移动式自动测直行温度技术在西昌焦炉上的应用实践

王建明，武良辰，李颐欣，黄先佑，陈 河，刘桂林

(1.攀钢集团西昌钢钒有限公司炼铁厂，四川 西昌 615032；2.南京沪友冶金机制制造有限公司，江苏 南京 211222；3.攀钢集团研究院有限公司，四川 攀枝花 617000)

焦炉热工制度中，常用“九温五压”参数衡量焦炉温度及压力管控水平。焦炉直行温度属最核心的温度参数之一，传统测焦炉直行温度利用红外线测温仪每隔4 h人工测量1次，测温数据储存在测温仪中，测温后再将温度值导入测温软件中，完成温度系数计算，生成温度报表。因该方法是依靠人工方式测量，受测温速度、测量准确性及测温时间长短等个体差异，不能消除人为和环境等因素影响，不利于焦炭成熟均匀性判断和降低职工劳动强度。随着技术的发展，自动测温技术在焦化行业得到快速发展，自动测温技术已在不少企业生产应用，在热工制度优化和降低能耗等方面取得良好的效果。马钢煤焦化公司[1]采用红外自动测温系统对7.63 m顶装焦炉立火道温度进行测量，达到了优化焦炉加热制度的目的。柳州钢铁股份有限公司焦化厂[2]采用自动测温技术对焦炉直行温度进行自动测量，优化了加热制度，降低了能耗。山西太钢不锈钢股份有限公司焦化厂[3]采用智能黑体测温仪测量7.63 m焦炉代表火道的温度，避免了生焦及局部过火现象的出现。

为满足焦炉直行温度智能化一体管控要求，特别是实现测温准确性、高效性、实用性和降低职工劳动强度的目标，开发了适应焦炉特性的移动式热成像直行温度自动测量技术，本技术2020年6月投用后，已连续稳定运行20个月，对改善焦炉热工制度、降低焦炉能耗和职工劳动强度等方面发挥来了积极作用，项目整体达到预期功能。

1 国内测直行温度技术现状

目前国内测量焦炉直行温度技术主要有“人工红外线测量、固定式红外线测温和移动式热成像测温”三种技术。三个技术各有优缺点，比较见表1。

表1 国内三种主要测温技术比较

三种技术路线比较：移动式热成像仪技术，具有“人工红外线”测温工艺操作简单、设备故障率优势，也具有“固定式红外线”测温技术的工艺投资低、自动测温优势；同时“移动式热成像”测温技术是测量立火道内灯头砖和鼻梁砖区域最高温度点，是传统固定测温点位置的技术升级，更能反馈焦炉立火道内真实温度值，从测温准确性、高效性、实用性和降低职工劳动强度等方面综合评估，移动式热成像技术实用性更好。

2 移动式热成像技术特点

移动式热成像自动测直行温度技术，主要包括测温软件、无线数据传输、温度数据处置软件及配套硬件设施组成，核心技术包括自动打开和关闭立火道盖技术、热成像模型开发，温度数据处置软件；具有自动生成单孔温度曲线、全炉温度曲线、日报表、月报表、数据预警、数据传输、数据下载及预留接口等功能。

2.1 热成像技术原理

利用成熟的热成像技术基本原理，测温过程中，扫描立火道内灯头砖和鼻梁砖燃烧断面，测量整个煤气燃烧区域的温度，并构建温度场曲线。

为确保热成像装置所测温度能反应立火道内真实温度值，前期需构建热成像测温值及人工测温值对应的数据库系统，借助数据分析软件系统，完成热成像温度转化模型构建，再利用焦炉直行立火道冷却温度智能在线校正模型，将所测的温度换算成煤气换向20 s后的实际温度值。

2.2 自动开盖及关盖技术

焦炉直行温度测量过程中，传统方式是“手动开盖+手动测温+手动关盖”方式，先打开5～6个立火道看火盖，测下降流量立火道内灯头砖与鼻梁砖中间位置温度，借助不同立火道测温前后时间差，将待测立火道内残余烟气放散后再人工测量，测量完毕后再人工关盖。

