression of the layer structure is obtained only by observing the images over a period of minutes during which several areas disappear or become visible. Most of the time, the image is blurred by swirling clouds of dust or white glowing gas. Bright flashes illuminate small areas of the layer and occasionally outline the parts between the layers, giving a momentary clear impression of the structure of the layer. However, the entire floor is never visible at once and the oven walls are not separable. Experience with these video recording systems has been that, due to the periodic nature of the image, the information provided is generally insufficient to allow for functional control decisions.

4 821674 82167

Useita kuvausjärjestelmiä on kehitetty suljettujen, kuumien astioiden muiden kuin talteenottokattiloiden sisätilojen tarkkailemiseksi jonkin sisäisen ominaisuuden tai tilan määrittämiseksi. Useimmat näistä järjestelmistä 5 on suunniteltu käytettäväksi masuuneissa, koksiuuneissa ja vastaavissa.Several imaging systems have been developed to monitor the interiors of non-recovery boilers in closed, hot vessels to determine some internal property or condition. Most of these systems 5 are designed for use in blast furnaces, coke ovens and the like.

Talteenottokattilassa tyypilliset sulan kerroksen lämpötilat ovat n. 1 000°C yllä olevien palokaasujen ollessa lämpötiloissa 1 100-1 300°C. Masuuneissa panoksen tai 10 malmin/koksin pintalämpötilat ovat luokkaa 150-300°C ja yllä olevat kaasut ovat lämpötiloissa 90-130°C. Näistä suhteellisen alhaisista lämpötiloista johtuen panoksesta lähtee hyvin vähän näkyvää säteilyä n. 12 kertaluokkaa vähemmän kuin näkyvän säteilyn intensiteetti talteenotto-15 kattilan sulasta kerroksesta. Useat aikaisemmat järjestelmät ehdottavat, kuten Ponghis'in US-patenttijulkaisu 3 718 758 valaisulähteen käyttöä televisiokameran yhteydessä, jotka molemmat on asennettu koettimelle ja viety astiaan. Näkyvän valon puuttuminen kytkeytyneenä kiinnos-20 tukseen mitata panoksen pintalämpötiloja johtivatIn a recovery boiler, typical melt bed temperatures are about 1,000 ° C with the above combustion gases at temperatures of 1,100-1,300 ° C. In blast furnaces, the surface temperatures of the charge or ore / coke are in the order of 150-300 ° C and the above gases are in the range of 90-130 ° C. Due to these relatively low temperatures, very little visible radiation is emitted from the charge about 12 orders of magnitude less than the intensity of visible radiation from the molten layer of the recovery-15 boiler. Several prior systems, such as U.S. Patent No. 3,718,758 to Ponghis, suggest the use of a light source in conjunction with a television camera, both mounted on a probe and placed in a container. The absence of visible light coupled to the charge-20 to measure the surface temperatures of the charge resulted in

Ponghis'in käyttämään optista valaisua infrapuna-alueella.Ponghis to use optical illumination in the infrared range.

Missä kuvattavien pintojen lämpötilat ovat riittävän korkeita, infrapunapyyhkäisintä voidaan käyttää, jos käytettävissä on riittämättömästi näkyvää valoa.Where the temperatures of the surfaces to be photographed are high enough, an infrared scanner can be used if insufficient visible light is available.

25 Shimotsuma'n US-patenttijulkaisu 3 588 067 kuvaa juuri tällaista järjestelmää, jossa infrapunavidikonia käyttävä teollinen televisiokamera tuottaa kuvan, joka vastaa astiassa olevien materiaalien korkeutta ja muotoa. Infrapunasignaali tuottaa myös lämpötilajakautuman. Shimotsuma ei 30 mainitse järjestelmän kyvystä erottaa panos ja yllä olevat kaasut. Talteenottokattilan ympäristössä tarkkailtavien olosuhteiden valossa Shimotsuma'n maininnan puute mistään tarpeesta estää hämärtävien kaasujen tai hiukkasten aiheuttamat häiriöt antavat sen vaikutelman, että tällaiset 35 olosuhteet eivät ole läsnä masuuniympäristössä.U.S. Patent No. 3,588,067 to Shimotsuma describes just such a system in which an industrial television camera using an infrared widget produces an image corresponding to the height and shape of the materials in the container. The infrared signal also produces a temperature distribution. Shimotsuma does not mention the ability of the system to separate the charge and the above gases. In light of the conditions observed in the vicinity of the recovery boiler, the lack of mention by Shimotsuma of any need to prevent interference from turbid gases or particles gives the impression that such conditions are not present in the blast furnace environment.

5 821675 82167

Kemiallisen talteenottokattilan ympäristössä ei ole riittävää käyttää infrapunaisella vidikonilla varustettua kameraa yksin kerroksen tarkkailuun, koska vidikon on myös herkkä näkyvälle säteilylle. Päinvastoin kuin Shimotsuma'n 5 mielenkiinnon kohteena olevassa järjestelmässä, sumuhiuk-kasten koko ja kuormitus talteenottokattilassa on sellainen, että näkyvyys on oleellisesti hämärtynyt näkyvällä alueella itse asiassa aina. Natriumalkuaine ja mahdollisesti jotkin natriumhydroksidit ovat höyrystyneet kerrok-10 sen pinnalla ja reagoivat hiilen ja hapen kanssa. Natrium-karbonaattia muodostuu, joka kondensoituu nestepisaroiksi halkaisijaltaan n. 0,1 - 0,5 ^um. Näistä muodostuu uunin alaosassa läsnä oleva sumu. Kun nämä pisarat pyyhkäisevät ylöspäin nousevan kaasuvirtauksen mukana, ne kohtaavat 15 korkean rikkidioksidipitoisuuden alueita ja karbonaatti korvautuu sulfaatilla siten, että sumun koostumus uunin yläosassa on miltei kokonaan natriumsulfaattia.In the vicinity of a chemical recovery boiler, it is not sufficient to use a camera with an infrared vidicon alone to monitor the bed, as the vidicon is also sensitive to visible radiation. In contrast to the system of interest in Shimotsuma 5, the size and load of the mist particles in the recovery boiler is such that visibility is substantially blurred in the visible area, in fact. The sodium element and possibly some sodium hydroxides have evaporated on the surface of the layer and react with carbon and oxygen. Sodium carbonate is formed, which condenses into liquid droplets with a diameter of about 0.1 to 0.5. These form a mist present at the bottom of the oven. As these droplets sweep upward with the rising gas flow, they encounter areas of high sulfur dioxide content and the carbonate is replaced by sulfate so that the composition of the mist at the top of the furnace is almost entirely sodium sulfate.

Kemiallisen talteenottokattilan ympäristö poikkeaa myös masuuniympäristöstä materiaalikerrosten yläpuolella 20 läsnä olevien kaasujen säteilyn absorption/emission suhteen. Talteenottokattilassa sulan kerroksen yläpuolella olevat kaasut ovat merkittävästi kuumempia kuin kerroksen V; pinta. Tämän johdosta kaasujen emittoima säteily spektrin absorptio- ja emissiokaistoilla, jotka liittyvät pääasial-25 lisiin kaasumaisiin aineisiin, jotka ovat läsnä, ovat huomattavasti voimakkaampia kuin mitä emittoituu kerroksesta. Myös talteenottokattilassa läsnä olevissa lämpötiloissa nämä kaasumaiset absorptio/emissiokaistat ovat suuresti leventyneitä.The environment of the chemical recovery boiler also differs from the blast furnace environment in terms of radiation absorption / emission of the gases present above the layers of material. In the recovery boiler, the gases above the molten layer are significantly hotter than those in layer V; surface. As a result, the radiation emitted by the gases in the absorption and emission bands of the spectrum associated with the major gaseous substances present are considerably stronger than what is emitted from the bed. Even at temperatures present in the recovery boiler, these gaseous absorption / emission bands are greatly broadened.

