几种燃烧炉炉膛测温装置的使用与改进

王更生,邱继宁

(汉中锌业有限责任公司,陕西勉县 724204)

1 概述

燃烧炉炉膛温度的测量与控制在保证系统的安全运行及正常生产中起到了至关重要的作用,如果燃烧炉内的测温装置经常损坏或测量不准,将严重影响燃烧炉的安全、使用寿命及后续系统的平稳运行,威胁整个生产系统安全、稳定及效率。以下就以汉中锌业有限责任公司的几种燃烧炉测温装置在系统生产中所出现的问题以及改进方法进行简要的分析陈述。

2 几种燃烧炉炉况及测温装置的使用与改进

2.1 链条锅炉的测温装置

链条炉采用上煤斗将煤粒送入炉内,用链条将煤粒平铺在炉床上进行燃烧。炉膛温度的测量是通过安装在炉膛中上部的热电偶进行测量并远传到控制室。最初我们选用的是 K分度号,测量杆为直径φ20 mm的耐磨头热电偶,使用周期为 2～3个月。因其经常烧坏,且烧坏后的热电偶在炉膛内壁处变形弯曲,无法将其取出更换,只有将热电偶从外向内打入炉膛,才能更换新的热电偶,这样又给炉排的正常运行造成隐患,并且有时烧坏的热电偶烧结在炉墙内的套管中,无法更换,所以这种热电偶损坏较频繁,更换难度较大,维护量高且造成较大的浪费。为此我们对该热电偶出现的问题进行分析：链条炉的燃料主要是颗粒较大的煤粒,相对而言燃烧不是非常剧烈,燃烧中产生 SO2等腐蚀性气体,该气体在高温下腐蚀热电偶耐磨头护管是热电偶损坏的主要原因。因此,我们选用了同时满足耐高温、耐腐蚀、耐磨 3个条件的热电偶,并在安装形式上进行改进,具体做法是：在具有 1Cr18Ni9Ti保护管的热电偶外加装 Cr28铸钢保护套管,外套管外径 φ38 mm,内径φ25 mm,热电偶自带保护管外径 φ20 mm,外套管和内套管之间留有一定的间隙,万一热电偶损坏后可将热电偶及内套管从外套管中灵活抽出进行更换。在实际使用中,改进后的热电偶性能稳定,使用周期在2～3年。

2.2 流化床锅炉、沸腾炉的测温装置

循环流化床锅炉是目前较先进的燃煤锅炉,其利用固体流态化原理,使颗粒较小的煤粒在炉膛内沸腾、燃烧,煤的燃烧效率很高。沸腾炉也是利用固体流态化原理,使含硫的锌精矿在炉内沸腾、燃烧,生成氧化锌焙砂。流化床锅炉、沸腾炉炉内的燃烧均比较剧烈,具有在高温状态下对炉膛内的测温装置产生强氧化腐蚀及冲刷磨损作用。我们将以上热电偶的改进方法应用到沸腾炉、硫化床锅炉,并将Cr28铸钢保护套管直径及插入深度进行合理调整,经过长期试验、观察,测量精度及响应速度能够达到生产要求,经久耐用。

在使用中,需要用户特别注意的是：铸钢保护套管材质必须经检验合格,偶丝直径须在 φ3.2 mm以上。

2.3 转炉的测温装置

转炉用于冶炼铅精矿,炉体底部用喷射氧气助燃,以加大燃烧力度,使铅精矿在炉内充分脱硫、熔化、分解、最终分离,其燃烧非常剧烈,炉内状况复杂多变。转炉的测温装置安装于炉膛顶部,其信号通过电缆远传至集控室。最初使用的测温装置是测量杆直径为 φ25 mm的耐磨头热电偶,使用 2～3天后便烧坏。后又采用在该热电偶外加装 Cr28铸钢保护套管进行测量,效果不佳,使用周期在 1周左右。其后还试用测温装置供应商推荐的特殊钢保护套管(材质不详)的热电偶进行试用,使用 10天后便又烧坏。

经过几次试用,均没有达到预期的效果,于是我们认真地分析了转炉炉膛内的燃烧状况和测温装置不断损坏的原因：转炉炉膛内燃烧的是粉末和颗粒状的多种混合物料,主要是铅精矿,且铅精矿内硫的含量很高,燃烧过程中产生大量的二氧化硫,在高温下具有强烈的氧化腐蚀作用,再加上炉体底部的喷射氧气助燃,使得炉膛内的燃烧状况复杂、剧烈。前期所采用的测温装置保护管均是金属材料,在炉膛内,金属材料的保护管在高温下被烧得通红,内部分子运动剧烈,再加上高温下二氧化硫的强烈氧化腐蚀,其表面将形成很厚的氧化层,在炉体底部氧气的喷射作用下,沸腾的物料对保护管表面形成的氧化层猛烈冲刷,将其剥落,进而保护管表面又形成新的氧化层,沸腾的物料又将其再次剥落,如此反复,测温装置的保护管将被一层一层逐渐蚕食剥落,最终导致热电偶芯子烧坏,测温装置彻底损坏。

经过分析讨论,我们认为金属材质的测温装置保护管不适用于转炉炉况下的温度测量,须选用非金属材质保护管,经过对市场上现有的热电偶保护管的材质及使用环境进行分析比较,我们决定采用非金属材质钢玉材质的测温装置保护管,并且要充分考虑热电偶芯子、内保护管与刚玉外保护管膨胀系数的差别。众所周知,钢玉保护管的弱点是机械强度差,制造商为增强其机械强度,往往将不锈钢管作为测温装置的内保护管,外敷一个钢玉材质的外保护管,这确实解决了其机械强度问题,但同时带来了新问题,当温度发生剧烈变化时,因内、外管膨胀系数不同,导致钢玉管被拉裂或顶烂,这种问题也遇到过。为解决该问题,我们要求制造商将测温装置的内、外保护管均选配为钢玉管,并且内、外钢玉管厚度一致,两管粘接时要留有合适的膨胀间隙,热电偶芯子与内钢玉管装配时也须留有合适的膨胀间隙。

在经过一番改进后,具有双层钢玉保护管并充分考虑热电偶芯子及 2个钢玉管之间的膨胀间隙的测温热电偶在转炉内开始使用,经检验,其测量准确,响应速度高,寿命长,能够满足生产要求,使用效果良好。

3 结语

在工业生产中,特别是冶金行业,各种各样的燃烧炉大量使用,且炉内投入的物料各不相同,炉内燃烧物的化学性质及物理性质也各不相同,但它们有一个共同点：燃烧剧烈、炉况复杂,炉内环境恶劣,这就对用来测量炉内温度的测温装置提出了较高的要求。现在市场上测温装置很多,哪种燃烧炉选用哪种测温装置须谨慎考虑,认真分析投入炉内物料的种类、炉子的燃烧方式及炉体结构、对市场上测温装置使用工况的广泛了解是择优选择测温装置的关键。

[1] 陈守仁.工程检测技术[M].北京：中央广播电视大学出版社,1984.

[2] 乐嘉谦.仪表工手册 [M].北京：化学工业出版社, 1998.

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