一种炉窑用高温监控装置的制造方法
【专利摘要】本发明属于监控设备领域，尤其涉及一种炉窑用高温监控装置，包括置于外套管中的内套管，内套管内设置摄像头，内外套筒尾部密封固定于炉膛内壁；内套管头部设置观察孔，外套管头部与观察孔对应位置密封固定设置透镜，以形成摄像头观察通道。外套管外壁设有空气进气口和空气出气口，与内外套管形成多层密封循环冷却空气通路。采用多层多循环冷却系统，提高换热效率；空气冷却方式不受地域性水资源紧缺限制；密封式循环系统，防止炉膛内空气组分变化并防止粉尘进入摄像装置。
【专利说明】
一种炉窑用高温监控装置
技术领域
[0001] 本发明属于监控设备领域，尤其涉及一种炉窑用高温监控装置。
【背景技术】
[0002] 工业炉窑主要通过过热熔池来处理难融炉料，如镍矿等。在实际生产过程中为了 监控炉膛内部矿物融化以及炉壁状态等工作情况，方便现场工作人员实时了解炉膛内运行 工况，需要在炉膛内部内置能够承受高温的电子监控装备。但是，对于没有隔热保护的普通 监控设备不能承受炉膛工作时所带来的高热量，如1500°C以上，或者对于普通的高温监控 设施对于观察炉膛内部工况具有角度局限性，不能够向实时传达炉膛内全景状况，对于监 控效果具有局限性，若发生特殊情况无法准确判断炉膛内部事故发生处，并且炉内沙尘容 易进入摄像头保护套管，难以清晰监控炉膛内部情况，对企业的经济造成严重损失。
[0003] 目前，现有技术中有采用将摄像设备内置于炉膛内部进行监控的炉窑用高温监控 装置，也有采用阵列式摄像头模组装置。例如，授权公告号为CN201429337Y的中国专利公开 了 一种水冷气封式高温工业电视系统，包括安装在窑炉内壁上的水冷基板、安装在水冷基 板上的传动装置、通过传动装置插入耐高温摄像头、设置在传动装置附近的气水电现场箱 以及安装在控制室内的报警箱和监控器。其特征是，所述的摄像头探头包括水冷气封式探 头套和设置在水冷封式探头套内的摄像装置，所述的传动装置由电机驱动并通过耐高温的 安装基板固定在炉窑的外壁上。所述的水冷气封式探头套，具有冷却水出口、入口和冷却气 入口，冷却水从入口进入探头套的夹层内，经过热交换后经冷却水出口排出，冷却气从冷却 气入口进入探头套内，经摄像头进入窑炉内。该技术方案采用外套管水冷，内套管空冷气封 方式，对摄像装置进行冷却。
[0004] 这种水冷气封式高温工业电视系统的耐热外层摄像头保护罩采用水冷保护装置， 对于我国富矿缺水地区，水资源紧缺，能耗较大，不利于节能。内部摄像头采用气冷式冷却， 冷却气体经过摄像头并排放至炉膛内部不利于炉膛内部气体组分控制，无法用于全氧燃烧 时的炉膛监控。并且，由于冷却空气通入炉膛内部，会提高ΝΟχ排放量，不利于节能减排摄像 头监视角度具有单一性，无法完整看到炉膛运行时的内部工况。
[0005] 授权公告号为CN100529107C的中国专利公开了 一种高炉炉内高温工业电视装置， 包括探头，其特征是，在探头的前部装有用于保护探头的冷却基座，在探头的中部装有用于 固定探头和起到密封作用的法兰盘，在探头的后部装有用于旋转探头的云台，在云台的下 方装有用于移动探头且与冷却基座和云台固定连接的传动机构。摄像套头通过布置在套管 最前端，观察炉内情况。本发明对冷却基座采用两路气体进行风冷，对探头进行水冷。
[0006] 该发明摄像头外壁冷却方式为水冷式，该冷却方式无法在严重缺水地区布置，具 有很强的局限性，并且不利于节约能耗。该发明冷却基座采用气封式冷却系统，空气经过摄 像头前部并通过前部观测孔通入至炉膛内部，该方式会增加 ΝΟχ排放量，并且无法有效控制 炉膛内部气体组分，无法运用于全氧燃烧器的炉膛，即使采用气封式的排放方式，实验证明 依然无法有效的防止炉膛内部粉尘进入套管内并干扰监控效果。高炉炉内高温工业电视装 置，该发明中摄像头监视角度具有单一性，无法完整看到炉膛运行时内部工况。
[0007] 授权公告号为CN203416328U的中国专利公开了一种阵列式摄像头模组，所述的阵 列式摄像头模组包括多个摄像头模组，所述的摄像头模组在同一光学平面上阵列设置，所 述的阵列式摄像头模组还设有使上述多个摄像头模组处于同一光学平面上的共面机构件， 所述的摄像头模组包括镜头承载座阵列设置多个收容孔，每个镜头都单独收容于一个收容 孔。
[0008] 这种阵列式摄像头模组均在同一光学平面上陈列设置，即使摄像头数目增加也只 能观察单一方向，对于观测角度具有局限性;并且该摄像头模组仅适用于常温情况下铺设， 并不适用于炉膛高温内。
