Gas Temperature Measurement in Blast Furnaces Gastemperatur

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Gas Temperature Measurement in Blast Furnaces Gastemperatur Powered By Docstoc
					2D Gas Temperature Measurement
               in Blast Furnaces


      2D Gastemperatur-Messung
                    in Hochöfen
Schallpyrometrie im Hochofen
Akustische                                              Aufbau des Messverfahrens
Gastemperaturmessung
                                                        Das System besteht in der Regel aus 8 bauglei-
Die akustische Gastemperaturmessung, auch               chen Sender/Empfängereinheiten sowie aus
Schallpyrometrie, ist ein berührungsloses               einem externen Steuergerät und einer externen
Messverfahren, welches auf der Temperaturab-            Auswerteeinheit.
hängigkeit der Schallgeschwindigkeit basiert.           Zur Schallerzeugung wird Stickstoff verwendet.
agam ist das einzige Routine-Messverfahren für          Das Steuergerät schaltet das Magnetventil einer
den Dauerbetrieb, das physikbedingt die Gas-            als Sender wirkenden Einheit, wodurch ein Rau-
temperatur ohne Strahlungseinfluß misst.                schen erzeugt wird. Dieses Signal wird von den
Das Prinzip der akustischen Gastemperaturmes-           anderen Einheiten, welche dann als Empfänger
sung ist sehr simpel. Es gilt:                          arbeiten, erfasst. Die Steuereinheit verarbeitet
Die Quadratwurzel der absoluten Temperatur              diese Signale und berechnet die daraus resultie-
ist proportional zur Schallgeschwindigkeit.             renden Pfadtemperaturen. Durch wechselseitige
Akustische Messsysteme erfassen die Gastem-             Hin- und Rückmessung der Sender/Empfänger-
peratur ohne Strahlungsanteil. Das Messverfah-          einheiten werden die mittleren Gastemperaturen
ren ist unempfindlich gegenüber staubbeladener,         entlang der Verbindungsstrecke in beiden Rich-
korrosiver sowie aggressiver Atmosphäre. Die            tungen bestimmt.
Messung erfolgt verzögerungs- und driftfrei. Die        Die Pfadwerte werden an die Auswerteeinheit
akustische Gastemperaturmessung unterliegt              übertragen. Mit Hilfe von tomografischen
praktisch keiner Alterung.                              Rechenverfahren ermittelt die Auswerteeinheit
                                                        die zweidimensionale Temperaturverteilung und
Das Messprinzip                                         stellt diese als Isothermengrafik dar.

Das verwendete Verfahren misst die Schalllauf-          Vorteile der akustischen Gastem-
zeit zwischen einem Sender und einem Empfän-            peraturmessung:
ger. Dabei ist die Entfernung zwischen der
Sende- und Empfangseinheit bekannt. Der                 1. Darstellung von zweidimensionalen Tempera-
integrale Temperaturmittelwert ergibt sich somit           turprofilen
aus der Schalllaufzeit und der bekannten Strecke        2. Ermittlung von Mittelwerten aus benutzdefi-
zwischen Sender und Empfänger. Bei genauer                 nierten Zonen
Ermittlung der Geometrie beträgt der Messfehler         3. Temperaturmessung ohne Strahlungseinfluss
weniger als 2%.                                         4. Driftfrei ohne Einfluss durch Verschmutzung
Das Messsystem agam wird seit ca. 20 Jahren in          5. Verzögerungslose Messung (6 Pfade gleich-
Müllverbrennungsanlagen, Kohlefeuerungen und               zeitig in 3 Sekunden)
Zementwerken für die Regelung und Überwa-               6. Genauigkeit besser als 2% vom Messwert
chung von Verbrennungsprozessen eingesetzt.
Seit 6 Jahren wird agam auch erfolgreich am                                                              Evaluation Unit
                                                                                                         Auswerte-Einheit
Hochofen im Dauerbetrieb eingesetzt.

                                                                       Control
                                                      50/60 Hz          Unit
                                                                       Steuer-
                                                                       Einheit   T= 200 °C




                                                    Piezo-Microphone
                                                    Piezomikrofon
                                                   Transceiver                         Blast Furnace
                                                   Sender/Empfänger                    Ofenraum

                                                    Solenoid Valve
                                                    Magnetventil

                                                                                 Nitrogen / Stickstoff
                                                                   Sonic Pyrometry in Blast Furnaces
   Teufe/Stockline = 0,0 m
      11:53:00 h
                             Teufe/Stockline = 0,13 m
                                11:53:30 h
                                                        Teufe/Stockline = 0,21 m
                                                           11:54:00 h
                                                                                   Teufe/Stockline = 0,34 m
                                                                                       11:55:00 h             garbage incineration plants, coal firing and the
                                                                                                              cement industry. agam is also successfully oper-
                                                                                                              ating in a blast furnace since 6 years.

