熱電偶測試窯爐爐頂溫度情況分析

摘要:介紹了熱電偶用于玻璃窯爐爐頂上的測溫情況,敘述了測點(diǎn)的定位和安裝熱電偶的注意事項(xiàng)，提供了玻璃窯爐交換后的處理與熱電偶斷偶等工況的解決方法,最后對(duì)熱電偶日常操作與維護(hù)等作出說明。
　　熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一,曾被比喻為工業(yè)生產(chǎn)的“眼睛”。熱電偶測溫的基本原理是將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來,構(gòu)成一個(gè)閉合回路,當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)之間存在溫差時(shí),兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢,在回路中形成電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶利用熱電效應(yīng)測量溫度。
　　熔化玻璃需要高溫,測溫的準(zhǔn)確性對(duì)玻璃熔制至關(guān)重要。測量玻璃窯爐爐頂?shù)臏囟染捎脽犭娕?以爐頂測點(diǎn)溫度自動(dòng)控制。如果測點(diǎn)溫度過低，會(huì)影響到玻璃的質(zhì)量與出料量,溫度過高則會(huì)造成能源的浪費(fèi)，且影響窯爐的壽命,充分體現(xiàn)了熱電偶作為“眼睛”在玻璃窯爐上的作用。熱電偶溫度測量相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，以期為玻璃窯爐中使用熱電偶提供指導(dǎo)。
1爐頂熱電偶測溫點(diǎn)的定位
　　馬蹄形窯爐(Horseshoefurnace)的熱電偶測溫點(diǎn)-般位于噴槍向前2/3處或者更前,如圖1所示。
 
　　此測溫點(diǎn)是窯爐的熱點(diǎn)，馬蹄型窯爐的左右火焰均在此位置轉(zhuǎn)向，對(duì)交換后火焰的影響較小。此點(diǎn)的溫度反應(yīng)較快、靈敏度高,基本能代表窯爐內(nèi)的溫度情況。如果使用橫火窯(CrossFired),有3對(duì)小爐時(shí)，一般設(shè)2個(gè)測點(diǎn):第1對(duì)和第2對(duì)小爐之間設(shè)置1個(gè)測點(diǎn)，近流液洞處設(shè)置1個(gè)測點(diǎn)。由于我國日用玻璃行業(yè)絕大數(shù)采用馬蹄形窯爐,故以馬蹄形窯爐為主,其熔化池(Melter)內(nèi)的溫度約為1540℃,因此選用分度號(hào)為B型的熱電偶。
2安裝爐頂熱電偶
　　玻璃窯爐溫度高,粉塵多且腐蝕性氣氛強(qiáng),從日常經(jīng)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，熱電偶過早損壞的主要原因是安裝狀況不佳。安裝熱電偶應(yīng)注意以下事項(xiàng):
(1)熱電偶插入位置
　　熱電偶插入爐頂?shù)纳疃葢?yīng)為19~25mm,如圖2所示,可使用雙層護(hù)套管(DoubleProtection)。如熱電偶插入過深，易被火焰沖刷和料粉腐蝕,壽命會(huì)大大縮短;插入熱電偶的孔與熱電偶瓷管之間的空隙要用玻璃棉、玻璃纖維等填充物封嚴(yán)，以防“煙囪效應(yīng)”使火焰沖出，燒壞熱電偶支架和補(bǔ)償導(dǎo)線等。
 
(2)熱電偶長度
　　熱電偶必須要有足夠的長度,如太短會(huì)使接線盒過熱而損壞。熱電偶接線盒距窯頂表面的距離應(yīng)為150~300mm,且接線盒需用耐高溫材料包裹,如圖3所示。若安裝不良會(huì)造成接線盒溫度過高，測量的溫度會(huì)有較大的誤差,甚至燒毀接線盒。
 
(3)盲孔測溫
　　如測點(diǎn)的熱電偶磚采用的是盲孔,為了提高測量靈敏度,可將該測溫磚多插入一些,使熱電偶的測點(diǎn)基本與窯頂內(nèi)壁持平,如圖4所示，測點(diǎn)距磚外表面的距離一般為50mm左右。
 