[0009] 针对现有高温摄像装置的技术缺点，需提供一种新型的高温摄像装置。
【发明内容】
[0010] ( - )要解决的技术问题
[0011] 本发明的目的是提供一种高温摄像装置，以解决目前高温摄像装置冷却效率低， 采用水冷冷却方式受地域限制，采用空冷式摄像头将冷却空气排入炉膛造成N0X排量升高 并破坏炉膛内部气体组分，以及粉尘进入摄像头套管内部影响观测效果的问题。
[0012] (二)技术方案
[0013] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种炉窑用高温监控装置，其包括外套管、 内套管、摄像头及控制器，所述内套管置于所述外套管内，外套管内壁与所述内套管之间形 成的环状空间为外套管内层通气通路，内套管内部空腔为内套管空气通路，外套管尾部和 内套管尾部固定于炉膛内壁;所述摄像头和所述控制器置于所述内套管内，所述控制器与 所述摄像头连接；内套管头部设置观察孔，外套管头部与所述观察孔对应位置固定设置透 镜，以形成摄像头观察通道;外套管壁上设有空气进气口与空气出气口，所述空气进气口与 所述外套管内层通气通路、所述内套管空气通路连通，所述空气出气口与所述外套管内层 通气通路、所述内套管空气通路连通，以形成循环空气通路。
[0014] 其中，所述外套管壁是由外套管外壁层和外套管内壁层构成的中空结构，所述中 空结构形成外套管外层通气通路，所述空气进气口与所述外套管外层通气通路连通，所述 空气出气口与所述外套管外层通气通路连通。
[0015] 其中，所述空气进气口与所述内套管空气通路连通，形成第一空气进气分路;所述 空气进气口通向所述外套管内层通气通路，形成第二空气进气分路，所述第二空气进气分 路与所述外套管外层通气通路连通，并与所述外套管内层通气通路连通。
[0016] 其中，所述空气进气口位于靠近所述外套管尾部的位置，所述空气出气口位于与 所述空气进气口相对侧的所述外套管壁上。
[0017]其中，所述观察孔为数个，所述透镜数量与所述观察孔数量匹配，数个所述观察孔 与透镜构成数个具有不同观察方向的摄像头观察通道。
[0018] 其中，所述内套管内还设有转轴和驱动装置，所述摄像头设于所述转轴上，所述控 制器、所述驱动装置及所述转轴依次相连，用于调整摄像头角度。
[0019] 其中，所述摄像头的调节角度为0-80°。
[0020] 其中，所述摄像头的数量与所述摄像头观察通道的数量相匹配。
[0021 ]其中，所述内套管与所述外套管通过法兰与所述炉膛内壁密封连接。
[0022]其中，所述透镜通过钢圈焊接密封在所述外套管头部。
[0023](三)有益效果
[0024]本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供了一种炉窑用高温监控装置， 采用密封双套管结构、单孔进气、多通路输气、通路之间连通模式的多层多循环冷却系统， 能使冷却空气更高效率的进入摄像头套管各层空气通路，提高冷却空气利用效率，提高换 热效率和散热性能;采用的空气冷却方式，相对于水冷方式，该方式适用地域广，适用范围 大，不受地域性水资源紧缺限制，节能环保具有良好的经济效益;采用为密封式空气循环系 统能有效防止炉膛内部空气组分变化，不会提高NOx排放量，并且有效防止炉膛内部粉尘进 入摄像装置，影响监控效果；
[0025] 另外，增加观察孔和透镜的数量，增加摄像头的数量等方式都可以增加观测范围， 实现观测角度更广，更有效的观测炉膛内部情况。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明实施例的高温监控装置剖面结构示意图；
[0027] 图2是本发明实施例的高温监控装置外层套管头部表面示意图。
