DE3414694A1

DE3414694A1 - Vorrichtung zum messen von temperaturen im innern eines sich bewegenden reaktors mit feuerfester innenauskleidung

Info

Publication number: DE3414694A1
Application number: DE19843414694
Authority: DE
Inventors: Ralf 5060 Bergisch Gladbach Filges; Günther Posse
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1984-04-18
Filing date: 1984-04-18
Publication date: 1985-10-24

Description

Vorrichtung zum Messen von Temperaturen im
Innern eines sich bewegenden Reaktors mit feuerfester Innenauskleiaung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Temperaturen, die im Innern eines sich bewegenden Reaktors mit feuerfester Innenauskleioung, insoesonaere eines Drenronrofens, herrschen.
Die genaue Temperaturmessung im Innern eines sich bewegenden Reaktors, beispielsweise im Innern eines Drehrohrofens, zur Regelung der Ofentemperatur ooer zur Produktionsüberwachung bereitet immer noch erhebliche Probleme. Beispielsweise ist es sehr schwierig, die Innentemperatur von Zementdrehronröfen zu messen. Aus der deutschen Auslegeschrift 16 48 181 ist ein Meßkörper zur Messung der Temperatur und/oder der WandstärKe der Auskleidung eines Ofens bekannt. Hierbei wird ein mit Thermoelementen bestückter stabförmiger Meßkörper in die Ofenwandung eingesetzt, um die Temperatur im Innern des Ofens zu messen.
Diese bekannte Temperaturmessung mit Thermoelementen weist jedoch den großen Nachteil auf, daß die sehr geringen Thermospannungen aufgrund der Drehbewegung des Ofens mit Hilfe von Schleitringen oder anderen mechdiisL'heii Übertragungsvorrichtungen auf das Meßinstrument übertragen werden müssen.
Beispielsweise bei Drehrohröfen sind die Schleifringe außen am Ofen mantel angebracht una somit dem Verschleiß ausgesetzt. Bei nicht stänaiger sorgfältiger Pflege una Uoerwachung der Kontaktstellen nutzen sich diese ab und korrodieren, was zu erheDlichen Meßfehlern führt. Außerdem altern die Thermoelemente und die sie umgebenden Schutzrohre, die in den Ofeninnenraum führen, aufgruna von Gefügeveränderungen des Werkstoffs, was leicht Brüche und Wackelkontakte verursacht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Rufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, durch die die geschilderten Schwierigkeiten der Meßwertübertragung vermieden werden.
Diese Aufgabe wird mit Hilfe der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht vorteilhaft ein berührungsloses und daher völlig verschleißfreies Erfassen und Messen der Temperaturen in einem Reaktor. Ein weiterer Vorteil der erfinsungsgemäben Vorrichtung besteht darin, daß sie eine sehr genaue una fenierfreie Temperaturmessung ermöglicht. Die Vorrichtung ist im konstruktiven Aufbau sehr einfach und weist wegen der Verschleil3freLheit eine hohe Standzeit auf.
Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Wärmeleitkörper mit einer Wärmeisolation umgeben in der Wandung des Reaktors angeordnet ist. Die Wärmeisolation verhindert vorteilhaft Strahlungsverluste und Leitungsverluste des Wärmeleitkörpers an die Wandung.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Strahlungsmeßgerät als Infrarot-Strahlungsmeßgerät ausgebildet. Wegen aer kleinen Zeitkonstanten von Infrarot-Strahlungsempfängern der Infrarot-Strahlungsmeßgeräte lassen sich auch schnelle Temperaturänderungen verfolgen. Sie sind deshalb beispielsweise optimal dafür geeignet, die Temperatur eines mit einem Drehrohrofen umlaufenden Wärmeleitkörpers zum Zeitpunkt des Vorbeiwanderns am Strahlungsmeßgerät exakt zu messen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die dem Strahlungsmeßgerät zugewandte Fläche des Wärmeleitkörpers ein im Verhältnis zur Entfernung zum Strahlungsmeßgerät ausreichende Strahlungsintensität zur optischen Temperaturmessung auf. Dadurch wird sichergestellt, daß das Strahlungsmeßgerät sich nur so weit von dem Wärmeleitkörper entfernt befinden darf, daß noch eine ordnungsgemäße und einwandfreie Temperaturmessung möglich ist.
