用于過程工程控制的光學(xué)遠(yuǎn)程感測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]過程工程已經(jīng)成為現(xiàn)代工廠技術(shù)中的主要領(lǐng)域。特別地是，化工廠和發(fā)電廠大規(guī)模使用化學(xué)過程來滿足日益增長的文明需求。因此研究機(jī)構(gòu)致力于通過使過程工程更為有效、更廉價(jià)、更安全或更環(huán)境友好來改進(jìn)生產(chǎn)過程。
【背景技術(shù)】
[0002]為了保持化學(xué)反應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)，需要監(jiān)測和控制許多參數(shù)。過程控制的復(fù)雜性隨參數(shù)數(shù)量而增加。通常，使用化學(xué)反應(yīng)室、鍋爐或熔爐等等來實(shí)現(xiàn)化學(xué)過程。參數(shù)可包括供給到該過程的化學(xué)物質(zhì)的精確量，或溫度，或壓力等等。
[0003]工業(yè)化學(xué)過程的控制不僅需要設(shè)定參數(shù)為確定值，而且需要監(jiān)測過程以了解其當(dāng)前狀態(tài)，并且識(shí)認(rèn)潛在問題。在許多反應(yīng)室中，化學(xué)過程需要在散射渾濁氣氛中進(jìn)行。這通常伴隨著高溫和高壓。只要反應(yīng)物、化學(xué)副產(chǎn)品或任何化學(xué)物質(zhì)或有關(guān)混合物在所述氣氛中的分布是合理地均勻的，則檢測不會(huì)太有問題，因?yàn)槟軌蛟诜磻?yīng)室的內(nèi)壁附近進(jìn)行檢測，這里假定執(zhí)行測量時(shí)，例如在反應(yīng)室的中央執(zhí)行測量時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生任何其它值。
[0004]但是，存在在反應(yīng)室的散射渾濁氣氛中未均勻分布的物質(zhì)、副產(chǎn)物等。這些物質(zhì)是例如沉淀物、積聚物、某些物質(zhì)的堆和焦體或者混合物。這些物質(zhì)駐留于某處(通常在室的底部處)，并且不可檢測，因?yàn)樯⑸錅啙釟夥帐沟眠@些物質(zhì)不可見。
[0005]在硫酸鹽漿的生產(chǎn)過程中，最通常地為木肩的纖維材料在蒸解器中在壓力作用下在蒸汽加熱的氫氧化鈉和硫化鈉的水溶液中分解為木漿，稱為白漿料。在蒸解器中的蒸解之后，木漿從稱作黑漿料的余留液體分離。
[0006]所述黑漿料在蒸發(fā)裝置中被干燥至55-85%的干固體濃度(被濃縮)，然后黑漿料被噴射到回收鍋爐的熔爐中，且(在回收鍋爐中)燃燒以回收蒸煮化學(xué)品，并產(chǎn)生蒸汽，蒸汽在紙漿廠中用于動(dòng)力生產(chǎn)，用于煮漿和干燥、用于黑漿料干燥，以及用于其它能量需求。
[0007]黑漿料中的無機(jī)物質(zhì)在回收鍋爐中回收，用于在蒸煮過程中再利用。該回收需要在下部熔爐中的專用還原氣氛。通常，這通過在熔爐底面上形成焦床來實(shí)現(xiàn)。焦床的形狀和尺寸取決于鍋爐設(shè)計(jì)，但相對(duì)恪煉溢出高度計(jì)算，其在最高處能夠是約幾米高。無機(jī)物被作為熔融的熔煉物從回收鍋爐的熔爐取出，并且該熔煉物的主要成分通常是Na2COjP Na 2S，帶有較少量的鉀基化合物。少量非過程元素也被夾帶在熔煉物中流出熔爐。
[0008]漿料從稱為端口的若干位置處噴射到熔爐中。端口通常位于一個(gè)水平上，稱為漿料輸送水平，但也可以有更多水平以滿足具體需求。當(dāng)漿料被噴射到熔爐中時(shí)，其由于熱氣氛而加熱，導(dǎo)致干燥和熱解。在熱解階段，黑漿料的有機(jī)結(jié)構(gòu)被破壞；部分材料將最終作為熱解氣進(jìn)入熔爐氣氛中，而部分材料作為焦體繼續(xù)行進(jìn)。兩種材料流點(diǎn)燃并燃燒，直到消耗掉有機(jī)材料。在現(xiàn)代回收鍋爐中，黑漿料中的起始有機(jī)材料中的僅很少部分未燃燒而離開熔爐。依靠于起始微滴尺寸，焦體在行程中完全地燃燒，或最終進(jìn)入焦床中，以及貼附到爐壁上。
[0009]在現(xiàn)代回收鍋爐中，在爐壁上的干燥、熱解和燃燒被最小化。焦床由燃燒漿料微滴、燃燒焦體和無機(jī)材料形成，其中硫化物從氧化形式反應(yīng)為還原形式。該還原需要碳以發(fā)生，因而焦床控制對(duì)于達(dá)到良好還原效率是重要的。還原效率表明流出熔爐的熔煉物中的全部硫的多大部分是Na2S+K2S的形式。通常，這超過90%。當(dāng)還原良好時(shí)，還原效率超過95% -96%。
[0010]小漿料微滴也在漿料噴射期間產(chǎn)生，并且這些微滴在行進(jìn)中干燥、熱解和燃燒。然后很容易地，由于燃燒氣氛經(jīng)過熔爐上部，最終進(jìn)入熔爐的底部區(qū)域的微滴包含氧化硫。然后，又需要碳用于硫還原。良好整體還原需要在整個(gè)底部上的良好碳覆蓋。最重要地，碳和氧化硫之間的反應(yīng)，以Na2SO4為例，是高度溫度相關(guān)的，并且需要能量。因而，焦床表面上的僅較薄表面層是活性的，這意味著焦床不必要很高。
