JPH02306130A - 焼成炉温度測定方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、焼成炉の正確な温度計測装置に関し、特に、
測定精度のすぐれた焼成炉の温度計測装置に関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする問題点］セメ
ント焼成炉では、焼成炉の安定した運転を確保するため
に、キルン駆動電力、焼成温度、排ガス中のＮＯ！、０
８等が計測され、焼成炉の制御に利用される。ところで
、従来、焼成帯の温度を検出する焼成点温度計は、各種
の形式のもの、例えば、光高温計、放射温度計等が、開
発されておリ、その中でも最も信頼できる二色温度計を
用いた場合でも、放射率の変動が考１６きれていないた
めに、非定常状！ｍへの移行するときに、或いは、定常
状態への回復の過渡期に、ダスティングなどのために、
焼成炉の内部温度を正しく計洞できない場合がある。

このような問題を解決するために、本発明は、ダスティ
ング雰囲気のあるセメント焼成炉でも、精度よく、焼成
炉内の温度を測定して、焼成操業を精密に安定に、制御
できるセメント焼成炉の温度測定方法とその装置を提供
することを目的にする。

［発明の構成］ ［問題点を解決するための手段］ 本発明の要旨とするものは、焼成炉内の高温物体の放射
光を測定し、その計測値から温度を算出することによる
温度測定方法において、放射率εと波長入との関係を、
式（、）ε−Ｅｘｐ（ａλ０）・・　・・・・（、）に
近似して、ｎについて、一定間隔で１〜４の範囲のｎに
ついて、放射率εを計算し、最も実際の測定値との差の
小きくなるｎを求めて、その定数ｎを用いて、２つの波
長λ１、入、で測定した分光放射輝度Ｂ、とＢ、を用い
、式（０から、Ｔ−Ｃ，（λ、“／λ、−λ１°／入、
）／［λ、”Ｉｎ（Ｃ，／Ｂ　、入　２−　λ　１　”
Ｉｎ（Ｃ＋／　Ｂ　ｒλ　げ）コ・・（ω（但し、Ｃ、
−３，７４Ｘ１０’であり、ＣＩ　＝　１．４３８Ｘ１
０’である）温度Ｔを算出することを特徴とする温度測
定方法である。そして、そのための焼成炉内放射光を測
定４−る装置は、集光オブディ力ルヘッド部、集光きれ
た光を伝送する光フアイバ部、分光分析する分光器より
なり、そして、前記の測定装置で測定きれたスペクトル
強度及び輝度から前記の方法で、温度を算出する演算処
理出力装置と前記分光器を制御するための演算処理出力
装置を具備してなるものである。

従来の炉温度測定法は、炉内からの放射光を測定するこ
とにより、為されている。即ち、焼成炉内からの放射光
を利用し、非接触で測定する、例えば、光高温計、放射
温度計である二色温度計及び全輻射温度計がある。

一般に、物体の温度と熱放射エネルギーの関係は、物体
が完全黒体である場合、次のブランクの法則で示きれる
。

Ｌ（λ、ｒ）−２ＣＩ／（λ”（ｅｘｐ（ＣＩ／入Ｔｉ
ｔ　　）−（１）ここで、Ｃ５は、　３．７４Ｘ１０’
であり、Ｃ８は、１．４３８ＸｌＯ′である。Ｌ（入、
Ｔ）は、温度Ｔ、波長人の放射の分光放射輝度を示す、
λＴくλ、Ｔの領域では、分母の−１を省略して、ウィ
ーンの式（りが得られる。即ち、 Ｌ　（λ　、Ｔ）＝　　２Ｃ、／　　λ　’傘ｅｘｐ（
−Ｃｔ／　λ工）・・・■黒体は理想化きれた放射体で
あり、一般の物体では、分光放射輝度をＢ（λ、Ｔ）と
すれば。

Ｂ（λ、Ｔ）−ｔ　Ｌ（λ、Ｔ）・・・＝・（３）で示
きれる。放射温度計は放射エネルギ、−を測定し、ブラ
ンクの法則を基本的な原理として温度に変換する。即ち
、単波長の分光放射輝度から温度Ｔは、 Ｔ＝Ｃ，／［λＩｎ（２ＥＣ＋／Ｂλ’）ｌ−（４）で
示される。放射率εは物体を構成する物質固有の定数で
あるが、物体の表面状態などにより変化し温度変換の誤
差になる。

放射率εが変化しても同一温度における２つの波長λ１
、λ、の分光放射輝度Ｂ３、Ｂ、を測定し、各々の波長
における放射率εＩ／Ｅｒの比が一定で（即ち、そのよ
うな物体を灰色体という）あれば、次の式から温度を求
めることができる。

