水泥窯頭監(jiān)測系統(tǒng)解決方案

    在新型干法水泥生產(chǎn)中，實時監(jiān)測水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煅燒情況已變得日益重要。這是因為水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的煅燒情況直接關(guān)系到水泥熟料的產(chǎn)量、質(zhì)量、原燃料消耗和成本。過高煅燒溫度和過大的熱振蕩不僅燃料消耗大，甚至有可能對窯襯造成損害，嚴(yán)重時將傷及窯胴體。煅燒溫度過低會嚴(yán)重影響水泥熟料的質(zhì)量。 

　　水泥回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)煅燒情況通?？梢酝ㄟ^監(jiān)測胴體表面溫度、檢測窯頭內(nèi)火焰溫度及觀察窯內(nèi)火焰和熟料的狀態(tài)等手段多方面了解水泥回轉(zhuǎn)窯煅燒的信息。目前國內(nèi)大多新型干法窯都配備了窯胴體表面溫度監(jiān)測系統(tǒng)、窯頭火焰電視監(jiān)視系統(tǒng)和比色高溫計。由于這些設(shè)備都只能反映水泥回轉(zhuǎn)窯煅燒過程中在不同階段的局部信息，而這些設(shè)備又大多處于相互獨立的工作平臺，不利于操作人員對整個煅燒過程信息作整體的了解和判斷。

　　該系統(tǒng)通過對窯胴體測溫系統(tǒng)、窯頭多媒體火焰監(jiān)視系統(tǒng)和比色高溫計的合理配置，構(gòu)建一個平臺將這些設(shè)備測量的信息有機的結(jié)合起來，既能實時了解掌握水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煅燒的情況，又能將各設(shè)備的關(guān)鍵信息，經(jīng)提取、處理、分析，指導(dǎo)操作人員作相應(yīng)的操作。

　　窯胴體表面溫度是窯內(nèi)外多種因素共同作用的結(jié)果，通過監(jiān)測胴體表面溫度、窯頭內(nèi)火焰溫度及窯內(nèi)火焰和熟料的狀態(tài)，實時了解表面溫度分布及其變化，經(jīng)處理、分析以后提取出揭示窯內(nèi)狀況的有用信息，指導(dǎo)操作人員及時采取相應(yīng)措施，是實現(xiàn)窯經(jīng)濟運行的有效技術(shù)手段。

　　國內(nèi)應(yīng)用窯頭監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)狀目前國內(nèi)眾多水泥企業(yè)已經(jīng)認(rèn)識到，對窯頭部分多數(shù)檢測量的檢測，會給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。窯胴體表面溫度、電視看火和比色高溫計已經(jīng)是他們的必選的監(jiān)測設(shè)備。

　　然而就以上3種設(shè)備，目前仍然是相互獨立的，甚至都不是同一廠家所提供的，這樣，不僅用戶投資大，維護設(shè)備多，而且不利操作人員作整體的了解和判斷。

　　多年來，我們一直致力于對水泥窯頭重點監(jiān)測量的檢測，取得了大量的數(shù)據(jù)，總結(jié)了寶貴的經(jīng)驗。對它們之間的聯(lián)系和相互作用，我們也有所認(rèn)識，多媒體技術(shù)的發(fā)展為我們提供了機會。為此，我們在前期研究和使用的基礎(chǔ)上，將三者結(jié)合起來，作為一套系統(tǒng)對窯頭做一整體的解決方案，目前，得到比較好的效果。

　　1.系統(tǒng)的性能指標(biāo)

　?。?）胴體表面溫度掃描：運用快速線掃描儀，每秒鐘可以得到50條線的溫度值，每條線上有256～512個點的溫度值，掃描轉(zhuǎn)角從45°~90°，掃描范圍一般為全窯（小于60m），掃描點與點之間的距離為15cm～30cm，溫度值的精度為±0.5%，窯轉(zhuǎn)一圈將得到整個窯表面溫度的分布。

　?。?）比色高溫：選用美國高溫兩色紅外溫度計，可變焦距，調(diào)試時備有可視目標(biāo)瞄準(zhǔn)鏡，目標(biāo)對準(zhǔn)方便，該溫度計的溫度測量范圍為600℃～2000℃，精度為±0.5%，響應(yīng)時間達(dá)到7.5m/s，溫度值以4～20mA/RS485兩種方式輸出。

　?。?）多媒體看火：利用高溫針空鏡頭，在45°～90°的視場角內(nèi)，將0.8m～∝范圍中的物體聚光到彩色攝像機的CCD上，彩色攝像機將CCD上的電信號轉(zhuǎn)換成視頻信號，信噪比>50db的信號通過同軸電纜接到視頻圖像采集上。

