焚燒爐熱電偶保護管改進和應用

摘要:垃圾發(fā)電廠爐膛溫度數(shù)據(jù).上傳國家環(huán)保平臺,。環(huán)保部門通過平臺實時監(jiān)控垃圾焚燒爐爐溫數(shù)據(jù),，對不符合要求的企業(yè)會進行環(huán)保督辦和環(huán)保處罰。生活焚燒爐內(nèi)燃燒工況復雜,，爐膛溫度監(jiān)測用的熱電偶極其容易故障,，頻繁故障觸發(fā)環(huán)保督辦的幾率較高，且存在不能保證環(huán)保設施正常運行和造假嫌疑,，存在巨大的環(huán)保風險,。分析了垃圾焚燒爐熱電偶故障原因，針對故障采用技術改進和設備管理結合的方法,，降低了熱電偶故障率,，設備可靠性得以提高，為垃圾發(fā)電廠提高爐膛熱電偶使用壽命提供參考,。
0引言
　　現(xiàn)在社會隨著城市化進程的加快，城市生活垃圾逐年增多,，垃圾填埋的壓力增大,，為緩解垃圾處置壓力，大多城市都開始選用更為環(huán)保的垃圾焚燒發(fā)電作為垃圾處置的主要方式,。垃圾焚燒相較于填埋具有體積減少,，燃燒產(chǎn)生的熱量可利用，全天候不受天氣影響,，部分資源可回收以及可消滅垃圾中的病毒細菌杜絕次生污染等優(yōu)點?，F(xiàn)階段垃圾焚燒處置工藝成熟，.焚燒產(chǎn)生的高溫煙氣經(jīng)過換熱,、凈化和除塵等工藝處理后達標后排放,，符合國家排放標準。
1爐膛熱電偶保護管研究背景
　　垃圾焚燒發(fā)電廠-般建于城市附近,，為保證排放達標,，國家加強了對垃圾焚燒廠的監(jiān)管且趨全面，垃圾發(fā)電廠爐膛溫度和排放的煙氣數(shù)據(jù)上傳國家環(huán)保平臺,。平臺可以實時監(jiān)控運行垃圾焚燒爐啟停爐和運行爐溫控制是否符合環(huán)保要求,，通過大數(shù)據(jù)分析，對不符合要求的企業(yè)進行重點監(jiān)管和處理,。國家《生活垃圾焚燒污染控制標準》GB18485和《生活垃圾焚燒發(fā)電廠自動監(jiān)測數(shù)據(jù)標記規(guī)則》(生態(tài)環(huán)境部公告第50號)等相關文件,，對爐膛煙氣溫度850℃兩秒、爐溫故障和溫度計故障等進行了要求,，企業(yè)端未按照要求進行操作,，有可能造成環(huán)保督辦和環(huán)保處罰。
　　四川某垃圾焚燒發(fā)電廠有三條600T/D的焚燒處理線,，2017年到2018年期間上,、中,、下和二次風四個斷面36支溫度故障頻繁，人員維護量大,，環(huán)保平臺頻繁標記,，有因溫度故障產(chǎn)生環(huán)保督辦的風險，嚴重影響運行操作,。
2爐膛溫度故障原因分析
(1)生活垃圾特點:生活垃圾含有機物,、無機物、金屬,、殘余有機物和水分在內(nèi)的具有復雜性,、不穩(wěn)定性與不可選擇性的高度非均值化的混合垃圾。生活垃圾成分較為復雜,，其熱值其成分在不同區(qū)域和不同時段有較大變化,。.