30 Masuunissa sen sijaan panoksen yläpuoliset kaasut ovat jonkin verran viileämpiä kuin panoksen pinta siten, että kokonaissäteily kaasuista on pientä verrattuna säteilyyn pinnasta. Absorptio/emissiokaistat ovat paljon kapeampia verrattuna vastaaviin kaistoihin talteenotto-35 kattilassa. Kaasujen ensisijainen vaikutus masuunin tilanteessa olisi absorboida ainoastaan se pinnasta 6 82167 emittoituneen säteilyn osa, joka on suhteellisen kapeilla absorptiokaistoilla.30 In a blast furnace, on the other hand, the gases above the charge are somewhat cooler than the surface of the charge, so that the total radiation from the gases is small compared to the radiation from the surface. The absorption / emission bands are much narrower compared to the corresponding bands in the recovery-35 boiler. The primary effect of the gases in the blast furnace situation would be to absorb only that part of the radiation emitted from the surface 6 82167 which is in relatively narrow absorption bands.

Siten masuunin tilanteessa, missä ei ilmeisesti ole merkittäviä sumu- tai pölyhäiriöitä ja rajoittuneet absorp-5 tio/emissiohäiriöt laajakaistainen järjestelmä, joka on herkkä laajalle näkyvän valon ja infrapunaisen valon aallonpituusalueelle toimisi todennäköisesti hyvin. Kuitenkin kemiallisessa talteenottouunissa on läsnä suspendoituneita valoa hajottavia hiukkasia tai sumua ja kaasumaisia absorp-10 tioita ja emissioita korkeilla lämpötiloilla, jotka molemmat yhdessä hämärtävät kuvattavaa pintaa. Tekniikan tason mukainen laajakaistainen infrapunajärjestelmä ei toimi juurikaan paremmin kuin nykyisin käytössä olevat näkyvän alueen järjestelmät.Thus, in a blast furnace situation where there is apparently no significant fog or dust interference and limited absorption / emission interference, a broadband system that is sensitive to a wide range of visible light and infrared light would likely work well. However, suspended light scattering particles or mist and gaseous absorptions and emissions at high temperatures are present in the chemical recovery furnace, both of which together obscure the surface to be imaged. The state-of-the-art broadband infrared system does not perform much better than current visible range systems.

15 Keksinnön yhteenveto15 Summary of the Invention

Se mitä on havaittu, on että infrapunainen vidikon-kamerajärjestely kuvaamista varten tuottaa kuvia, jotka soveltuvat kattilan toiminnan ohjaamiseen, kun järjestelmän spektriherkkyys tietyille infrapuna-aallonpituuksille 20 on rajoitettu ensinnäkin suuremmaksi kuin noin 1 ^um sopivalla suodatuksella. Toiseksi järjestelmän spektriherkkyy-den täytyy myös olla rajoitettu säteilyn absorptioiden ja emissioiden välttämiseksi juuri sulan yläpuolella olevien kaasujen pääaineista.What has been found is that an infrared vidicon camera arrangement for imaging produces images suitable for controlling boiler operation when the spectral sensitivity of the system to certain infrared wavelengths 20 is firstly limited to greater than about 1 μm by appropriate filtering. Second, the spectral sensitivity of the system must also be limited to avoid radiation absorptions and emissions from the major constituents of the gases just above the melt.

25 Tämän keksinnön kuvauslaite infrapunaista valoa emit toivien pintojen tarkkailemiseksi, missä pinnat ovat oleellisesti sumu- ja pölyhiukkasten, jotka voimakkaasti hajottavat näkyvää valoa, ja yllä olevien kaasujen pääaineiden absorptioiden ja emissioiden hämärtämät sisältää seuraavat 30 elementit. Teollinen suljetun piirin videokamera sisältäen infrapunaisen kuvausilmaisimen tai vidikonputken, on sijoitettu lähelle tarkasteltavia pintoja, mutta eristetty termisesti niistä. Pitoväline, joka on asennettu kameralle, sijoittaa objektiivilinssin kameraa varten kuvattavien pin-35 tojen katselulinjalle. Optinen suodinväline rajoittaa järjestelmän spektriherkkyyttä aallonpituuksille, jotka 1 82167 ovat suurempia kuin n. 1 ^um. Optinen suodinväline myös selektiivisesti hylkää voimakkaiden kaasun absorptioiden ja emissioiden aallonpituudet. Lopuksi televisiomonitori vastaanottaa vidikonkameralla havaitun kuvan ja tuottaa 5 jatkuvan kuvan kerroksen pinnasta.The imaging device of the present invention for monitoring infrared light emitting surfaces, where the surfaces are substantially obscured by mist and dust particles that strongly scatter visible light and the absorptions and emissions of the above major gases, includes the following elements. An industrial closed-circuit video camera, including an infrared image detector or a video tube, is placed close to the surfaces under consideration, but thermally insulated therefrom. A holding device mounted on the camera places an objective lens for the camera to view the pin-35 pins. The optical filter means limits the spectral sensitivity of the system to wavelengths greater than about 1 μm. The optical filter means also selectively rejects wavelengths of strong gas absorptions and emissions. Finally, the television monitor receives the image detected by the video camera and produces 5 continuous images of the surface of the layer.

Keksinnön kuvauslaite tuottaa oleellisesti kirkkaan kuvan epäorgaanisten kemikaalien sulasta kerroksesta, jotka on otettu talteen kraftmustalipeän poltosta, joka on johdettu puun keitosta. Optinen suodin, joka sulkee pois 10 kaiken säteilyn lukuun ottamatta kapeaa kaistaa siten välttäen häiriöt, jotka aiheutuvat sumuhiukkasista ja kaasuista, jotka ovat sulan kerroksen pinnan yläpuolella ja hämärtävät näiden pintojen näkyvyyttä, on keksinnön avainelementti. Eräs käytännön suodin on keskitetty aallon-15 pituudelle 1,68 ^um ja sillä on kaistanleveys 0,07 ^um. Kaikkia muita kapeakaistaisia suotimia, jotka välttävät yllä olevat hiukkas- ja kaasuhäiriöt, pidetään keksintöön kuuluvina sisältäen suotimet muita kuuman pinnan järjestelmiä varten.The imaging device of the invention produces a substantially clear image of a molten layer of inorganic chemicals recovered from the combustion of kraft black liquor derived from the cooking of wood. An optical filter that excludes all radiation except the narrow band, thus avoiding interference from mist particles and gases above the surface of the molten layer and obscuring the visibility of these surfaces, is a key element of the invention. One practical filter is centered at a wavelength of 1.68 μm and has a bandwidth of 0.07 μm. All other narrowband filters that avoid the above particulate and gas interference are considered within the scope of the invention, including filters for other hot surface systems.

20 Lyhyt piirustusten selitys20 Brief explanation of the drawings

Kuvio 1 on kaaviokuva keksinnön kuvauslaitteesta yhdessä kemiallisen talteenottokattilan sulan kerroksen kanssa.Figure 1 is a schematic diagram of an imaging apparatus of the invention together with a molten layer of a chemical recovery boiler.

-1-1

Kuvio 2 ennustaa ekstinktiokertoimet (m ) aallon-25 pituuden (^um) funktiona kaasujen emissioita ja valoa hajottavia hiukkasia varten, jotka ovat sulan kerroksen yläpuolella.Figure 2 predicts extinction coefficients (m) as a function of wavelength-25 (μm) for gas emissions and light scattering particles above the molten layer.

