热电偶测试窑炉炉顶温度情况分析

摘要:介绍了热电偶用于玻璃窑炉炉顶上的测温情况,叙述了测点的定位和安装热电偶的注意事项，提供了玻璃窑炉交换后的处理与热电偶断偶等工况的解决方法,最后对热电偶日常操作与维护等作出说明。
　　热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一,曾被比喻为工业生产的“眼睛”。热电偶测温的基本原理是将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来,构成一个闭合回路,当导体A和B的两个执着点之间存在温差时,两者之间便产生电动势,在回路中形成电流,这种现象称为热电效应。热电偶利用热电效应测量温度。
　　熔化玻璃需要高温,测温的准确性对玻璃熔制至关重要。测量玻璃窑炉炉顶的温度均采用热电偶,以炉顶测点温度自动控制。如果测点温度过低，会影响到玻璃的质量与出料量,温度过高则会造成能源的浪费，且影响窑炉的寿命,充分体现了热电偶作为“眼睛”在玻璃窑炉上的作用。热电偶温度测量相关经验，以期为玻璃窑炉中使用热电偶提供指导。
1炉顶热电偶测温点的定位
　　马蹄形窑炉(Horseshoefurnace)的热电偶测温点-般位于喷枪向前2/3处或者更前,如图1所示。
 
　　此测温点是窑炉的热点，马蹄型窑炉的左右火焰均在此位置转向，对交换后火焰的影响较小。此点的温度反应较快、灵敏度高,基本能代表窑炉内的温度情况。如果使用横火窑(CrossFired),有3对小炉时，一般设2个测点:第1对和第2对小炉之间设置1个测点，近流液洞处设置1个测点。由于我国日用玻璃行业绝大数采用马蹄形窑炉,故以马蹄形窑炉为主,其熔化池(Melter)内的温度约为1540℃,因此选用分度号为B型的热电偶。
2安装炉顶热电偶
　　玻璃窑炉温度高,粉尘多且腐蚀性气氛强,从日常经验中发现，热电偶过早损坏的主要原因是安装状况不佳。安装热电偶应注意以下事项:
(1)热电偶插入位置
　　热电偶插入炉顶的深度应为19~25mm,如图2所示,可使用双层护套管(DoubleProtection)。如热电偶插入过深，易被火焰冲刷和料粉腐蚀,寿命会大大缩短;插入热电偶的孔与热电偶瓷管之间的空隙要用玻璃棉、玻璃纤维等填充物封严，以防“烟囱效应”使火焰冲出，烧坏热电偶支架和补偿导线等。
 
(2)热电偶长度
　　热电偶必须要有足够的长度,如太短会使接线盒过热而损坏。热电偶接线盒距窑顶表面的距离应为150~300mm,且接线盒需用耐高温材料包裹,如图3所示。若安装不良会造成接线盒温度过高，测量的温度会有较大的误差,甚至烧毁接线盒。
 
(3)盲孔测温
　　如测点的热电偶砖采用的是盲孔,为了提高测量灵敏度,可将该测温砖多插入一些,使热电偶的测点基本与窑顶内壁持平,如图4所示，测点距砖外表面的距离一般为50mm左右。
 
　　使用盲孔测温砖时,要根据经验修正所测温度,测出的温度一般比正常测温低50℃。例如,盲孔测出的温度为1490℃,可推算窑内的火焰温度约为1540℃。
　　盲孔的热电偶瓷管的空隙,也要用玻璃棉、纤维等填充物封严，以防砖的小裂纹产生“烟囱效应”,导致火焰窜出。
　　建炉过程中由于各项工作交叉进行,难免存在疏忽，例如常发现有螺丝、螺帽、小砖块等掉落至盲孔测温孔里,窑炉点火升温后,处理这些杂质十分困难。因此建议在建炉时可用纸张、木块等物将盲孔先塞住。
3炉顶热电偶须使用专用砖
　　为保证炉顶热电偶长期稳定,必须使用整块的测温专用砖,材质要与炉顶砖材一致。有玻璃工厂在炉顶随意留一孔或者现场钻一孔,结果随着窑炉长时间高温运行,导致火焰窜出,造成该热电偶四周炉顶砖侵蚀甚至松动，严重影响热电偶及炉顶的寿命。
　　另外,窑顶的热电偶一定要使用三角架和法兰盘支撑,必须坚固、稳定、可靠、有效,不能有倾斜、高低不平和不稳的现象。
4窑炉交换后的处理
　　玻璃窑炉一般20~30min要换向,其交换的步骤(从左到右)为:1)切断左侧的燃油(燃气);2)开启右侧雾化空气;3)助燃空气机械翻版运行;4)延时3~6s,开启右侧的燃油(燃气);5)关闭左侧的雾化空气。整个交换过程10~15s。交换结束时热电偶测得炉内温度下降较多,如系统此时进入自动调节,控制仪表的输出必然很大,会对窑炉造成冲击,建议利用智能仪表的“Hold”功能,它可记住交换前的输出值并保持不变,人为定时使此功能保持10~20s,然后再撤销“Hold"。因玻璃窑炉经10~20s正常燃烧后己逐步恢复了一定的温度,此时仪表再进入正常调节状态,其输出不会出现大幅度的波动。
5热电偶断偶后的应对措施
　　热电偶是易耗品,其老化是不能定量的,主要是由于铑从一根电线迁移到另一根电线,这取决于温度及其气氛,因此损坏带有一定的突然性与随机性。窑顶测温点的热电偶一-旦断线、断偶,其输出为0mV,这时自动控制仪表输出为最大值,会发生事故。如果只采用断偶保护,则会将燃油(天然气)全关,会对窑炉造成不利的影响。
　　热电偶一旦断偶,会立刻发出灯与声报警信号,提醒操作人员迅速干预调整,同时要设计自动转为一固定的安全输出值。例如,正常窑炉操作时控制仪表输出值为70%(14mA),可将断偶安全输出值定为60~65%(12~13.2mA)。一旦热电偶断偶或者损坏,其信号自动地切换为输出60~65%安全值运行。这样的处理方式比单纯切断仪表合理,对窑炉冲击也小。.
　　目前使用大型窑炉的工厂十分重视炉顶温度的自动控制与监视作用,如图5所示,在炉顶同一块砖上钻有2个孔,分别是通孔和盲孔,通孔的热电偶信号用于自动控制,盲孔显示温度,一旦通孔内的热电偶烧损，窑炉操作人员可立即将自动控制切换到手动,以盲孔温度作为参考值,手动调节温度维持正常生产。
 