Ｔ−Ｃ，（λ　−１−λ１−１ｎ／λ２）／１ｎ［Ｂｆ
／Ｂ、・ε１／ε、・（λ、／λ１）１］・・・・・・
（９式（５）を原理とする温度が二色放射温度計である
。物体の放射率は、一般に波長依存性があり、焼成炉の
ようなダスデイな雰囲気では三波長の放射率比が変動し
、二色方式でも正確な温度を計泗するには充分でない。

そこで、放射率εを波長大の関数［ε−ｅｘｐ（α・λ
°・・・（ａ）］で近似させ、ブランクの法則、ウィー
ンの式を展開した式（０から、例えば、２波長久１、λ
、の放射輝度から温度を求められる。

Ｔ−Ｃ，（λＩ６／λ、−λ１＠／λ１ｎ／λ２）／（
λ、”Ｉｎ（ＣＩ／Ｂ、λ１′−λピｉｎ（Ｃ＋／　Ｂ
　＊入ｍ’））−＝・。

但し、Ｂ＋は波長入、での放射輝度で、Ｂ、は波長λ、
での放射輝度で、Ｃ８、Ｃ３は前記の物理定数である。

高温物体より放射される放射エネルギーより、特定元素
の発光吸収スペクトルの存在しない任意の複数波長の放
射輝度を測定し、演算処理により温度を算出する。上記
のｎの値は、複数の波長及び複数の組合わせで各々の温
度差が最も小さくなるｎ＝２．５の値を使用した。

［作用］ 従来の測定法では、物体を構成する物質固有の定数であ
る放射率εは、放射線測定で温度を測定する場合に、そ
の温度における物体表面状態等により、影響され、変化
するために、誤差の原因になる。従って、例えば、従来
の二色温度計では、二波長での各々における放射率εＩ
／ε、が一定であるとして算出しているが、物体の放射
率εは、焼成炉のように焼成火炎、焼成ガス、クリンカ
ー粉塵等によりダステイな雰囲気では、二波長の放射率
比が、変動し、二色方式でも、正確な温度を計測するに
は、充分でない。

そこで、放射率を波長の関数、即ち、 ε−Ｅｘｐ（ａλ“）・・・（ａ）に近似すると、二つ
の分光放射光強度から温度は、式（ｅにより計算できる
。

但し、Ｂ１は波長λ１での分光放射光強度を、Ｂｔは、
波長久、での分光放射光強度を示し、Ｃ１、ＣＩは、放
射光に関する物理定数である。

以４二の方式により、連続的に温度を測定した、その結
果を第４図に示す、各波長に対する、特定元素の発光吸
収スペクトルの存在しない波長を選択し、複数の波長位
置で、複数の組合わせで、スペクトル強度を測定した０
式（６）において、ｎは、各々の温度差が最も小さいと
きの値（ｎ＝　２．５）を使用した。

本発明のよる、焼成炉内の温度を測定する位置としては
、焼成炉の焼点とキルン落目の間が、クリンカ等による
ダスト雰囲気の影響を少なくできために、好適である。

そのための測定位置については、特にセメント焼成炉を
測定する場合は、焼点近傍で、可能な限りバーナフレー
ムが測定視野に入らなければ視野径を絞り込むことがで
きる。

本発明は、特にセメント焼成炉の温度測定のために考案
されたものであるが、更に、溶鉱炉等の温度測定にも使
用ｒることかできる。

次に、本発明の焼成炉の温度測定方法と装置を、図面を
用いて、具体的な実施例により、説明するが、本発明は
、その説明により限定されるものではない。

［実施例］ 第１．２図は、セメント焼成炉に本発明の温度測定装置
を設置したものを模式的に表わした説明図である。第１
図は、セメント焼成炉の断面を示し、セメント原料は、
プレヒーター２０から投入され、斜面２３を転がり落ち
、セメント回転炉２に入り、焼成炉内で焼成きれ、焼成
クリンカー２４となり、焼成帯２６を通過し、焼成炉の
回転により、クリンカーがキルンフッド２７に向かって
進行し、クーラー２１に落ときれ、冷却される。

一方バーナー３から燃料が噴射され、燃焼し、焼成する
。このセメント焼成炉の焼成状態を監視するために、プ
レヒーター２０から排出される排ガス中の窒素酸化物（
Ｎｏ□）、酸素等を計測し、また焼成炉２の回転のため
のキルン駆動電力を計測し、焼成温度を計測する。