自动开盖及关盖技术是模拟人工测温过程，实现自动“快捷开盖+自动测温+自动关盖”测温流程，为此开发了一款适用于焦炉移动式测温的专用看火孔盖，开盖装置安装在装煤车上或专用设备上，装煤车测温行走过程中，依靠开盖装置或专用设备实现自动开盖，完成自动测温后，再利用看火孔盖上的弹簧机构，并借助看火孔盖自身的重力作用，实现自动关盖。

图1 新型看火孔盖及座组合图

图2 新型看火孔盖

2.3 焦炉直行温度冷却值智能在线校正技术

每次焦炉加热用煤气完成交换后，原上升气流(煤气燃烧)变成下降气流(废气外排)，原下降气流(废气外排)则变成上升流量(煤气燃烧)，利用焦炉立火道每20 min或30 min定期分时间段燃烧技术，确保焦炉炉体温度更均匀。

焦炉直行温度是测煤气燃烧气流下降立火道的温度，因立火道内无煤气燃烧，故立火道内温度呈下降趋势，装煤车在不同运行速度下(边运行边测温)，焦炉直行立火道测温时间点有差异，直行不同立火道冷却温度校正值不一致，需利用立火道冷却温度曲线，换算成煤气换向后20 s时刻的同一温度值，以真实反馈全炉直行各立火道在同一时刻温度，利于查找直行不同立火道温度差异。为此，焦炉不同直行立火道温度冷却值智能校正技术极为重要。

移动式热成像自动测温技术，其单孔立火道的测温时间点与装煤车运动速度(即测温速度)有关，为保障测温的准确性，装煤车移动速度控制在20 m/min≤V≤30 m/min较合理，确保在4～5 min内可完成单炉直行温度的测量。

(1)立火道标准冷却温度曲线绘制

为实现焦炉直行各立火道冷却温度值与测温时间点相匹配，不宜采用传统的“分段+固定值”校正工艺，需绘制机/焦两侧直行立火道标准冷却温度曲线T(t)。

装煤车运行速度分别按20 m/min、25 m/min及30 m/min测算，相邻直行立火道间距1.5 m，相邻直行立火道测温间隔时间分别为4.5 s、3.6 s、3.0 s，分别按3个时间间隔，则同直行立火道可绘制成3条标准冷却曲线。

按焦炉通用管理规程，每个燃烧室机/焦两侧标准直行立火道选取符合对称原则。如燃烧室横排为34个立火道，则可选择机侧7眼、焦侧28眼立火道为标准直行立火道；直行立火道冷却曲线测温过程中，选取相邻炭化室处于结焦中后期较优，并保持焦炉热工制度及生产节奏正常。

按公式T (t)=f(t)+a绘制冷却曲线，其中f(t)为温度t的多次函数，a为校验参数。焦炉加热用煤气换向20 s后测量第1次，基本测量方法，如表2所示。

表2 绘制某个直行立火道标准冷却曲线的测温时间点

备注：n为单座焦炉炭化室个数，则n+1为单座焦炉燃烧室个数，焦炉机/焦两侧对应各有n+1个标准直行立火道。

按表2方法，测量每孔燃烧室机/焦两侧选取的标准立火道，多次重复测量后，通过曲线拟合，最终机/焦两侧标准直行立火道温度可分别拟合成3条冷却曲线。

重复上述操作，则可完成全炉机/焦两侧标准直行立火道标准冷却曲线拟合，如西昌钢钒2×60孔7.0 m顶装焦炉，则单座焦炉61孔燃烧室，对应机/焦两侧直行立火道各61个，按3种不同运行速度，机/焦两侧122个直行立火道，共366条冷却曲线。

如焦炉热工制度、周转时间及加热用煤气种类等发生重大改变后，需重新测量全炉机/焦两侧标准立火道冷却曲线。

(2)直行立火道冷却温度值确定

利用上表2数据，可测绘出3种不同运行速度模式下，全炉机/焦两侧直行立火道冷却曲线，每次测量与第1次测量的温度差，记录为△ti，对应的冷却温度值如下：

根据表3，可计算不同测温速度下，某立火道在不同时间点的冷却温度值，重复操作即可确定全炉机/焦两侧直行立火道冷却温度值，构建数据系统，为直行自动测温数据处理模块提供数据支撑。