[0011]漿料噴射和不同燃燒氣供給的控制可能性和特性以及還原特性在實(shí)踐中限定了焦床的形狀。如果焦床增長過大，存在焦床掉入空氣端口中的風(fēng)險(xiǎn)，典型地掉入主空氣端口中，并且存在熔煉物經(jīng)由熔煉物槽口涌入溶解罐或多個(gè)溶解罐的風(fēng)險(xiǎn)。
[0012]有效燃燒過程要求能夠可靠地控制焦床。因此，多年來已經(jīng)認(rèn)識(shí)到需要監(jiān)測和控制硫酸鹽漿回收系統(tǒng)中的焦床的尺寸和形狀。
[0013]熔爐中的氣體溫度通常在從進(jìn)入空氣和漿料的100_150°C到熔爐最熱區(qū)域中的1200-1400 °C的范圍中變化，該最熱區(qū)域例如是在將三次空氣輸入熔爐中的區(qū)域中，或者在發(fā)生最終燃燒的區(qū)域中。在焦床上，表面溫度通常是900-1200°C。熔煉物通常以800-900°C的溫度流出熔爐。依據(jù)鍋爐壓力且依據(jù)觀察點(diǎn)，熔爐的凈壁具有250-400°C的溫度。沉積通常發(fā)生在爐壁上，并且將沉積物的表面溫度升高為接近氣相溫度和焦床溫度。
[0014]所有表面發(fā)射基本上連續(xù)的熱輻射，但輻射特性(例如發(fā)射率)作為溫度函數(shù)發(fā)生變化，導(dǎo)致輻射強(qiáng)度分布不遵循普朗克定律(Planck’ s Law) 0自然地，在輻射特性相對(duì)溫度和成分的相關(guān)性已知時(shí)，能夠生成合適的校正因子，以將多個(gè)波長上的測量強(qiáng)度擬合到根據(jù)普朗克輻射定律的強(qiáng)度分布曲線，以估計(jì)輻射表面的表面溫度。
[0015]熔爐氣體氛圍中的氣體、液體和固體同樣輻射，但是該輻射被至少部分地集中于光譜。
[0016]熔爐中的小顆粒輻射和散射入射輻射，使得系統(tǒng)復(fù)雜化。這樣，熔爐中的輻射現(xiàn)象是非常復(fù)雜的。允許從周圍帶有蒸汽和顆粒的熱氣氛圍中圖像化焦床的關(guān)鍵因素是接收來自焦床的輻射信息，該輻射信息未受到周圍氣氛的過多影響。
[0017]已知使用安裝于特定端口或安裝在進(jìn)氣端口中的TV攝像頭來監(jiān)測焦床，即TV攝像頭連續(xù)地掃描焦床，并且電視機(jī)在控制室中提供照片，使得操作人員可使用該照片來控制熔爐。
[0018]—個(gè)示例是公開于EP 0761 871A1中的硫酸鹽漿回收鍋爐，該硫酸鹽漿回收鍋爐用在硫酸鹽制漿過程。鍋爐將有機(jī)殘留物轉(zhuǎn)化為能量，同時(shí)回收無機(jī)蒸煮化學(xué)成分。在所述鍋爐的下部發(fā)生氧化硫成分的還原，這允許它們作為熔煉物從鍋爐中退出。
[0019]鍋爐底部上的駐留堆在其它情況下從鍋爐外部不可見或者不可檢查。但是，對(duì)于上述過程控制，知悉何處發(fā)生駐留以及已經(jīng)發(fā)生了多少駐留是極其重要的。
[0020]在過去，使用多種技術(shù)來監(jiān)測鍋爐內(nèi)側(cè)的爐底。目前，用于測量化學(xué)回收鍋爐的堆(焦床)形狀的系統(tǒng)是不勝任的。例如，由于鍋爐熔爐的高溫和大尺寸，測量條件是苛求的。
[0021]所有現(xiàn)有技術(shù)方案受到散射渾濁氣氛的光學(xué)特性的影響，這使得檢測復(fù)雜或昂貴，或既復(fù)雜又昂貴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022]本發(fā)明的目的是提供關(guān)于散射渾濁氣氛在反應(yīng)室中的積聚的尺寸和位置的最佳信息，以提高對(duì)反應(yīng)過程的控制，并消除已知定位系統(tǒng)的缺點(diǎn)。
[0023]此外，本發(fā)明目的是提供一種改進(jìn)的用于監(jiān)測化學(xué)回收鍋爐的焦床的系統(tǒng)。
[0024]本發(fā)明描述了一種光學(xué)遠(yuǎn)程感測系統(tǒng)，包括:
[0025]-反應(yīng)室，其適于允許在化學(xué)回收鍋爐的該反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行散射渾濁氣氛形態(tài)的化學(xué)反應(yīng)。
[0026]-檢測器，其用于檢測具有預(yù)定波長或預(yù)定波長區(qū)間的探測光。
[0027]-光源，其發(fā)射具有預(yù)定波長或預(yù)定波長區(qū)間的探測光，該光源的探測光形成探測光束，而探測光束被引導(dǎo)到反應(yīng)室中的至少一個(gè)物體上，并且被該至少一個(gè)物體反射或背向散射到檢測器中。
[0028]波長的預(yù)先確定表示在系統(tǒng)使用前的選擇，以找出在光的何種波長或光波長區(qū)間上，有源傳感器原理能夠被