Edullisen suoritusmuodon selitysDescription of the preferred embodiment

Viitaten kuvioon 1, keksinnön laite on kuvattu kaa-30 viollisesti. Suljetun piirin televisiokamera 10, joka sisältää infrapunaisen vidikonputkikomponentin (ei esitetty yksityiskohtaisesti), on sijoitettu kattilan 20 viereen, jonka sisäpuoli on kuvattava. Linssiputkisovitelma 11, joka on sovitettu kameralle 10, ulottuu kattilaan 20 kat-35 tilan seinässä 22 olevan aukon 21 läpi. Linssiputki sisältää sellaiset objektiivi-, keräys- ja kollimointilinssit 8 82167 (ei esitetty yksityiskohtaisesti), kuin mitä tavanomaisesti tarvitaan etäältä toistettavan kuvan välittämiseen tarkkailtavasta kohteesta infrapunavidikonille 10. Kamera 10 on asennettu telineelle 23, joka sallii vaaka- ja pystyaset-5 telun kattilan lattian 30 oleellisen osan ja mahdollisen sille kerääntyneen sulan kerroksen 31 katsomisen.Referring to Figure 1, the device of the invention is illustrated in a schematic manner. A closed-circuit television camera 10 including an infrared video tube component (not shown in detail) is located adjacent to a boiler 20, the inside of which is to be imaged. The lens tube assembly 11 fitted to the camera 10 extends into the boiler 20 through an opening 21 in the wall 22 of the cat-35 space. The lens tube includes such objective, collection and collimation lenses 8 82167 (not shown in detail) as are conventionally required to transmit a remotely reproduced image of the object being monitored to the infrared widget 10. The camera 10 is mounted on a bracket 23 which allows horizontal and vertical adjustment of the boiler floor 30 viewing a substantial portion and any molten layer 31 accumulated thereon.

Optinen suodin 12 on tämän keksinnön avainelement-ti. Se on valittu rajoittamaan vidikonille välitetyn valon aallonpituus kuvattavasta kohteesta aallonpituuksille, 10 jotka ovat suurempia kuin 1 ^um. Tämä rajoitus on määrätty välttämään kuvahäiriöt, jotka aiheutuisivat kuvattavaa kohdetta kattavista hiukkasista ja sumusta.The optical filter 12 is a key element of the present invention. It is selected to limit the wavelength of the light transmitted to the vidicon from the subject to be recorded at wavelengths greater than 1 μm. This restriction is intended to avoid image interference caused by particles and fog covering the subject.

Optinen suodin 12 edelleen rajoittaa kuvattavista pinnoista välitetyn valon kapealle kaistalle, mikä estää 15 valoemissiot kuvattavaa pintaa kattavien kuumien kaasujen pääasiallisista aineosista. Välitettyjen aallonpituuksien huolellinen valinta näiden kaasuhäiriöiden välttämiseksi on kriittinen toistettavien pintojen dramaattisesti parantuneiden kuvien aikaansaamiseksi.The optical filter 12 further restricts the light transmitted from the imaged surfaces to a narrow band, which prevents light emissions from the main constituents of the hot gases covering the imaged surface. Careful selection of transmitted wavelengths to avoid these gas interferences is critical to achieving dramatically improved images of reproducible surfaces.

20 Sekä kamera että linssin pidin on varustettu kuo rella 13, joka on suunniteltu suojelemaan niitä likaiselta valimoympäristöltä. Jäähdyttävä ja ilmaa poistava järjestelmä 14 varmistaa, että linssien ja kameran lämpötila ei ylitä turvallisia toimintatasoja. Jäähdytysilma-25 järjestelmä myös synnyttää suurinopeuksisen ilmanpoiston linssien päässä estämään palokaasuja, hiiltä tai sulaa likaamasta optiikkaa. On havaittu, että sijoittamalla linssiputken 11 pää n. 5-10 cm taaksepäin seinäputkista 22, linssiputken likaantuminen oleellisesti eliminoituu uhraa-30 matta näkökenttää.20 Both the camera and the lens holder are equipped with a screen 13 designed to protect them from a dirty foundry environment. The cooling and deaerating system 14 ensures that the temperature of the lenses and the camera does not exceed safe operating levels. The cooling air-25 system also generates high-speed deaeration at the end of the lenses to prevent flue gases, carbon, or melt from contaminating the optics. It has been found that by placing the end of the lens tube 11 about 5-10 cm back from the wall tubes 22, contamination of the lens tube is substantially eliminated without sacrificing the field of view.

Kaapeli 17 välittää linssin ja vidikonin kautta saadun kuvan toistettavaksi televisiomonitorilla 19.The cable 17 transmits the image obtained through the lens and the vidicon for playback on the television monitor 19.

Kuten yllä on mainittu, tämän kuvausjärjestelmän kriittisin elementti ja sen kyky aikaansaada hämärtymät-35 tömiä kuvia perustuu optisen suotimen 12 valintaan, joka välttää kuvattavien pintojen yläpuolella olevienAs mentioned above, the most critical element of this imaging system and its ability to produce blur-free images is based on the selection of an optical filter 12 that avoids the effects above the surfaces to be imaged.

IIII

9 82167 sumuhiukkasten ja kuumien kaasujen aiheuttamat häiriöt. Valintaprosessi vaatii analyysiä säteilyn siirtymisestä hiukkasilla ladattujen kaasujen läpi ja kaasujen ja hiukkasten niiden ominaisuuksien tunnistamista, jotka vaikuttavat tä-5 hän siirtoprosessiin. Yksinkertaisimmassa muodossaan sätei-lynsiirtymisyhtälön ratkaisu voidaan ilmaista: Ι(λ) = ls(\)e~yl + Bx(Tg)(l-e‘YA) 10 missä Ι(λ) on säteilyn intensiteetti valonpituudella λ, joka saavuttaa tarkkailijan etäisyydellä £ pinnasta s, Xs(λ) on säteilyn intensiteetti aallonpituudella λ, joka virtaa ulos pinnasta s tarkkailijan suunnassa, (T^) on mustan kappaleen intensiteetti kaasun lämpötilassa, T , ja γ eks-15 tinktiokerroin hiukkasilla kuormitetuille kaasuille pinnan s ja tarkkailijan välissä. Tämä edellyttää, että ekstinktio-kerroin ja kaasujen lämpötila ovat vakiot reittiä £ pitkin.9 82167 Interference from mist particles and hot gases. The selection process requires an analysis of the transfer of radiation through the particles charged with the particles and the identification of the properties of the gases and particles that affect this transfer process. In its simplest form, the solution of the radiation-displacement equation can be expressed as: Ι (λ) = ls (\) e ~ yl + Bx (Tg) (le'YA) 10 where Ι (λ) is the radiation intensity at light length λ, which reaches the observer at a distance £ from the surface s , Xs (λ) is the intensity of the radiation at wavelength λ flowing out of the surface s in the direction of the observer, (T ^) is the intensity of the black body at gas temperature, T, and γ is the ex-15 tincture factor for particulate gases between surface s and the observer. This requires that the extinction coefficient and the temperature of the gases are constant along the path £.

Kuten voidaan nähdä tästä yhtälöstä, kun γ on suuri, säteily, joka lähtee pinnasta, on oleellisesti vaimentunut 20 ja ainoastaan kaasujen emittoima säteily saavuttaa tarkkailijan, kun γ on hyvin pieni, säteily pinnasta saavuttaa tarkkailijan pienellä vaimennuksella ja kaasut aikaansaavat vähäisen häiriön. Nämä alhaisen γ alueet, jos niitä on, ovat alueita, joissa voidaan saada selviä kuvia pinnasta, 25 kuten tässä kiinnostuksen kohteena olevasta sulasta kerrok-: : sesta.As can be seen from this equation, when γ is large, the radiation emanating from the surface is substantially attenuated 20 and only the radiation emitted by the gases reaches the observer, when γ is very small, the radiation from the surface reaches the observer with low attenuation and the gases cause little interference. These low γ regions, if any, are areas where clear images of the surface can be obtained, such as the molten layer of interest herein.

