锅炉节能检测中红外热成像技术的应用研究

刘红征

（河南省锅炉压力容器安全检测研究院洛阳分院，河南 洛阳 471000）

红外热成像技术以红外辐射的原理完成检测对象表面温度场情况的测量，能够清楚地掌握检测对象热状态情况。锅炉本身耗能很高，是社会能源消耗的大户，降低锅炉能耗对于社会的可持续发展有着很突出的积极意义，是节能工作的重心。锅炉节能检测中红外热成像这项技术的作用与价值非常突出。

1 技术原理

在物体温度超过绝对零度时，物体就会将热能以辐射能的形式发散出去。红外辐射强度应用斯蒂芬波尔兹曼定律表示。红外热成像技术应用了红外热辐射的原理，在检测物体红外辐射量的过程中，将表面温度转化成直观热像。这种测量方法有着精度高、界面直观、测温范围广、灵敏度高、测温速度快的特点。

这种技术包括主动式与被动式两种。主动式指的是人为向被测材料、物体注入热量，之后应用热像仪扫描与检测。被动式指的就是利用被测材料、物体自身热辐射得到热成像图。该技术的核心就是热成像，所用设备为红外热成像仪。这种设备由光学探测器与电子部分构成。光学系统能够将测量目标红外辐射集中到探测器，之后接受测试目标信号，并放大与处理红外信号送入电子部分显示。

2 影响检测效果的要素

红外热成像技术通过测量辐射热情况判断物体表面温度，所以其测量精度会受到很多因素的影响，其中就包括测量物体表面热发射率、来自测量背景的热辐射、大气因素、测量距离与空气尘埃等。

2.1 被测物体发射率

这里所说的发射率指的是物体表面的辐射能量和相同温度黑体辐射能量比率，这是一种能够描述物体黑体辐射能力的物理量，其大小与物体本身的颜色、温度、表面粗糙度、形状、材料有直接的关系。物体发射率作为影响红外检测精度最重要的参数，是需要以严谨态度处理的。如果被测物体的表面存在不同的性质，那么最终发射率就会出现很大的差距。

在对物体应用红外热成像进行检测时，如果无法准确设置发射率，就会出现测量误差。此外，金属材料发射率会受到包括自身表面形状、表面颜色、表面光洁度、材料类型的影响。每种材料都有着不同的发射率。举例来说，铜比铝的发射率就高出很多。表面粗糙的物体要比表面光洁的物体有着更高的发射率。深色物体比浅色物体发射率高。发射率的确定方法包括接触温度计、涂抹法、喷漆法、绝缘胶带法、查表法等方式。

2.2 背景辐射

测量物体红外辐射温度的时候，除了物体本身有着红外辐射以外，同时还要考虑物体对环境、太阳的反射情况，当然设备与其周围的辐射也是需要考虑的要素。面对阳光直射、室外辐射、空间散射与折射的环境，工作人员需要先行调整测试参数减少这些因素对测量的影响。室内测试的过程中，会受到物体反射光的影响导致测量结果发生变化，影响测量的精准性。测量中应做到准确对焦，防止非待测物体第一时间进入测试地点。在测量工作中，要先设置屏蔽物阻挡非待测物体，减少外界因素对正在测试物体的参数影响。在室外测量时，应尽量选择晚上或是多云的天气，减少日光对测量的影响。一般来说，物体发射率越大辐射反射影响就越大。所以在测量中需要用高发射率涂料。

2.3 大气

大气在物体辐射过程中有着折射、散射、吸收等物理效果，其对物体辐射强度的影响非常突出，会逐渐衰减辐射质量。大气中的很多物质包括一氧化二氮、一氧化碳、二氧化碳、水蒸汽等都会吸收红外线。在测量过程中，应尽量避免烟尘与水蒸汽等因素对测量造成影响。另外，被测物体反射率、发射率以及背景辐射也是测量需要考虑的因素。在测量中，环境温度、空气尘埃、测量距离都会影响测量的准确性。在测量过程中，需要将上述项目数值输入热像仪，使用热像仪设备完成计算修正，保障测量准确性。

