移動式自動測直行溫度技術在西昌焦爐上的應用實踐

王建明，武良辰，李頤欣，黃先佑，陳 河，劉桂林

(1.攀鋼集團西昌鋼釩有限公司煉鐵廠，四川 西昌 615032；2.南京滬友冶金機制制造有限公司，江蘇 南京 211222；3.攀鋼集團研究院有限公司，四川 攀枝花 617000)

焦爐熱工制度中，常用“九溫五壓”參數衡量焦爐溫度及壓力管控水平。焦爐直行溫度屬最核心的溫度參數之一，傳統測焦爐直行溫度利用紅外線測溫儀每隔4 h人工測量1次，測溫數據儲存在測溫儀中，測溫后再將溫度值導入測溫軟件中，完成溫度系數計算，生成溫度報表。因該方法是依靠人工方式測量，受測溫速度、測量準確性及測溫時間長短等個體差異，不能消除人為和環境等因素影響，不利于焦炭成熟均勻性判斷和降低職工勞動強度。隨著技術的發展，自動測溫技術在焦化行業得到快速發展，自動測溫技術已在不少企業生產應用，在熱工制度優化和降低能耗等方面取得良好的效果。馬鋼煤焦化公司[1]采用紅外自動測溫系統對7.63 m頂裝焦爐立火道溫度進行測量，達到了優化焦爐加熱制度的目的。柳州鋼鐵股份有限公司焦化廠[2]采用自動測溫技術對焦爐直行溫度進行自動測量，優化了加熱制度，降低了能耗。山西太鋼不銹鋼股份有限公司焦化廠[3]采用智能黑體測溫儀測量7.63 m焦爐代表火道的溫度，避免了生焦及局部過火現象的出現。

為滿足焦爐直行溫度智能化一體管控要求，特別是實現測溫準確性、高效性、實用性和降低職工勞動強度的目標，開發了適應焦爐特性的移動式熱成像直行溫度自動測量技術，本技術2020年6月投用后，已連續穩定運行20個月，對改善焦爐熱工制度、降低焦爐能耗和職工勞動強度等方面發揮來了積極作用，項目整體達到預期功能。

1 國內測直行溫度技術現狀

目前國內測量焦爐直行溫度技術主要有“人工紅外線測量、固定式紅外線測溫和移動式熱成像測溫”三種技術。三個技術各有優缺點，比較見表1。

表1 國內三種主要測溫技術比較

三種技術路線比較：移動式熱成像儀技術，具有“人工紅外線”測溫工藝操作簡單、設備故障率優勢，也具有“固定式紅外線”測溫技術的工藝投資低、自動測溫優勢；同時“移動式熱成像”測溫技術是測量立火道內燈頭磚和鼻梁磚區域最高溫度點，是傳統固定測溫點位置的技術升級，更能反饋焦爐立火道內真實溫度值，從測溫準確性、高效性、實用性和降低職工勞動強度等方面綜合評估，移動式熱成像技術實用性更好。

2 移動式熱成像技術特點

移動式熱成像自動測直行溫度技術，主要包括測溫軟件、無線數據傳輸、溫度數據處置軟件及配套硬件設施組成，核心技術包括自動打開和關閉立火道蓋技術、熱成像模型開發，溫度數據處置軟件；具有自動生成單孔溫度曲線、全爐溫度曲線、日報表、月報表、數據預警、數據傳輸、數據下載及預留接口等功能。

2.1 熱成像技術原理

利用成熟的熱成像技術基本原理，測溫過程中，掃描立火道內燈頭磚和鼻梁磚燃燒斷面，測量整個煤氣燃燒區域的溫度，并構建溫度場曲線。

為確保熱成像裝置所測溫度能反應立火道內真實溫度值，前期需構建熱成像測溫值及人工測溫值對應的數據庫系統，借助數據分析軟件系統，完成熱成像溫度轉化模型構建，再利用焦爐直行立火道冷卻溫度智能在線校正模型，將所測的溫度換算成煤氣換向20 s后的實際溫度值。

2.2 自動開蓋及關蓋技術

焦爐直行溫度測量過程中，傳統方式是“手動開蓋+手動測溫+手動關蓋”方式，先打開5～6個立火道看火蓋，測下降流量立火道內燈頭磚與鼻梁磚中間位置溫度，借助不同立火道測溫前后時間差，將待測立火道內殘余煙氣放散后再人工測量，測量完畢后再人工關蓋。