Ekstinktiokerroin voidaan ilmaista kaasujen ja hiukkasten osuuksien summana; 30 Y V V + YP» missä on kaasujen absorptiokerroin, Y^a on hiukkasten absorptiokerroin ja γ^5 on hiukkasten sidontakerroin. Näi-: den suureiden arvojen mielekkäiden arvioiden saamiseksi on 35 tarpeen tutkia olosuhteita, jotka vallitsevat kiinnostuksen ‘ olevassa ympäristössä, tässä tapauksessa uunin alaosassa.The extinction coefficient can be expressed as the sum of the proportions of gases and particles; 30 Y V V + YP »where is the gas absorption coefficient, Y ^ a is the particle absorption coefficient and γ ^ 5 is the particle binding coefficient. In order to obtain meaningful estimates of these large values, it is necessary to study the conditions prevailing in the environment of interest, in this case the bottom of the furnace.

10 821 6710,821 67

Tietty informaatio/ joka vaaditaan, sisältää kaasujen lämpötilatasot, kaasutajien konsentraatiot ja optiset ominaisuudet, hiukkaskoot ja massakuormitukset samoin kuin hiukkasten optiset ominaisuudet. Itse asiassa mitään ko-5 keellista dataa ei ole olemassa millekään näille suureille uunin alaosassa. Kuitenkin näiden suureiden tyydyttäviä estimaatteja voidaan tehdä, jotka sallivat sopivan suotimen valinnan.Certain information / required is required for gas temperature levels, gasifier concentrations and optical properties, particle sizes and mass loads as well as particle optical properties. In fact, no ko-5 linguistic data exists for any of these quantities at the bottom of the furnace. However, satisfactory estimates of these quantities can be made that allow the selection of a suitable filter.

Luotettavien mittausten puuttuminen kaasulajien 10 konsentraatioista talteenottouunin eri vyöhykkeissä, suunniteltiin tietokonemalli käyttäen lämpökemiallisia tasapaino laskelmia ja lämpö- ja massatasapainoja, jotta saatiin vähintäänkin karkeat ilmaisut näiden suureiden todennäköisistä tasoista ja kaasulämpötiloista uunin eri 15 vyöhykkeissä. Ks. Merriam, R.L., "Computer Model of a Kraft Recovery Furnace - Version 1.0," Voi. II, s. 3-7, Arthur D. Little, Inc. (elokuu 1979). Tietokonemallikon-sentraatiot yhdistettiin dataan alkoholin palamistuottei-den spektriominaisuuksista, jotka palamistuotteet ovat 20 CO, CO2, H20, N2 ja 02 ja dataan kehitettäväksi odotettujen rikkiyhdisteiden alhaisten lämpötilojen absorptio-spektriin, jotta aikaansaatiin karkeat estimaatit niistä todennäköisistä osuuksista, jotka nämä aineet tekevät ekstinktiokeroimen aallonpituuden funktiona. Ekstinktio-25 kertoimien estimaatit, jotka on laskettu käyttäen tietokonemallia ja siihen liittyvää dataa perustuen tyypillisiin konsentraatioihin uunin alaosassa, on esitetty kuviossa 2 aallonpituuden funktiona. Kuvio 2 esittää, että pääasialliset osuudet tai häiriöt kaasumaisista aineista johtuvat 30 aineista C02, H20, S02 ja Na.Lack of reliable measurements of gas species 10 concentrations in different zones of the recovery furnace, a computer model was designed using thermochemical equilibrium calculations and heat and mass balances to obtain at least rough expressions of the probable levels and gas temperatures of these quantities in the different zones of the furnace. See. Merriam, R.L., "Computer Model of a Kraft Recovery Furnace - Version 1.0," Vol. II, pp. 3-7, Arthur D. Little, Inc. (August 1979). Computer model concentrations were combined with data on the spectral properties of alcohol combustion products of CO, CO 2, H 2 O, N 2 and O 2 and data on the low temperature absorption spectrum of sulfur compounds expected to be developed to provide rough estimates of the difference between the probable proportions . Estimates of extinction-25 coefficients calculated using a computer model and related data based on typical concentrations at the bottom of the furnace are shown in Figure 2 as a function of wavelength. Figure 2 shows that the main proportions or disturbances of the gaseous substances are due to the substances CO2, H2O, SO2 and Na.

Jossain määrin erilainen analyysi on tarpeen ekstink-tiokertoimien estimoimiseksi sumuhiukkasten häiriölle. Raportoidut mittaukset hiukkasemissioista talteenottokatti-loissa, jotka on suoritettu sekä ennen hiukkasten poisto-35 laitteita että sen jälkeen, ehdottavat kolmen erillisen hiukkasluokan läsnäoloa kemiallisen talteenottokattilan 11 82167 ympäristössä. Siinä on alimikronisia sumuhiukkasia (0,2-0,5 halkaisijaltaan) koostuen pääasiallisesti natriumsul-faatista ja jossain määrin natriumkarbonaatista. Siinä on suuria palloja (10-100 yum halkaisijaltaan) natriumsul-5 faattia ja karbonaattia syntyen suspension palaessa neste-pisaroista. Kolmas hiukkasluokka sisältää hyvin suuret (aina 2 000 ^um asti halkaisijaltaan) kasvihiilipalat, joilla on korkea hiilipitoisuus.A somewhat different analysis is needed to estimate extinction coefficients for mist particle disturbance. Reported measurements of particulate emissions in recovery boilers, performed both before and after the particulate removal devices, suggest the presence of three distinct particle classes in the vicinity of the chemical recovery boiler 11,816,167. It has submicron mist particles (0.2-0.5 in diameter) consisting mainly of sodium sulphate and to some extent sodium carbonate. It has large spheres (10-100 μm in diameter) of sodium sulfate and carbonate formed when the suspension burns from liquid droplets. The third class of particles contains very large (up to 2,000 μm in diameter) pieces of vegetable carbon with a high carbon content.

Kirjallisuustutkimukset osoittavat massan keski-10 määräisen hiukkaskoon olevan n. 1 ^um. Näihin tutkimuksiin tyypillisesti sisältyy näytteenotto kattilan jälkeen ja on erittäin todennäköistä, että pääosa suurista hiukkasista uunissa on tarttunut kattilan putkiin. Siten keskimääräinen massan hiukkasten halkaisija uunissa on pal-15 jon suurempi kuin 1 yum. Eräs mallis ilmaisee, että likimain 35 % hiukkaskuormituksen massasta on sumua kerroksesta ja 65 % on kasvihiiltä ja jäännöstä nestesuspension palamisesta. Tämä ehdottaisi, että massan keskimääräinen hiukkashalkaisija uunissa olisi voimakkaasti painottunut 20 kohti suurempia jäännöshiukkasia. Viimeaikaiset mittaukset tulistimien kerrostumista osoittavat kerrostumistason yhdenmukaiseksi aerodynaamisen keskihalkaisijan 50 yum kanssa, mitä tukee uunin yläosasta kerättyjen pallomaisten hiukkasten pyyhkäisyelektronimikroskooppikuvat. Toinen 25 malli esittää, että n. 9 % natriumista mustalipeässä päätyy hiukkasiksi, mikä edellyttää tyypilliselle kraftmassan talteenottokattilalle, että hiukkasten kokonaismassakuor- 3 mitus on n. 2,3 g/m .Literature studies show that the average particle size of the mass is about 1 μm. These studies typically involve sampling after the boiler and it is very likely that the majority of the large particles in the furnace have adhered to the boiler tubes. Thus, the average pulp particle diameter in the furnace is pal-15 ion greater than 1 μm. One model indicates that approximately 35% of the mass of the particulate load is mist from the bed and 65% is charcoal and the remainder from the combustion of the liquid suspension. This would suggest that the average particle diameter of the pulp in the furnace would be strongly weighted towards 20 larger residual particles. Recent measurements of supercharger deposition show that the deposition level is consistent with an aerodynamic mean diameter of 50 μm, supported by scanning electron micrographs of spherical particles collected from the top of the furnace. Another model shows that about 9% of the sodium in the black liquor ends up as particles, which requires a typical kraft pulp recovery boiler to have a total particle load of about 2.3 g / m 3.

