浅谈纯风冷工业窑炉电视监控系统
常州科宇电子有限公司 王国耀（高级工程师）          
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引言
高温工业电视监控系统是工业窑炉自动化的重要组成部分，随着我国工业制造技术的高速发展，工业窑炉的高效，节能，安全运行显得尤为重要。工业自动化控制技术的全面提升和不断进步，通过高温工业电视对工业窑炉监控已大量使用。显著提高了工业企业的生产效率和设备的安全性用使用寿命。
高温工业电视监控系统对窑炉工况进行监视以其直观，观察范围大，自动化程度高已得到用户的广泛认可。由于CCD成像技术的进一步发展，对工业窑炉内工况进行清晰监视成为可能。
高温工业电视设备集最新的机电技术，微电子技术，冷却技术及软件于一体，必须对窑炉的生产工艺特性和工况长期跟踪研究设计，才能把设备可靠应用在极端恶劣的高温窑炉环境中。
SG-FL350型纯风冷工业窑炉高温电视设备是运用于高温环境的特种闭路电视设备。尤其适用于水泥厂回转窑窑头看火、篦冷机看料，钢铁厂加热炉、退火炉、热处理炉，垃圾处理厂焚烧炉等工业高温炉上（炉壁厚度在300mm左右）。可监视炉内照度较低的循环流化床锅炉及垃圾焚烧炉炉内物料状态。该设备只用压缩空气，不用水，可将摄像镜头直接伸至窑炉内(2000℃以下)连续实时地监视炉内火焰、物料运行的工作状态。
通过该设备对水泥厂窑头火焰形状、钢铁厂炉内物料加热、退火及垃圾焚烧炉的燃烧状况等诸多因素的有效观察起到高效稳产的直接作用。
一、    工业窑炉高温电视水冷却方式
众所周知，目前应用于在工业窑炉上的高温工业电视系统，无论是国产设备还是进口设备，大多采用水泠降温冷却方式，保证摄相机系统在高温环境下能够正常工作。但是存在以下问题： 
1、冷却用循环水质的要求较高，冷却水要符合应用于要求，尤其不能使用硬水，防止时间一长在水管内形成水垢，致使循环水流不畅通，影响冷却效果。为此需要进行适当的水处理。 
2、使用循环冷却水受地区性质很大，如水资源缺乏的地区应用上有一定困难；另外在我国北方地区，冬季气温低，为防止水管冻裂还需采取一定的保温措施。 
3、使用循环冷却水除需要增加相应水处理设备，增加设备的投资外，还加大了设备的维护量。 

二、    SG-FL350型纯风冷工业窑炉高温电视
1、系统结构和工作原理
   SG-FL350型纯风冷工业窑炉高温电视系统设备是一种闭路电视监视系统。它应用于多行业工业窑炉上，直接监视工业窑炉内物料煅烧情况以及工业窑炉内工况。适应窑炉内温度最大可达2000℃，视角最大可达90°。 
   滤清箱在现场用来过滤来自压缩空气站的压缩空气。控制系统装置包括控制盘，温度显示仪表，压力控制器和遥控器部分以及精密过滤器，减压阀，自动除油器等气路处理系统。彩色监视器和遥控操作器安装在中控室内。控制系统装置所需220VAC电源，由中控室UPS不间断电源长期供化。探头及探头罩均为双隔层设计。在摄相机和针孔镜头之间装有温度探测元件，监测温度大于50℃，探头便从窑中自动退出。自动退出装置接收窑系统装置来的信号控制电动机驱动链条传动装置，带动探头伸入或退出回转窑，可在非正常情况下，3秒内使探头退出回转窑外。 
   高温闭路工业电视系统工作时，通过操作控制装置使探头伸入窑内。探头罩内的摄像机通过伸入窑内的探头中的针孔镜头摄取图像，形成全电视信号，经过控制装置转换，输送到中控室内监视器上显示窑内工况。 
2、系统的主要功能特点： 
⑴本系统有现场和远程遥控两种操作和指示功能，方便用户操作。 
⑵电气控制采用日本三菱PLC可编程控制器，大大提高了系统的可操作性和可靠性，用户可根据自己的要求自由编程；压力控制仪表采用日本进口产品，温度显示仪表采用数字式显示仪表，保证控制系统的可靠性和先进性，满足用户需要。 
⑶传动方式 
    传动部分由最初的小轮车推进改为金属导轨推动，使设备伸进退出平衡，可靠运行，大大减少探头罩运动的周期，（由以前丝杆传动的1.5分钟减少到3钞钟内），另外，由于采用带自锁的电机，可保证设备在任意安装角度下使用。 
⑷具有完善的自动保护功能，在出现下列几种情况之一时，探头均能自动退出窑炉。 
     探头内温度超过设定值； 
     压缩空气输入压力低于0.2Mpa； 
     外界电源断电时（需配置UPS电源） 
⑸风冷技术保护
摄像机系统冷却保护采用风冷，无需冷却循环水。 
    总之，SG-FL350型纯风冷工业窑炉高温电视系统技术先进，控制保护功能完善，应用可靠，其最突出的特点是摄像机系统采用纯风冷保护技术。
 
