水泥回转窑投影温度场检测系统.pdfVIP

中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号023086 水泥回转窑投影温度场检测系统+ 章立新王少林茅忠明伍贻文 (上海理工大学，上海200093) tel：02l E—Inail：uzlx@shl63．net 摘要本文介绍了采用彩色CCD基于数字图像处理测量回转窑内投影温度场的基本原理、系统组 成和数据处理方法。通过对燃烧火焰和烧成熟料图像的量化分折和滤波．得到火焰和熟料 的特征值及相应温度场．可为回转窑的自动控制提供真实可靠的依据． 关键词：高温光辐射投影温度场回转窑图像处理 0、引言 回转窑是生产水泥、氧化铝等产品的关键设备。在生产过程中，窑头工况，特别是 烧成带温度最为关键。在回转窑内，通过控制燃烧，使燃料燃烧后形成的火焰有一定的 长度、形状和稳定性，以保证在回转窑内形成一个工艺所要求的温度区间。关于回转窑 内的工况检测，主要包括窑外简体扫描和窑头定点高温辐射计测量两种形式。前者利用 了红外检测器件，但由于与窑体相距数十米，两者之间的传导介质因气候等不可控因素 的影响变化很大，不能精确测量辐射体的温度；定点高温计虽然能够实现较高精度的温 度测量，但单一的小区域温度测量值并不能很好地反映烧成温度场的全局变化情况。相 对来说，将CCD工业摄象机置于窑头，采用基于数字图像处理的测温方法，将烧成带 温度场作为检测对象，可综合反映烧成温度的分布形式和变化趋势，是比较理想的监测 方案。 1、测量原理 一、回转窑内温度场的辐射机理 回转窑内部的热量交换过程为高温火焰与物料层、窑内壁的辐射换热，同时，回转 窑内部空间充满着由高温气体、微小煤粉颗粒、飞灰等构成的高温介质。煤粉燃料与一 次风由窑头喷入后燃烧，再和二次风相遇继续燃烧直至燃烬，火焰温度可高达1650．．-1700 ℃。在烧成带，被加热对象是缓慢运动的固、液相物料，温度在1300～1500℃。火焰发 光主要是由于碳氢化合物在火焰中未完全燃烧以及高温下分解形成的燃烧颗粒所造成 的，灼热的燃烧颗粒在可见光和红外线区域发出连续光谱，其辐射能是二氧化碳、水蒸 汽等三原子气体辐射能的2-3倍，因此，火焰中的颗粒辐射占火焰辐射的主导地位，这 样对火焰辐射也可以做近似灰体处理【lI。 由彩色CCD接受到的光强分布实际上是回转窑内部三维辐射空间在两维CCD靶 面的投影，是在深度方向上的累计效应。CCD镜头通过成像方式将回转窑烧成带某区 域横截面的辐射信息——主要是火焰、物料的辐射信息收集到两维图象上。由于受到 ‘本文受上海理工大学青年科学基金资助 具有吸收、发射特性的由高温烟气，炭黑、飞灰、未燃烬颗粒等构成的介质空间的影 响，物料、火焰的辐射能量在传输过程逐步衰减。 盟dS=一K州·，。+K蛳·，¨p) 式中：，^为辐射强度，K。b为吸收系数。下标^表示波长，b表示黑体，abs表 示吸收。 为建立CCD测量信号与回转窑温度 场的关系，将CCD到烧成带某区域横截 面空阋离散，考虑到CCD镜头尺寸相对 于回转窑直径非常小，可视为点源，因此， cco 此空间为一园锥形空间，如图l所示。以 △s单元细分圆锥形空间为k层，每一层 上分为i×i个区域。 在每一网格内将辐射传递方程(1) 留1 回转窑投影温度场 积分，得到每一网格的输入、输出关系。 ，。．删，=，。．抽．e_t，+，。一．0一P。“) (2) 一般的情况，射线I入射到CCD靶面的辐射强度可表示为 盯 l啪=∑l慵-d。 (3) 式中的M表示网格数，01．j为辐射传递函数a 对于N条射线，将上式表示为向量和矩阵形式。