[0028] 图中，1、空气进气口；2、第一空气进气分路;3、第二空气进气分路;4、外套管外层 空气通路;5、外套管内层空气通路;6、外套管;7、外套管内壁层;8、内套管;9、内套管空气通 路；10、观察孔；11、耐高温高强度透镜；12、摄像头；13、转轴；14、控制器；15、空气出气口； 16、封闭法兰;17、螺栓。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和实施例对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例 用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0030] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语"上"、"下"、"内"、"外"等指示的方位或位 置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是 指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能 理解为对本发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或 暗示相对重要性。
[0031] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"设置"、"设 有"、"置于"、"固定"、"连通"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以 是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以 通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可 以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说 明，"数个"的含义是一个及一个以上，"至少两个"的含义是两个及两个以上。
[0032] 如图1所示，本发明提供了一种炉窑用高温监控装置，其包括外套管6、内套管8、摄 像头12及控制器14,所述内套管8置于所述外套管6内，外套管内壁与所述内套管8之间形成 的环状空间为外套管内层通气通路5,内套管内部空腔为内套管空气通路9,外套管尾部和 内套管尾部固定于炉膛内壁;所述摄像头12和所述控制器14置于所述内套管8内，所述控制 器14与所述摄像头12连接，控制器14可连接到炉窑的中控系统，优选将控制器、摄像头均安 装于一容器内，该容器固定在内套管8或炉膛内壁上，该容器与内套管8之间的空间即为内 套管空气通路9;内套管头部设置观察孔10,外套管头部与所述观察孔10对应位置固定设置 透镜11，以形成摄像头观察通道，观察孔10的设置使外套管内层通气通路5与内套管空气通 路9在摄像头处连通，空气流动效果更好，提高空气利用效率;透镜11优选为具有耐高温高 强度特性的透镜;外套管壁上设有空气进气口 1与空气出气口 15，所述空气进气口 1与所述 外套管内层通气通路5、所述内套管空气通路连通9,所述空气出气口 15与所述外套管内层 通气通路5、所述内套管空气通路连通9，以形成循环空气通路。
[0033] 采用密封双套管结构、两通路输气、通路之间连通模式的双层循环冷却系统，能使 冷却空气更高效率的进入摄像头套管各层空气通路，提高冷却空气利用效率，提高换热效 率和散热性能;采用的空气冷却方式，相对于水冷方式，该方式适用地域广，适用范围大，不 受地域性水资源紧缺限制，节能环保具有良好的经济效益;采用为密封式空气循环系统能 有效防止炉膛内部空气组分变化，不会提高NOx排放量，并且有效防止炉膛内部粉尘进入摄 像装置，影响监控效果。
[0034] 优选的，所述内套管8与所述外套管6通过法兰16在炉内壁上密封连接，并通过螺 栓17固定。优选的，所述透镜11通过钢圈焊接密封固定在炉内壁上。这种优选的密封固定方 式，使本装置的密封性更好，更有效的防止炉膛内部空气组分变化，不会提高NOx排放量，并 且有效防止炉膛内部粉尘进入摄像装置，影响监控效果。根据本技术方案的性质，透镜11采 用耐高温高强度透镜。
[0035] 优选的，所述空气进气口 1位于靠近所述外套管尾部的位置，所述空气出气口 15位 于与所述空气进气口 1相对侧的所述外套管壁上。这样的设置方式，使空气循环通路更彻 底，换热性能更高。
[0036] 优选的，所述外套管壁是由外套管外壁层和外套管内壁层7构成的中空结构，所述 中空结构形成外套管外层通气通路4，所述空气进气口 1同时与所述外套管外层通气通路连 通4，所述空气出气口 15同时与所述外套管外层通气通路4连通，形成三层循环空气通路。
