RU2096745C1

RU2096745C1 - Method measuring temperature of baths of glass-making furnaces

Info

Publication number: RU2096745C1
Application number: RU9494003329A
Authority: RU
Inventors: В.Г. Лисиенко; С.Н. Гущин; В.В. Лисиенко; В.Б. Кутьин
Original assignee: Региональное уральское отделение Академии инженерных наук РФ
Priority date: 1994-01-28
Filing date: 1994-01-28
Publication date: 1997-11-20

Abstract

FIELD: glassmaking furnaces for production of sheet and bottle glass and glass means. SUBSTANCE: essence of invention consists in simultaneous measurement of temperature of surface of setting (brickwork) Tk and hearth Tn of furnace and in additional measurement of spectral radiation flux E

\binom{λ}{set.ink}

incident on setting with proviso that length of radiation wave corresponds to transparency windows of radiation spectrum of gases of furnace atmosphere λ= 0.65-0.90; 1.69, 2.9 and 3.9 μm. EFFECT: 30-40 C increase of accuracy of temperature measurements. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области промышленной энергетики, в частности к стекловаренным печам при производстве листового, бутылочного стекла, стекломассы и т.д. The invention relates to the field of industrial energy, in particular to glass melting furnaces in the production of sheet, bottle glass, glass melt, etc.

Известен способ определения температуры ванн стекловаренных печей, при котором применяют погруженные термопары со специальными защитными чехлами [1] О температуре ванн судят также по температуре термопары, установленной в подине печи [1] Недостатком этих способов является то, что в первом случае не удается обеспечить непрерывный длительный замер температуры ванны вследствие сравнительно низкой стойкости наконечников и других элементов погружных термопар при высокой температуре в химически агрессивной среде. Во втором случае погрешность измерений оказывается очень велика, так как термопара, установленная в подине, определяет температуру подины, которая может существенно (до 100^oС) отличаться от температуры стекломассы.A known method for determining the temperature of the bathtubs of glass melting furnaces, in which immersed thermocouples with special protective covers are used [1] The bath temperature is also judged by the temperature of the thermocouple installed in the hearth of the furnace [1] The disadvantage of these methods is that in the first case it is not possible to provide continuous prolonged measurement of bath temperature due to the relatively low resistance of the tips and other elements of immersion thermocouples at high temperatures in chemically aggressive environments. In the second case, the measurement error is very large, since the thermocouple installed in the hearth determines the temperature of the hearth, which can significantly (up to 100 ^o C) differ from the temperature of the glass mass.

Известен способ измерений температуры ванн стекловаренных печей [2, с. 273] который наиболее близок к предлагаемому техническому решению и выбран в качестве прототипа. При этом для измерения температуры стекломассы применяются стационарно установленные термопары. Термопары вводят через боковые стенки или дно. Недостатком такого способа является то, что фактически происходит измерение температуры локальной области стекломассы вблизи кладки печи. Вместе с тем, поскольку по объему расплава имеет место значительный градиент температур (до 100^oС), точность этого метода нельзя считать приемлемой.A known method of measuring the temperature of the baths of glass melting furnaces [2, p. 273] which is closest to the proposed technical solution and selected as a prototype. At the same time, stationary thermocouples are used to measure the temperature of the molten glass. Thermocouples are introduced through the side walls or bottom. The disadvantage of this method is that in fact the temperature is measured in the local region of the glass melt near the masonry of the furnace. However, since a significant temperature gradient (up to 100 ^° C) takes place over the volume of the melt, the accuracy of this method cannot be considered acceptable.

Технической задачей изобретения является увеличение точности измерения температуры ванны стекловаренных печей при одновременном обеспечении длительного срока службы аппаратуры и непрерывности измерения. An object of the invention is to increase the accuracy of measuring the temperature of the bath of glass melting furnaces while ensuring a long service life of the equipment and the continuity of measurement.