表3 某个直行立火道温度校正值对应表

(3)自动测温数据处理模块

在直行自动测温系统软件中开发冷却温度值校正模块，模块包括3种不同运行速度下的冷却温度值作为补偿值。测直行温度前，优先选择运行速度模式，再进行测量。

将要测量的直行立火道序号标识为1、2、3、……、x、x+1、……、n，按上表3，在不同运行速度下，则可查找对应机/焦两侧直行立火道冷却温度值，利用自动测温数据处置模块实现某个直行立火道温度输出，x号直行立火道最终温度数据为：

运行速度20 m/min时：TX=T测+△tx；△tx=T(1,1)-T(1,x)

运行速度25 m/min时：TX=T测+△tx；△tx=T(2,1)-T(2,x)

运行速度30 m/min时：TX=T测+△tx；△tx=T(3,1)-T(3,x)

依次处置，即可实现获得每个直行立火道温度最终值，并通过温度编制软件系统完成全炉温度数据分析。

3 运用效果

该移动式热成像测温系统在西昌钢钒2×60孔7.0 m顶装焦炉投运后，整体运行平稳。按人工测温2次，自动测温6次，即“2+6”方式，构建了人工测温数据与自动测温数据系统。

3.1 人工测量与自动测量数据比对

2020.06～2021.03期间，人工与自动测直行温度的差异性比对，见表4。

表4 2020.06～2021.03人工与自动测机/焦两侧直行平均温度统计表 单位:℃

表4分析：移动式热成像技术整体运行稳定，测量误差均在可控范围内，满足工艺要求。因热成像测量立火道内“灯头砖+鼻梁砖平面”区域最高温度点；同时冷却温度(即补偿温度)与测温速度有关，每个直行立火道校正温度均有差异，并可利用数据处理模块实现在线动态校正，更趋于反馈焦炉直行立火道内燃烧状况，故移动式热成像较焦炉的标准温度高6～11 ℃，较人工测温高2～5 ℃。

3.2 降低吨焦耗热量

人工红外线测温方式是测立火道内灯头砖和鼻梁砖中间位置的温度值，且直行冷却温度校正值是按立火道区域分段固定值校正方式，受人工测温速度、测温点位置偏移等影响，实际上立火道的校正值不能真实反馈实际下降温度值。如60孔炭化室(61个直行立火道)，常设置3个不同的温度校正值，其中1-20直行立火道确定一个校正温度值，21-40直行立火道确定另一个校正温度值，41-61直行立火道再确定一个校正温度值。

移动式热成像自动测温技术，是测量直行立火道内“灯头砖+鼻梁砖平面”区域内最高温度点，利用温度软件系统，可实现温度在线动态校正，更能反馈立火道内真实温度值。

因人工红外线测温和移动式热成像自动测温技术二者在测温原理、直行校正温度差异性影响，移动式测温更接近煤气交换后20 s的真实温度，故移动式在线校正技术整体较人工测量温度高2～5 ℃，可通过下调标准温度5～10 ℃，减少加热煤气消耗量，实现降低能耗目标。西昌钢钒2×60孔7.0 m顶装焦炉周转时间23 h时，机/焦侧标准温度由1270 ℃/1310 ℃降至1265 ℃/1305 ℃，吨焦耗热量由4.06 GJ降至4.03 GJ，吨焦能耗下降0.03 GJ，年节约煤气消耗约4.4万GJ。

4 结论

移动式热成像测直行温度技术整体满足工艺要求，且具有可靠性高、故障率低、投资省及降低焦炉能耗等优势。移动式热成像自动测温技术测量直行立火道内“灯头砖+鼻梁砖平面”区域内最高温度点，利用在线智能校正冷却温度技术，更能真实反馈焦炉直行立火道内燃烧状况。因此，在同一热工制度及生产工艺稳定下，移动式热成像较标准温度高6～11 ℃，较人工测温高2～5 ℃，通过下调焦炉标准温度5～10 ℃方式，降低煤气消耗。