　　使用盲孔測溫磚時(shí),要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)修正所測溫度,測出的溫度一般比正常測溫低50℃。例如,盲孔測出的溫度為1490℃,可推算窯內(nèi)的火焰溫度約為1540℃。
　　盲孔的熱電偶瓷管的空隙,也要用玻璃棉、纖維等填充物封嚴(yán)，以防磚的小裂紋產(chǎn)生“煙囪效應(yīng)”,導(dǎo)致火焰竄出。
　　建爐過程中由于各項(xiàng)工作交叉進(jìn)行,難免存在疏忽，例如常發(fā)現(xiàn)有螺絲、螺帽、小磚塊等掉落至盲孔測溫孔里,窯爐點(diǎn)火升溫后,處理這些雜質(zhì)十分困難。因此建議在建爐時(shí)可用紙張、木塊等物將盲孔先塞住。
3爐頂熱電偶須使用專用磚
　　為保證爐頂熱電偶長期穩(wěn)定,必須使用整塊的測溫專用磚,材質(zhì)要與爐頂磚材一致。有玻璃工廠在爐頂隨意留一孔或者現(xiàn)場鉆一孔,結(jié)果隨著窯爐長時(shí)間高溫運(yùn)行,導(dǎo)致火焰竄出,造成該熱電偶四周爐頂磚侵蝕甚至松動(dòng)，嚴(yán)重影響熱電偶及爐頂?shù)膲勖?br /> 　　另外,窯頂?shù)臒犭娕家欢ㄒ褂萌羌芎头ㄌm盤支撐,必須堅(jiān)固、穩(wěn)定、可靠、有效,不能有傾斜、高低不平和不穩(wěn)的現(xiàn)象。
4窯爐交換后的處理
　　玻璃窯爐一般20~30min要換向,其交換的步驟(從左到右)為:1)切斷左側(cè)的燃油(燃?xì)?;2)開啟右側(cè)霧化空氣;3)助燃空氣機(jī)械翻版運(yùn)行;4)延時(shí)3~6s,開啟右側(cè)的燃油(燃?xì)?;5)關(guān)閉左側(cè)的霧化空氣。整個(gè)交換過程10~15s。交換結(jié)束時(shí)熱電偶測得爐內(nèi)溫度下降較多,如系統(tǒng)此時(shí)進(jìn)入自動(dòng)調(diào)節(jié),控制儀表的輸出必然很大,會(huì)對(duì)窯爐造成沖擊,建議利用智能儀表的“Hold”功能,它可記住交換前的輸出值并保持不變,人為定時(shí)使此功能保持10~20s,然后再撤銷“Hold"。因玻璃窯爐經(jīng)10~20s正常燃燒后己逐步恢復(fù)了一定的溫度,此時(shí)儀表再進(jìn)入正常調(diào)節(jié)狀態(tài),其輸出不會(huì)出現(xiàn)大幅度的波動(dòng)。
5熱電偶斷偶后的應(yīng)對(duì)措施
　　熱電偶是易耗品,其老化是不能定量的,主要是由于銠從一根電線遷移到另一根電線,這取決于溫度及其氣氛,因此損壞帶有一定的突然性與隨機(jī)性。窯頂測溫點(diǎn)的熱電偶一-旦斷線、斷偶,其輸出為0mV,這時(shí)自動(dòng)控制儀表輸出為最大值,會(huì)發(fā)生事故。如果只采用斷偶保護(hù),則會(huì)將燃油(天然氣)全關(guān),會(huì)對(duì)窯爐造成不利的影響。
　　熱電偶一旦斷偶,會(huì)立刻發(fā)出燈與聲報(bào)警信號(hào),提醒操作人員迅速干預(yù)調(diào)整,同時(shí)要設(shè)計(jì)自動(dòng)轉(zhuǎn)為一固定的安全輸出值。例如,正常窯爐操作時(shí)控制儀表輸出值為70%(14mA),可將斷偶安全輸出值定為60~65%(12~13.2mA)。一旦熱電偶斷偶或者損壞,其信號(hào)自動(dòng)地切換為輸出60~65%安全值運(yùn)行。這樣的處理方式比單純切斷儀表合理,對(duì)窯爐沖擊也小。.
　　目前使用大型窯爐的工廠十分重視爐頂溫度的自動(dòng)控制與監(jiān)視作用,如圖5所示,在爐頂同一塊磚上鉆有2個(gè)孔,分別是通孔和盲孔,通孔的熱電偶信號(hào)用于自動(dòng)控制,盲孔顯示溫度,一旦通孔內(nèi)的熱電偶燒損，窯爐操作人員可立即將自動(dòng)控制切換到手動(dòng),以盲孔溫度作為參考值,手動(dòng)調(diào)節(jié)溫度維持正常生產(chǎn)。
 