6热电偶的日常操作与维护经验
　　玻璃窑炉是在高温下连续生产工作的，要保持热电偶长期正常需注意以下几点:
(1)热电偶补偿导线及电缆线的布线
　　热电偶补偿导线以及各类传感器的电缆线最终要排放到窑炉控制室,建议先建一个窑炉现场接线盒,接线盒到控制室的导线数量一般为110%,要有余量,便于原导线有损坏或者窑炉新增测量设备或控制设备时使用;由接线盒接各热电偶或变送器,可用于调试或查找故障,只要松开现场接线盒处的电缆,即可检查导线的短路、开路以及电阻值等情况。
　　窑炉现场接线盒到控制室的布线一般应设计为3~4个窑期,这样当窑炉大修时,只须调换接线盒到热电偶这段线即可,不仅可以节约用线,也大大减少窑炉大修时现场的施工量。
(2)补偿导线注意事项
　　热电偶在接线时要采用补偿导线，如果不采用或错用补偿导线将会产生较大的测温误差。补充导线的外护套线的颜色可表示该热电偶的分度号,如图6所示。由于各个厂家不统一,使用时需参阅最新相关资料。
 
(3)根据实际情况调节温度值
　　窑炉的燃烧温度与工况各不相同,一般的支架也是不能定位的,水平方向与垂直方向发生变动,其温度必然有变化。因此窑炉操作人员必须根据本窑炉出料情况与玻璃液的质量确定各自窑炉控制温度值;甚至在同一座窑炉上,每次调换热电偶后也要修正温度值,以确保窑炉正常运行。
(4)对采用辐射高温计的玻璃企业的建议
　　目前我国的玻璃厂还普遍使用辐射高温计来测量玻璃窑炉的火焰温度,测温反应速度快,寿命长,但测出的温度不稳定,温度误差较大,同时它的开孔也浪费一定的能源。对习惯于使用辐射高温计的工厂,建议可先安装炉顶盲孔热电偶,将其温度值与辐射高温计测量的数值参考对比，以后逐步过渡到使用热电偶测温。
(5)现场查看炉内燃烧情况
　　由于热电偶长期在高温下工作，会出现偶丝老化及接线端子松动等现象,使得热电偶的测量值存在一-定的误差。因此,窑炉操作工除了在控制室内观看仪表外,还须定时到窑炉现场通过观察孔看窑炉内的火焰燃烧情况,如火焰的颜色、长度、亮度、刚度、燃烧的情况(有无黑烟)、火焰与料堆的距离、火焰与二侧胸墙的距离(是否冲刷胸墙)、火焰与炉顶的情况(是否扫到炉顶)等。
　　通过窑炉火焰的颜色辨别温度的经验如表1所示,颜色辨别温度仅供参考(经验证明窑炉的燃烧及火焰.工况各不相同)。
 
(6)窑顶热电偶定期调换
　　热电偶是易损件,一般半年需要调换(换“下的热电偶丝可以回收利用),以免损坏影响窑炉的正常工作。调换新的热电偶要防止将其瞬间插入穿孔内，冷热巨变导致外管爆裂。根据经验,热电偶安装之前需在200~300℃的温度下预热12h以上,然后缓慢插入,其插入速度要保持在30~40mm/h。每次调换后,须做好详细的记录,包括调换的日期、热电偶的型号、热电偶的长度、安装部位、调换者的姓名以及下次调换的日期等参数,管理效果明显。
7结语
　　炉顶热电偶测温是玻璃窑炉的重要测温点位,是监测窑炉温度的“眼睛”,它的稳定性和准确性对窑炉控制至关重要,准确地、可靠地测出炉内温度是一切工作的前提。