耐磨热电偶在三废炉床层温度控制中的改造及应用

常俊斌

(山西天泽煤化工集团股份公司煤气化厂， 山西晋城 048000)

大型循环硫化床燃煤锅炉、三废锅炉设备正常运行时，炉膛床层温度是需要监视的重要参数，其直接关系锅炉的安全燃烧与效率，影响污染物的生成和排放量。若生产操作人员无法准确获得实时的燃烧状态，不能有效控制燃料、送风量等参数，则锅炉炉膛温度不均匀，会导致锅炉换热效率降低并产生大量污染物和噪音，甚至可能出现爆炉等严重后果。控制好炉膛床层温度是保证锅炉设备安全稳定运行的关键。

1 基本状况

目前多数采用固定式热电偶对循环流化床燃煤锅炉、三废炉炉膛床层温度进行测温[1]。由于锅炉炉膛正常工作温度都在1 000 ℃以上，加上循环流化床锅炉炉膛内部煤粉处于沸腾状态，热电偶长时间处于高温环境中，特别容易变形损坏。热电偶前端保护套管一旦弯曲变形，很快就会烧坏，严重时甚至需要停炉处理。停炉后，由于炉膛作业危险性高、时间长、环境恶劣，常规更换时劳动强度大、工作效率低，存在一定的安全隐患。

2 改造思路与实施

2.1 热电偶选型

一般而言，设计院常规设计的炉膛温度测温热电偶多采用铂铑-铂S分度号热电偶[2]。铂铑-铂热电偶电极丝为贵金属，耐高温、耐氧化、耐腐蚀性良好，具有较优越的精确度，经济成本较高，一般用于准确度要求较高的高温测量。随着锅炉装置逐步投运，工艺要求控制炉膛床层温度为1 050 ℃左右。通过数据比对，发现镍铬-镍硅K分度号热电偶短期工作温度可达1 300 ℃，长期工作温度为0～1 200 ℃。此种热电偶的热电动势的线性度好，在金属热电偶中，它是非贵重金属中性能最稳定的一种，且价格便宜、应用很广。通过摸索试验发现，选用K分度号的热电偶完全可以满足生产需要。山西天泽“40·60”项目二期装置的两台循环流化床锅炉和两台三废锅炉全部采用此分度号热电偶，使用至今效果良好，为项目建设原始采购及后期维护节约了运行成本，取得了一定的经济收益。

2.2 测温热电偶外套管的改进

原床层温度热电偶外套管为φ16×4 mm的不锈钢耐高温套管，内装φ6 mm的K分度号热电偶芯。原始开车时测温点的使用寿命最短只有一周左右，炉膛测温点经常被烧坏，备件损耗过多，影响锅炉正常稳定运行。为此对热电偶进行技术改造，通过观察烧坏的实物，结合炉膛温度、压力、进风量、空气物料混合物介质等因素进行综合分析，根据炉膛预埋法兰套管直径，把循环硫化床锅炉的热电偶套管直径改为φ20 mm，三废锅炉的热电偶套管直径改为φ25 mm。进一步和制造厂家沟通耐磨头材料配比量，最终选用钨钴合金材质，耐磨头加厚内径改为φ8 mm与热电偶铠装芯φ6 mm进行匹配，耐磨头长度由原来的200 mm延长至300 mm。改造后，大大延长了热电偶的使用寿命，基本能够满足生产要求。

2.3 热电偶埋墙套管的维护改进

测温热电偶一般安装在锅炉炉膛的预埋套管中，原设计预埋套管为直径φ32 mm的碳钢管，在使用过程中发现煤粉燃烧产生的硫化物和灰尘混合后极易在套管内结垢，严重时预埋500 mm长的套管内全部结满垢物。一旦结垢过多，热电偶直接黏连在套管内，检修时根本拆不下来。加上现场受限空间作业环境差、交叉作业多等不利因素，仪表检修人员无法按期完成检修任务。原设计的套管采用20#钢，不耐高温，锅炉长周期运行后炉膛内部浇注料脱落，预埋套管口容易受高温灼烧变形，这些不利因素均给现场作业带来诸多麻烦。经过多次分析现场存在的问题，决定把原套管改成φ57 mm的耐高温络钼钢管，以增加套管寿命。在现场清堵作业时，偶然发现用气焊烤效果比较好，结垢物受明火烘烤后变得疏松。需注意的是现场需要办理动火作业审批，落实相关安全措施。预埋套管清理干净、热电偶更换完成后需及时用片状耐高温硅酸铝板塞满套管剩余空隙，最后用专用浇注料将管口封死，防止新的垢物产生。锅炉停炉维护过程中，预埋套管长度不应超出炉膛内部浇注料部分，可有效避免套管被正常工况时高温沸腾的煤粉冲刷而导致磨损变形。利用停炉机会及时补充修复脱落的浇注料，保护好热电偶测温预埋套管。另外，热电偶工作端插入炉膛内部不易过长[3-4]，控制在100～150 mm为宜，以免冲刷磨损。根据现场实际情况，一般热电偶工作端下半部分受煤粉冲刷严重，可根据工艺检修周期，将热电偶旋转180°后继续使用，以降低生产成本。

2.4 测温热电偶固定方式的改进

高温烟气高流速煤粉工作状态下，热电偶热端极易冲刷磨损变形。由于作业环境温度高，受限空间作业危险性大，炉膛床层温度热电偶的更换作业一直是难题。根据日常维护更换过程中出现的问题，经过仔细分析决定对原固定螺纹式热电偶进行结构改造试验，自制热电偶专用固定装置，实施后效果良好。特殊改造后的固定装置，具有现场更换方便、可重复使用、使用寿命长、实用性强等优点，同时提高了仪表一线维护人员的作业效率。安全检修专用固定装置主要包括φ20 mm活动锥形双卡套密封组件和外螺纹固定接头。根据热电偶不同的直径，可调整活动卡套的大小及固定螺纹的规格尺寸，其外形结构简图见图1。

图1 改造后的热电偶双卡套安装示意图

该装置采用双卡套接头+双螺纹活动固定装置结构。将热电偶原来的焊接式固定螺纹取下，把自制的活动固定装置套在热电偶上。安装时，把自制的活动固定装置安装在锅炉炉膛预埋测温点专用法兰套管上，调整好插入炉膛热电偶长度后，再把自制活动接头上的卡套锁紧即可[3-4]。传统更换炉膛热电偶需要2～3人合作，把炉膛内部热电偶弯曲的部分裁掉，而耐磨耐高温热电偶外套管硬度极高，裁切通常需要很长时间；之后，从炉膛内部用大锤将损坏的热电偶套管一点点敲出后。受限空间内涉及临时用电、切割动火等多项特殊作业，准备及作业过程中的安全措施落实工作极其繁琐。通过改造，锅炉仪表维修工仅需拆掉热电偶接线盒，松开特殊固定装置上的卡套接头，从炉膛外部把热电偶套管敲进炉膛内部即可更换。

3 结语

通过多次改造，不断调整和长期试验炉膛床层温度，基本实现了炉膛测温点使用周期与锅炉主体装置同步检修的预期目标。采用专用固定装置降低劳动强度，缩短了进入受限空间作业时间，有效保障了员工的职业健康。同时，该装置延长了测温热电偶使用寿命，降低了生产成本。现场各测温点的准确显示为锅炉、三废炉装置长周期安全稳定运行起到了保驾护航的作用，也为今后循环流化床锅炉、吹风气三废炉炉膛床层温度设计和改造提供了相应的实际应用案列和技术支持。