焚燒爐熱電偶保護管改進和應(yīng)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(fù)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(shè)施正常運行和造假嫌疑，存在巨大的環(huán)保風(fēng)險。分析了垃圾焚燒爐熱電偶故障原因，針對故障采用技術(shù)改進和設(shè)備管理結(jié)合的方法，降低了熱電偶故障率，設(shè)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(xì)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?zé)煔饨?jīng)過換熱、凈化和除塵等工藝處理后達標(biāo)后排放，符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)。
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(biāo)，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(biāo)準(zhǔn)》GB18485和《生活垃圾焚燒發(fā)電廠自動監(jiān)測數(shù)據(jù)標(biāo)記規(guī)則》(生態(tài)環(huán)境部公告第50號)等相關(guān)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(fēng)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(biāo)記，有因溫度故障產(chǎn)生環(huán)保督辦的風(fēng)險，嚴(yán)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(fù)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(fù)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(fù)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(fù)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(jié)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(fù)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(dǎo)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(xué)反應(yīng)，對熱電偶保護管腐蝕較大，腐蝕后保護管容易斷裂，導(dǎo)致溫.度顯示故障。
③結(jié)焦:爐膛燃燒的產(chǎn)生灰分容易在溫度計周圍堆積結(jié)焦，長期不進行清理時會結(jié)焦過多無法清理維護，嚴(yán)重時會造成取樣口堵死無法測量，結(jié)焦后溫度會偏低或變化緩慢，結(jié)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(jié)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(shù)管理相結(jié)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(yán)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(dǎo)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(dǎo)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(yīng)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(jié)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(yán)重情況，這種將導(dǎo)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(shù)管理
　　垃圾焚燒發(fā)電廠的熱電偶技術(shù)管理需依據(jù)環(huán)保的相關(guān)要求和熱電偶的檢修規(guī)范，結(jié)合垃圾焚燒爐特點進行制定，通過管理可以減少除設(shè)備本身的以外的原因造成的設(shè)備故障。
3.2.1技術(shù)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(rèn)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(shè)備冗余可防止因為通訊故障導(dǎo)致所有溫度測點故障。.(3)低溫保護:當(dāng)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(shè)置低溫保護，當(dāng)爐膛溫度低于設(shè)定值時自動啟動助燃系統(tǒng)，可有效的防止?fàn)t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(shè)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(biāo)記規(guī)則》因熱電偶結(jié)焦、損壞等情況導(dǎo)致熱電偶測量溫度不能反映實際溫度的時段，可標(biāo)記為‘熱電偶故障’。標(biāo)記為‘熱電偶故障’的，應(yīng)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(zé)分工，檢修維護要求以及考核標(biāo)準(zhǔn)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(xùn)學(xué)習(xí)，培訓(xùn)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(xùn)，學(xué)習(xí)熱電偶的相關(guān)基礎(chǔ)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(zhǔn)備工作票/操作票、檢修耗材領(lǐng)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(biāo)記，認(rèn)真記錄維修過程，檢修完成后辦理工作終結(jié)，并提交溫度失真及.恢復(fù)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(yīng)帶有時間和位置水印。
(3)設(shè)備定期校準(zhǔn)，明確校準(zhǔn)內(nèi)容、制定校準(zhǔn)計劃和周期，爐膛熱電偶本體校驗應(yīng)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(dǎo)線的信號傳輸偏差不應(yīng)超出±5.0℃，中控室熱電偶信號檢測偏差不應(yīng)超出±5.0℃，熱電偶參比端環(huán)境溫度檢測偏差不應(yīng)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(yīng)超出±14.0℃。通過校準(zhǔn)保證了熱電偶和測量通道的準(zhǔn)確性。
(4)熱電偶進行預(yù)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(jié)焦情況合理調(diào)整維護周期。
(5)設(shè)備檢查,不定時的對設(shè)備維護情況和維護資料進行檢查，及時糾偏，對違反相關(guān)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(shù)管理措施結(jié)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(shè)計和設(shè)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(shù)含量越高越好，應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yù)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(yīng)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(jié)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(jié)構(gòu)簡單等特點，熱電偶故障頻繁將嚴(yán)重影響設(shè)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(yīng)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(shè)備管理結(jié)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。