2D Gas Temperature Measurement in Blast Furnaces 2D

2D Gas Temperature Measurement
in Blast Furnaces
2D Gastemperatur-Messung
in Hochöfen
Schallpyrometrie im Hochofen
Akustische
Gastemperaturmessung
Die akustische Gastemperaturmessung, auch
Schallpyrometrie, ist ein berührungsloses
Messverfahren, welches auf der Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit basiert.
agam ist das einzige Routine-Messverfahren für
den Dauerbetrieb, das physikbedingt die Gastemperatur ohne Strahlungseinfluß misst.
Das Prinzip der akustischen Gastemperaturmessung ist sehr simpel. Es gilt:
Die Quadratwurzel der absoluten Temperatur
ist proportional zur Schallgeschwindigkeit.
Akustische Messsysteme erfassen die Gastemperatur ohne Strahlungsanteil. Das Messverfahren ist unempfindlich gegenüber staubbeladener,
korrosiver sowie aggressiver Atmosphäre. Die
Messung erfolgt verzögerungs- und driftfrei. Die
akustische Gastemperaturmessung unterliegt
praktisch keiner Alterung.
Das Messprinzip
Das verwendete Verfahren misst die Schalllaufzeit zwischen einem Sender und einem Empfänger. Dabei ist die Entfernung zwischen der
Sende- und Empfangseinheit bekannt. Der
integrale Temperaturmittelwert ergibt sich somit
aus der Schalllaufzeit und der bekannten Strecke
zwischen Sender und Empfänger. Bei genauer
Ermittlung der Geometrie beträgt der Messfehler
weniger als 2%.
Das Messsystem agam wird seit ca. 20 Jahren in
Müllverbrennungsanlagen, Kohlefeuerungen und
Zementwerken für die Regelung und Überwachung von Verbrennungsprozessen eingesetzt.
Seit 6 Jahren wird agam auch erfolgreich am
Hochofen im Dauerbetrieb eingesetzt.
Aufbau des Messverfahrens
Das System besteht in der Regel aus 8 baugleichen Sender/Empfängereinheiten sowie aus
einem externen Steuergerät und einer externen
Auswerteeinheit.
Zur Schallerzeugung wird Stickstoff verwendet.
Das Steuergerät schaltet das Magnetventil einer
als Sender wirkenden Einheit, wodurch ein Rauschen erzeugt wird. Dieses Signal wird von den
anderen Einheiten, welche dann als Empfänger
arbeiten, erfasst. Die Steuereinheit verarbeitet
diese Signale und berechnet die daraus resultierenden Pfadtemperaturen. Durch wechselseitige
Hin- und Rückmessung der Sender/Empfängereinheiten werden die mittleren Gastemperaturen
entlang der Verbindungsstrecke in beiden Richtungen bestimmt.
Die Pfadwerte werden an die Auswerteeinheit
übertragen. Mit Hilfe von tomografischen
Rechenverfahren ermittelt die Auswerteeinheit
die zweidimensionale Temperaturverteilung und
stellt diese als Isothermengrafik dar.
Vorteile der akustischen Gastemperaturmessung:
1. Darstellung von zweidimensionalen Temperaturprofilen
2. Ermittlung von Mittelwerten aus benutzdefinierten Zonen
3. Temperaturmessung ohne Strahlungseinfluss
4. Driftfrei ohne Einfluss durch Verschmutzung
5. Verzögerungslose Messung (6 Pfade gleichzeitig in 3 Sekunden)
6. Genauigkeit besser als 2% vom Messwert
Evaluation Unit
Auswerte-Einheit
50/60 Hz
Control
Unit
SteuerEinheit
T= 200 °C
Piezo-Microphone
Piezomikrofon
Transceiver
Sender/Empfänger
Blast Furnace
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 operating in a blast furnace since 6 years.
Generation of the measurement
system
Teufe/Stockline = 0,43 m
11:56:30 h
Teufe/Stockline = 0,55 m
11:56:00 h
Teufe/Stockline = 0,62 m
11:57:00 h
Teufe/Stockline = 0,0 m
11:59:00 h
Acoustic Gas Temperature Measurement
The acoustic gas temperature measurement
or sonic pyrometry is a non-contacting measurement method which is based on the temperature dependence of the acoustic velocity.
agam is the only routine measurement method
for continuous operation, which physically conditioned measures the gas temperature without
radiation fault.
The principle of acoustic gas temperature measurement 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 dustladen, corrosive and aggressive atmospheres.
The measurement is instantaneous and without
drift. The acoustic gas temperature measurement
is practically not subject to any ageing.
The measurement principle
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
In general, the system consists of 8 identical
sender/receiver (transceiver) units, an external
control unit and an external evaluation unit. Nitrogen 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
receivers. The control unit processes these
signals and calculates the corresponding path
temperatures. By reciprocal bidirectional measurement between the sender/receiver units the
average gas temperatures in both directions are
defined. The path values are transmitted to the
evaluation unit. By means of tomographic calculating methods the evaluation unit determines the
two-dimensional temperature distribution and
presents it as an isothermal graphic chart.
8 Sende-/EmpfangsEinheiten
8 Transceiver
Temperatur-Meßfläche
Temperatur Measurement
Plane
Meßpfadanordung
Measuring Path
Arrangement
Advantages of acoustic gas
temperature measurement
Detailansicht
Schnittbild der schematischen Anordnung der
Messebene im Hochofen.
Detailed view
Sectional view of the schematic measurement plane in the blast furnace.
Akustische Messebene
agam ist ein System von
agam is a system of
Das akustische Gastemperaturmesssystem agam
ermittelt die integrale mittlere Temperatur der
„fühlbaren“ Rauchgaswärme im Ofenraum. Aus mehreren Pfadtemperaturen zwischen kombiniert wirkenden Sender-/Empfängereinheiten in einer Ebene wird
mit mathematischen Verfahren (Tomographie) die
zweidimensionale Temperaturverteilung im Ofenraumquerschnitt ermittelt. Das akustische Messsystem agam arbeitet nach dem Prinzip der Schalllaufzeitmessung. Ein Stickstoffimpuls wird senderseitig
erzeugt und an der Sender- und Empfängerseite
durch Piezomikrofone aufgezeichnet. Eine Steuereinheit verarbeitet die Signale und ermittelt aus der
Schalllaufzeit die Temperatur zwischen den Sendeund Empfangsorten. Die Anwendung reicht von der
Ermittlung einzelner ortsunabhängiger Pfadtemperaturen bis hin zu Mehrpfadmessungen mit Ermittlung
von zweidimensionalen Temperaturfeldern in einer
oder in mehreren Ebenen.
The agam acoustic pyrometer is an advanced
industrial instrument that provides fully automatic measurement of gas temperatures within
blast furnaces. The system is completely nonintrusive in the hot gas stream. An acoustic
sound source and a sound receiver are located
on the outside of opposing walls of the blast
furnace, and a low intensity acoustic signal is
launched through the gas stream. Since the
distance between the sound source and
receiver is known as fixed, the average temperature of the gas along the acoustic path is
computed from an accurate measurement of
the sound signal’s transit time. Systems may be
configured for spatial temperature mapping,
independent temperature measurements, or a
combination of both. agam systems are easily
to install, commission, and operate.