水泥窑头监测系统解决方案

摘要：本文根据对水泥回转窑多年来的监测、检测的大量数据和经验，提出一种基于图像识别系统、窑砖模拟系统、温度传递指数规律为一体的处于同一信息平台的一个水泥回转窑监测系统。
１、概述
　　在新型干法水泥生产中，实时监测水泥回转窑内煅烧情况已变得日益重要。这是因为水泥回转窑内的煅烧情况直接关系到水泥熟料的产量、质量、原燃料消耗和成本。过高煅烧温度和过大的热振荡不仅燃料消耗很大，甚至有可能对窑衬造成损害，严重时将伤及窑胴体。煅烧温度过低会严重影响水泥熟料的质量。
　　水泥回转窑窑内煅烧情况通常可以通过监测胴体表面温度、检测窑头内火焰温度及观察窑内火焰和熟料的状态等手段多方面了解水泥回转窑煅烧的信息。目前国内大多新型干法窑都配备了窑胴体表面温度监测系统、窑头火焰电视监视系统和比色高温计。由于这些设备都只能反映水泥回转窑煅烧过程中在不同阶段的局部信息，而这些设备又大多处于相互独立的工作平台，不利于操作人员对整个煅烧过程信息作整体的了解和判断。
　　该系统通过对窑胴体测温系统、窑头多媒体火焰监视系统和比色高温计的合理配置，构建一个平台将这些设备测量的信息有机的结合起来，即能实时了解掌握水泥回转窑内煅烧的情况，又能将各设备的关键信息，经提取、处理、分析，指导操作人员作相应的操作。
　　窑胴体表面温度是窑内外多种因素共同作用的结果，通过监测胴体表面温度、窑头内火焰温度及窑内火焰和熟料的状态，实时了解表面温度分布及其变化，经处理、分析以后提取出揭示窑内状况的有用信息，指导操作人员及时采取相应措施，是实现窑经济运行的有效技术手段。
２、国内应用窑头监测系统的现状
　　目前国内众多水泥企业已经认识到，对窑头部分多数检测量的检测，会给企业带来可观的经济效益。窑胴体表面温度、电视看火和比色高温计已经是他们的必选的监测设备。
　　然而就以上三种设备，目前仍然是相互独立的，甚至都不是同一厂家所提供的，这样，不仅用户投资大，维护设备多，而且不利操作人员作整体的了解和判断。
　　多年来我们一直致力于对水泥窑头重点监测量的检测，取得了大量的数据，总结了宝贵的经验。对它们之间的联系和相互作用，我们也有所认识，多媒体技术的发展为我们提供了机会。为此，我们在前期研究和使用的基础上，将三者结合起来，作为一套系统对窑头做一整体的解决方案，目前，得到比较好的效果。
３、系统的性能指标
　　⑴胴体表面温度扫描：运用快速线扫描仪，每秒钟可以得到50条线的温度值，每条线上有256～512个点的温度值，扫描转角从45°到90°，扫描范围一般为全窑（小于60m），扫描点与点之间的距离为15～30cm，温度值的精度为±0.5%，窑转一圈将得到整个窑表面温度的分布；
　　⑵比色高温：选用美国高温两色红外温度计，可变焦距，调试时备有可视目标瞄准镜，目标对准方便，该温度计的温度测量范围为600～2000℃，精度为±0.5%，响应时间达到7.5ms，温度值以4～20mA/RS485两种方式输出。
　　⑶多媒体看火：利用高温针空镜头，在45°～90°的视场角内，将0.8m～∝范围中的物体聚光到彩色摄像机的CCD上，彩色摄像机将CCD上的电信号转换成视频信号，信噪比 >50db的信号通过同轴电缆接到视频图像采集上。
４、系统的组成
　　本监测系统使用的主要设备有：红外线扫描仪、窑位置编码器、双色红外高温探头、视频图像集卡、各种保护套、工业级计算机。
　　　
５、系统的工作过程
　　本系统组成比较复杂，附属设备比较多，为了进一步简化系统组成，窑胴体表面温度和火焰温度的采集都使用RS485信号直接传送，进入计算机，而不另外加接单片机，作为中间过渡环节。
⑴窑胴体表面温度监测系统：
　　窑位置编码器将检测到的窑旋转的各个位置信号，传送到计算机内置的数字量输入卡，该信号被计算机接受到后，向线扫描仪发出温度请求信号，线扫描仪将当前采样的一组温度信号，经过串行RS485发送到计算机，计算机通过窑同步触发装置和窑位置编码器产生的基准和位置信号，周而复始地采集整个窑的表面温度，从多层次、多方位、多角度方向来反映窑内的各种情况，从单纯的图形定性描述转换为兼具定性、定量描述功能的多功能显示。
　　提供给用户的信息有：周向温度曲线、轴向温度曲线、二维色度展开图、三维温度曲线等。
⑵多媒体看火：
　　摄像机实时转换窑头内火焰和熟料的情况，考虑实时采集图像将花费CPU大量的时间，同时考虑到熟料的运动也有一定的时间，我们对摄像机传送来的视频信号的采集定在3秒钟，即，每隔3秒钟采集一次图像。
　　采集的图像在指定的色度、亮度和对比度的前提下，通过图像识别系统得出火焰的温度。
⑶比色高温
　　熟料的温度将直接由比色高温计测量，考虑人眼的视觉暂留特性，仍然每隔3秒钟向比色高温计请求一次温度，比色高温计以RS485的方式传送温度到计算机。
　　以时间为坐标，绘出全天的温度曲线，供用户参考。
６、系统的判别
　　作为整体解决方案，各种信号全部汇总到计算机这一平台后，要充分发挥计算机强大的数据处理能力，通过图像识别系统、窑砖模拟系统、温度传递的指数规律等不同的方面，进一步比较、分析，从而全面揭示出窑皮的实际情况，为操作人员提供了类似内窥镜的方法。
　　首先，窑胴体表面温度被实时快速地检测出来，实时性非常强，从而得到窑表面温度的分布情况，同时，通过不同型号耐火砖的耐热性和传热性，以及该耐火砖的实际尺寸和使用的时间（耐火砖的参数被提前输送到计算机），根据热量传递的指数关系，以及前一次综合分析的结果，统一考虑，模拟出目前窑砖的厚度尺寸；再通过当时的熟料或窑皮的实际温度，进一步模拟出窑砖的厚度；最后通过多媒体看火图像得到火焰的温度值，以及它的形状，进一步确定，在窑内部火焰被负压拉至的长度，而得到该长度内火焰对窑砖的影响，从而最终模拟出实际窑皮的大致形状，通过上述计算机对窑皮情况的综合分析，最终展现在操作人员面前的是一幅幅窑皮情况的立体展开图，操作人员通过它可以得到窑内哪一部分窑皮比较厚，哪一部分窑皮比较薄，以及哪一部分窑砖已经被烧蚀等情况，从而作出整体综合判断，指导下一步的操作，做到有的放矢。
７、论语
　　本文针对水泥窑窑头监测设备的需要，在整合各种检测设备的基础上，提出了一体化方案，使相互独立的系统，融为一体，统一考虑，不仅为水泥企业提供优化的解决思路，而且节约成本，为水泥窑实现经济运行提供了保障。