(2)爐膛熱電偶使用工況:爐膛燃燒室壓力保持在-30到-50pa之間，呈微負壓運行狀態(tài);爐膛出口氧量值在6%---9%,。生活垃圾在燃燒過程中會加入尿素進行煙氣脫硝,，滲濾液濃液和部分污泥也會投入爐內(nèi)燃燒處置。垃圾經(jīng)發(fā)酵后投入焚燒爐燃燒,，燃燒溫度為1000℃左右,，燃燒成分較為復雜，燃燒產(chǎn)生的煙氣成分較多,，主要含有的硫化物,、水分、氯與氯化物和灰分,，另外還有N2,、C02、CO,、NOX等成分,。燃燒所產(chǎn)生的灰分隨氣流附著于爐膛煙道四周、熱電偶和管道上,隨時間增加會在爐膛四周形成大量的焦塊,，部分未粘接牢固的焦塊會脫落,。在以上工況下，爐膛內(nèi)部具有高溫,、高腐蝕,、易結焦的特點。
(3)各個因素對熱電偶的影響:
①高溫:金屬材料使用溫度過高時,，金屬性能極不穩(wěn)定,，容易出現(xiàn)不可恢復的塑性變形、石墨化和高溫氧化，強度降低,。焚燒爐爐膛熱電偶長期工作溫度在1050C左右,，高溫時高達1150℃，部分金屬材質(zhì)熱電偶保護管在此溫度下工作容易彎曲,，斷裂,，導致溫度顯示故障或溫度偏低。
②腐蝕:燃燒產(chǎn)生大量硫化物,、氯化物,、水分以及各種鹽分等，與金屬保護管形成化學反應,，對熱電偶保護管腐蝕較大,，腐蝕后保護管容易斷裂，導致溫.度顯示故障,。
③結焦:爐膛燃燒的產(chǎn)生灰分容易在溫度計周圍堆積結焦,，長期不進行清理時會結焦過多無法清理維護，嚴重時會造成取樣口堵死無法測量,，結焦后溫度會偏低或變化緩慢,，結焦后使溫度計插入部分變重,也是溫度計發(fā)生彎曲的原因。
④撞擊:溫度計上部區(qū)域的焦塊脫落,，撞擊溫度計造成斷裂溫度顯示故障。
3解決方案
　　依據(jù)熱電偶故障原因和特點,，結合生態(tài)環(huán)境部50號令和10號令要求,，采用熱電偶保護管選型和技術管理相結合的方法，對爐膛溫度問題進行針對性解決,。
3.1保護管材質(zhì)選型:
　　垃圾在焚燒爐爐膛內(nèi)燃燒,，用于爐膛溫度監(jiān)視的溫度計工作溫度范圍為900℃至1050℃,有時會存在短暫1150℃高溫情況，煙氣中含有大量腐蝕性氣體,.其中氯化物對金屬的腐蝕特別嚴重,。常規(guī)的金屬材質(zhì).適用于800C以下,，所以焚燒爐爐膛溫度需選用特殊的耐高溫、耐腐蝕,、氣密性和機械強度高的保護管,。
　　熱電偶保護管主要有陶瓷、合金和金屬陶瓷三種,。陶瓷作為保護管具有優(yōu)秀的耐高溫,，耐腐蝕、氣密性高以及耐沖刷磨損性能,，由于其導熱性能差,，管壁都較薄，其最大的缺點在于易碎。特種合金主要由各種金屬通過不同配比,，并添加各種稀有金屬組合而成,，主要有鎳基合金和鈷基合金，其不同組成和配比生產(chǎn)成不同型號規(guī)格的合金,，不同配比和加工工藝使各種合金呈現(xiàn)不同的耐高溫,、耐腐蝕、耐沖刷,、抗彎折以及其他特性,。金屬陶瓷中和了陶瓷和合金密度小、硬度高,、耐磨,、導熱性好，不會因為驟冷或驟熱而脆裂的一些優(yōu)點,。
各種保護管材質(zhì)性能及應用:
　　GH3030:鎳基高溫合金鋼,，具有優(yōu)良的抗腐蝕及抗氧化性能,通常作為耐熱鋼使用,最高使用溫度1100℃.GH3039:鎳基高溫合金鋼，具有優(yōu)良的抗腐蝕及抗氧化性能,通常作為耐熱鋼使用,最高使用溫度1300℃,。ZGCR28:具有耐高溫,，耐腐蝕和耐磨性能，特別是在濃硝酸介質(zhì)中有很好的耐蝕性,。是硫酸沸騰爐,有色冶煉測溫元件的最佳保護管,。它長期工作溫度在1150℃以下，1200℃下不變形,，最高使用溫度為1300℃,。保護管最小外徑為25mn。
　　3YC52:鎳基高溫變形合金,，耐高溫,、耐磨、抗氧化,，可在1300℃氣體中,、含硫、含氯氣體中使用,，作為測溫外保護管,，能長期在0~1200℃之間進行溫度測剛玉管:具有良好高溫電絕緣性和機械強度，氣密性能好,，耐腐蝕和耐磨性好,，熱膨脹率小，抗熱震性能差,，使用溫度1800℃,，常用于測量高溫的熱電偶保護管,。
　　新型碳化硅:金屬陶瓷采用重結晶碳化硅金屬陶瓷保護管，適用于高溫強耐磨工況的溫度測量,，抗熱震性能差,，高溫可達1300℃.