3 锅炉节能监测中红外热成像技术的应用

3.1 检测表面热工缺陷

流通烟道与炉膛的外壁就是锅炉炉墙。炉墙是保障锅炉内部能够保持高温状态，减少内部温度向外界散热效率的关键结构，能够使烟气按照预期规划的方向流通。根据结构特点可以将炉墙分为轻型与重型两种。绝大多数大中型锅炉都是用重型炉墙，这种炉墙共有内外两层结构，其中外层为红砖，内层为耐火砖。两层砖之间保留200mm间隔，使用珍珠岩颗粒、矿渣棉板填充。而小型锅炉大多应用轻型炉墙，这种炉墙由保温材料与轻质耐火砖组成。蒸汽管道、联箱、锅筒外面都有保温材料的包裹。

应用红外热成像仪能够全面、直观、清晰地了解锅炉外表保温层破损情况。一般来说，保温层破损部位都有明显的温度异常，能够帮助人们了解破损具体部位，完成破损部位修复。在修复后应用红外热成像仪复验。

3.2 检测表面散热损失

锅炉运行时，管道、联箱、锅筒、炉墙等外壁温度都会远超于周围温度。对流、辐射所流失的热量被称为散热损失。假设锅炉外表温度越高，而周围温度越低，则意味着散热损失越大。该现象表明耐火材料本身质量不好，甚至可以说炉墙有可能已经发生了损害问题。这些问题是散热损失、锅炉热效率低下的根本原因。当前工业锅炉散热损失所用的是GB/T10180-2003中的计算法、查表法、热流计法。当然，以上三种方式有的存在过程繁琐、数据量大的问题，有的存在准确性差、数据适应性差的问题，很难保障散热损失量的准确获取。在众多方法中，热流计法能够真实地得到散热损失测定有效方式，红外热成像从某种角度来说实际上就是该方法的替代品，能够弥补这种方法本身的不足与问题。这种技术需要与计算机技术配合使用。在配合后有效减少热损失测量任务量，保障散热损失量得到准确、快速测定。在提高测试真实性、准确性中体现出了巨大的意义，是值得信赖的技术。红外热成像技术能够有效、清楚地得知锅炉表面热损失。方法为先将锅炉与部件分为多个区域，之后单独划分管道、人孔等裸露区域，并测量出每个区域的具体面积，使用红外热成像仪标定，分别采集这些区域的图像。该方法能够充分保障测量的准确性，是一种十分高效的测温方法。在测量中需要先行确认每个区域的平均温度，用这种方法提高平均温度测试准确性。之后用表面温度法展开热流密度的测试，能够得知最终的锅炉在应用过程中的散热损失量。这种测试技术需要软件技术的支持以及非接触测量技术的统计功能，是进一步提高测试效率的方法。如今这种方式凭借着出众的效果与能力在很多地区都已经得到了普及。

3.3 检测炉内热工缺陷

应用红外热成像技术诊断锅炉内部对应的是锅炉炉膛热工缺陷检测。炉膛是炉墙包围的供燃料燃烧的立体空间。在锅炉中炉膛的作用为确保燃料能够充分燃烧，防止炉膛烟气温度降低影响到锅炉正常工作。也就是说，炉膛需要有充足空间与足够大的受热面积，这是保障锅炉工作效率的关键。

锅炉运行中会积累大量灰尘，这些灰尘会影响锅炉的传热效果，并且锅炉灰尘也会影响锅炉检查效率，在检测过程中这些炉灰会影响炉膛水冷壁热工缺陷的观察效果以及锅炉保温材料的实际破损情况。应用红外热成像仪的时候，能够在没有清灰前就发现水冷壁管缺陷部位以及保温壁是否受损。其为检验人员提供着精准的检测条件。

4 结语

红外热成像是一种有着非接触测温，全面、快速、直观的技术特点，应用于锅炉节能诊断与热工缺陷检查，发挥着巨大的作用。凭借着优秀出众的能力，红外热成像技术的测量精度非常高，但需要强调的是，其精度也很容易受到外界因素影响，诸如环境温度、空气尘埃、测量距离、大气衰减、背景辐射、被测物体发射率等，都是需要考虑的要素。在测量中需要做好相关参数的设置，以免上述因素影响到最终的测量结果。锅炉设备的节能检测需要应用红外热成像技术，该技术对于热工缺陷检查以及外表散热的测定来说有很好的检测效果。