[0037] 冷却空气进入空气进气口后，分别进入外套管外层通气通路4、外套管内层通气通 路5及内套管空气通路9连通，形成三层循环空气通路，再从空气出气口 15排出。采用这种单 孔进气，多通路输气，通路之间连通的模式形成的多层多循环冷却系统，能使冷却空气更高 效率的进入摄像头套管各层空气通路，提高冷却空气利用效率，换热效率高，散热性能好。
[0038] 优选的，所述空气进气口 1与所述内套管空气通路9直接连通，形成第一空气进气 分路2;所述空气进气口 1通向所述外套管内层通气通路5，形成第二空气进气分路3，所述第 二空气进气分路3与所述外套管外层通气通路4连通，并与所述外套管内层通气通路5连通。
[0039] 冷却空气进入空气进气口 1后，分别进入所述的第一空气进气分路2和第二空气进 气分路3,并分别对摄像装置的双套管进行冷却，经过多层多管循环后将热量由所述的空气 出气口 15带出。通过在一个空气进气口下分设两条空气进气分路，形成三层循环空气通路， 可对空气量的分流实现更好的控制，能使冷却空气更高效率的进入摄像头套管各层空气通 路，提尚冷却空气利用效率，提尚换热效率和散热性能；
[0040] 优选的，通过设置第一空气进气分路2和第二空气进气分路3的管径1:1的配合，实 现将进入空气进口 1中50 %的空气通过第一空气进口分路2进入内套管空气通路9，通过设 置外套管外层通气通路4和外套管内层通气通路5的管径1:1的配合，实现剩余50%的空气 通过第二空气进气分路3进入外套管外层空气通路4和外套管内层空气通路5。
[0041 ] -般情况下，炉膛运行后摄像头套管外壁约为1630°C，需为摄像头套管装置提供 防热保护，因此将摄像头套管设置为多层空气冷却模式。优选的，将通量50m3/h空气进入空 气进口 1，其中50 %的空气通过第一空气进口分路2进入内套管空气通路9，剩余50 %的空气 通过第二空气进气分路3进入外套管外层空气通路4和外套管内层空气通路5,构成了三层 空气冷却通道系统。进入外套管外层空气通路4的冷却空气迅速与壁面发生对流换热，使外 套管外层空气通路4平均温度降至400~600°C。进入外套管内层空气通路5的冷却空气继续 加强换热。单独进入内套管空气通路9的冷却空气单独进行内循环冷却。在外套管内层空气 通路5受传热影响其平均温度高于内套管空气通路9，因此，外套管内层通气通路5与内套管 空气通路9在观察孔10处实现连通，使得在观察孔10处实现外套管6和内套管8空气流通，并 且进行热量循环交换，提高三层空气通路冷却系统散热效率。外套管6与内套管8的三层冷 却空气分别经过摄像头12并使所述的摄像头12冷却，维持电子摄像头12表面及内套管空气 通路9平均温度低于400°C，保护所述的控制器14的工作效率不被高热量影响。
[0042]优选的，所述的空气通量为保证散热效果为不小于50m3/h，所述的外套管外壁层， 外套管内壁层7，内套管8为钢性材料，密度8030kg/m，导热系数16.27w/m-k，比热502.48j/ kg-k。所述空气进气口 1 口径为030~40mm，空气出气口 15 口径为030~40mm,观察孔10 口径为020~30mm,耐高温高强度透镜11 口径为035~50mm,螺栓直径为025mm,数量 8个。
[0043]优选的，所述观察孔为数个，所述透镜数量与所述观察孔数量匹配，数个所述观察 孔10与透镜11构成数个具有不同观察方向的摄像头观察通道。数个摄像头观察通道具有不 同的观察方向，可以对炉窑内部进行多方向观察，只要一个炉窑用高温监控装置，就可以对 观察其周围的多个方向进行观察，观察范围广、效果好，使用方便。
[0044]优选的，所述内套管内还设有转轴和驱动装置，所述摄像头设于所述转轴上，所述 控制器、所述驱动装置及所述转轴依次相连，用于调整摄像头角度。采用转轴调整摄像头的 角度，使观测角度更广，能够更有效的观测炉膛内部情况，实时传递炉膛内部信息，为现场 数据采集提供有力保障;如图1所示，所述转轴可与外套管轴向方向垂直设置。
[0045] 优选的，所述摄像头12的调节角度为0-80°。优选的，所述观察孔10为5-9个，所述 透镜11为5-9个。
[0046] 优选的，所述摄像头12的数量与所述摄像头观察通道的数量相匹配。即在每个摄 像头观察通道处均配备一个摄像头12,而无需转动摄像头12;所述摄像头12为至少2个，通 过增加摄像头的数量，可以使摄像头形成阵列式监控，增加观测范围，实现观测角度更广， 更有效的观测炉膛内部情况。
