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FLIR红外热像仪监测水泥窑状况与性能

如今,水泥在建筑业中起着中流砥柱的重要作用。作为砌筑砂浆与混凝土至关重要的一部分,水泥产品的生产与使用使水泥成为世界上最宝贵、最实用的矿产之一。水泥生产是一个十分复杂的过程,在该过程中其中一步是将水泥的主要成分石灰岩与其他成分置于旋转炉中混合。这些旋转炉或水泥窑是水泥厂至为关键的资产,能将内含物加热至高达1,500°C。然而也存在过热风险,可对水泥窑外壳造成重大损害。为监测细微的加热过程以防对水泥窑造成潜在损坏,FLIR Systems红外热像仪可用于24/7全天候测量温度。

如今,水泥在建筑业中起着中流砥柱的重要作用。作为砌筑砂浆与混凝土至关重要的一部分,水泥产品的生产与使用使水泥成为世界上最宝贵、最实用的矿产之一。水泥生产是一个十分复杂的过程,在该过程中其中一步是将水泥的主要成分石灰岩与其他成分置于旋转炉中混合。这些旋转炉或水泥窑是水泥厂至为关键的资产,能将内含物加热至高达1,500°C。然而也存在过热风险,可对水泥窑外壳造成重大损害。为监测细微的加热过程以防对水泥窑造成潜在损坏,FLIR Systems红外热像仪可用于24/7全天候测量温度。

个高级计算机系统IRT KilnMonitor®,该系统使水泥生产操作员能够及时监测、处理并跟踪来自若干水泥窑的数据。第一家公司INPROTEC IRT是FLIR Systems在意大利的官方经销商。该公司总部位于米兰(意大利),在面向工业安全应用的高科技设备领域具有广泛的专业技术。第二家公司Grayess是专门定制红外热像仪解决方案与软件方面的设计、生产与市场营销领导者,面向各种广泛应用。Grayess总部设在美国佛罗里达州布雷登顿。

IRT KilnMonitor®系统包括FLIR A系列红外热像仪,可实时监测水泥窑温度。除此此外,该系统还包括一个水泥窑可视化模块(2D与3D)及一个热像分析模块。INPROTEC IRT销售总监Roberto Ricca对FLIR红外热像仪的质量十分满意,因此感到非常高兴。“我们设计了该系统,旨在与FLIR A315和/或A615红外热像仪相集成。这些产品提供准确的红外细节数据,对此类应用十分必要。”

水泥生产

为了解水泥生产过程中旋转水泥窑的重要性以及该过程中热像仪的使用方法,首先我们先看一下水泥是如何生产的。水泥厂通常选址在靠近市场热点或原材料充足的区域。水泥(石灰石与粘土)的基本成分从上述采石场取得。一般而言,水泥的生产分为两步:首先,原材料生产出熔块。下一步是使用水泥熔块生产水泥。

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散装原材料交付后轧碎并均匀混合,然后喂入旋转水泥窑。水泥窑是一个巨大的旋转管,长达60至90m,直径达5m。这座巨大的水泥窑通过其内部1,500°C的火焰加热。该水泥窑允许其材料缓慢到达另一端,材料在这一边迅速冷却至100-200°C。

四种氧化物以合理的比例生成水泥熔块:氧化钙(65%)、二氧化硅(20%)、氧化铝(10%)与氧化铁(5%)。上述成分均匀混合,在1,450°C高温火焰的加热下将结合起来形成最终产物,即“熔块”。随后这些固体颗粒存入大贮仓。

第二阶段是在水泥磨碎机中进行,水泥磨碎机位置可能有别于熔块厂。石膏(硫酸钙)与其它的水泥状惰性材料(石灰石)加入熔块中。研磨所有的成分,形成优良均匀的粉末:水泥。

旋转水泥窑

旋转水泥窑内装有耐火衬里,可将钢制炉体与水泥窑内的高温隔离,从而保护钢制炉体免遭加工材料的腐蚀。该耐火衬里由耐火砖块或浇铸的耐火混凝土组成,衬里磨损时则需定期更换。耐火衬里的寿命可通过保养耐火衬里表面加工水泥材料的涂层来延长。衬里的厚度通常在80至300mm之间。典型的耐火层将能够承受1,000°C或更大的温度落差。炉体温度需要维持在低于350°C左右,旨在保护钢制炉体免遭损坏。这就是红外热像仪的用处所在。红外热像仪能够持续监测水泥窑,必要时,能针对潜在的耐火材料故障发出“热点”早期预警。

保护水泥窑炉体

炉体对水泥窑的工作性能尤为关键。红外热像仪可至少检测两种不同的炉体故障点。  

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首先,在运转中,一圈水泥涂层在耐火砖表面的炉体内不断堆积。一方面,这种堆积是有利的,因为水泥涂层的堆积可降低炉体温度,从而减少热流失,保护耐火材料。另一方面,熔炉操作员需要意识到该涂层不能堆积太厚,因为如果涂层堆积过后将减小熔炉内径,从而降低熔炉的生产性能。通过检测水泥窑壳体上的低温,红外热像仪可使操作员发现该故障。