Kirjallisuusanalyysi ja mallit sallivat hiukkasten 30 koon, massakuormitusten ja koostumusten estimoinnin, kuten on esitetty seuraavassa taulukossa.Literature analysis and models allow estimation of particle size, mass loads, and compositions, as shown in the following table.

12 821 6712,821 67

Kraftkemikaalien talteenottokattilaKraft chemical recovery boiler

Estimoidut hiukkasten koot, massakuormitukset ja koostumuksetEstimated particle sizes, mass loads and compositions

Hiukkas- Massan Massa- Tilavuus- Lukumääräti- Koostumus 5 tyyppi keski- kuormi- konsen- heys halk. tukset traatio Koostumus (μ m) (g/m3) (m3/m3) (cm-3) sumu 0,3 0,8 3,0 xlO"7 2,0 xlO7 Na2S04 + Na2C03Particle Mass Mass Volume Number Number Composition Type 5 Average Load Concentration Diameter Composition Composition (μ m) (g / m3) (m3 / m3) (cm-3) Mist 0.3 0.8 3.0 x 10 "7 2.0 x 10 7 Na 2 SO 4 + Na 2 CO 3

jäännös 75,0 1,5 5,5x10 2,5 Na2So4 + Na2C02 + Oresidue 75.0 1.5 5.5x10 2.5 Na2SO4 + Na2CO2 + O

10 + kasvi- hiili10+ vegetable carbon

Hiukkasten absorptio- ja sirontakertoimien tasojen estimaattien tekemiseksi on tarpeen harkita sekä niiden kokoa että koostumusta. Absorptio- ja sirontakertoimet liit-15 tyvät "tehokkuustekijöihin" absorptiolle ja sironnalle, joita kuvaa Mie'n teoria valon vuorovaikutukselle pienten hiukkasten kanssa. Katso H.C. Van De Hulst, "Ligt Scattering by Small Particles", John Wiley and Sons, New York (1957) ja M. Kerker, "The Scattering of Light and 20 Other Electromagnetic Radiation", Academic Press, New York (1969). Hiukkasten absorptio- ja sirontakertoimet voidaan ilmaista näiden tehokkuustekijoiden avulla seuraavasti: 25 Ypa = 3/2 ?a (m, » Cv/D32In order to estimate the levels of the absorption and scattering coefficients of the particles, it is necessary to consider both their size and composition. The absorption and scattering coefficients are related to the "efficiency factors" for absorption and scattering described by Mie's theory for the interaction of light with small particles. See H.C. Van De Hulst, "Ligt Scattering by Small Particles," John Wiley and Sons, New York (1957), and M. Kerker, "The Scattering of Light and 20 Other Electromagnetic Radiation," Academic Press, New York (1969). The particle absorption and scattering factors can be expressed by these efficiency factors as follows: 25 Ypa = 3/2? A (m, »Cv / D32

Ypj = 3/2 5S (m, X) Cv/D32 missä Q_ on keskimääräinen absorptiohyötysuhde tietylle a 30 hiukkaskokoelmalle, Q on keskimääräinen sirontahyötysuhde, «9 m on kompleksinen hiukkasten heijastuskerroin, λ on valon allonpituus, Cv on tilavuuskonsentraatio (hiukkaskuutiomet-riä kaasukuutiometriä kohden) ja on Sauter'in hiukkas-kokoelman keskimääräinen halkaisija, joka on yhtä kuin ko-35 konaishiukkastilavuus jaettuna hiukkasten kokonaispinta--· alalla.Ypj = 3/2 5S (m, X) Cv / D32 where Q_ is the average absorption efficiency for a given set of 30 particles, Q is the average scattering efficiency, «9 m is the complex particle reflectance, λ is the wavelength of light, Cv is the volume concentration-gas concentration per) and is the average diameter of the Sauter particle collection equal to the total particle volume of 35 divided by the total surface area of the particles.

13 821 6713 821 67

Sumuhiukkaset koostuvat ensisijaisesti natriumsul-faatista ja natriumkarbonaatista, jotka ovat itse asiassa läpinäkyviä lukuun ottamatta paikallisia spektrialueita infrapuna-alueella 5 yum:n takana. Tämän johdosta näitä 5 alueita lukuun ottamatta niiden heijastuskertoimen imagi-naariosa tulee olemaan merkityksetön tehdyn absorptiohyö-tysuhteestesta myös merkityksettömän. 5 yum:n takaisessa alueessa niiden pieni koko aallonpituuden suhteen johtaa äärimmäisen pieniin absorptiohyötysuhteisiin myös siinä 10 tapauksessa, että heijastuskertoimen imaginaariosa on merkittävä. Siten sumuhiukkasten tapauksessa γ on merkityksettömän pieni. Kuitenkin sirontahyötysuhteella on voimakas resonanssia aallonpituuksilla, jotka ovat verrattavissa hiukkasen halkaisijaan. Tämän johdosta näiden hiuk-15 kasten sironta tapahtuu oleellisesti koko näkyvän valon alueella ja n. 1,0 ^um:iin infrapuna-alueella. Tämä on esitetty suurella huipulla ekstinktiokerroinkäyrässä hiukkasille n. 0,2 ^,um:n kohdalla kuviossa 2.The mist particles consist primarily of sodium sulfate and sodium carbonate, which are in fact transparent except for the local spectral regions in the infrared region behind 5 μm. As a result, with the exception of these 5 regions, the imaginary portion of their reflection coefficient will be insignificant as well as the absorption efficiency made. In the region behind 5 yum, their small size over the wavelength results in extremely low absorption efficiencies even in the case where the imaginary part of the reflection coefficient is significant. Thus, in the case of mist particles, γ is insignificant. However, the scattering efficiency has a strong resonance at wavelengths comparable to the particle diameter. As a result, these particles are scattered over substantially the entire visible light region and to about 1.0 microns in the infrared region. This is shown by the large peak in the extinction coefficient curve for the particles at about 0.2 μm in Figure 2.