[0047] 综上所述，本技术方案采用单孔进气、多通路输气、通路之间连通模式形成的多层 多循环冷却系统，能使冷却空气更高效率的进入摄像头套管各层空气通路，提高冷却空气 利用效率，提高换热效率和散热性能;采用冷却方式为空气冷方式，相对于水冷方式，该方 式适用地域广，适用范围大，不受地域性水资源紧缺限制，节能环保具有良好的经济效益； 采用为密封式空气循环系统，有效防止炉膛内部空气组分变化，不会提高NOx排放量，并且 有效防止炉膛内部粉尘进入摄像装置，影响监控效果;采用转轴调整摄像头的角度或者增 加摄像头数量，使观测角度更广，能够更有效的观测炉膛内部情况，实时传递炉膛内部信 息，为现场数据采集提供有力保障。
[0048]采用所述高温摄像装置仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域 的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，如 通过改变进出气口尺寸及数量、更换套管材质、调整阵列式摄像头排列方式及观测孔角度、 改变内外套管尺寸等，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种炉窑用高温监控装置，其特征在于:包括外套管、内套管、摄像头及控制器，所述 内套管置于所述外套管内，外套管内壁与所述内套管之间形成的环状空间为外套管内层通 气通路，内套管内部空腔为内套管空气通路，外套管尾部和内套管尾部固定于炉膛内壁； 所述摄像头和所述控制器置于所述内套管内，所述控制器与所述摄像头连接； 内套管头部设置观察孔，外套管头部与所述观察孔对应位置固定设置透镜，以形成摄 像头观察通道； 外套管壁上设有空气进气口与空气出气口，所述空气进气口与所述外套管内层通气通 路、所述内套管空气通路连通，所述空气出气口与所述外套管内层通气通路、所述内套管空 气通路连通，以形成循环空气通路。2. 如权利要求1所述炉窑用高温监控装置，其特征在于:所述外套管壁是由外套管外壁 层和外套管内壁层构成的中空结构，所述中空结构形成外套管外层通气通路，所述空气进 气口与所述外套管外层通气通路连通，所述空气出气口与所述外套管外层通气通路连通。3. 如权利要求2所述炉窑用高温监控装置，其特征在于:所述空气进气口与所述内套管 空气通路连通，形成第一空气进气分路;所述空气进气口通向所述外套管内层通气通路，形 成第二空气进气分路，所述第二空气进气分路与所述外套管外层通气通路连通，并与所述 外套管内层通气通路连通。4. 如权利要求1-3任一所述炉窑用高温监控装置，其特征在于:所述空气进气口位于靠 近所述外套管尾部的位置，所述空气出气口位于与所述空气进气口相对侧的所述外套管壁 上。5. 如权利要求1-3任一所述炉窑用高温监控装置，其特征在于:所述观察孔为数个，所 述透镜数量与所述观察孔数量匹配，数个所述观察孔与透镜构成数个具有不同观察方向的 摄像头观察通道。6. 如权利要求5所述炉窑用高温监控装置，其特征在于:所述内套管内还设有转轴和驱 动装置，所述摄像头设于所述转轴上，所述控制器、所述驱动装置及所述转轴依次相连，用 于调整摄像头角度。7. 如权利要求5所述炉窑用高温监控装置，其特征在于：所述摄像头的调节角度为0-80。。8. 如权利要求5所述炉窑用高温监控装置，其特征在于:所述摄像头的数量与所述摄像 头观察通道的数量相匹配。9. 如权利要求1-3任一所述炉窑用高温监控装置，其特征在于:所述内套管与所述外套 管通过法兰与所述炉膛内壁密封连接。10. 如权利要求1-3任一所述炉窑用高温监控装置，其特征在于:所述透镜通过钢圈焊 接密封在所述外套管头部。
【文档编号】F27D21/02GK106091716SQ201610645325
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月8日 公开号201610645325.4, CN 106091716 A, CN 106091716A, CN 201610645325, CN-A-106091716, CN106091716 A, CN106091716A, CN201610645325, CN201610645325.4
【发明人】郭科宏, 王东方, 王志军, 陈珊, 钟贵全, 吴道洪
【申请人】北京神雾环境能源科技集团股份有限公司