6熱電偶的日常操作與維護(hù)經(jīng)驗(yàn)
　　玻璃窯爐是在高溫下連續(xù)生產(chǎn)工作的，要保持熱電偶長期正常需注意以下幾點(diǎn):
(1)熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線及電纜線的布線
　　熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線以及各類傳感器的電纜線最終要排放到窯爐控制室,建議先建一個(gè)窯爐現(xiàn)場接線盒,接線盒到控制室的導(dǎo)線數(shù)量一般為110%,要有余量,便于原導(dǎo)線有損壞或者窯爐新增測量設(shè)備或控制設(shè)備時(shí)使用;由接線盒接各熱電偶或變送器,可用于調(diào)試或查找故障,只要松開現(xiàn)場接線盒處的電纜,即可檢查導(dǎo)線的短路、開路以及電阻值等情況。
　　窯爐現(xiàn)場接線盒到控制室的布線一般應(yīng)設(shè)計(jì)為3~4個(gè)窯期,這樣當(dāng)窯爐大修時(shí),只須調(diào)換接線盒到熱電偶這段線即可,不僅可以節(jié)約用線,也大大減少窯爐大修時(shí)現(xiàn)場的施工量。
(2)補(bǔ)償導(dǎo)線注意事項(xiàng)
　　熱電偶在接線時(shí)要采用補(bǔ)償導(dǎo)線，如果不采用或錯(cuò)用補(bǔ)償導(dǎo)線將會(huì)產(chǎn)生較大的測溫誤差。補(bǔ)充導(dǎo)線的外護(hù)套線的顏色可表示該熱電偶的分度號(hào),如圖6所示。由于各個(gè)廠家不統(tǒng)一,使用時(shí)需參閱最新相關(guān)資料。
 
(3)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)溫度值
　　窯爐的燃燒溫度與工況各不相同,一般的支架也是不能定位的,水平方向與垂直方向發(fā)生變動(dòng),其溫度必然有變化。因此窯爐操作人員必須根據(jù)本窯爐出料情況與玻璃液的質(zhì)量確定各自窯爐控制溫度值;甚至在同一座窯爐上,每次調(diào)換熱電偶后也要修正溫度值,以確保窯爐正常運(yùn)行。
(4)對(duì)采用輻射高溫計(jì)的玻璃企業(yè)的建議
　　目前我國的玻璃廠還普遍使用輻射高溫計(jì)來測量玻璃窯爐的火焰溫度,測溫反應(yīng)速度快,壽命長,但測出的溫度不穩(wěn)定,溫度誤差較大,同時(shí)它的開孔也浪費(fèi)一定的能源。對(duì)習(xí)慣于使用輻射高溫計(jì)的工廠,建議可先安裝爐頂盲孔熱電偶,將其溫度值與輻射高溫計(jì)測量的數(shù)值參考對(duì)比，以后逐步過渡到使用熱電偶測溫。
(5)現(xiàn)場查看爐內(nèi)燃燒情況
　　由于熱電偶長期在高溫下工作，會(huì)出現(xiàn)偶絲老化及接線端子松動(dòng)等現(xiàn)象,使得熱電偶的測量值存在一-定的誤差。因此,窯爐操作工除了在控制室內(nèi)觀看儀表外,還須定時(shí)到窯爐現(xiàn)場通過觀察孔看窯爐內(nèi)的火焰燃燒情況,如火焰的顏色、長度、亮度、剛度、燃燒的情況(有無黑煙)、火焰與料堆的距離、火焰與二側(cè)胸墻的距離(是否沖刷胸墻)、火焰與爐頂?shù)那闆r(是否掃到爐頂)等。
　　通過窯爐火焰的顏色辨別溫度的經(jīng)驗(yàn)如表1所示,顏色辨別溫度僅供參考(經(jīng)驗(yàn)證明窯爐的燃燒及火焰.工況各不相同)。
 
(6)窯頂熱電偶定期調(diào)換
　　熱電偶是易損件,一般半年需要調(diào)換(換“下的熱電偶絲可以回收利用),以免損壞影響窯爐的正常工作。調(diào)換新的熱電偶要防止將其瞬間插入穿孔內(nèi)，冷熱巨變導(dǎo)致外管爆裂。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),熱電偶安裝之前需在200~300℃的溫度下預(yù)熱12h以上,然后緩慢插入,其插入速度要保持在30~40mm/h。每次調(diào)換后,須做好詳細(xì)的記錄,包括調(diào)換的日期、熱電偶的型號(hào)、熱電偶的長度、安裝部位、調(diào)換者的姓名以及下次調(diào)換的日期等參數(shù),管理效果明顯。
7結(jié)語
　　爐頂熱電偶測溫是玻璃窯爐的重要測溫點(diǎn)位,是監(jiān)測窯爐溫度的“眼睛”,它的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性對(duì)窯爐控制至關(guān)重要,準(zhǔn)確地、可靠地測出爐內(nèi)溫度是一切工作的前提。