第２図の回転焼成炉の出口部の平面図に示されるように
、バーナ３から燃料が噴射きれ、プレヒーター０により
加熱した後に、回転焼成炉２、窯尻部２３より導入され
た原料は、回転焼成炉２の奥で仮焼きれ、焼成帯で焼成
きれ、回転焼成炉から出て、クーラー２１で冷却されて
、クリンカ−２５となる。この際クーラーの高温部でク
リンカーを冷却した空気は、燃焼用空気として、キルン
フッド２７を経て焼成炉内に導入される。

焼成炉２内からの放射光をキルンフッド２７前に設置し
たオプティカルヘッド部５で集光し、その光を光ファイ
バ６で伝送し、伝送された光を分光器７で分光分析し、
それに接続している演算処理装置８でスペクトル強度を
演算処理し、温度換算する。このようにして得られた炉
内温度データは、排ガス中の窒素酸化物、窯尻の醸素量
、キルン駆動電力等の情報とともに、プロセス変数とし
て用いられ、これ基づき、燃料原料の供給量の増減及び
回転焼成炉の回転速度等の操作を行なうことにより、安
定した焼成炉の操業が確保される。

□３図、よ、オッ掌ヵ２．へ、２ド５．２□す断面図で
ある。

オプティカルへ・ノド部は、測定対象外からの放射光を
避けるための集光レンズ部１２と、該レンズを高熱から
保護する耐熱性保護ガラス１１より成り、集光レンズ、
保護ガラス及び光ファイバーは、レンズホルダー１０で
固定されており、レンズ等の分解取り替えが、ｍｉＲに
できる構造となっている。

更に、集光ヘッド部を高温より保護するために、該へノ
ド部の外側を水冷管で覆い、先端部の保護ガラスを高温
より保護し、ガラスの汚れを防止すルため、エアパージ
できるように水冷管とレンズホルダーとの間に空気通路
を形成する構造となっている。

また、オブデイカルヘノド部は、測定対象位置を変更す
ることができるように、キルンフッド正面に上下左右に
首振り可能な取り付は架台にセットする構造が好適であ
る。尚、測定対象位置は、焼成帯のキルン出口側とする
のが、好適である。

次に、第４図に、実際に、２０秒周期でサンプリングし
て、得られた本発明による測定温度の変化と回転焼成炉
のプロセス変数の変化を示すものである。

即ち、第４図は、実際に２０秒周期でサンプリングして
得られた諸変数、即ち ａ、焼点温度計により測定した温度、 ｂ０本発明の方法により測定した温度の変化、ｃ、Ｎａ
線スペクトルの強度の変化及びｄ、に線スペクトル強度
の変化、 ｅ　、Ｎｏ、濃度、 ｆ、原料供給量及び ｇ、キルン電流の変化を示すものである。

測定には、分光分析装置型式　大塚電子株式会社の高分
解型瞬時マルチ測光検知器を使用し、ＭＣＰＤ−１１０
Ａで測定した。

５００〜８００ｎｍの波長範囲を測定周期２０秒で測定
し、ｎ＝２．５として、６００ｎｎと７５０ｎｍの放射
輝度より、式（６）を用いて、温度を算出した。

第４図には上記のように、アルカリスペクトルの吸収強
度と回転焼成炉のプロセス変数の変化を併せて記録しで
ある。

Ｎａ、にのアルカリ線によるスペクトル吸収強度につい
て言えば、次の通りである０例えば、セメント焼成炉に
外乱が生じ、非定常状態に移行し始めると、該吸収強度
は、小さくなり、定常状態まで回復すると、該吸収強度
は、元の状態に戻る。これは、焼成炉奥での内部循環ア
ルカリを含んだ原料の焼成帯への移動速度、焼成帯での
滞留時間、温度によって焼成タリン力中のアルカリ気化
速度等の条件が変化するために、生じるものである。即
も、アルカリの吸収強度は、炉内の放射強度によって変
化し、炉内の焼成状態の変化が検知できるものである。

以−Ｌの結果より、炉内の状況が、定常状態から非定常
状態へ移行時に、或いは、非定常状態からの回復過渡期
に、焼成炉内の温度変化が、正確に計測できるものであ
る。

第４図に示す測定曲線に見られるように、イの時点で何
かの外乱が生じて、ａの測定温度が下がり、他の変数も
変化する。そして、その回復状態を各変数で見ると、ａ
の測定温度は、口の時点で早くも回復しているように、
見えるが、その他の変数例えば、キルン電流は、口の時
点では、回復していなく、値が下がっている中であり、
Ｎ　Ｏｘ濃度でも回復していない。