自動開蓋及關蓋技術是模擬人工測溫過程，實現自動“快捷開蓋+自動測溫+自動關蓋”測溫流程，為此開發了一款適用于焦爐移動式測溫的專用看火孔蓋，開蓋裝置安裝在裝煤車上或專用設備上，裝煤車測溫行走過程中，依靠開蓋裝置或專用設備實現自動開蓋，完成自動測溫后，再利用看火孔蓋上的彈簧機構，并借助看火孔蓋自身的重力作用，實現自動關蓋。

圖1 新型看火孔蓋及座組合圖

圖2 新型看火孔蓋

2.3 焦爐直行溫度冷卻值智能在線校正技術

每次焦爐加熱用煤氣完成交換后，原上升氣流(煤氣燃燒)變成下降氣流(廢氣外排)，原下降氣流(廢氣外排)則變成上升流量(煤氣燃燒)，利用焦爐立火道每20 min或30 min定期分時間段燃燒技術，確保焦爐爐體溫度更均勻。

焦爐直行溫度是測煤氣燃燒氣流下降立火道的溫度，因立火道內無煤氣燃燒，故立火道內溫度呈下降趨勢，裝煤車在不同運行速度下(邊運行邊測溫)，焦爐直行立火道測溫時間點有差異，直行不同立火道冷卻溫度校正值不一致，需利用立火道冷卻溫度曲線，換算成煤氣換向后20 s時刻的同一溫度值，以真實反饋全爐直行各立火道在同一時刻溫度，利于查找直行不同立火道溫度差異。為此，焦爐不同直行立火道溫度冷卻值智能校正技術極為重要。

移動式熱成像自動測溫技術，其單孔立火道的測溫時間點與裝煤車運動速度(即測溫速度)有關，為保障測溫的準確性，裝煤車移動速度控制在20 m/min≤V≤30 m/min較合理，確保在4～5 min內可完成單爐直行溫度的測量。

(1)立火道標準冷卻溫度曲線繪制

為實現焦爐直行各立火道冷卻溫度值與測溫時間點相匹配，不宜采用傳統的“分段+固定值”校正工藝，需繪制機/焦兩側直行立火道標準冷卻溫度曲線T(t)。

裝煤車運行速度分別按20 m/min、25 m/min及30 m/min測算，相鄰直行立火道間距1.5 m，相鄰直行立火道測溫間隔時間分別為4.5 s、3.6 s、3.0 s，分別按3個時間間隔，則同直行立火道可繪制成3條標準冷卻曲線。

按焦爐通用管理規程，每個燃燒室機/焦兩側標準直行立火道選取符合對稱原則。如燃燒室橫排為34個立火道，則可選擇機側7眼、焦側28眼立火道為標準直行立火道；直行立火道冷卻曲線測溫過程中，選取相鄰炭化室處于結焦中后期較優，并保持焦爐熱工制度及生產節奏正常。

按公式T (t)=f(t)+a繪制冷卻曲線，其中f(t)為溫度t的多次函數，a為校驗參數。焦爐加熱用煤氣換向20 s后測量第1次，基本測量方法，如表2所示。

表2 繪制某個直行立火道標準冷卻曲線的測溫時間點

備注：n為單座焦爐炭化室個數，則n+1為單座焦爐燃燒室個數，焦爐機/焦兩側對應各有n+1個標準直行立火道。

按表2方法，測量每孔燃燒室機/焦兩側選取的標準立火道，多次重復測量后，通過曲線擬合，最終機/焦兩側標準直行立火道溫度可分別擬合成3條冷卻曲線。

重復上述操作，則可完成全爐機/焦兩側標準直行立火道標準冷卻曲線擬合，如西昌鋼釩2×60孔7.0 m頂裝焦爐，則單座焦爐61孔燃燒室，對應機/焦兩側直行立火道各61個，按3種不同運行速度，機/焦兩側122個直行立火道，共366條冷卻曲線。

如焦爐熱工制度、周轉時間及加熱用煤氣種類等發生重大改變后，需重新測量全爐機/焦兩側標準立火道冷卻曲線。

(2)直行立火道冷卻溫度值確定

利用上表2數據，可測繪出3種不同運行速度模式下，全爐機/焦兩側直行立火道冷卻曲線，每次測量與第1次測量的溫度差，記錄為△ti，對應的冷卻溫度值如下：

根據表3，可計算不同測溫速度下，某立火道在不同時間點的冷卻溫度值，重復操作即可確定全爐機/焦兩側直行立火道冷卻溫度值，構建數據系統，為直行自動測溫數據處理模塊提供數據支撐。

