由于無法測量窯爐的內(nèi)部溫度，因此觀察窯爐的外表面是確定耐火材料狀況的常用方法。我們可以通過紅外測溫技術(shù)和專門開發(fā)的窯爐掃描系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)窯爐耐火材料健康情況的監(jiān)測。
水泥回轉(zhuǎn)窯
在回轉(zhuǎn)窯的運(yùn)行過程中，窯內(nèi)火焰溫度可以達(dá)到1900°C，以便將原材料加熱到1500°C左右。最終，這些材料變得部分熔融，并經(jīng)過一系列的物理和化學(xué)反應(yīng)，成為水泥的主要成分。在窯爐的底部，原料為熾熱的顆粒形式，稱為熟料。
水泥回轉(zhuǎn)窯
傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)窯是大型鋼管外殼，直徑數(shù)米，長度可達(dá)100米(當(dāng)然，也有更大的，長度超過100米的回轉(zhuǎn)窯并不少見)。為了保護(hù)鋼材不受高溫的影響，每個(gè)窯爐都用耐火磚做內(nèi)襯，這種材料通常是各種陶瓷的混合物。
這些耐火磚是專門為水泥加工應(yīng)用而制造的，雖然它們具有相當(dāng)好的耐高溫性能和耐磨性能，但長期暴露于高溫和水泥的腐蝕環(huán)境中，不可避免地會(huì)導(dǎo)致材料老化。這個(gè)就是窯爐被燒穿的主要原因。
隨著時(shí)間的推移，耐火磚會(huì)變得越來越薄，嚴(yán)重降低它們保護(hù)窯表面鋼材的能力。為了保持足夠的隔熱水平，窯爐必須在運(yùn)行一定時(shí)長后停下來更換耐火磚。
如果有一塊磚或一小部分磚松動(dòng)脫落，窯體的鋼制外殼會(huì)突然暴露在高溫下。如果不迅速采取行動(dòng)，可能會(huì)對(duì)窯體造成永久性的損壞，維修回轉(zhuǎn)窯，需要消耗大量的時(shí)間以及維修費(fèi)用，另外設(shè)備也會(huì)發(fā)生計(jì)劃外停機(jī)，造成生產(chǎn)的停滯。
通過監(jiān)控窯殼的整個(gè)表面溫度分布情況，操作人員可以很容易地確定耐火材料的健康情況。使用紅外技術(shù)，任何掉落的磚塊都能被快速檢測到，提醒操作員采取適當(dāng)?shù)男袆?dòng)來防止進(jìn)一步的破壞。
此外，通過將實(shí)時(shí)測得的紅外溫度數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)庫相比對(duì)，操作人員可以檢查溫度變化趨勢，并預(yù)測耐火材料何時(shí)會(huì)達(dá)到使用壽命極限。
MP150線掃描儀，用于CS400水泥窯過程成像監(jiān)控系統(tǒng)
據(jù)此，操作員可以安排維護(hù)和計(jì)劃何時(shí)更換耐火材料，以減少停機(jī)時(shí)間。連續(xù)的紅外溫度監(jiān)測也可以讓操作人員看到整個(gè)生產(chǎn)過程對(duì)耐火材料的改變，據(jù)此信息對(duì)維護(hù)工作進(jìn)行優(yōu)化，以延長耐火材料壽命并保證產(chǎn)線正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
認(rèn)識(shí)紅外掃描系統(tǒng)
今天，市面上有多種溫度掃描系統(tǒng)用于水泥窯，每種都有不盡相同的參數(shù)和功能;不過，所有這些系統(tǒng)都利用紅外掃描技術(shù)來采集溫度數(shù)據(jù)。
要了解這些掃描系統(tǒng)，操作人員需要了解一些紅外測溫技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)。所有物體都發(fā)射紅外輻射;這種輻射強(qiáng)度隨著物體溫度的升高而增加。在工業(yè)應(yīng)用中使用的紅外測溫儀包含一個(gè)探測器，當(dāng)它暴露在特定的紅外波長的能量下時(shí)，將產(chǎn)生電流。隨著強(qiáng)度的增加，電流也隨之增加，從而可以確定物體的溫度高低。