Suuret jäännös- ja kasvihiilihiukkaset sisältävät 20 todennäköisesti merkittäviä määriä kiinteää hiiltä tehden ne erittäin absorboiviksi ja aikaansaaden niille suuret imaginaariset heijastuskertoimet. Tämä yhdistettynä niiden suureen kokoon kiinnostavilla aallonpituuksilla johtaa siihen, että näiden hiukkasten sironta- ja absorptiohyöty- 25 suhteet ovat molemmat hyvin lähellä yksikköä. Koska ne kuitenkin ovat niin suuria, niiden lukumäärätiheys on 3 hyvin alhainen (2-3/cm ). Siten näiden hiukkasten aiheuttamat absorptio- ja sirontakertoimet ovat pieniä (γ = -1 Pa γ 5 0,015 m ) aallonpituuksia, jotka ovat pienempiä ps 30 kuin noin 30 ^um. Tämä tehokkaasti asettaa alemman rajan ekstinktiolle kaasuhiukkasjärjestelmälle läpi koko kiinnostavan alueen. Siten on ilmeistä, että lukuun ottamatta natriumin emissio/absorptioilmiötä se on sironta sumuhiuk-kasista, mikä rajoittaa näkyvyyttä spektrin näkyvässä osas-35 sa. Tällä alueella sumuhiukkasten aiheuttama ekstinktioker-1 roin on luokkaa 1-5 metriä kohden, mikä merkitsee, että 14 82167 säteilyn intensiteetti, joka on lähtöisin kerroksesta, on vähentynyt 98 %:lla 1-4 metrissä. Tämä selittää, miksi ei ole mahdollista nähdä 10 m leveän uunin takaseinää käyttäen näkyvää valoa.The large residual and carbon particles are likely to contain significant amounts of solid carbon, making them highly absorbent and providing them with high imaginary reflection coefficients. This, combined with their large size at the wavelengths of interest, results in the scattering and absorption efficiency ratios of these particles being both very close to the unit. However, because they are so large, their number density is 3 very low (2-3 / cm). Thus, the absorption and scattering coefficients caused by these particles are small (γ = -1 Pa γ 5 0.015 m) at wavelengths smaller than ps 30 than about 30 μm. This effectively sets a lower limit for the extinction of the gas particle system throughout the region of interest. Thus, it is apparent that, with the exception of the sodium emission / absorption phenomenon, it is scattering from the mist particles, which limits the visibility in the visible part of the spectrum. In this area, the extinction coefficient caused by the mist particles is of the order of 1 to 5 meters, which means that the radiation intensity of 14,816,167 emanating from the bed has been reduced by 98% in 1 to 4 meters. This explains why it is not possible to see the rear wall of a 10 m wide oven using visible light.

5 Aallonpituuden noin 4 ^,um jälkeen infrapuna-alueella ekstinktiokerroin hiukkasille perustuu pääasiallisesti suuriin jäännös- ja kasvihiilihiukkasiin ja on likimain vakio arvossa 0,03 m . Tämän johdosta spektri-ikkunoissa kaasun absorptio/emissiohuippujen välissä säteilyn tulisi 10 kyetä siirtymään n. 130 m:n välimatka ennen 98 %:n vaimen-tumaa. Näissä alueissa näkyvyyden uunissa tulisi olla erinomainen .After a wavelength of about 4 μm, the extinction coefficient for the particles in the infrared range is mainly based on large residual and carbon particles and is approximately constant at 0.03 m. As a result, in the spectral windows, between the gas absorption / emission peaks, the radiation should be able to move a distance of about 130 m before 98% attenuation. In these areas, the visibility in the oven should be excellent.

Spektri-ikkunat, jotka ovat yleisesti soveltuvia sulan kerroksen kuvaamiseen, jotka on tunnistettu yllä oleval-15 la analyysillä, ovat seuraavat: 1,57 - 1,73 yum, 2,23 - 2,43 /Um, 3,25 - 4,05 ^um, 4,80 - 5,30 ^urn, 6,90 - 7,20 /um, 7,60 - 7,80 yum, 7,90 - 13,90 ^um. Muut 13,90 ^um:n takana olevat ikkunat ovat ilmeisiä kuviota 2 tutkittaessa.The spectral windows generally suitable for imaging the molten layer identified by the above-15a analysis are as follows: 1.57 to 1.73 μm, 2.23 to 2.43 μm, 3.25 to 4, 05 μm, 4.80 - 5.30 μm, 6.90 - 7.20 μm, 7.60 - 7.80 μm, 7.90 - 13.90 μm. Other windows behind 13.90 μm are apparent when examining Figure 2.

Selvästi paras näiden laskelmien ennustama näkyvyys 20 ilmenee n. 4 ^um:n takana ikkunoissa kaasun absorptio/emi-siospektrissä. Kuitenkin infrapuna-alueen kuvauslaitteet, jotka kykenevät toimimaan näillä pitkillä aallonpituuksilla, ovat varsin kalliita, niillä on suhteellisen alhainen resoluutio ja ne usein käyttävät anturielementtejä, 25 jotka vaativat jäähdytyksen lähelle absoluuttista nollapistettä tehden ne sopimattomiksi pysyvään valvomattomaan käyttöön tehdasympäristössä. Edelleen erityinen infrapunavalon läpäisevä optiikka vaaditaan aallonpituuksille, jotka ovat suurempi kuin n. 2,5 ^um. Viime vuosien aikana 30 infrapunaherkät vidikonputket, jotka ovat yhteensopivia tavanomaisten suljetun piirin televisiokameroiden kanssa, ovat tulleet kaupallisesti saataville. Nämä putket ovat tyypillisesti herkkiä säteilylle n. 2 ^um aallonpituuksille.By far the best visibility 20 predicted by these calculations is seen behind about 4 in the windows in the gas absorption / emission spectrum. However, infrared imaging devices capable of operating at these long wavelengths are quite expensive, have relatively low resolution, and often use sensor elements that require cooling close to absolute zero, making them unsuitable for permanent uncontrolled use in a factory environment. Furthermore, special infrared light transmitting optics are required for wavelengths greater than about 2.5 microns. In recent years, 30 infrared-sensitive video tubes that are compatible with conventional closed-circuit television cameras have become commercially available. These tubes are typically sensitive to radiation at wavelengths of about 2 .mu.m.

35 Kuvion 2 tutkiminen osoittaa, että alhaisin eks- tinktiokertoimen ennustettu arvo alle 2 ^um:n alueella li 15 821 67 esiintyy ikkunassa n. 1,7 ^-uirullä kahden vesihöyrykais-tan välissä. Tällä aallonpituudella ennustettu ekstinktio- _i kerroin on n. 0,2 m . Tämä on kertaluokkaa pienempi kuin spektrin näkyvällä alueella ja perustuen tähän arvioon, 5 kerroksesta lähtöisin olevan valon tulisi edetä 10 metriä leveän uunin poikki n. 86 %:n vaimentumalla. Tämä tarkoittaa, että takaseinä tulee olemaan näkyvissä tällä aallonpituudella .Examination of Figure 2 shows that the lowest predicted value of the extinction coefficient in the range less than 2 μm is found in the window with about 1.7 μm between the two water vapor strips. At this wavelength, the predicted extinction coefficient is about 0.2 m. This is an order of magnitude smaller than in the visible region of the spectrum, and based on this estimate, light from 5 layers should travel across a 10-meter-wide furnace with an attenuation of about 86%. This means that the back wall will be visible at this wavelength.

Esimerkki 10 Tämän keksinnön modifioitu järjestelmä on samanlai nen kuin kaupallinen, näkyvän valon järjestelmä, jota nykyisin käytetään lukuun ottamatta infrapunavidikonputken sovittamista tavanomaisen näkyvän valon putken sijalle ja kapeakaistaisen interferenssisuotimen lisäämistä. Motorola'n 15 korkealämpötilainen CCTV-järjestelmä sisältäen suljetun kameran ja uunilinssiputken, kuten yllä on kuvattu, asennettiin, kuten on esitetty kuviossa 1 linssiputken ollessa vietynä Babcock'in ja Wilcox'in kraftkemikaalitalteenotto-kattilan toisioilma-aukon läpi. Hamamatsu'n tyypen N 214, 20 lyijysulfidinen, s,54 cm (1 tuuma) halkaisijainen infrapu-nakuvausilmaisinvidikonputki, jonka on valmistanut Hamamatsu Company Hamamatsun kaupungista Japanista, oli .. sovitettu tavanomaisen Motorola'n vidikonputken suljalle.Example 10 The modified system of the present invention is similar to the commercial visible light system currently in use except for fitting an infrared video tube in place of a conventional visible light tube and adding a narrowband interference filter. Motorola's 15 high temperature CCTV system, including a sealed camera and furnace lens tube, as described above, was installed as shown in Figure 1 with the lens tube passed through the secondary air vent of the Babcock and Wilcox kraft chemical recovery boiler. The Hamamatsu Type N 214, 20 lead sulfide, s, 54 cm (1 inch) diameter infrared imaging detector tube manufactured by Hamamatsu Company of Hamamatsu City, Japan, was .. fitted to a standard Motorola video tube sealer.