これに対して、ｂの測定温度曲線を見ると、以上の焼成
炉の変化状態を良く反映しており、ａの測定温度の変化
よりも、よく焼成炉内の温度を測定しているものと思わ
れる。また、更に、ハの時点では、温度測定では完全に
定常状態に回復しているかのように見えるが、本発明の
測定温度の曲線は、未だ回復を示していない、即ち、測
定曲線を示す第４図より本発明の有効性が分かる。

以りの結果より、炉内の状況が、定常状態から非定常状
態へ移行するときに、或いは、非定常状態からの回復過
渡期の炉内の状態変化が、本発明により測定した温度で
、正確に計測でき、焼成炉内の安定操作が、可能になる
ものである。

［発明の効果コ 本発明の焼成炉の温度測定方法及びその装置を使用し、
以上のように、セメント焼成炉内からの放射光の輝度を
測定して、前記の方法で温度を決定することにより、 第１に、放射率の波長依存性を考慮して温度を計測する
もので、正確な温度が得られる計測法と計測装置が提供
されたこと。

第２に、それにより、炉内の焼成状態の変化を検知でき
、焼成炉内の変化に対応した操作を迅速に行なうことが
できること、 第３に、焼成炉内の温度を迅速正確に計測することによ
り、焼成炉の状態に、迅速に対応操作ができ、焼成炉の
安定運転がより確実にできること、などの技術的な効果
が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を適用するセメント焼成炉を説明する
説明断面図である。 第２図は、本発明のセメント焼成炉の状態を視装置の構
造を模式的に示を断面図とブロック図である。 第３図は、本発明の焼成炉聖夜装置に用いるオブ撃カル
へ・・ド部を示す断面図である。 第４図は、実際に焼成炉からの放射光のスペクトル分析
し、得られた結果を示す。 ［主要部分の符号の説明］ １　、、、、、、、セメント焼成炉 ２１６１１１１０回転炉 ３　、、、、、、、、バーナー ４　、、、、、、、、水冷管 ５　、、、、、、、、オプチカルへ・７ド部６　、、、
、、、、、光ファイバー ７、、、、、、、、分光器 ８　、、、、、、、演算処理装置 １０　、、、、、、、、レンズホルダー１１　、、、、
、、、、保護ガラス １２　、、、、、、、、レンズ 特許出願人　三菱鉱業セメント株式会社代理人　　弁理
士　　倉　＃　　裕 平成１年８月１０日 特許庁長官　吉　１■　　文　毅　殿 ３、補ＩＥをＣる者 事件との関係　出願人 住所　東京都千代田区丸の内−丁目５番１号名称　三菱
鉱業セメント株式会社 代表者　藤　村　正　哉 ４、代理人 住所〒１０１東京都千代■１区神１１須田町１丁目２番
地日邦・四国ビル３Ｆ ５、補正命令の日付 平成１年７月２５日（発送日） ６補正の対象 図　　面 ７、補正の内容 第４ＦｙＪを添付図面の通りに訂正する。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）焼成炉内の高温物体の放射光を測定し、その計測
   値から温度を算出することによる温度測定方法において
   、 放射率εと波長λとの関係を、式（ａ） ε＝Ｅｘｐ（ａλ＾ｎ）・・・・・・・・（ａ）に近似
   して、ｎについて、一定間隔で１〜４の範囲のｎについ
   て、εを計算し、最も実際の測定値との差の小さくなる
   ｎを求めて、その定数ｎを用いて、２つの波長λ＿１、
   λ＿２で測定した分光放射輝度Ｂ＿１とＢ＿２を用い、
   次の式（６）から、Ｔ＝Ｃ＿２（λ＿２＾ｍ／λ＿１−
   λ＿１＾ｎ／λ＿２）／［λ＿２＾ｍ１ｎ（Ｃ＿１／Ｂ
   ＿１λ＿１＾５−λ＿１＾ｎ１ｎ（Ｃ＿１／Ｂ＿２λ＿
   ２＾５）］・・・・・・（６）（但し、Ｃ＿１＝３．７
   ４×１０＾４、Ｃ＿２＝１．４３８×１０＾４である） 温度Ｔを算出することを特徴とする温度測定方法。
2. （２）焼成炉内放射光を測定する装置は、集光オプティ
   カルヘッド部、集光された光を伝送する光ファイバ部、
   分光分析する分光器よりなり、そして、前記の測定装置
   で測定されたスペクトル強度から請求項第１項記載の方
   法で、温度を算出し、前記分光器を制御するための演算
   処理装置を具備してなることを特徴とする温度測定装置
   。