當(dāng)監(jiān)測回轉(zhuǎn)窯時(shí)，用一個(gè)或多個(gè)線掃描儀并行工作，沿著窯水平軸線方向收集溫度數(shù)據(jù)。隨著窯的旋轉(zhuǎn)，一條條包含了整個(gè)水平軸向窯殼溫度情況的數(shù)據(jù)鏈逐步累積，整個(gè)窯的表面溫度分布情況被完整呈現(xiàn)。然后，數(shù)據(jù)被傳輸?shù)教囟ǚ治鲕浖瑢⒃紨?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成窯爐表面的二維熱圖像。
除了窯體的二維熱圖像外，該軟件還顯示一個(gè)連續(xù)滾動(dòng)的熱圖像。這幅圖就是窯爐表面溫度的“示意”顏色圖;通常情況下，較冷的部位會(huì)用較深的顏色來顯示，而較熱的部位則會(huì)顯示為明亮的紅色或白色。此圖像是實(shí)時(shí)顯示給操作者觀看的，可以快速看到窯體表面任何異常的溫度變化。
圖像還可以定期保存，形成歷史文件以供后續(xù)分析，這意味著操作人員可以利用這些數(shù)據(jù)來預(yù)測耐火材料的壽命，并有計(jì)劃的安排更換時(shí)間，從而減少非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間。
窯體掃描技術(shù)
20多年來，紅外技術(shù)已被水泥行業(yè)廣泛采用，這已不是什么秘密;雖然所有的紅外回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)都具有上述所介紹的基本功能，但在過去幾年中發(fā)展起來的新系統(tǒng)增加了行業(yè)中一些新的技術(shù)，并提供了擴(kuò)展的功能，以滿足水泥行業(yè)客戶的更高需求。
例如，一些高級(jí)功能解決了沿著窯長分布的陰影區(qū)域的問題。使用寬視場掃描儀，通常會(huì)有一些障礙物，如建筑物、電線桿和其他設(shè)備，這些障礙阻止掃描儀“看到”整個(gè)完整窯殼。現(xiàn)在一些高水平熱成像系統(tǒng)，例如福祿克過程儀器公司的CS400系統(tǒng)，就包含了單點(diǎn)傳感器，也被稱為高溫計(jì)，將它們布置在被遮擋的部位，它們可以“看到”線掃描儀的陰影區(qū)域。
具備監(jiān)測回轉(zhuǎn)窯輪胎滑移量的線掃描熱成像系統(tǒng)
在一個(gè)系統(tǒng)中，最多可安裝和設(shè)置32個(gè)高溫計(jì)，在現(xiàn)場電纜箱匯合后，只需要一路電纜連接至控制電腦。由于該軟件將來自多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)集成到一張圖像中，因此可以添加“臟鏡頭”警告。該功能將每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)與相鄰的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行比較，如果差異超過定義的限制，操作人員就會(huì)收到警告，表示傳感器鏡頭可能出現(xiàn)臟污或其他障礙物阻擋了測溫儀光路。
此外，優(yōu)良的熱成像系統(tǒng)通常會(huì)采用3.5µm- 4µm的波長響應(yīng)。這個(gè)范圍使紅外線掃描儀可以規(guī)避灰塵和水蒸汽的影響，以確定窯爐表面的溫度。如果采用更長波的波長，如8µm- 14µm，紅外測溫系統(tǒng)會(huì)更大程度上受到空氣中的灰塵和水分引起的反射影響，這意味著長波響應(yīng)解決方案只能在比較潔凈的設(shè)施中使用。因此，采用3.5µm- 4µm波長響應(yīng)的線掃描系統(tǒng)是戶外、復(fù)雜環(huán)境下水泥生產(chǎn)的適宜方案。
