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，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,最后對熱電偶日常操作與維護等作出說(shuō)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體或半導體A和B焊接起來(lái),構成一個(gè)閉合回路,當導體A和B的兩個(gè)執著(zhù)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,這種現象稱(chēng)為熱電效應。熱電偶利用熱電效應測量溫度。
　　熔化玻璃需要高溫,測溫的準確性對玻璃熔制至關(guān)重要。測量玻璃窯爐爐頂的溫度均采用熱電偶,以爐頂測點(diǎn)溫度自動(dòng)控制。如果測點(diǎn)溫度過(guò)低，會(huì )影響到玻璃的質(zhì)量與出料量,溫度過(guò)高則會(huì )造成能源的浪費，且影響窯爐的壽命,充分體現了熱電偶作為“眼睛”在玻璃窯爐上的作用。熱電偶溫度測量相關(guān)經(jīng)驗，以期為玻璃窯爐中使用熱電偶提供指導。
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向，對交換后火焰的影響較小。此點(diǎn)的溫度反應較快、靈敏度高,基本能代表窯爐內的溫度情況。如果使用橫火窯(CrossFired),有3對小爐時(shí)，一般設2個(gè)測點(diǎn):第1對和第2對小爐之間設置1個(gè)測點(diǎn)，近流液洞處設置1個(gè)測點(diǎn)。由于我國日用玻璃行業(yè)絕大數采用馬蹄形窯爐,故以馬蹄形窯爐為主,其熔化池(Melter)內的溫度約為1540℃,因此選用分度號為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,從日常經(jīng)驗中發(fā)現，熱電偶過(guò)早損壞的主要原因是安裝狀況不佳。安裝熱電偶應注意以下事項:
(1)熱電偶插入位置
　　熱電偶插入爐頂的深度應為19~25mm,如圖2所示,可使用雙層護套管(DoubleProtection)。如熱電偶插入過(guò)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，以防“煙囪效應”使火焰沖出，燒壞熱電偶支架和補償導線(xiàn)等。
 
(2)熱電偶長(cháng)度
　　熱電偶必須要有足夠的長(cháng)度,如太短會(huì )使接線(xiàn)盒過(guò)熱而損壞。熱電偶接線(xiàn)盒距窯頂表面的距離應為150~300mm,且接線(xiàn)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(xiàn)盒溫度過(guò)高，測量的溫度會(huì )有較大的誤差,甚至燒毀接線(xiàn)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),要根據經(jīng)驗修正所測溫度,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，以防磚的小裂紋產(chǎn)生“煙囪效應”,導致火焰竄出。
　　建爐過(guò)程中由于各項工作交叉進(jìn)行,難免存在疏忽，例如常發(fā)現有螺絲、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(zhuān)用磚
　　為保證爐頂熱電偶長(cháng)期穩定,必須使用整塊的測溫專(zhuān)用磚,材質(zhì)要與爐頂磚材一致。有玻璃工廠(chǎng)在爐頂隨意留一孔或者現場(chǎng)鉆一孔,結果隨著(zhù)窯爐長(cháng)時(shí)間高溫運行,導致火焰竄出,造成該熱電偶四周爐頂磚侵蝕甚至松動(dòng)，嚴重影響熱電偶及爐頂的壽命。
　　另外,窯頂的熱電偶一定要使用三角架和法蘭盤(pán)支撐,必須堅固、穩定、可靠、有效,不能有傾斜、高低不平和不穩的現象。
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)切斷左側的燃油(燃氣);2)開(kāi)啟右側霧化空氣;3)助燃空氣機械翻版運行;4)延時(shí)3~6s,開(kāi)啟右側的燃油(燃氣);5)關(guān)閉左側的霧化空氣。整個(gè)交換過(guò)程10~15s。交換結束時(shí)熱電偶測得爐內溫度下降較多,如系統此時(shí)進(jìn)入自動(dòng)調節,控制儀表的輸出必然很大,會(huì )對窯爐造成沖擊,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(xiāo)“Hold"。因玻璃窯爐經(jīng)10~20s正常燃燒后己逐步恢復了一定的溫度,此時(shí)儀表再進(jìn)入正常調節狀態(tài),其輸出不會(huì )出現大幅度的波動(dòng)。
5熱電偶斷偶后的應對措施
　　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(xiàn)遷移到另一根電線(xiàn),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性。窯頂測溫點(diǎn)的熱電偶一-旦斷線(xiàn)、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,則會(huì )將燃油(天然氣)全關(guān),會(huì )對窯爐造成不利的影響。
　　熱電偶一旦斷偶,會(huì )立刻發(fā)出燈與聲報警信號,提醒操作人員迅速干預調整,同時(shí)要設計自動(dòng)轉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,其信號自動(dòng)地切換為輸出60~65%安全值運行。這樣的處理方式比單純切斷儀表合理,對窯爐沖擊也小。.
　　目前使用大型窯爐的工廠(chǎng)十分重視爐頂溫度的自動(dòng)控制與監視作用,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,通孔的熱電偶信號用于自動(dòng)控制,盲孔顯示溫度,一旦通孔內的熱電偶燒損，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)調節溫度維持正常生產(chǎn)。
 
