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明。
　　熱電偶是工業上最常用的溫度檢測元件之一,曾被比喻為工業生產的“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,構成一個閉合回路,當導體A和B的兩個執著點之間存在溫差時,兩者之間便產生電動勢,在回路中形成電流,這種現象稱為熱電效應。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重要。測量玻璃窯爐爐頂的溫度均采用熱電偶,以爐頂測點溫度自動控制。如果測點溫度過低，會影響到玻璃的質量與出料量,溫度過高則會造成能源的浪費，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經驗，以期為玻璃窯爐中使用熱電偶提供指導。
1爐頂熱電偶測溫點的定位
　　馬蹄形窯爐(Horseshoefurnace)的熱電偶測溫點-般位于噴槍向前2/3處或者更前,如圖1所示。
 
　　此測溫點是窯爐的熱點，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，一般設2個測點:第1對和第2對小爐之間設置1個測點，近流液洞處設置1個測點。由于我國日用玻璃行業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,從日常經驗中發現，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)。如熱電偶插入過深，易被火焰沖刷和料粉腐蝕,壽命會大大縮短;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等。
 
(2)熱電偶長度
　　熱電偶必須要有足夠的長度,如太短會使接線盒過熱而損壞。熱電偶接線盒距窯頂表面的距離應為150~300mm,且接線盒需用耐高溫材料包裹,如圖3所示。若安裝不良會造成接線盒溫度過高，測量的溫度會有較大的誤差,甚至燒毀接線盒。
 
(3)盲孔測溫
　　如測點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,使熱電偶的測點基本與窯頂內壁持平,如圖4所示，測點距磚外表面的距離一般為50mm左右。
 
　　使用盲孔測溫磚時,要根據經驗修正所測溫度,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，以防磚的小裂紋產生“煙囪效應”,導致火焰竄出。
　　建爐過程中由于各項工作交叉進行,難免存在疏忽，例如常發現有螺絲、螺帽、小磚塊等掉落至盲孔測溫孔里,窯爐點火升溫后,處理這些雜質十分困難。因此建議在建爐時可用紙張、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定,必須使用整塊的測溫專用磚,材質要與爐頂磚材一致。有玻璃工廠在爐頂隨意留一孔或者現場鉆一孔,結果隨著窯爐長時間高溫運行,導致火焰竄出,造成該熱電偶四周爐頂磚侵蝕甚至松動，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)開啟右側霧化空氣;3)助燃空氣機械翻版運行;4)延時3~6s,開啟右側的燃油(燃氣);5)關閉左側的霧化空氣。整個交換過程10~15s。交換結束時熱電偶測得爐內溫度下降較多,如系統此時進入自動調節,控制儀表的輸出必然很大,會對窯爐造成沖擊,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,人為定時使此功能保持10~20s,然后再撤銷“Hold"。因玻璃窯爐經10~20s正常燃燒后己逐步恢復了一定的溫度,此時儀表再進入正常調節狀態,其輸出不會出現大幅度的波動。
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性。窯頂測溫點的熱電偶一-旦斷線、斷偶,其輸出為0mV,這時自動控制儀表輸出為最大值,會發生事故。如果只采用斷偶保護,則會將燃油(天然氣)全關,會對窯爐造成不利的影響。
　　熱電偶一旦斷偶,會立刻發出燈與聲報警信號,提醒操作人員迅速干預調整,同時要設計自動轉為一固定的安全輸出值。例如,正常窯爐操作時控制儀表輸出值為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十分重視爐頂溫度的自動控制與監視作用,如圖5所示,在爐頂同一塊磚上鉆有2個孔,分別是通孔和盲孔,通孔的熱電偶信號用于自動控制,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控制切換到手動,以盲孔溫度作為參考值,手動調節溫度維持正常生產。
 
6熱電偶的日常操作與維護經驗
　　玻璃窯爐是在高溫下連續生產工作的，要保持熱電偶長期正常需注意以下幾點:
(1)熱電偶補償導線及電纜線的布線
　　熱電偶補償導線以及各類傳感器的電纜線最終要排放到窯爐控制室,建議先建一個窯爐現場接線盒,接線盒到控制室的導線數量一般為110%,要有余量,便于原導線有損壞或者窯爐新增測量設備或控制設備時使用;由接線盒接各熱電偶或變送器,可用于調試或查找故障,只要松開現場接線盒處的電纜,即可檢查導線的短路、開路以及電阻值等情況。
　　窯爐現場接線盒到控制室的布線一般應設計為3~4個窯期,這樣當窯爐大修時,只須調換接線盒到熱電偶這段線即可,不僅可以節約用線,也大大減少窯爐大修時現場的施工量。
(2)補償導線注意事項
　　熱電偶在接線時要采用補償導線，如果不采用或錯用補償導線將會產生較大的測溫誤差。補充導線的外護套線的顏色可表示該熱電偶的分度號,如圖6所示。由于各個廠家不統一,使用時需參閱最新相關資料。
 
(3)根據實際情況調節溫度值
　　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生變動,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的建議
　　目前我國的玻璃廠還普遍使用輻射高溫計來測量玻璃窯爐的火焰溫度,測溫反應速度快,壽命長,但測出的溫度不穩定,溫度誤差較大,同時它的開孔也浪費一定的能源。對習慣于使用輻射高溫計的工廠,建議可先安裝爐頂盲孔熱電偶,將其溫度值與輻射高溫計測量的數值參考對比，以后逐步過渡到使用熱電偶測溫。
(5)現場查看爐內燃燒情況
　　由于熱電偶長期在高溫下工作，會出現偶絲老化及接線端子松動等現象,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看儀表外,還須定時到窯爐現場通過觀察孔看窯爐內的火焰燃燒情況,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。
　　通過窯爐火焰的顏色辨別溫度的經驗如表1所示,顏色辨別溫度僅供參考(經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
　　爐頂熱電偶測溫是玻璃窯爐的重要測溫點位,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重要,準確地、可靠地測出爐內溫度是一切工作的前提。