Eine Ausgestaltungsvariante aer Erfindung besteht darin, daß der Wärmeleitkörper als rohrförmiger Hohikörper ausgebildet ist, wobei die dem Innenraum des Reaktors zugewandte Seite durch eine Wandung verschlossen ist und die dem Strahlungsmeßgerät zugewandte Seite eine Öffnung aufweist, auf die zur Temperaturmessung der Strahlungsempfänger des Strahlungsmeßgerätes gerichtet ist. Aufgrund der hohlkörperförmigen Ausgestaltung des Wärmeleitkörpers kann die Temperatur besonders schnell festgestellt werden, weil sich die Temperatur aer dünnen Wandung den Temperaturänderungen im Ofen ohne Zeitverlust anpaßt und die Öffnuny des Wärmeleitkörpers eine Strahlung annähernd wie bei einem Schwarzen Körper verläßt.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die dem Strahlungsmeßgerät zugewandte Öffnung des rohrförmigen Wärmeleitkörpers durch ein Fenster aus einem straniungsdurchlässigen Material verschlossen ist. Das Fenster verhindert vorteilhaft ein Zusetzen oer Öffnung des Wärmeleitkörpers mit Staub, Wasser und anderen, die Atmosphäre belastenden Stoffen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in die Wandung aes Reaktors neben dem Wärmeleitkörper ein Berührungsthermometer als Kalibrierinstrument eingesetzt, dessen Meßpunkt an der dem Innenraum des Reaktors zugewandten Seite der Wandung liegt. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, die an der Innenseite der Wandung herrschende Temperatur sehr genau zu messen und als Vergleichswert heranzuziehen, um Abweichungen von der Oberflächentemperatur des Wärmeleitkörpers an der strahlenden Fläche festzustellen. Mit Hilfe der Vergleichsmessung können Korrekturfaktoren für die optische Temperaturmessung ermittelt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist von dem Wärmeleitkörper räumlich getrennt an der Wandung des Reaktors ein Infrarotstrahler als Kaliorierinstrument so angeordnet, daß er jeweils unabhängig von einem Wärmeleilkörper in optische Verbindung zu oem Strahlunysmeßgerät tritt. Der Infrarotstrahler kann eine Strahlung aussenden, die einer bestimmten bekannten Temperatur entspricht. Wenn diese Temperatur auch von dem Infrarot-Strahlungsmeßgerät angezeigt wird, ist die Messung ungestört, beispielsweise von atmosphärischen Einflüssen wie Nebel oder Staub.
Im folgenden werden zeichnerisch dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen näher beschrieoen.
Fig. 1 zeigt einen Drehrohrofen im Querschnitt mit in aer Wandung angeordneten Wärmeleitkörpern und mit Abstand davon angeordneten Strahlungsmeßgeräten, Fig. 2 zeigt im Teilausschnitt eine feuerfest ausgemauerte Wandung eines ReaKtors, in die ein Wärmeleitkörper zusammen mit einem Berührungsthermometer eingesetzt ist, Fig.3 zeigt einen als Hohikörper ausgebildeten Wärmeleitkörper im Schnitt.
In Fig. 1 ist ein Drehrohrofen 1 dargestellt, in dessen Wandung 2 vier Wärmeleitkörper 3, 4, 5, 6 auf dem Umfang in Abstand von 90 ° eingebaut sind. Die strahlenden Flächen 3', 4', 5', 6' der entsprechenden Wärmeleitkörper werden bei der eingezeichneten Umdrehung aes Drehrohrofens im Uhrzeigersinn nacheinander von zwei Infrarot-Strahlungsmel3geräten 7 und 8 abgetastet und ihre Temperaturen gemessen. Dabei steht die Verbindungslinie 9 beziehungsweise 10 zwischen dem jeweiligen Strahlungsempfänger 11 beziehungsweise 12 der Infrarot-Strahlungsmeßgeräte 7 oeziehungsweise 8 senK-recht auf der strahlenden Fläche 4 beziehungsweise 5' des jeweiligen Wärmeleitkörpers 4 beziehungsweise 5. Dadurch ist sichergestellt, daß die von der strahlenden Fläche des Wärmeleitkörpers ausgehende Strahlung optimal von dem Stranlungsempfänger des Strahlungsmeßgerätes erfaßt wird. Außerdem soll damit sichergestellt werden, daß keine Streustrahlung oder die Strahlung umgebender Flächen miterfaßt wird und so das Meßergebnis verfälscht. Infrarot-Strahlunysempfänger, sogen. fotoelektrische Infrarot-Detektoren, zeichnen sich dadurch aus, daß sie in einem Begrenzten infraroten Spektralbereich eine hohe Empfindlichkeit besitzen. Mit der dargestellten Anordnung der Infrarot-Stranlungsmegeräte 7 und 8 ist es möglich, zum Zeitpunkt der Darstellung an dem Wärmeleitkörper 4 die im Ofeninnern 13 herrschende Gastemperatur zu messen und an dem Wärmeleitkörper 5 die Temperatur des zu brennenden Gutes 14. Vor der Temperaturmessung wandert an den Infrarot-Strahlungsmeßgeräten 7 una 8 ein Infrarot-Strahler 15 als Kalibrierinstrument vorbei, der die Strahlung einer bekannten Temperatur aussendet und an dem die Infrarot-Strahlungsmeßgeräte 7 und 8 gewicht werden können. Zur Reinigung der strahlenden ODerflächen 3', 4', 5', 6' der Wärmeleitkörper 3, 4, 5, 6 und des Infrarot-Strahlers 15 bei jeder Umarehung des Ofens 1 oder zu vorgegebenen Zeiten ist eine Reinigungsvorrichtung vorgesehen, die zeichnerisch durch eine drehbare Bürste 16 und eine Druckluftdüse 17 angedeutet ist. Die Reinigungsvorrichtung säubert vorteilhaft die strahlenden Oberflächen 3', 4', 5', 6' von Schmutz und stellt damit eine störungsfreie Temperaturmessung durch die Strahlungsmeßgeräte 7 und 8 sicher. Die Verteilung der Wärmeleitkörper auf aem Umfang eines Ofens und über seine Länge sowie die Zahl der Infrarot-Strahlungsmeßgeräte richtet sich ausschließlich nach der Menge der gewünschten Informationen. Die von den Infrarot-Strahlungsmeßgeräten gemessenen Temperaturen werden jeweils über eine Leitung 18 beziehungsweise 19 zum Leitstand aes Ofens weitergeleitet und bei der Ofenregelung und Produktionsüberwachung verwertet.