Kapeakaistainen interferenssisuodin keskitettynä aallonpi-25 tuudella 1,684 ^um ja omaten kaistanleveyden 0,07 ^um, oli käytössä spektrisuotimena.A narrowband interference filter centered at a wavelength of 1.684 μm and having a bandwidth of 0.07 μm was used as the spectral filter.

Tätä sovitelmaa testattaessa havaittiin, että tarkennus parantui oleellisesti siirtämällä vidikonputkea poispäin linssiputkesta sovittamalla välilevy kameran 30 rungon ja linssiputken väliin. Uskotaan, että tämä lisä-etäisyys johtui lisäyksestä linssijärjestelmän polttovälistä pidemmillä aallonpituuksilla. Kun tarkkuus oli sovitettu, havaittiin että näkyvyys valitulla aallonpituudella oli huomattavasti parempi kuin tavanomaisissa jär-35 jestelmissä. Koko kerros näkökentän sisällä voitiin selvästi ja jatkuvasti ja kerroksen korkeutta ja rakennetta ie 82167 voitiin helposti tarkkailla. Kerroksen pintaominaisuudet voitiin erottaa myös uunin takaseinällä. Kerros oli hyvin matala näiden kokeiden aikana ja ensiö- ja toisioilmaau-kot takaseinällä voitiin nähdä varsin selvästi tummina 5 suorakulmaisina alueina yleisesti kirkkailla seinäpinnoilla.When testing this arrangement, it was found that the focus was substantially improved by moving the video tube away from the lens tube by fitting a spacer between the camera body 30 and the lens tube. It is believed that this additional distance was due to an increase in the focal length of the lens system at longer wavelengths. Once the accuracy was adjusted, it was found that the visibility at the selected wavelength was significantly better than in conventional systems. The entire layer within the field of view could be clearly and continuously and the height and structure of the layer, ie 82167, could be easily observed. The surface properties of the layer could also be separated on the back wall of the furnace. The layer was very shallow during these experiments and the primary and secondary air openings in the rear wall could be seen quite clearly as dark 5 rectangular areas on generally bright wall surfaces.

On havaittu, että infrapunavidikonijärjestelmän resoluutio on sellainen, että yksittäiset ensiöilma-aukot mitoiltaan n. 5 x 25 cm voitiin erottaa. Kuva ilmaisee, että normaalitoimintaolosuhteissa järjestelmä sallii 10 sellaisten piirteiden erottamisen, joiden mitat ovat muutamia senttimetrejä tai vähemmän 10 m:n etäisyydeltä.It has been found that the resolution of the infrared widget system is such that individual primary air vents measuring approximately 5 x 25 cm could be separated. The figure indicates that under normal operating conditions, the system allows the separation of 10 features with dimensions of a few centimeters or less at a distance of 10 m.

Infrapunavidikonilla on luontaisesti hitaampi ai-kavaste kuin näkyvän valon vidikonputkella. Tämä voi olla osittain syynä siihen, että laajemmat leijuvat hiukkaset 15 ja nestepisarat eivät näkyneet kuvassa. Kuitenkin aikavas-te on riittävän lyhyt, että seinistä putoava materiaali havaittiin samoin kuin suuret "järkäleet", jotka vierivät kerroksen poikki silloin tällöin. Ensiöilmasuihkujen ja kerrokseen osuvan putoavan materiaalin kohottama pöly ha-20 valttiin.The infrared widget inherently has a slower ai response than the visible light vidicon tube. This may be in part due to the fact that the larger floating particles 15 and liquid droplets were not visible in the image. However, the time response is short enough that material falling from the walls was observed as well as large "clumps" rolling across the layer from time to time. The dust raised by the primary air jets and the falling material hitting the layer was ha-20.

Koska järjestelmä on suhteellisen tunnoton säteilylle kaasumaisista aineista, joita esiintyy pääasiallisesti suotimen poistamilla aallonpituuksilla ja koska järjestelmä toimii infrapuna-alueella, havaittu säteily on 25 kiinteiden pintojen emittoimaa lämpösäteilyä. Tämän johdosta havaittu intensiteetti liittyy näiden pintojen lämpötilaan. Kuitenkin pintojen suuntaus samoin kuin niiden emitiivisyys myötävaikuttavat havaittuun intensiteettijakautumaan. Se seikka, että kerroksen ääriviivojen visuaa-30 linen arviointi sopii erittäin hyvin yhteen kerroksen pinnalla vyöryvien kohteiden kulkusuunnan kanssa maan vetovoiman vaikutuksesta tukee sitä näkemystä, että pinnan suuntauksella on merkittävä osa määritettäessä havaittua intensiteettijakautumaa. Samalla se seikka, että seinistä 35 putoava materiaali, joka on jäähtynyt ollessaan kosketuksessa vesiputkien kanssa, ilmenee tummana, kun se ensinBecause the system is relatively insensitive to radiation from gaseous substances that occur primarily at the wavelengths removed by the filter and because the system operates in the infrared range, the observed radiation is thermal radiation emitted by solid surfaces. As a result, the intensity observed is related to the temperature of these surfaces. However, the orientation of the surfaces as well as their emittance contribute to the observed intensity distribution. The fact that the visual assessment of the layer contours is very well in agreement with the direction of travel of the objects on the surface of the layer due to the gravity of the ground supports the view that surface orientation plays a significant role in determining the observed intensity distribution. At the same time, the fact that the material falling from the walls 35, which has cooled on contact with the water pipes, appears dark when it first

HB

17 821 67 osuu pintaan, mutta tulee asteittain kirkkaammaksi ja heikommin erotettavaksi ympäröivän kerroksen aineesta, tukee sitä näkemystä, että materiaalin lämpötilalla on myös suuri vaikutus kuvan intensiteettiin.17 821 67 hits the surface, but gradually becomes brighter and less separable from the material of the surrounding layer, supports the view that the temperature of the material also has a large effect on the intensity of the image.

5 Kyky katsoa uunin sisälle selvästi aikaansaa ennen näkemättömän tilaisuuden tarkkailla uunin sisäpuolisia prosesseja ja lisätä tietämystä kattilan toimintailmiöistä. Tämä keksintö ei ole rajoitettu hyösyllisyydessaan ainoastaan kraftmassan kemikaalien talteenottokattilajärjestel-10 miin. Se on käyttökelpoinen katsottaessa mitä tahansa tummaa pintaa, jota hämärtävät yllä olevat kuumat kaasut, höyryt ja hiukkaset, kun voidaan valita sopivat suotimet yllä kuvatun strategian mukaisesti kuvahäiriöiden välttämiseksi.5 The ability to look inside the furnace clearly provides an unprecedented opportunity to observe the processes inside the furnace and to increase knowledge of the operating phenomena of the boiler. The present invention is not limited in its usefulness to kraft pulp chemical recovery boiler systems. It is useful for viewing any dark surface obscured by the hot gases, vapors, and particles above, when suitable filters can be selected according to the strategy described above to avoid image interference.