　　MA956:在氧化氣氛下使用溫度可達1350C,居高溫合金、抗碳,、硫腐蝕之首位,。
　　Haynes747:具有較高的強度、較好的組織穩(wěn)定性,，具有優(yōu)良的抗氧化和耐腐蝕性能,，長期工作溫度1100℃-1250℃，短時使用溫度可達1300℃,。
　　UMC0-50:耐熱沖擊,、耐磨、耐硫化物,，高溫強度大,。可用于1150℃以下,。
　　HR-160:有非常好的抗氧化性,、熱腐蝕性，該合金特別適用于高溫腐蝕環(huán)境通過燃燒低級燃料或加工含有腐蝕性污染物(如硫,、氯,、氟)的化工原料，該合金能夠承受高達1204℃的溫度,。
　　由于焚燒爐爐膛工況特殊,，材質(zhì)的選用還是以實驗的方法進行，根據(jù)熱電偶工作環(huán)境,、熱電偶保護套管材質(zhì)選擇了以上10種不同材質(zhì)的熱電偶保護管進行試驗。在鍋爐燃燒工況接近的情況下,，通過半年的使用對比,。
　　陶瓷和金屬陶瓷類保護管如剛玉、碳化硅使用壽命都較短,，出現(xiàn)套管斷裂情況較多,，且維修時都可能造成套管損壞，主要還是由于其本身易碎和.上部掉落焦塊造成,。合金材質(zhì)故障率高的分兩類,，第--類斷裂,壽命短的只有幾天，其耐溫和耐腐都性能不適合與垃圾焚燒爐,。第二類合金出現(xiàn)耐腐蝕良好,，彎曲嚴重情況,，這種將導致溫度計測量溫度偏低。其中HR-160材質(zhì)在耐高溫度,、耐磨損,、耐腐蝕和彎曲程度方面明顯優(yōu)于其他材質(zhì)，選用HR-160作為焚燒爐爐膛熱電偶保護管使用材質(zhì),。
3.2技術管理
　　垃圾焚燒發(fā)電廠的熱電偶技術管理需依據(jù)環(huán)保的相關要求和熱電偶的檢修規(guī)范,，結合垃圾焚燒爐特點進行制定，通過管理可以減少除設備本身的以外的原因造成的設備故障,。
3.2.1技術措施
(1)套管插入深度調(diào)整:通過分析插入深度對保護套管使用壽命影響非常大,。在調(diào)整插入深度過程中，有一定的誤區(qū),，認為溫度顯示偏低是插入深度過少造成的,，在溫度偏低時還存在繼續(xù)加大插入深度的現(xiàn)象。過小的插入深度,，是會影響溫度測量導致溫度顯示偏低,，過大的插入深度，開始溫度正常,，但長時間套管會發(fā)生彎曲,，彎曲后維護困難，彎曲幅度過大后變相導致插入深度降低而使溫度顯示偏低,。所以在使用中需找出合適的插入深度,，即能保證溫度測量，又能提高套管使用壽命,。插入深度可參考以下實驗的方法得出,，運行中可用不同長度的熱電偶插入爐膛內(nèi)部，監(jiān)視不同插入深度下爐膛內(nèi)部溫度,，通過多次實驗分析比較,，找出插入深度最小且不影響溫度測量的安裝位置。較少的插入深度將會大大提高保護套管使用壽命,。
(2)通道冗余:為避免同一斷面溫度同時故障需對熱電偶通道合理布置,，同一斷面的溫度測點分布到不同的DCS模塊上，可防止因為某卡件故障導致的同一斷面溫度全部故障,。條件允許的還可考慮分布到不同的CPU上并配置備用電源,。由于溫度測點DCS和數(shù)采儀之間采用通訊方式直接傳輸，通訊通道和設備冗余可防止因為通訊故障導致所有溫度測點故障,。.(3)低溫保護:當燃燒工況不穩(wěn)定,，垃圾熱值突然降低時，需要投入助燃系統(tǒng)防止煙氣低溫,。爐膛燃燒需設置低溫保護,，當爐膛溫度低于設定值時自動啟動助燃系統(tǒng),，可有效的防止爐膛溫度低于850℃,爐膛低溫保護值可依據(jù)助燃系統(tǒng)投入時間進行設定。
3.2.2管理措施
(1)制定熱電偶檢修管理制度,，依據(jù)“《生活垃圾焚燒發(fā)電廠自動監(jiān)測數(shù)據(jù)標記規(guī)則》因熱電偶結焦,、損壞等情況導致熱電偶測量溫度不能反映實際溫度的時段，可標記為‘熱電偶故障’,。標記為‘熱電偶故障’的,，應備注故障測點位置、故障原因,、維修或更換過程,，保存運行維護記錄和臺賬備查。”的要求,，為避免出現(xiàn)維修資料缺失,，需要對用于環(huán)保.上傳的溫度維修進行規(guī)范管理，需制定熱電偶管理制度,。制度內(nèi)容包含:適用范圍,，人員職責分工，檢修維護要求以及考核標準等,。制度文件經(jīng)過審批后下發(fā)執(zhí)行,，并對制度文件培訓學習，培訓資料存檔保存,，對違反規(guī)定的進行考核,。