Указанная задача достигается тем, что с помощью спектрального радиометра полусферического излучения, устанавливаемого в кладке (своде) стекловаренной печи, определяется спектральная плотность потока падающего на кладку излучения E $\binom{λ}{пад}$ . При этом интерференционный светофильтр радиометра подбирается таким образом, чтобы излучение поступало в одно из окон прозрачности. Как известно, газы поглощают (и излучают) энергию селективно, т.е. лишь в определенных интервалах длин волн, в так называемых полосах. Вне этих полос газы прозрачны. Для газов, заполняющих рабочее пространство печи, окно прозрачности может быть обеспечено при длинах волн λ 0,65 0,9; 1,69; 2,19 и 3,9 мкм.This problem is achieved by the fact that using a spectral radiometer of hemispherical radiation installed in the masonry (arch) of a glass melting furnace, the spectral density of the radiation flux incident on the masonry is determined E $\binom{λ}{pad}$ . In this case, the interference filter of the radiometer is selected so that the radiation enters one of the transparency windows. As you know, gases absorb (and radiate) energy selectively, i.e. only at certain wavelength intervals, in the so-called bands. Outside these bands, the gases are transparent. For gases filling the working space of the furnace, a transparency window can be provided at wavelengths λ 0.65 0.9; 1.69; 2.19 and 3.9 μm.

Одновременно с помощью термопар, установленных в кладке подины и обмуровки печи, определяется температура поверхности подины Т_п и температура обмуровки Т_к.At the same time, using thermocouples installed in the masonry of the hearth and lining the furnace, the temperature of the surface of the hearth T _p and the temperature of the lining T _{to are} determined.

Величина плотности падающего на поверхность обмуровки полусферического монохроматического излучения равна:

где λ длина волны; E₀(Т) спектральная плотность излучения а.ч.т. при соответствующей температуре; Т_к, Т_п и Т_в - температуры, соответственно, поверхности обмуровки, поверхности подины и ванны, f

\binom{l}{кк}

,f

\binom{l}{кп}

и f

\binom{l}{кв}

спектральные разрешающие угловые коэффициенты излучения соответственно с обмуровки на обмуровку, с обмуровки на подину и с обмуровки на ванну.The density of the hemispherical monochromatic radiation incident on the surface of the wadding is equal to:

where λ is the wavelength; E ₀ (T) spectral radiation density at the appropriate temperature; T _to , T _p and T _in - temperature, respectively, the surface of the lining, the surface of the hearth and bath, f

\binom{l}{kk}

f

\binom{l}{kp}

and f

\binom{l}{sq}

spectral resolving angular emission coefficients, respectively, from the wiring to the wiring, from the wiring to the bottom and from the wiring to the bath.

Из данного уравнения при известных величинах Т_к, Т_п, f $\binom{λ}{кк}$ ,f $\binom{λ}{кп}$ и f $\binom{λ}{кв}$ величина температуры ванны Т_в определяется численным методом. Величина E $\binom{λ}{o}$ (Т_в) равна:

При этом спектральные плотности потоков излучения а.ч.т. E₀(Т) определяются по формуле Планка:

Спектральные разрешающие угловые коэффициенты излучения при известных спектральных степенях черноты обмуровки ε

\binom{λ}{к}

подины ε

\binom{λ}{п}

и ванны ε

\binom{λ}{в}

находятся известными методами (например, методом Монте-Карло, двухэтапным методом через обобщенные угловые коэффициенты излучения, методом параллельных плоскостей и т.д.) [3 5]
Поскольку ванны стекловаренных печей представляют собой для извлечения полупрозрачную (мутную) среду, то степень черноты ванны определяется в соответствии с законом Бугера-Бера по соотношению:

где K

\binom{λ}{пв}

спектральный коэффициент поглощения стекломассы (с учетом отражающей поверхности); S_эф эффективная длина луча [6]
S_эф 0,9F/P,
где F площадь поверхности ванны; P периметр.From this equation with known values of T _to , T _p , f

\binom{λ}{kk}

f

\binom{λ}{kp}

and f

\binom{λ}{sq}

the value of the bath temperature T _in is determined by a numerical method. E value

\binom{λ}{o}

(T _in ) is equal to:

In this case, the spectral density of the radiation flux E ₀ (T) are determined by the Planck formula:

Spectral resolving angular emissivity at known spectral degrees of blackness of the wiring ε

\binom{λ}{to}

bottom heights ε

\binom{λ}{P}

and bath ε

\binom{λ}{in}

are found by known methods (for example, the Monte Carlo method, the two-stage method through the generalized angular radiation coefficients, the parallel plane method, etc.) [3 5]
Since the bathtubs of glass melting furnaces constitute a translucent (cloudy) medium for extraction, the degree of blackness of the bathtub is determined in accordance with the Bouguer-Beer law by the ratio:

where k

\binom{λ}{pv}

spectral absorption coefficient of glass (taking into account the reflecting surface); S _eff effective beam length [6]
S _eff 0.9F / P,
where F is the surface area of the bath; P perimeter.

Величина спектрального коэффициента поглощения зависит от химического состава стекломассы, может быть заранее определена экспериментальным путем или найдена из справочных данных [7] В случае зависимости коэффициента поглощения K $\binom{λ}{пв}$ от температуры ванны определение разрешающих угловых коэффициентов излучения и температуры ванны проводится методом последовательных приближений.The magnitude of the spectral absorption coefficient depends on the chemical composition of the glass melt, can be pre-determined experimentally or found from the reference data [7] In the case of the dependence of the absorption coefficient K $\binom{λ}{pv}$ from the bath temperature, the determination of the resolving angular emissivity and bath temperature is carried out by the method of successive approximations.

На чертеже представлено устройство, реализующее предлагаемый способ. The drawing shows a device that implements the proposed method.

Оно сдержит термопару 4, установленную в обмуровке 1, или радиационный пирометр 6, наведенный на визирный стакан 5, термопару 7, установленную вблизи поверхности подины 8, радиометр монохроматического полусферического излучения 9, установленный в обмуровке 1, снабженный интерференционным светофильтром 10 (с длиной волны 0,65 -0,89, 1,69; 2,19 и 3,9 мкм в окнах прозрачности спектра излучения газов печной атмосферы 2), вычислительный блок 11, блок банка данных 12 и блок отображения информации 13. It will contain the thermocouple 4 installed in the wiring 1, or the radiation pyrometer 6, which is pointed at the sighting glass 5, the thermocouple 7, installed near the surface of the hearth 8, the radiometer of monochromatic hemispherical radiation 9, installed in the wiring 1, equipped with an interference filter 10 (with a wavelength of 0 , 65-0.89, 1.69; 2.19 and 3.9 μm in the transparency windows of the emission spectrum of gases from the furnace atmosphere 2), a computing unit 11, a data bank unit 12, and an information display unit 13.

Устройство работает следующим образом. Спектральный поток полусферического излучения на обмуровку (кладку) E $\binom{λ}{пад.к}$ попадает через интерференционный фильтр 10 на приемное устройство радиометра 9. Сигнал с выхода радиометра поступает на вычислительный блок 11. Кроме того, на выход вычислительного блока 11 поступают показания термопары 4 (или радиационного пирометра 6) в виде температуры кладки Т_к и показания термопары 7 в виде температуры подины Т_п на вход вычислительного блока 11 поступают и данные блока данных 12. В блоке 12 содержатся данные о геометрии системы, спектральных степенях черноты поверхностей кладки и подины, спектральном коэффициенте поглощения ванны, эффективной длине луча и заранее вычисленные значения спектральных разрешающих угловых коэффициентов излучения с кладки на кладку, с кладки на подину и кладки на ванну: f $\binom{λ}{кк}$ ,f $\binom{λ}{кп}$ и f $\binom{λ}{кв}$ . В случае зависимости спектрального коэффициента поглощения ванны от температуры процедуры определения разрешающих угловых коэффициентов излучение переносится в вычислительный блок, решение задачи проводится численным методом последовательных приближений.The device operates as follows. Spectral hemispherical radiation flux to the wiring (masonry) E $\binom{λ}{pad.k}$ gets through the interference filter 10 to the receiving device of the radiometer 9. The signal from the output of the radiometer goes to the computing unit 11. In addition, the output of the computing unit 11 receives the readings of the thermocouple 4 (or radiation pyrometer 6) in the form of the temperature of the masonry T _to and the readings of the thermocouple 7 in in the form of the temperature of the hearth T _p , the data of the data block 12 are also input to the input of the computing unit 11. Block 12 contains data on the geometry of the system, the spectral degrees of blackness of the surfaces of the masonry and the hearth, and the spectral coefficient bath, effective beam length and pre-calculated spectral resolving angular radiation coefficients from masonry to masonry, from masonry to the bottom and masonry to the bath: f $\binom{λ}{kk}$ f $\binom{λ}{kp}$ and f $\binom{λ}{sq}$ . In the case of the dependence of the spectral absorption coefficient of the bath on the temperature of the procedure for determining the resolving angular coefficients, the radiation is transferred to the computing unit, the problem is solved by a numerical method of successive approximations.