窯爐表面溫度的“示意”顏色圖像
其他功能還包括，實(shí)時(shí)監(jiān)測窯內(nèi)的熱端熟料溫度。在這個(gè)應(yīng)用程序中，紅外傳感器通過觀察口“觀察”窯爐內(nèi)部的燃燒部位，并監(jiān)控熟料溫度。得到的熟料溫度數(shù)據(jù)顯示在與窯殼圖像相同的屏幕上，方便操作人員同時(shí)監(jiān)控這兩個(gè)過程。
一些熱成像系統(tǒng)，如CS400系統(tǒng)，還提供先進(jìn)的管理功能，可以監(jiān)測耐火磚的健康狀況，并報(bào)告耐火材料的磨損情況。這些軟件功能包括一個(gè)數(shù)據(jù)庫，可以存儲(chǔ)和分析一年(至少)的所有重要數(shù)據(jù)，以記錄在使用過程中耐火材料的磨損情況，使工程師能夠合理安排耐火材料的維修計(jì)劃。
CS400 回轉(zhuǎn)窯熱成像系統(tǒng)
雖然這些系統(tǒng)很有用，但關(guān)鍵是操作員輸入程序的數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的。因?yàn)樗械幕剞D(zhuǎn)窯裝置本質(zhì)上是不同的，磨損率也會(huì)不同;因此，對(duì)任何給定材料的磨損率進(jìn)行壽命預(yù)測，將不可避免地出現(xiàn)耐火磚的真實(shí)使用壽命會(huì)與系統(tǒng)預(yù)測的略有差異。
在提高窯爐壽命方面，有另外一種窯爐狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，不是溫度測量。通常情況下，窯爐是由一端驅(qū)動(dòng)的——由于其自身的尺寸較長且質(zhì)量較大，使得保證整個(gè)窯體均勻旋轉(zhuǎn)極具挑戰(zhàn)性。在旋轉(zhuǎn)過程中，特別是在變速的時(shí)候，有一種趨勢是，一些轉(zhuǎn)動(dòng)能量會(huì)使窯的活環(huán)(或輪帶)產(chǎn)生扭矩(或扭轉(zhuǎn))，而不是旋轉(zhuǎn)。
對(duì)于活環(huán)來說，少量的扭矩可能不會(huì)出問題，然而，過大的扭矩會(huì)對(duì)脆弱的耐火材料造成損害。在CS窯爐監(jiān)控系統(tǒng)中，可以加入測量每個(gè)活環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)情況的監(jiān)測功能，且此數(shù)據(jù)會(huì)在每個(gè)分區(qū)圖像中顯示出來。
如果安裝多個(gè)傳感器，就可以同時(shí)監(jiān)測窯體軸線幾個(gè)點(diǎn)的轉(zhuǎn)速——如果窯體不同部位的轉(zhuǎn)速不一致，這就表明發(fā)生了扭轉(zhuǎn)，工程師可以在嚴(yán)重?fù)p壞發(fā)生之前進(jìn)行糾正。
綜上所述
利用紅外掃描熱成像系統(tǒng)監(jiān)測回轉(zhuǎn)窯的目的是監(jiān)測和報(bào)告窯襯耐火材料的整體狀況。目前大多數(shù)程序都提供一定程度的耐火材料管理，將這些信息與溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，操作者可以通過修改窯爐參數(shù)的設(shè)置，以盡可能地延長耐火材料的使用壽命，或者有計(jì)劃的安排停機(jī)時(shí)間更換耐火材料。
紅外溫度掃描熱成像系統(tǒng)已經(jīng)在全球的很多水泥廠顯示出了其實(shí)用性，新的系統(tǒng)正在增加更多的功能，使其成為幫助水泥專業(yè)人員更好工作的重要工具