(2)檢修維護人員培訓，學習熱電偶的相關基礎知識,，掌握熱電偶檢修技能,，熟知檢修安裝要求。檢修時規(guī)范檢修流程,，檢修前準備工作票/操作票,、檢修耗材領取單、檢修中明確故障測點位置,、查明故障原因,，并處理徹底避免:二次檢修，避免1個自然日出現(xiàn)單支兩次及以上“熱電偶故障”標記,，認真記錄維修過程,，檢修完成后辦理工作終結,，并提交溫度失真及.恢復前后的溫度曲線變化圖,、檢修更換的過程照片視頻、更換后的熱電偶照片等證明材料,，照片視頻應帶有時間和位置水印,。
(3)設備定期校準,，明確校準內(nèi)容、制定校準計劃和周期,，爐膛熱電偶本體校驗應滿足《熱電偶第1部分:電動勢規(guī)范和允差》(GB/T16839.2)的2級允差規(guī)定,。熱電偶延長導線的信號傳輸偏差不應超出±5.0℃，中控室熱電偶信號檢測偏差不應超出±5.0℃,，熱電偶參比端環(huán)境溫度檢測偏差不應超出±3.0℃現(xiàn)場測量值與中控系統(tǒng)顯示上傳值之間的偏差不應超出±14.0℃,。通過校準保證了熱電偶和測量通道的準確性。
(4)熱電偶進行預防性維護,，通過維護及時的清理套管.上的焦塊,，避免了焦塊無法清理的情況發(fā)生,可根據(jù)故障和結焦情況合理調(diào)整維護周期。
(5)設備檢查,不定時的對設備維護情況和維護資料進行檢查,，及時糾偏,，對違反相關要求的進行考核。
4實施改進效果
　　改進前:年熱電偶保護管更換300支左右,，按照測點36個計算,，平均每個測點使用8.33支/年。改進后:年熱電偶保護管更換50支左右,，按照測點36個計算,，平均每個測點使用1.39支/年。
通過熱電偶套管的選用和技術管理措施結合的方法,，熱電偶使用壽命由之前的1~2個月延長到了8個月,，熱電偶在實際使用中大部分套管都已達到1年及以上的壽命，使用效果良好,。
5熱電偶保護管在焚燒爐的其他區(qū)域的選用
　　保護管材質(zhì)的選用是影響熱電偶使用壽命的重要因素,，設計和設備管理人員都需依據(jù)工況的不同，選用不同的材質(zhì),。然而保護管材質(zhì)選用并非技術含量越高越好,，應以適用為原則，保護管材質(zhì)選擇正確才能使熱電偶使用壽命得以提高,。提高使用壽命的同時也應該考慮成本因素,，高溫耐磨合金的材料價格以公斤計算采購都較高且加工困難，保護管材料通常由普通鋼材和特種合金焊接而成,，保護管的耐磨長度應以實用為原則減少合金材料消耗,，一般耐磨長度以插入爐墻深度加一個保險預留長度，可以有效的降低成本同時不影響使用效果,。
　　爐膛下部爐排溫度計保護管材料選用,，該區(qū)域生活垃圾燃燒存在高溫、腐蝕和焦塊落物的情況,，但工作溫度比爐膛稍低,，使用保護管材質(zhì)ZGCR28和HR160的使用效果接近,，考慮成本因素可以選用ZGCR28做保護管成本可以降低一半。爐膛溫度選用的材質(zhì)HR160在爐膛使用中效果良好,，在推廣應用中,，用于爐膛的后端第-輻射通道出口溫度測量，溫度較低的環(huán)境中卻有出現(xiàn)斷裂的情況,，由于無焦塊脫落,，在選用價格較便宜的剛玉等陶瓷材質(zhì)使用效果更好。
6結語
　　熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度測量元件之-一,，其具有精度高,，測量范圍廣，結構簡單等特點,，熱電偶故障頻繁將嚴重影響設備的控制及監(jiān)視,。熱電偶已使用多年，多數(shù)工況都選用出了相適應材質(zhì)作為保護管,。垃圾焚燒發(fā)電廠爐膛熱電偶使用的工況具有其自身特.點,，采用新材質(zhì)和設備管理結合的方法，可以有效的降低熱電偶故障率,，使用人員還需不斷嘗試各種材質(zhì)作為保護管,，以及提升管理水平來提高熱電偶使用壽命以及降低維護成本。