СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВАНН СТЕКЛОВАРЕННЫХ ПЕЧЕЙ Российский патент 1997 года по МПК G01J5/60 G01K7/02 C03B5/10 

Изобретение относится к области промышленной энергетики, в частности к стекловаренным печам при производстве листового, бутылочного стекла, стекломассы и т.д.

Известен способ определения температуры ванн стекловаренных печей, при котором применяют погруженные термопары со специальными защитными чехлами [1] О температуре ванн судят также по температуре термопары, установленной в подине печи [1] Недостатком этих способов является то, что в первом случае не удается обеспечить непрерывный длительный замер температуры ванны вследствие сравнительно низкой стойкости наконечников и других элементов погружных термопар при высокой температуре в химически агрессивной среде. Во втором случае погрешность измерений оказывается очень велика, так как термопара, установленная в подине, определяет температуру подины, которая может существенно (до 100^oС) отличаться от температуры стекломассы.

Известен способ измерений температуры ванн стекловаренных печей [2, с. 273] который наиболее близок к предлагаемому техническому решению и выбран в качестве прототипа. При этом для измерения температуры стекломассы применяются стационарно установленные термопары. Термопары вводят через боковые стенки или дно. Недостатком такого способа является то, что фактически происходит измерение температуры локальной области стекломассы вблизи кладки печи. Вместе с тем, поскольку по объему расплава имеет место значительный градиент температур (до 100^oС), точность этого метода нельзя считать приемлемой.

Технической задачей изобретения является увеличение точности измерения температуры ванны стекловаренных печей при одновременном обеспечении длительного срока службы аппаратуры и непрерывности измерения.

Указанная задача достигается тем, что с помощью спектрального радиометра полусферического излучения, устанавливаемого в кладке (своде) стекловаренной печи, определяется спектральная плотность потока падающего на кладку излучения Eλпад

. При этом интерференционный светофильтр радиометра подбирается таким образом, чтобы излучение поступало в одно из окон прозрачности. Как известно, газы поглощают (и излучают) энергию селективно, т.е. лишь в определенных интервалах длин волн, в так называемых полосах. Вне этих полос газы прозрачны. Для газов, заполняющих рабочее пространство печи, окно прозрачности может быть обеспечено при длинах волн λ 0,65 0,9; 1,69; 2,19 и 3,9 мкм.

Одновременно с помощью термопар, установленных в кладке подины и обмуровки печи, определяется температура поверхности подины Т_п и температура обмуровки Т_к.

Величина плотности падающего на поверхность обмуровки полусферического монохроматического излучения равна:

где λ длина волны; E₀(Т) спектральная плотность излучения а.ч.т. при соответствующей температуре; Т_к, Т_п и Т_в - температуры, соответственно, поверхности обмуровки, поверхности подины и ванны, flкк

,flкп и flкв спектральные разрешающие угловые коэффициенты излучения соответственно с обмуровки на обмуровку, с обмуровки на подину и с обмуровки на ванну.

Из данного уравнения при известных величинах Т_к, Т_п, fλкк

,fλкп и fλкв величина температуры ванны Т_в определяется численным методом. Величина Eλo(Т_в) равна:

При этом спектральные плотности потоков излучения а.ч.т. E₀(Т) определяются по формуле Планка:

Спектральные разрешающие угловые коэффициенты излучения при известных спектральных степенях черноты обмуровки ελк подины ελп и ванны ελв находятся известными методами (например, методом Монте-Карло, двухэтапным методом через обобщенные угловые коэффициенты излучения, методом параллельных плоскостей и т.д.) [3 5]
Поскольку ванны стекловаренных печей представляют собой для извлечения полупрозрачную (мутную) среду, то степень черноты ванны определяется в соответствии с законом Бугера-Бера по соотношению:

где Kλпв спектральный коэффициент поглощения стекломассы (с учетом отражающей поверхности); S_эф эффективная длина луча [6]
S_эф 0,9F/P,
где F площадь поверхности ванны; P периметр.

Величина спектрального коэффициента поглощения зависит от химического состава стекломассы, может быть заранее определена экспериментальным путем или найдена из справочных данных [7] В случае зависимости коэффициента поглощения Kλпв

от температуры ванны определение разрешающих угловых коэффициентов излучения и температуры ванны проводится методом последовательных приближений.