Nach Fig. 2 dient ein Kupferblock als Wärmeleitkörper 30.
Kupfer ist bekannt für seine sehr gute Wärmeleitfähigkeit.
Die Formgebung des Wärmeleitkörpers, ob beispielsweise rund oder quadratisch, ist für die Temperaturmessung ohne Bedeutung und richtet sich nur nach der Zweckmäßigkeit und der EinDaumöglichkeit. Der Wärmeieitkörper 30 ist mit einer Umhüllung 31 aus hochverschleißfestem Stahl umgeben. Diese Umhüllung 31 sorgt für Formstabilität des Wärmeleitkörpers 30 bei hohen Temperaturen und schützt das dem Innenraum 32 des Reaktors zugewandte Ende 33 vor Verschleiß ourch aas zu brennende oder zu schmelzende Gut. Die oem Innenraum 32 zugewandte Fläche 34 der Umhüllung 31 kann beispielsweise in Drehrohröfen bei der Zementherstellung durch Kettenvorhänge von Anbackungen vorteilhaft freigeschlagen werden. Der durch die Umhüllung 31 gekapselte Wärmeleitkörper 30 ist mit einer Wärmeisolation 35 gegen die Halterung 36 vor Wärmeverlusten durch Stranlung und Leitung geschützt. Die Halterung 36 mit dem Wärmeleitkörper 30 ist in die durch die Auskleidung 37 begrenzte Öffnung der Wandung 38 eines Reaktors eingesetzt.
Sie besteht aus einem Blechmantel 39 und einer feuerfesten Ausmauerung 40 und ist mit dem Blechmantel 39 verschraubt oder verschweißt. Eine Verschraubung der Halterung 36 des Wärmeleitkörpers 30 bietet eine große Erleichterung für den Aus- und Einbau. Der Wärmeleitkörper 30 ragt mit der Fläche 41, die einem nicht zeichnerisch dargestellten Stranlungsmeßgerät zugewandt ist, über die Wandung 38 hervor, so daß die Fläche 41 leicht von einer Reinigungsvorrichtung gesäubert werden kann. Mit einer Schutzhülse 42 ist ein Berünrungsthermomenter 43, beispielsweise ein Quecksilber-Federthermometer, neben dem Wärmeleitkörper 30 in die Wandung 38 des Reaktors eingesetzt und sein Meßpunkt 44 liegt an der Innenseite der Wandung 38. Mit diesem Thermometer 43 wird zu Kalibrierzwecken die Temperatur im Reaktor genau una mit geringer Zeitverzögerung ermittelt.
Nach Fig. 3 ist der Wärmeleitkörper 50 als rohrförmiger Hohikörper ausgebildet, dessen Öffnung 51 einem in der Zeichnung nicht näher dargestellten Strahlungsmeßgerät zugewandt ist. Die an dem Innenraum 52 des Reaktors grenzende Wandung 53 erreicht aufgrund der geringen Materialstärke vorteilhaft sehr schnell die jeweils im Innenraum 52 des Reaktors herrschende Temperatur. Bei der hohikörperförmigen Ausgestaltung des Wärmeleitkörpers verläßt die Öffnung 51 des Wärmeleitkörpers 50 angenähert eine Strahlung wie bei einem Schwarzen Körper. Damit ist praktisch eine vom Emissionsfaktor der Oberfläche des Wärmeleitkörpers unabhängige Strahlungsmessung möglich, weil oei einem Schwarzen Körper die Strahlung nicht von der Beschaffenheit seines Materials, sondern nur von seiner Temperatur abhängig ist. Wie in Fig.
2 ist auch hier der Wärmeleitkörper 50 mit einer Wärmeisolation 54 gegen Wärmestrahlungsverluste umgeben. Mit einer Halterung 55 ist der Wärmeleitkörper 50 in die Wandung 56 des Reaktors eingesetzt, die aus aem Blechmantel 57 und der Ausmauerung 58 besteht. Die Halterung 55 kann an dem Blechmantel 57 angeschraubt oder angeschwei3t werden. Die Öffnung in der Wandung 56 ist für ein padgerechies Einsetzen des Wärmeleitkörpers 50 mit einer entsprechenaen Auskleidung 59 versehen. Die Öffnung 51 des Wärmeleitkörpers 50 ist mit einem Deckel 60 verschlossen, der ein Fenster 61 trägt, das die für die Messung wichtige Temperaturstrahlung ungehindert durchläßt. Ein Fenster auf der Öffnung ist besonders bei Drehrohröfen in Zementwerken von Vorteil, weil der Zementstaub in kürzester Zeit die Öffnung auffüllen würde. Für das Fenster kann eine Reinigungsvorrichtung vorgesehen sein, die vor jeder Messung das Fenster reinigt und somit eine exakte Temperaturmessung sicherstellt.

