由于無法測量窯爐的內部溫度，因此觀察窯爐的外表面是確定耐火材料狀況的常用方法。我們可以通過紅外測溫技術和專門開發(fā)的窯爐掃描系統(tǒng)來實現(xiàn)對窯爐耐火材料健康情況的監(jiān)測。
水泥回轉窯
在回轉窯的運行過程中，窯內火焰溫度可以達到1900°C，以便將原材料加熱到1500°C左右。最終，這些材料變得部分熔融，并經過一系列的物理和化學反應，成為水泥的主要成分。在窯爐的底部，原料為熾熱的顆粒形式，稱為熟料。
水泥回轉窯
傳統(tǒng)的回轉窯是大型鋼管外殼，直徑數(shù)米，長度可達100米(當然，也有更大的，長度超過100米的回轉窯并不少見)。為了保護鋼材不受高溫的影響，每個窯爐都用耐火磚做內襯，這種材料通常是各種陶瓷的混合物。
這些耐火磚是專門為水泥加工應用而制造的，雖然它們具有相當好的耐高溫性能和耐磨性能，但長期暴露于高溫和水泥的腐蝕環(huán)境中，不可避免地會導致材料老化。這個就是窯爐被燒穿的主要原因。
隨著時間的推移，耐火磚會變得越來越薄，嚴重降低它們保護窯表面鋼材的能力。為了保持足夠的隔熱水平，窯爐必須在運行一定時長后停下來更換耐火磚。
如果有一塊磚或一小部分磚松動脫落，窯體的鋼制外殼會突然暴露在高溫下。如果不迅速采取行動，可能會對窯體造成永久性的損壞，維修回轉窯，需要消耗大量的時間以及維修費用，另外設備也會發(fā)生計劃外停機，造成生產的停滯。
通過監(jiān)控窯殼的整個表面溫度分布情況，操作人員可以很容易地確定耐火材料的健康情況。使用紅外技術，任何掉落的磚塊都能被快速檢測到，提醒操作員采取適當?shù)男袆觼矸乐惯M一步的破壞。
此外，通過將實時測得的紅外溫度數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)庫相比對，操作人員可以檢查溫度變化趨勢，并預測耐火材料何時會達到使用壽命極限。
MP150線掃描儀，用于CS400水泥窯過程成像監(jiān)控系統(tǒng)
據(jù)此，操作員可以安排維護和計劃何時更換耐火材料，以減少停機時間。連續(xù)的紅外溫度監(jiān)測也可以讓操作人員看到整個生產過程對耐火材料的改變，據(jù)此信息對維護工作進行優(yōu)化，以延長耐火材料壽命并保證產線正常運轉。
認識紅外掃描系統(tǒng)
今天，市面上有多種溫度掃描系統(tǒng)用于水泥窯，每種都有不盡相同的參數(shù)和功能;不過，所有這些系統(tǒng)都利用紅外掃描技術來采集溫度數(shù)據(jù)。
要了解這些掃描系統(tǒng)，操作人員需要了解一些紅外測溫技術的基礎知識。所有物體都發(fā)射紅外輻射;這種輻射強度隨著物體溫度的升高而增加。在工業(yè)應用中使用的紅外測溫儀包含一個探測器，當它暴露在特定的紅外波長的能量下時，將產生電流。隨著強度的增加，電流也隨之增加，從而可以確定物體的溫度高低。
當監(jiān)測回轉窯時，用一個或多個線掃描儀并行工作，沿著窯水平軸線方向收集溫度數(shù)據(jù)。隨著窯的旋轉，一條條包含了整個水平軸向窯殼溫度情況的數(shù)據(jù)鏈逐步累積，整個窯的表面溫度分布情況被完整呈現(xiàn)。然后，數(shù)據(jù)被傳輸?shù)教囟ǚ治鲕浖瑢⒃紨?shù)據(jù)轉換成窯爐表面的二維熱圖像。
除了窯體的二維熱圖像外，該軟件還顯示一個連續(xù)滾動的熱圖像。這幅圖就是窯爐表面溫度的“示意”顏色圖;通常情況下，較冷的部位會用較深的顏色來顯示，而較熱的部位則會顯示為明亮的紅色或白色。此圖像是實時顯示給操作者觀看的，可以快速看到窯體表面任何異常的溫度變化。
圖像還可以定期保存，形成歷史文件以供后續(xù)分析，這意味著操作人員可以利用這些數(shù)據(jù)來預測耐火材料的壽命，并有計劃的安排更換時間，從而減少非計劃停機時間。
窯體掃描技術
20多年來，紅外技術已被水泥行業(yè)廣泛采用，這已不是什么秘密;雖然所有的紅外回轉窯系統(tǒng)都具有上述所介紹的基本功能，但在過去幾年中發(fā)展起來的新系統(tǒng)增加了行業(yè)中一些新的技術，并提供了擴展的功能，以滿足水泥行業(yè)客戶的更高需求。