                                                                                                              Generation of the measurement
                                                                                                              system
  Teufe/Stockline = 0,43 m   Teufe/Stockline = 0,55 m   Teufe/Stockline = 0,62 m   Teufe/Stockline = 0,0 m
      11:56:30 h                 11:56:00 h                  11:57:00 h               11:59:00 h


                                                                                                              In general, the system consists of 8 identical
                                                                                                              sender/receiver (transceiver) units, an external
                                                                                                              control unit and an external evaluation unit. Nitro-
                                                                                                              gen is used for sound generation. The control unit
                                                                                                              actuates the solenoid valve of a transceiver acting
                                                                                                              as a transmitter, causing a noise. This signal is
                                                                                                              collected by the other units, which then act as
Acoustic Gas Temperature Measure-                                                                             receivers. The control unit processes these
ment                                                                                                          signals and calculates the corresponding path
                                                                                                              temperatures. By reciprocal bidirectional meas-
The acoustic gas temperature measurement                                                                      urement between the sender/receiver units the
or sonic pyrometry is a non-contacting meas-                                                                  average gas temperatures in both directions are
urement method which is based on the tempera-                                                                 defined. The path values are transmitted to the
ture dependence of the acoustic velocity.                                                                     evaluation unit. By means of tomographic calcu-
agam is the only routine measurement method                                                                   lating methods the evaluation unit determines the
for continuous operation, which physically condi-                                                             two-dimensional temperature distribution and
tioned measures the gas temperature without                                                                   presents it as an isothermal graphic chart.
radiation fault.
The principle of acoustic gas temperature meas-
urement is very simple:
The square root of the absolute temperature is
proportional to the speed of sound at that given
temperature. Acoustic measurement systems
collect gas temperatures without radiation faults.
The measurement method is insensitive to dust-
laden, corrosive and aggressive atmospheres.
                                                                                                                                                  8 Sende-/Empfangs-
The measurement is instantaneous and without                                                                                                        Einheiten
drift. The acoustic gas temperature measurement                                                               Temperatur-Meßfläche                8 Transceiver
is practically not subject to any ageing.                                                                     Temperatur Measurement
                                                                                                              Plane                  Meßpfadanordung
                                                                                                                                     Measuring Path
                                                                                                                                     Arrangement


The measurement principle                                                                                     Advantages of acoustic gas
                                                                                                              temperature measurement
The applied method measures the flight time of a
sound pulse between transmitter and receiver.
The distance between the transmitter and
receiver unit is known. Accordingly the integral
temperature average value results from the flight
time of the sound pulse and the known distance
between transmitter and receiver. With the exact
calculation of the geometry the measurement
error is less than 2%. For almost 20 years the
measurement system agam has been applied for
regulation and control of incineration processes in
Detailansicht                                                             Detailed view
Schnittbild der schematischen Anordnung der                     Sectional view of the schematic measure-
Messebene im Hochofen.                                          ment plane in the blast furnace.




          Akustische Messebene




                                                                  agam ist ein System von
                                                                     agam is a system of


Das akustische Gastemperaturmesssystem agam           The agam acoustic pyrometer is an advanced
ermittelt die integrale mittlere Temperatur der       industrial instrument that provides fully auto-
„fühlbaren“ Rauchgaswärme im Ofenraum. Aus meh-       matic measurement of gas temperatures within
reren Pfadtemperaturen zwischen kombiniert wirken-    blast furnaces. The system is completely non-
den Sender-/Empfängereinheiten in einer Ebene wird    intrusive in the hot gas stream. An acoustic
mit mathematischen Verfahren (Tomographie) die        sound source and a sound receiver are located
zweidimensionale Temperaturverteilung im Ofen-        on the outside of opposing walls of the blast
raumquerschnitt ermittelt. Das akustische Messsys-    furnace, and a low intensity acoustic signal is
tem agam arbeitet nach dem Prinzip der Schalllauf-    launched through the gas stream. Since the
zeitmessung. Ein Stickstoffimpuls wird senderseitig   distance between the sound source and
erzeugt und an der Sender- und Empfängerseite         receiver is known as fixed, the average tem-
durch Piezomikrofone aufgezeichnet. Eine Steuerein-   perature of the gas along the acoustic path is
heit verarbeitet die Signale und ermittelt aus der    computed from an accurate measurement of
Schalllaufzeit die Temperatur zwischen den Sende-     the sound signal’s transit time. Systems may be
und Empfangsorten. Die Anwendung reicht von der       configured for spatial temperature mapping,
Ermittlung einzelner ortsunabhängiger Pfadtempera-    independent temperature measurements, or a
turen bis hin zu Mehrpfadmessungen mit Ermittlung     combination of both. agam systems are easily
von zweidimensionalen Temperaturfeldern in einer      to install, commission, and operate.
oder in mehreren Ebenen.