第二,不稳定的水泥涂层或涂层材料的突然脱落容易导致耐火材料发生故障,引发耐火砖掉落。随后保护层受损,厚度降低,炉体内形成热点,从而导致能量损失,干扰水泥窑运作。为保护钢制炉体免遭损坏,其温度应维持在350°C以下。该温度可由红外热像仪轻而易举进行监测。

水泥窑监测系统

IRT KilnMonitor®由INPROTEC IRT与Grayess联合开发,使用三台A315红外热像仪,每台热像仪各监测20m长的旋转水泥窑。这些视频流发送至中央控制室内的可视化系统,为操作员提供24/7全天候实时的水泥窑运行与性能状况。水泥窑的旋转时间为约30秒,IRT KilnMonitor®与旋转时间同步,生成热图像。

无论何时只要水泥窑达到不理想的温度,操作员就能接收到细微的软件警示,使他们采取合理的补救措施。比如,熔炉热图像中的热点能够说明耐火砖已与耐火衬里分离,水泥窑保护层正越来越薄。这种情况可能需要熔炉操作员降低熔炉温度或甚至关闭系统,以预防严重损坏,避免巨大损失。

IRT KilnMonitor®为操作员提供水泥窑运转与性能的24/7实时视图。

精确的热视图

为向控制室操作员提供情况的最佳可能试图,IRT KilnMonitor®根据FLIR红外热像仪提供的信息生成若干不同的视图模式。

二维红外视图(温度图2D) 

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IRT KilnMonitor®允许操作员选择其自己的调色板与感兴趣的温度区。操作员可读取特定点、特定的位置、耐火砖厚度、涂层厚度等信息。该软件还能使操作员在独立的窗口模式下在特定的区域进行电子变焦。

红外热像仪与扫描仪

INPROTEC IRT的Roberto Ricca极其热衷于FLIR A315红外热像仪的图片质量。当把红外热图像与水泥窑炉体监测的另一大常用技术热成像扫描仪对比时,热像仪为终端用户提供一项更优惠的解决方案,这点显而易见。

Roberto Ricca评论道:“使用扫描仪时,理论上一台扫描机足以监测整个60米长的旋转水泥窑。然而,使用扫描仪时,扫描机需要放置在特定的距离内,旋转水泥窑 应该完全可视才行。事实上,这种方法并非总是可行。热扫描仪体积庞大,在安装时不是十分灵活。大多数情况下,旋转水泥窑安装在专门的生产车间内。考虑到热 成像扫描仪的最大可视角为120°,通常无法把热成像扫描仪安装在距离旋转水泥窑的恰当位置从而避免障碍物遮挡其视野。比如,众多旋转水泥窑的安装都有一 个二级空气管,该空气管将空气导出旋转水泥窑之外用作能源。该二级空气管通常就会成为热成像扫描仪的障碍物。”

Roberto Ricca继续表示道:“相反,红外热像仪在放置和安装方面更小、更轻、更灵活。事实上,红外热像仪是在空间受限时更受青睐的安装解决方案之一。在我们的 系统设计中,我们使用了带90°镜头的FLIR红外A315热像仪。在这种情况下,需要三台红外热像仪覆盖整个60米长的旋转管,尽管如此,还是比一台热 成像扫描仪实惠。”

运转水泥窑的整体三维视图(模拟3D)

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该视图为水泥窑“管”表面温度的热图像。水泥窑正以一定的实际速度旋转。

水泥窑槽内的三维视图(水泥窑截面3D)

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该视图模式实际是在某个位置切断水泥窑显示其内槽(耐火砖与涂层)。

水泥窑终端的三维视图(水泥窑终端视图)

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水泥窑终端视图是“水泥窑截面3D视图”的特殊情况。

高分辨率

FLIR A315与A615红外热像仪均设计紧凑,价格实惠,可由一台PC完全控制。热灵敏度<50mK,可捕捉最佳图像细节和温差信息。Roberto Ricca继续道:“我们绝对需要高分辨率。理想的安装中,我们通常选择90°镜片,因为这样只需要两至三台热像仪就能覆盖整个水泥窑长度。对德国客户,我们集成了带90°镜头的FLIR A315,我们对该热像仪的承诺是:高图像质量,高精确细节!”

“我们对未来将安装在IRT Kilnmonitor®系统上的FLIR A615红外热像仪充满兴趣,因为该热像仪将为我们提供更高的分辨率。FLIR A615红外热像仪的分辨率为640x480像素,能提供更精确的信息,在更远的距离也能显示更多细节。事实上,考虑到60米之长的旋转水泥窑,该热像仪为我们提供的图像中,每个像素代表10厘米管长。”

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热像仪的可能位置

IRT Kilnmonitor®所提供若干有价值的总结报告与水泥窑历史视图,操作员可用来评估旋转水泥窑的性能。

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可能用于界定水泥窑不同区域个别温度限制的允许温度范围分布图

该图像代表水泥窑的历史信息。每条线代表一条历史记录。

该“最糟图像”是由众多水泥窑历史热图像组成的热图像。每个点表示自显示时间起该点的最大测量温度。

菲力尔工业 创赢——菲力尔工业成功案例

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