例如，一些高級功能解決了沿著窯長分布的陰影區(qū)域的問題。使用寬視場掃描儀，通常會有一些障礙物，如建筑物、電線桿和其他設備，這些障礙阻止掃描儀“看到”整個完整窯殼。現(xiàn)在一些高水平熱成像系統(tǒng)，例如福祿克過程儀器公司的CS400系統(tǒng)，就包含了單點傳感器，也被稱為高溫計，將它們布置在被遮擋的部位，它們可以“看到”線掃描儀的陰影區(qū)域。
具備監(jiān)測回轉窯輪胎滑移量的線掃描熱成像系統(tǒng)
在一個系統(tǒng)中，最多可安裝和設置32個高溫計，在現(xiàn)場電纜箱匯合后，只需要一路電纜連接至控制電腦。由于該軟件將來自多個傳感器的數(shù)據(jù)集成到一張圖像中，因此可以添加“臟鏡頭”警告。該功能將每個數(shù)據(jù)點與相鄰的數(shù)據(jù)點進行比較，如果差異超過定義的限制，操作人員就會收到警告，表示傳感器鏡頭可能出現(xiàn)臟污或其他障礙物阻擋了測溫儀光路。
此外，優(yōu)良的熱成像系統(tǒng)通常會采用3.5µm- 4µm的波長響應。這個范圍使紅外線掃描儀可以規(guī)避灰塵和水蒸汽的影響，以確定窯爐表面的溫度。如果采用更長波的波長，如8µm- 14µm，紅外測溫系統(tǒng)會更大程度上受到空氣中的灰塵和水分引起的反射影響，這意味著長波響應解決方案只能在比較潔凈的設施中使用。因此，采用3.5µm- 4µm波長響應的線掃描系統(tǒng)是戶外、復雜環(huán)境下水泥生產的適宜方案。
窯爐表面溫度的“示意”顏色圖像
其他功能還包括，實時監(jiān)測窯內的熱端熟料溫度。在這個應用程序中，紅外傳感器通過觀察口“觀察”窯爐內部的燃燒部位，并監(jiān)控熟料溫度。得到的熟料溫度數(shù)據(jù)顯示在與窯殼圖像相同的屏幕上，方便操作人員同時監(jiān)控這兩個過程。
一些熱成像系統(tǒng)，如CS400系統(tǒng)，還提供先進的管理功能，可以監(jiān)測耐火磚的健康狀況，并報告耐火材料的磨損情況。這些軟件功能包括一個數(shù)據(jù)庫，可以存儲和分析一年(至少)的所有重要數(shù)據(jù)，以記錄在使用過程中耐火材料的磨損情況，使工程師能夠合理安排耐火材料的維修計劃。
CS400 回轉窯熱成像系統(tǒng)
雖然這些系統(tǒng)很有用，但關鍵是操作員輸入程序的數(shù)據(jù)是準確的。因為所有的回轉窯裝置本質上是不同的，磨損率也會不同;因此，對任何給定材料的磨損率進行壽命預測，將不可避免地出現(xiàn)耐火磚的真實使用壽命會與系統(tǒng)預測的略有差異。
在提高窯爐壽命方面，有另外一種窯爐狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，不是溫度測量。通常情況下，窯爐是由一端驅動的——由于其自身的尺寸較長且質量較大，使得保證整個窯體均勻旋轉極具挑戰(zhàn)性。在旋轉過程中，特別是在變速的時候，有一種趨勢是，一些轉動能量會使窯的活環(huán)(或輪帶)產生扭矩(或扭轉)，而不是旋轉。
對于活環(huán)來說，少量的扭矩可能不會出問題，然而，過大的扭矩會對脆弱的耐火材料造成損害。在CS窯爐監(jiān)控系統(tǒng)中，可以加入測量每個活環(huán)的轉動情況的監(jiān)測功能，且此數(shù)據(jù)會在每個分區(qū)圖像中顯示出來。
如果安裝多個傳感器，就可以同時監(jiān)測窯體軸線幾個點的轉速——如果窯體不同部位的轉速不一致，這就表明發(fā)生了扭轉，工程師可以在嚴重損壞發(fā)生之前進行糾正。
綜上所述
利用紅外掃描熱成像系統(tǒng)監(jiān)測回轉窯的目的是監(jiān)測和報告窯襯耐火材料的整體狀況。目前大多數(shù)程序都提供一定程度的耐火材料管理，將這些信息與溫度數(shù)據(jù)進行整合，操作者可以通過修改窯爐參數(shù)的設置，以盡可能地延長耐火材料的使用壽命，或者有計劃的安排停機時間更換耐火材料。
紅外溫度掃描熱成像系統(tǒng)已經在全球的很多水泥廠顯示出了其實用性，新的系統(tǒng)正在增加更多的功能，使其成為幫助水泥專業(yè)人員更好工作的重要工具