　　2.系統(tǒng)的組成本監(jiān)測系統(tǒng)使用的主要設(shè)備有：紅外線掃描儀、窯位置編碼器、雙色紅外高溫探頭、視頻圖像集卡、各種保護套、工業(yè)級計算機。

　　3.系統(tǒng)的工作過程本系統(tǒng)組成比較復(fù)雜，附屬設(shè)備比較多，為了進(jìn)一步簡化系統(tǒng)組成，窯胴體表面溫度和火焰溫度的采集都使用RS485信號直接傳送，進(jìn)入計算機，而不另外加接單片機，作為中間過渡環(huán)節(jié)。

　　（1）窯胴體表面溫度監(jiān)測系統(tǒng)：

　　窯位置編碼器將檢測到的窯旋轉(zhuǎn)的各個位置信號，傳送到計算機內(nèi)置的數(shù)字量輸入卡，該信號被計算機接受到后，向線掃描儀發(fā)出溫度請求信號，線掃描儀將當(dāng)前采樣的一組溫度信號，經(jīng)過串行RS485發(fā)送到計算機，計算機通過窯同步觸發(fā)裝置和窯位置編碼器產(chǎn)生的基準(zhǔn)和位置信號，周而復(fù)始地采集整個窯的表面溫度，從多層次、多方位、多角度方向來反映窯內(nèi)的各種情況，從單純的圖形定性描述轉(zhuǎn)換為兼具定性、定量描述功能的多功能顯示。

　　提供給用戶的信息有：周向溫度曲線、軸向溫度曲線、二維色度展開圖、三維溫度曲線等。

　　（2）多媒體看火：

　　攝像機實時轉(zhuǎn)換窯頭內(nèi)火焰和熟料的情況，考慮實時采集圖像將花費CPU大量的時間，同時考慮到熟料的運動也有一定的時間，我們對攝像機傳送來的視頻信號的采集定在3秒鐘，即，每隔3秒鐘采集一次圖像。
　　采集的圖像在指定的色度、亮度和對比度的前提下，通過圖像識別系統(tǒng)得出火焰的溫度。

　?。?）比色高溫：

　　熟料的溫度將直接由比色高溫計測量，考慮人眼的視覺暫留特性，仍然每隔3秒鐘向比色高溫計請求一次溫度，比色高溫計以RS485的方式傳送溫度到計算機。

　　以時間為坐標(biāo)，繪出全天的溫度曲線，供用戶參考。

　　系統(tǒng)的判別作為整體解決方案，各種信號全部匯總到計算機這一平臺后，要充分發(fā)揮計算機強大的數(shù)據(jù)處理能力，通過圖像識別系統(tǒng)、窯磚模擬系統(tǒng)、溫度傳遞的指數(shù)規(guī)律等不同的方面，進(jìn)一步比較、分析，從而全面揭示出窯皮的實際情況，為操作人員提供了類似內(nèi)窺鏡的方法。

　　首先，窯胴體表面溫度被實時快速地檢測出來，實時性非常強，從而得到窯表面溫度的分布情況，同時，通過不同型號耐火磚的耐熱性和傳熱性，以及該耐火磚的實際尺寸和使用的時間（耐火磚的參數(shù)被提前輸送到計算機），根據(jù)熱量傳遞的指數(shù)關(guān)系，以及前一次綜合分析的結(jié)果，統(tǒng)一考慮，模擬出目前窯磚的厚度尺寸；再通過當(dāng)時的熟料或窯皮的實際溫度，進(jìn)一步模擬出窯磚的厚度；最后通過多媒體看火圖像得到火焰的溫度值，以及它的形狀，進(jìn)一步確定，在窯內(nèi)部火焰被負(fù)壓拉至的長度，而得到該長度內(nèi)火焰對窯磚的影響，從而最終模擬出實際窯皮的大致形狀，通過上述計算機對窯皮情況的綜合分析，最終展現(xiàn)在操作人員面前的是一幅幅窯皮情況的立體展開圖，操作人員通過它可以得到窯內(nèi)哪一部分窯皮比較厚，哪一部分窯皮比較薄，以及哪一部分窯磚已經(jīng)被燒蝕等情況，從而作出整體綜合判斷，指導(dǎo)下一步的操作，做到有的放矢。

　　本文針對水泥窯窯頭監(jiān)測設(shè)備的需要，在整合各種檢測設(shè)備的基礎(chǔ)上，提出了一體化方案，使相互獨立的系統(tǒng)，融為一體，統(tǒng)一考慮，不僅為水泥企業(yè)提供優(yōu)化的解決思路，而且節(jié)約成本，為水泥窯實現(xiàn)經(jīng)濟運行提供了保障。