表3 某個直行立火道溫度校正值對應表

(3)自動測溫數據處理模塊

在直行自動測溫系統軟件中開發冷卻溫度值校正模塊，模塊包括3種不同運行速度下的冷卻溫度值作為補償值。測直行溫度前，優先選擇運行速度模式，再進行測量。

將要測量的直行立火道序號標識為1、2、3、……、x、x+1、……、n，按上表3，在不同運行速度下，則可查找對應機/焦兩側直行立火道冷卻溫度值，利用自動測溫數據處置模塊實現某個直行立火道溫度輸出，x號直行立火道最終溫度數據為：

運行速度20 m/min時：TX=T測+△tx；△tx=T(1,1)-T(1,x)

運行速度25 m/min時：TX=T測+△tx；△tx=T(2,1)-T(2,x)

運行速度30 m/min時：TX=T測+△tx；△tx=T(3,1)-T(3,x)

依次處置，即可實現獲得每個直行立火道溫度最終值，并通過溫度編制軟件系統完成全爐溫度數據分析。

3 運用效果

該移動式熱成像測溫系統在西昌鋼釩2×60孔7.0 m頂裝焦爐投運后，整體運行平穩。按人工測溫2次，自動測溫6次，即“2+6”方式，構建了人工測溫數據與自動測溫數據系統。

3.1 人工測量與自動測量數據比對

2020.06～2021.03期間，人工與自動測直行溫度的差異性比對，見表4。

表4 2020.06～2021.03人工與自動測機/焦兩側直行平均溫度統計表 單位:℃

表4分析：移動式熱成像技術整體運行穩定，測量誤差均在可控范圍內，滿足工藝要求。因熱成像測量立火道內“燈頭磚+鼻梁磚平面”區域最高溫度點；同時冷卻溫度(即補償溫度)與測溫速度有關，每個直行立火道校正溫度均有差異，并可利用數據處理模塊實現在線動態校正，更趨于反饋焦爐直行立火道內燃燒狀況，故移動式熱成像較焦爐的標準溫度高6～11 ℃，較人工測溫高2～5 ℃。

3.2 降低噸焦耗熱量

人工紅外線測溫方式是測立火道內燈頭磚和鼻梁磚中間位置的溫度值，且直行冷卻溫度校正值是按立火道區域分段固定值校正方式，受人工測溫速度、測溫點位置偏移等影響，實際上立火道的校正值不能真實反饋實際下降溫度值。如60孔炭化室(61個直行立火道)，常設置3個不同的溫度校正值，其中1-20直行立火道確定一個校正溫度值，21-40直行立火道確定另一個校正溫度值，41-61直行立火道再確定一個校正溫度值。

移動式熱成像自動測溫技術，是測量直行立火道內“燈頭磚+鼻梁磚平面”區域內最高溫度點，利用溫度軟件系統，可實現溫度在線動態校正，更能反饋立火道內真實溫度值。

因人工紅外線測溫和移動式熱成像自動測溫技術二者在測溫原理、直行校正溫度差異性影響，移動式測溫更接近煤氣交換后20 s的真實溫度，故移動式在線校正技術整體較人工測量溫度高2～5 ℃，可通過下調標準溫度5～10 ℃，減少加熱煤氣消耗量，實現降低能耗目標。西昌鋼釩2×60孔7.0 m頂裝焦爐周轉時間23 h時，機/焦側標準溫度由1270 ℃/1310 ℃降至1265 ℃/1305 ℃，噸焦耗熱量由4.06 GJ降至4.03 GJ，噸焦能耗下降0.03 GJ，年節約煤氣消耗約4.4萬GJ。

4 結論

移動式熱成像測直行溫度技術整體滿足工藝要求，且具有可靠性高、故障率低、投資省及降低焦爐能耗等優勢。移動式熱成像自動測溫技術測量直行立火道內“燈頭磚+鼻梁磚平面”區域內最高溫度點，利用在線智能校正冷卻溫度技術，更能真實反饋焦爐直行立火道內燃燒狀況。因此，在同一熱工制度及生產工藝穩定下，移動式熱成像較標準溫度高6～11 ℃，較人工測溫高2～5 ℃，通過下調焦爐標準溫度5～10 ℃方式，降低煤氣消耗。