幾種燃燒爐爐膛測溫裝置的使用與改進

王更生,邱繼寧

(漢中鋅業有限責任公司,陜西勉縣 724204)

1 概述

燃燒爐爐膛溫度的測量與控制在保證系統的安全運行及正常生產中起到了至關重要的作用,如果燃燒爐內的測溫裝置經常損壞或測量不準,將嚴重影響燃燒爐的安全、使用壽命及后續系統的平穩運行,威脅整個生產系統安全、穩定及效率。以下就以漢中鋅業有限責任公司的幾種燃燒爐測溫裝置在系統生產中所出現的問題以及改進方法進行簡要的分析陳述。

2 幾種燃燒爐爐況及測溫裝置的使用與改進

2.1 鏈條鍋爐的測溫裝置

鏈條爐采用上煤斗將煤粒送入爐內,用鏈條將煤粒平鋪在爐床上進行燃燒。爐膛溫度的測量是通過安裝在爐膛中上部的熱電偶進行測量并遠傳到控制室。最初我們選用的是 K分度號,測量桿為直徑φ20 mm的耐磨頭熱電偶,使用周期為 2～3個月。因其經常燒壞,且燒壞后的熱電偶在爐膛內壁處變形彎曲,無法將其取出更換,只有將熱電偶從外向內打入爐膛,才能更換新的熱電偶,這樣又給爐排的正常運行造成隱患,并且有時燒壞的熱電偶燒結在爐墻內的套管中,無法更換,所以這種熱電偶損壞較頻繁,更換難度較大,維護量高且造成較大的浪費。為此我們對該熱電偶出現的問題進行分析：鏈條爐的燃料主要是顆粒較大的煤粒,相對而言燃燒不是非常劇烈,燃燒中產生 SO2等腐蝕性氣體,該氣體在高溫下腐蝕熱電偶耐磨頭護管是熱電偶損壞的主要原因。因此,我們選用了同時滿足耐高溫、耐腐蝕、耐磨 3個條件的熱電偶,并在安裝形式上進行改進,具體做法是：在具有 1Cr18Ni9Ti保護管的熱電偶外加裝 Cr28鑄鋼保護套管,外套管外徑 φ38 mm,內徑φ25 mm,熱電偶自帶保護管外徑 φ20 mm,外套管和內套管之間留有一定的間隙,萬一熱電偶損壞后可將熱電偶及內套管從外套管中靈活抽出進行更換。在實際使用中,改進后的熱電偶性能穩定,使用周期在2～3年。

2.2 流化床鍋爐、沸騰爐的測溫裝置

循環流化床鍋爐是目前較先進的燃煤鍋爐,其利用固體流態化原理,使顆粒較小的煤粒在爐膛內沸騰、燃燒,煤的燃燒效率很高。沸騰爐也是利用固體流態化原理,使含硫的鋅精礦在爐內沸騰、燃燒,生成氧化鋅焙砂。流化床鍋爐、沸騰爐爐內的燃燒均比較劇烈,具有在高溫狀態下對爐膛內的測溫裝置產生強氧化腐蝕及沖刷磨損作用。我們將以上熱電偶的改進方法應用到沸騰爐、硫化床鍋爐,并將Cr28鑄鋼保護套管直徑及插入深度進行合理調整,經過長期試驗、觀察,測量精度及響應速度能夠達到生產要求,經久耐用。

在使用中,需要用戶特別注意的是：鑄鋼保護套管材質必須經檢驗合格,偶絲直徑須在 φ3.2 mm以上。

2.3 轉爐的測溫裝置

轉爐用于冶煉鉛精礦,爐體底部用噴射氧氣助燃,以加大燃燒力度,使鉛精礦在爐內充分脫硫、熔化、分解、最終分離,其燃燒非常劇烈,爐內狀況復雜多變。轉爐的測溫裝置安裝于爐膛頂部,其信號通過電纜遠傳至集控室。最初使用的測溫裝置是測量桿直徑為 φ25 mm的耐磨頭熱電偶,使用 2～3天后便燒壞。后又采用在該熱電偶外加裝 Cr28鑄鋼保護套管進行測量,效果不佳,使用周期在 1周左右。其后還試用測溫裝置供應商推薦的特殊鋼保護套管(材質不詳)的熱電偶進行試用,使用 10天后便又燒壞。

經過幾次試用,均沒有達到預期的效果,于是我們認真地分析了轉爐爐膛內的燃燒狀況和測溫裝置不斷損壞的原因：轉爐爐膛內燃燒的是粉末和顆粒狀的多種混合物料,主要是鉛精礦,且鉛精礦內硫的含量很高,燃燒過程中產生大量的二氧化硫,在高溫下具有強烈的氧化腐蝕作用,再加上爐體底部的噴射氧氣助燃,使得爐膛內的燃燒狀況復雜、劇烈。前期所采用的測溫裝置保護管均是金屬材料,在爐膛內,金屬材料的保護管在高溫下被燒得通紅,內部分子運動劇烈,再加上高溫下二氧化硫的強烈氧化腐蝕,其表面將形成很厚的氧化層,在爐體底部氧氣的噴射作用下,沸騰的物料對保護管表面形成的氧化層猛烈沖刷,將其剝落,進而保護管表面又形成新的氧化層,沸騰的物料又將其再次剝落,如此反復,測溫裝置的保護管將被一層一層逐漸蠶食剝落,最終導致熱電偶芯子燒壞,測溫裝置徹底損壞。

經過分析討論,我們認為金屬材質的測溫裝置保護管不適用于轉爐爐況下的溫度測量,須選用非金屬材質保護管,經過對市場上現有的熱電偶保護管的材質及使用環境進行分析比較,我們決定采用非金屬材質鋼玉材質的測溫裝置保護管,并且要充分考慮熱電偶芯子、內保護管與剛玉外保護管膨脹系數的差別。眾所周知,鋼玉保護管的弱點是機械強度差,制造商為增強其機械強度,往往將不銹鋼管作為測溫裝置的內保護管,外敷一個鋼玉材質的外保護管,這確實解決了其機械強度問題,但同時帶來了新問題,當溫度發生劇烈變化時,因內、外管膨脹系數不同,導致鋼玉管被拉裂或頂爛,這種問題也遇到過。為解決該問題,我們要求制造商將測溫裝置的內、外保護管均選配為鋼玉管,并且內、外鋼玉管厚度一致,兩管粘接時要留有合適的膨脹間隙,熱電偶芯子與內鋼玉管裝配時也須留有合適的膨脹間隙。

在經過一番改進后,具有雙層鋼玉保護管并充分考慮熱電偶芯子及 2個鋼玉管之間的膨脹間隙的測溫熱電偶在轉爐內開始使用,經檢驗,其測量準確,響應速度高,壽命長,能夠滿足生產要求,使用效果良好。

3 結語

在工業生產中,特別是冶金行業,各種各樣的燃燒爐大量使用,且爐內投入的物料各不相同,爐內燃燒物的化學性質及物理性質也各不相同,但它們有一個共同點：燃燒劇烈、爐況復雜,爐內環境惡劣,這就對用來測量爐內溫度的測溫裝置提出了較高的要求?，F在市場上測溫裝置很多,哪種燃燒爐選用哪種測溫裝置須謹慎考慮,認真分析投入爐內物料的種類、爐子的燃燒方式及爐體結構、對市場上測溫裝置使用工況的廣泛了解是擇優選擇測溫裝置的關鍵。

[1] 陳守仁.工程檢測技術[M].北京：中央廣播電視大學出版社,1984.

[2] 樂嘉謙.儀表工手冊 [M].北京：化學工業出版社, 1998.

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