В вычислительном блоке 11 вначале определяется величина плотности монохроматического излучения E $\binom{λ}{o}$ (T_в) по формуле:

В этом уравнении величины E

\binom{λ}{o}

(T) находятся по формуле Планка при соответствующей температуре Т и длине волны λ:

.In the computing unit 11 is first determined by the density of monochromatic radiation E

\binom{λ}{o}

(T _in ) according to the formula:

In this equation, the quantities E

\binom{λ}{o}

(T) are found by the Planck formula at the corresponding temperature T and wavelength λ:

.

Температура Т_в при известном значении E $\binom{λ}{o}$ (T_в) определяется из формулы Планка численным методом. Данные о температуре Т_в выдаются на устройство отображения информации 13.Temperature T _in at a known value of E $\binom{λ}{o}$ (T _in ) is determined from the Planck formula by a numerical method. Data on the temperature T _in are issued to the information display device 13.

Применение данного способа по сравнению с обычно применяющимся способом определения температуры ванны по показаниям температуры подины Т_п позволяет увеличить точность измерения на 30 40^oC. Это связано с тем, что подина экранируется от излучения факела и кладки ванной, а ванна активно поглощает излучение факела и кладки и поэтому ее температура заметно превышает температуру подины. Особенно эта разница ощутима при сравнительно слабом перемешивании ванны, что характерно для вязких сортов стекломассы, при котором по высоте ванны градиент температур может доходить до 150^oC и соответственно температура ванны может отличаться от температуры подины. По сравнению с погружными термопарами при данном способе обеспечивается непрерывность получения информации о температуре ванны.The application of this method in comparison with the commonly used method for determining the temperature of the bath according to the temperature of the hearth T _p allows you to increase the measurement accuracy by 30 40 ^o C. This is due to the fact that the hearth is shielded from the radiation of the torch and masonry bath, and the bath actively absorbs the radiation of the torch and masonry and therefore its temperature significantly exceeds the temperature of the hearth. This difference is especially noticeable with a relatively weak mixing of the bath, which is characteristic of viscous glass melt varieties, in which the temperature gradient can reach 150 ^o C along the height of the bath and, accordingly, the bath temperature can differ from the temperature of the hearth. Compared with immersion thermocouples, this method provides continuous information on the temperature of the bath.

Claims

A method for measuring the temperature of bathtubs of glass melting furnaces, which consists in simultaneously measuring the surface temperature of the masonry T _k and the hearth T _{p of the} furnace, characterized in that the spectral radiation flux E incident on the masonry is also additionally measured

\binom{λ}{pad.k}

provided that the radiation wavelength corresponds to the transparency windows of the radiation spectrum of the atmosphere gases of the furnace λ = 0.65 0.9; 1.69; 2.19 and 3.9 μm, and the temperature of the furnace bath T _in is determined from the expression

where e

\binom{λ}{o}

(T) is the Planck function at the corresponding temperatures T and wavelength λ;
f

\binom{λ}{kk}

f

\binom{λ}{kp}

f

\binom{λ}{sq}

- spectral resolving angular emissivity, respectively, from masonry to masonry, from masonry to the hearth and from masonry to the bath.