3、浅谈纯风冷保护技术的实现 
   工业窑炉运转时，窑头内温度可达1600℃左右，为保证工业电视摄相系统在高温环境下能正常工作，SG-FL350型内窥式高温工业电视系统设备采用由空压站来的洁净压缩空气进行冷却保护，主要从以下两方面进行设计考虑并实施的。 
(1)、摄相机镜头的特殊设计，是实现纯风冷保护的前提 
     采用耐高温镜头，镜头采用进口蓝宝石镜面，粘接材料采用耐高温材料，使得针孔镜能耐400℃的高温，远远高于摄像机耐温程度。 
     加长摄像机镜头，传统的水泠摄像机探头罩全部伸入窑内，由于受到摄像机工作温度的限制，所以必须采用水冷。而SG-FL350型工业电视系统加长了摄像机镜头。当工业电视系统工作时，只是装有耐高温镜头部分探头罩伸入窑内，而装有摄像机的探头罩留在窑外，使和摄像机不会直接受到窑内高温的热辐射。 
(2)、三路供风系统，确保摄像机系统在高温下仍能可靠工作 
    考虑到窑内温度1600℃，高温针孔镜头可以耐400℃高温，通过换热和通风量设计计算（计算过程略）结果表明，一般的强迫风冷即可满足要求。但为进一步确保摄像机系统在高温下工作的可靠性，该系统考虑了三路供风设计。 
    第一路风，是由空压机站来的洁净压缩空气经截止阀直接进入炉门装置中，该路压缩空气保持常通，能够压住窑头火焰和灰尘，有效地减少对探头的热辐射，即使探头退出炉门装置后仍是如此。避免炉火直接烧烤炉门机构，探头及退出装置，而损坏设备。 
    第二路风，如图中所示的⑴⑵⑶也是由空压站来的压缩空气经滤清箱除尘后，经过精密过滤器后进入探头罩及探头外腔，由探头前部喷入窑内并在探头前部形成风幕，这一路风是主要的冷却用风。 
    第三路风，如图所示中的⑴⑵⑷⑸是由第二路经过精密过滤器后分出的一路风压减阀，自动除油器进入涡旋制冷管。涡旋制冷管可以使压缩空气温度进一步将低低，通过涡旋制冷管进一步冷却的压缩空气经过探头罩和探头的内腔喷入窑内，进一步对摄像机和镜头进行冷却，确保摄像机系统的安全。 
为保证摄像机系统的冷却效果，对压缩空气的要求如下： 
    进气温度≤35℃；　　 
    进气压力：0.35-0.7kg/cm2； 
    流量≥0.3m3/min 
一般水泥厂空压站的压缩空气均能满足引要求。 

4、 使用中应注意的几个问题 
  最好由单独压缩空气管路提供冷却气，绝不能在工业电视系统压缩空气气路上再接上任何其他用气设备，以保证冷却气压力稳定满足要求，且冷却气中不能含有任何水和油污等其他杂质，以免影响工业电视系统的用气。 <