Claims (4)

1. Avbildningsanordning för observation av en yta (31), som emitterar infrarött ljus i det smälta skiktet i 5 en ätervinningspanna för sulfatcellulosa-avlut, där ytan av det smälta skiktet är vid en temperatur av ätminstone 1000 °C och de ovanom denna liggande gaserna ooh röken är vid väsentligen högre temperaturer, varvid ytan av det smälta skiktet väsentligen fördunklas av rökpartiklar, 10 som sprider synligt ljus, och av heta gasämnen, som be-finner sig ovanom ytan av det smälta skiktet och själva är starka emitterare av infrarött ljus och, som selektivt absorberar strälning frän ytan av det smälta skiktet som emitterar infrarött ljus och varvid en dylik anordning 15 omfattar sensor- och detektororgan för en infraröd bild och en visuell bildskärmsanordning (19), känne-t e c k n a d därav, att bildsensor- och detektororganen omfattar: ett optiskt filterorgan (12), som ästadkommer en 20 optisk utgäng för sensor- och detektororganen och i vil-ket strälningarna frän nämnda yta (31) med en väglängd under lpm avmattas för undvikande av rökinterferens och i vilket strälningarna frän nämnda yta (31), vilkas väg-längder motsvarar de heta gasämnenas strälningsemissioner 25 och strälningsabsorbtioner, även avmattas sä, att nämnda infrarött-sensor- och detektororgan är spektralt känsliga pä ett smalt band, som centrerats väsentligen pä vägläng-den 1,68 pm och att nämnda bildskärmsanordning (19) är anordnad att 30 vara beroende av utgängssignalen, som representerar hiiden, frän sensor- och detektororganen och att alstra en väsentligen interferensfri synlig bild frän ytan av det smälta skiktet.An imaging device for observing a surface (31) that emits infrared light in the molten layer of a sulfate cellulose effluent recovery boiler, wherein the surface of the molten layer is at a temperature of at least 1000 ° C and the gases above it and the smoke is at substantially higher temperatures, the surface of the molten layer being substantially obscured by smoke particles, which spread visible light, and by hot gas substances located above the surface of the molten layer and themselves being strong emitters of infrared light and which selectively absorbs radiation from the surface of the molten layer emitting infrared light and wherein such a device comprises sensor and detector means for an infrared image and a visual display device (19), characterized in that the image sensor and detector means comprise means an optical filter means (12) which provides an optical output for the sensor and detector means and in which case the radiations from said surface (31) having a path length below 1pm are attenuated to avoid smoke interference and in which the radiations from said surface (31), whose path lengths correspond to the radiation emissions of the hot gases and radiation absorptions, are also attenuated so that said infrared sensor and detector means are spectrally sensitive to a narrow band, centered substantially on the path length of 1.68 µm, and said display device (19) is arranged to be dependent on the output signal representing the signal from the sensor and detector means and to generate a substantially interference-free visible image from the surface of the molten layer. 2. Avbildningsanordning enligt patentkravet 1, 35 kännetecknad därav, att infrarött-sensor- och II 2i 82167 * detektororganen inkluderar ett infraröttkänsligt vidikon-rör, som är spektralt känsligt för infraröd straining upp till väglängden 2μπι.2. Imaging device according to claim 1, characterized in that the infrared sensor and detector means include an infrared sensitive vidicon tube which is spectrally sensitive to infrared radiation up to the path length 2μπι. 3. Avbildningsanordning enligt patentkravet 1 el-5 ler 2, kännetecknad därav, att det optiska filterorganet har endast ett passband beläget i väg-längdsintervallet 1,57 - 1,73 pm.Imaging device according to claim 1 or 2, characterized in that the optical filter means has only one passband located in the path length range 1.57 - 1.73 µm. 4. Avbildningsanordning enligt nägot av patentl*:a-ven 1-3, kännetecknad därav, att infrarött- 10 sensor- och detektororganet inkluderar: ett bilddetektororgan, som är känsligt i det inf-raröda omrädet för avkänning av den emitterande ytans bild och ett linsorgan för projicering och fokusering av 15 ytans infraröda bild pä ett detektororgan, varvid det optiska filterorganet är placerat mel-lan linsorganet och detektororganet och varvid bildskärmsorganet är anordnat att vara be-roende av detektororganets utgängssignal för alstring av 20 en väsentligen interferensfri visuell bild frän de under observering varande ytorna.Imaging device according to any of the claims 1 to 3, characterized in that the infrared sensor and detector means include: an image detector means which is sensitive in the infrared range for sensing the image of the emitting surface and a lens means for projecting and focusing the infrared image of the surface of a detector means, the optical filter means being positioned between the lens means and the detector means, and the display means being arranged to depend on the output of the detector means for generating a substantially interference-free visual image while observing the surfaces.
FI863819A 1985-01-22 1986-09-22 AVBINDNING AV HETA, INFRAROETT LJUS EMITTERANDE YTOR FOERDUNKLADE AV PARTIKELDIMMA OCH HERA GASER. FI82167C (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US1985/000095 WO1986004475A1 (en) 1983-02-22 1985-01-22 Imaging of hot infrared emitting surfaces obscured by particulate fume and hot gases
US8500095 1985-01-22

Publications (4)

Publication Number Publication Date
FI863819A0 FI863819A0 (en) 1986-09-22
FI863819A FI863819A (en) 1986-09-22
FI82167B FI82167B (en) 1990-09-28
FI82167C true FI82167C (en) 1991-01-10

Family

ID=22188554

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI863819A FI82167C (en) 1985-01-22 1986-09-22 AVBINDNING AV HETA, INFRAROETT LJUS EMITTERANDE YTOR FOERDUNKLADE AV PARTIKELDIMMA OCH HERA GASER.

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE3580362D1 (en)
FI (1) FI82167C (en)

Also Published As

Publication number Publication date
FI82167B (en) 1990-09-28
FI863819A0 (en) 1986-09-22
DE3580362D1 (en) 1990-12-06
FI863819A (en) 1986-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4539588A (en) Imaging of hot infrared emitting surfaces obscured by particulate fume and hot gases
JP5028267B2 (en) Control of recovery boilers
US7551277B2 (en) Particle monitors and method(s) therefor
USRE33857E (en) Imaging of hot infrared emitting surfaces obscured by particulate fume and hot gases
EP2112639B1 (en) Improvement(s) related to particle detectors
CN103364372B (en) smoke detector
CN102419304B (en) Optical measuring probe system for high-humidity low-concentration flue gas pollutants
EP0210981B1 (en) Imaging of hot infrared emitting surfaces obscured by particulate fume and hot gases
US7154400B2 (en) Fire detection method
FI82167C (en) AVBINDNING AV HETA, INFRAROETT LJUS EMITTERANDE YTOR FOERDUNKLADE AV PARTIKELDIMMA OCH HERA GASER.
CN113379628A (en) Method for detecting thermal runaway of lithium battery based on infrared thermal imager
EP3637080B1 (en) Leakage detection system and leakage detection method
JP2009145125A (en) Gas sample chamber and concentration measuring instrument equipped with the same
RU205249U1 (en) DEVICE FOR SAMPLING THE GAS-AIR MEDIUM FROM THE CAVITY OF THE PROTECTIVE CASING OF THE MAIN GAS PIPELINE
CN114127542B (en) gas detector
WO1999044178A1 (en) Device for monitoring an enclosed space, in particular an aircraft hold
JPH0520687B2 (en)
Haessler Smoke detection by forward light scattering
SE407595B (en) METHODS AND DEVICES FOR MONITORING THE REDUCTION EFFICIENCY IN A CHEMICAL EQUIPMENT
JPH07140400A (en) Monitor device for inside of blast furnace
Sadok et al. Video-based cargo fire verification system with fuzzy inference engine for commercial aircraft
US5703690A (en) Optical granulometer for measuring the concentration of particulate present in a fluid at low standard concentrations
Yannopoulos et al. Experimental determination of alkali impurity release from various dolomites
Colbeck et al. Particles in hot gases—sampling and sample preparation

Legal Events

Date Code Title Description
MM Patent lapsed
MM Patent lapsed

Owner name: THE BABCOCK & WILCOX COMPANY