На чертеже представлено устройство, реализующее предлагаемый способ.

Оно сдержит термопару 4, установленную в обмуровке 1, или радиационный пирометр 6, наведенный на визирный стакан 5, термопару 7, установленную вблизи поверхности подины 8, радиометр монохроматического полусферического излучения 9, установленный в обмуровке 1, снабженный интерференционным светофильтром 10 (с длиной волны 0,65 -0,89, 1,69; 2,19 и 3,9 мкм в окнах прозрачности спектра излучения газов печной атмосферы 2), вычислительный блок 11, блок банка данных 12 и блок отображения информации 13.

Устройство работает следующим образом. Спектральный поток полусферического излучения на обмуровку (кладку) Eλпад.к

попадает через интерференционный фильтр 10 на приемное устройство радиометра 9. Сигнал с выхода радиометра поступает на вычислительный блок 11. Кроме того, на выход вычислительного блока 11 поступают показания термопары 4 (или радиационного пирометра 6) в виде температуры кладки Т_к и показания термопары 7 в виде температуры подины Т_п на вход вычислительного блока 11 поступают и данные блока данных 12. В блоке 12 содержатся данные о геометрии системы, спектральных степенях черноты поверхностей кладки и подины, спектральном коэффициенте поглощения ванны, эффективной длине луча и заранее вычисленные значения спектральных разрешающих угловых коэффициентов излучения с кладки на кладку, с кладки на подину и кладки на ванну: fλкк,fλкп и fλкв. В случае зависимости спектрального коэффициента поглощения ванны от температуры процедуры определения разрешающих угловых коэффициентов излучение переносится в вычислительный блок, решение задачи проводится численным методом последовательных приближений.

В вычислительном блоке 11 вначале определяется величина плотности монохроматического излучения Eλo

(T_в) по формуле:

В этом уравнении величины Eλo(T) находятся по формуле Планка при соответствующей температуре Т и длине волны λ:
.

Температура Т_в при известном значении Eλo

(T_в) определяется из формулы Планка численным методом. Данные о температуре Т_в выдаются на устройство отображения информации 13.

Применение данного способа по сравнению с обычно применяющимся способом определения температуры ванны по показаниям температуры подины Т_п позволяет увеличить точность измерения на 30 40^oC. Это связано с тем, что подина экранируется от излучения факела и кладки ванной, а ванна активно поглощает излучение факела и кладки и поэтому ее температура заметно превышает температуру подины. Особенно эта разница ощутима при сравнительно слабом перемешивании ванны, что характерно для вязких сортов стекломассы, при котором по высоте ванны градиент температур может доходить до 150^oC и соответственно температура ванны может отличаться от температуры подины. По сравнению с погружными термопарами при данном способе обеспечивается непрерывность получения информации о температуре ванны.

Использование: способ измерения температуры ванн стекловаренных печей относится к области промышленной энергетики, в частности к стекловаренным печам при производстве листового, бутылочного стекла, стекломассы и т.д. Сущность изобретения заключается в том, что одновременное измерение температуры поверхности кладки /обмуровки/ Т_к и подины Т_п печи и дополнительное измерение падающего на кладку спектрального потока излучения Eλпад.к

при условии, что длина волны излучения соответствует окнам прозрачности спектра излучения газов атмосферы печи λ = 0,65 -0,9; 1,69; 2,9 и 3,9 мкм. Способ позволяет увеличить точность измерения на 30 - 40^oC. 1 ил.

Способ измерения температуры ванн стекловаренных печей, заключающийся в том, что одновременно измеряют температуру поверхности кладки Т_к и подины Т_п печи, отличающийся тем, что одновременно дополнительно измеряют падающий на кладку спектральный поток излучения Eλпад.к

при условии, что длина волны излучения соответствует окнам прозрачности спектра излучения газов атмосферы печи λ = 0,65 0,9; 1,69; 2,19 и 3,9 мкм, а температуру ванны печи Т_в определяют из выражения

где Eλo(T) - функция Планка при соответствующих температурах Т и длине волны λ;
fλкк, fλкп, fλкв - спектральные разрешающие угловые коэффициенты излучения соответственно от кладки на кладку, от кладки на подину и от кладки на ванну.