Claims

Patentansprüche Vorrichtung zum Messen von Temperaturen, die im Innern eines sich bewegenden Reaktors mit feuerfester Innenauskleidung, insbesondere eines Drehrohrofens, herrschen, gekennzeichnet durch einen die Reaktorwandung (2, 38, 56) durchdringenden Wärmeleitkörper (3, 4, 5, 6, 30, 50) sowie ein mit Abstand außerhalb der Reaktorwansung (2, 38, 56) gegenüberliegend angeordnetes Strahlungsmeßgerät (7, 8), das jeweils zum Messen der Temperatur oes Wärmeleitkörpers (4, 5) mit diesem in optischer Verbindung steht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeleitkörper (30, 50) in oer Wandung (38, 56) des Reaktors mit einer Wärmeisolation (35, 54) umgeben ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlungsmeßgerät (7, 8) als Infrarot-Meßgerät ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 ooer 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Strahlungsmeßgerät (7, 8) zugewandte Fläche (4', 5') des Wärmeleitkörpers (4, 5) eine im Verhältnis zur Entfernung zum Strahlungsmeßgerät (7, 8) ausreichende Strahlungsintensität zur optischen Temperaturoestimmung aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß oer Wärmeleitkörper (50) als rohrförmiger Hohikörper ausgebildet ist, wobei die dem Innenraum (52) des Reaktors zugewandte Seite durch eine Wandung (53) verschlossen ist uno die dem Strahlungsmeßgerät zugewandte Seite eine Öffnung (51) aufweist, auf die der Strahlungsempfänger des Strahlungsmeßgerätes gerichtet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Strahlungsmetigerät zugewandte Öffnung (51) des rohrförmigen Wärmeleitkörpers -(50) durch ein Fenster (61) aus einem strahlungsdurchlässigen Material verschlossen ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die Wandung (38) oes Reaktors neben dem Wärmeleitkörper (30) ein Berührungsthermometer (42) als Kalibrierinstrument eingesetzt ist, oessen Mebpunkt (44) an der dem Innenraum (32) des Reaktors zugewandten Seite der Wandung (38) liegt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Wärmeleitkörper (4, 5) räumlich getrennt an der Wandung (2) des Reaktors (1) ein Infrarot-Strahler (15) als Kalibrierinstrument angeordnet ist, der jeweils unabhängig von dem Wärmeleitkörper (4, 5) in optischer Verbindung zum Strahlungsmeßgerät (7, 8) steht.