6熱電偶的日常操作與維護經(jīng)驗
　　玻璃窯爐是在高溫下連續生產(chǎn)工作的，要保持熱電偶長(cháng)期正常需注意以下幾點(diǎn):
(1)熱電偶補償導線(xiàn)及電纜線(xiàn)的布線(xiàn)
　　熱電偶補償導線(xiàn)以及各類(lèi)傳感器的電纜線(xiàn)最終要排放到窯爐控制室,建議先建一個(gè)窯爐現場(chǎng)接線(xiàn)盒,接線(xiàn)盒到控制室的導線(xiàn)數量一般為110%,要有余量,便于原導線(xiàn)有損壞或者窯爐新增測量設備或控制設備時(shí)使用;由接線(xiàn)盒接各熱電偶或變送器,可用于調試或查找故障,只要松開(kāi)現場(chǎng)接線(xiàn)盒處的電纜,即可檢查導線(xiàn)的短路、開(kāi)路以及電阻值等情況。
　　窯爐現場(chǎng)接線(xiàn)盒到控制室的布線(xiàn)一般應設計為3~4個(gè)窯期,這樣當窯爐大修時(shí),只須調換接線(xiàn)盒到熱電偶這段線(xiàn)即可,不僅可以節約用線(xiàn),也大大減少窯爐大修時(shí)現場(chǎng)的施工量。
(2)補償導線(xiàn)注意事項
　　熱電偶在接線(xiàn)時(shí)要采用補償導線(xiàn)，如果不采用或錯用補償導線(xiàn)將會(huì )產(chǎn)生較大的測溫誤差。補充導線(xiàn)的外護套線(xiàn)的顏色可表示該熱電偶的分度號,如圖6所示。由于各個(gè)廠(chǎng)家不統一,使用時(shí)需參閱最新相關(guān)資料。
 
(3)根據實(shí)際情況調節溫度值
　　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,每次調換熱電偶后也要修正溫度值,以確保窯爐正常運行。
(4)對采用輻射高溫計的玻璃企業(yè)的建議
　　目前我國的玻璃廠(chǎng)還普遍使用輻射高溫計來(lái)測量玻璃窯爐的火焰溫度,測溫反應速度快,壽命長(cháng),但測出的溫度不穩定,溫度誤差較大,同時(shí)它的開(kāi)孔也浪費一定的能源。對習慣于使用輻射高溫計的工廠(chǎng),建議可先安裝爐頂盲孔熱電偶,將其溫度值與輻射高溫計測量的數值參考對比，以后逐步過(guò)渡到使用熱電偶測溫。
(5)現場(chǎng)查看爐內燃燒情況
　　由于熱電偶長(cháng)期在高溫下工作，會(huì )出現偶絲老化及接線(xiàn)端子松動(dòng)等現象,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觀(guān)看儀表外,還須定時(shí)到窯爐現場(chǎng)通過(guò)觀(guān)察孔看窯爐內的火焰燃燒情況,如火焰的顏色、長(cháng)度、亮度、剛度、燃燒的情況(有無(wú)黑煙)、火焰與料堆的距離、火焰與二側胸墻的距離(是否沖刷胸墻)、火焰與爐頂的情況(是否掃到爐頂)等。
　　通過(guò)窯爐火焰的顏色辨別溫度的經(jīng)驗如表1所示,顏色辨別溫度僅供參考(經(jīng)驗證明窯爐的燃燒及火焰.工況各不相同)。
 
(6)窯頂熱電偶定期調換
　　熱電偶是易損件,一般半年需要調換(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。調換新的熱電偶要防止將其瞬間插入穿孔內，冷熱巨變導致外管爆裂。根據經(jīng)驗,熱電偶安裝之前需在200~300℃的溫度下預熱12h以上,然后緩慢插入,其插入速度要保持在30~40mm/h。每次調換后,須做好詳細的記錄,包括調換的日期、熱電偶的型號、熱電偶的長(cháng)度、安裝部位、調換者的姓名以及下次調換的日期等參數,管理效果明顯。
7結語(yǔ)
　　爐頂熱電偶測溫是玻璃窯爐的重要測溫點(diǎn)位,是監測窯爐溫度的“眼睛”,它的穩定性和準確性對窯爐控制至關(guān)重要,準確地、可靠地測出爐內溫度是一切工作的前提。