窯尾高溫氣體分析儀的應(yīng)用維護(hù)

張智勇

云南紅塔滇西水泥股份有限公司，云南 大理 671000

窯尾高溫氣體分析儀的應(yīng)用維護(hù)

張智勇

云南紅塔滇西水泥股份有限公司，云南 大理 671000

窯尾高溫氣體分析儀監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)能實(shí)時(shí)指導(dǎo)中控實(shí)現(xiàn)對(duì)燒成系統(tǒng)的科學(xué)控制和操作，確保系統(tǒng)最大化地實(shí)現(xiàn)高效低耗高質(zhì)量生產(chǎn)。在運(yùn)行當(dāng)中，該儀器會(huì)出現(xiàn)測(cè)量氣流量低或無(wú)，氣體冷凝器報(bào)警，有流量但CO、NOx、O2含量為零或極低，取樣管路、探頭濾芯堵塞等故障，以及冷卻系統(tǒng)油溫度高、冷卻油流量低等故障。維護(hù)中還發(fā)現(xiàn)自動(dòng)反吹控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)不完善、安裝位置不合理等問(wèn)題。《4號(hào)窯高溫氣體分析儀維護(hù)管理規(guī)定》的出臺(tái)和實(shí)施，對(duì)該儀器的正常有效使用起到了保障作用。

高溫氣體分析儀 探頭 故障 維護(hù)

0 引言

窯尾高溫氣體分析儀是通過(guò)在線連續(xù)提取、處理和分析窯尾煙室氣體中的O2、CO和NOx的百分含量或ppm值，來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的煅燒狀況。如果窯內(nèi)煅燒的溫度過(guò)高或熱工波動(dòng)過(guò)大，不僅會(huì)增加燃煤消耗，甚至還會(huì)損壞窯耐火磚；如果窯內(nèi)煅燒的溫度過(guò)低，就會(huì)造成熟料夾生，嚴(yán)重影響熟料的質(zhì)量。窯尾煙室氣體分析儀一方面可以幫助主操實(shí)時(shí)了解窯內(nèi)的煅燒狀況和燃煤的燃燒狀況，指導(dǎo)工藝操作，及時(shí)采取措施，根據(jù)CO的含量，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)窯頭的噴煤量和送風(fēng)量，以便使燃煤完全燃燒，獲得最大限度的熱效率；也可以根據(jù)NOx的ppm含量合理調(diào)節(jié)窯頭噴煤量的大小，以防止窯內(nèi)熱工的異?，F(xiàn)象。另一方面，窯尾煙室氣體分析儀還有利于中控操作人員掌控整個(gè)煅燒過(guò)程的信息，作出綜合的判斷，從而指導(dǎo)具體的操作，提升主操精細(xì)化操作的能力，最大化地實(shí)現(xiàn)高效低耗高質(zhì)量生產(chǎn)。因此，窯尾煙室氣體分析儀在大多數(shù)水泥企業(yè)得到應(yīng)用。本文就窯尾高溫氣體分析儀應(yīng)用維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)。

1 系統(tǒng)組成

我公司4號(hào)窯窯尾采用FLK Gas Sampling System移動(dòng)式高溫氣體分析儀，可對(duì)O2、CO和NOx等氣體濃度進(jìn)行在線的、連續(xù)的測(cè)量和分析，該設(shè)備由移動(dòng)式高溫采樣探頭、探頭油冷卻系統(tǒng)、探頭吹掃氣路系統(tǒng)、樣氣預(yù)處理系統(tǒng)、樣氣分析系統(tǒng)、PLC檢測(cè)控制系統(tǒng)等部分組成。

1.1 控制系統(tǒng)和氣體分析系統(tǒng)

控制核心采用S7-300系列PLC，保證系統(tǒng)控制的可靠性。

氣體分析系統(tǒng)采用ULTRAMAT23氣體分析儀表頭，具有零點(diǎn)自動(dòng)標(biāo)定和優(yōu)良的穩(wěn)定性、選擇性和高的靈敏度。分析儀柜主要由ULTRAMAT23氣體分析儀表頭、抽氣泵、冷凝器、蠕動(dòng)泵、過(guò)濾器等組成。冷凝器系電子式制冷。冷阱溫度控制在0～8 ℃，冷阱設(shè)計(jì)精巧，性能可靠，可保證在惡劣現(xiàn)場(chǎng)條件下連續(xù)無(wú)故障運(yùn)轉(zhuǎn)，保證系統(tǒng)在排水過(guò)程中取樣分析不失真。

1.2 多級(jí)氣體過(guò)濾系統(tǒng)和高溫采樣探頭

多級(jí)氣體過(guò)濾系統(tǒng)濾芯采用碳化硅陶瓷燒結(jié)而成。濾芯孔徑小于2μm，過(guò)濾精度高，不易堵塞。其中密封材料采用特殊硅橡膠，耐高溫、防腐蝕、密封性能好，保證了其在高溫下正常工作。窯尾煙室溫度高（可達(dá)1 300 ℃），粉塵含量大（標(biāo)況下可達(dá)2 000 g/m3）。

高溫采樣探頭采用馬達(dá)、絲桿配套的行走機(jī)構(gòu)，保證了探頭伸進(jìn)、退出取樣口的靈活性。同時(shí)配備了氣動(dòng)馬達(dá)，保證系統(tǒng)在斷電情況發(fā)生時(shí)拉出高溫探頭，以保護(hù)設(shè)備。移動(dòng)式采樣探頭采用專用采樣探頭。閉環(huán)油冷卻循環(huán)系統(tǒng)、自動(dòng)探頭伸縮裝置、取樣探頭吹掃閥組裝臵及前臵式電加熱除塵過(guò)濾器等構(gòu)成探頭、進(jìn)出裝置、樣氣處理單元、反吹單元等，由一臺(tái)西門子S7-300控制協(xié)同工作。

1.3 反吹系統(tǒng)和高溫油冷系統(tǒng)

反吹系統(tǒng)采用脈沖沖擊吹掃方式以清理粉塵。取樣探頭吹掃采用目前國(guó)際上先進(jìn)的內(nèi)、外脈沖式振動(dòng)吹掃技術(shù)。整個(gè)反吹裝置集中安裝在取樣探頭控制箱內(nèi)，并配備了壓縮空氣儲(chǔ)氣罐，以確保反吹時(shí)有足夠的壓力和流量，保證反吹質(zhì)量。探頭行走單元上吹掃控制箱，門上有兩個(gè)按鈕，綠色按鈕為開(kāi)始吹掃，黑色按鈕為停止吹掃，用于手動(dòng)控制吹掃，獨(dú)立于自動(dòng)吹掃周期之外，隨時(shí)可以手動(dòng)吹掃探頭。

高溫油冷系統(tǒng)采用特殊冷卻介質(zhì)（耐高溫導(dǎo)熱油）持續(xù)循環(huán)，不斷將探頭部分熱量帶至冷熱交換器，實(shí)現(xiàn)了探頭始終處于一個(gè)合適的溫度段，保證分析系統(tǒng)持續(xù)采樣分析。移動(dòng)式采樣探頭采用常壓熱管原理，探頭夾層內(nèi)有循環(huán)冷卻介質(zhì)——專用冷卻油，由高溫泵驅(qū)動(dòng)將探頭熱量由冷卻油帶至前處理柜中的換熱器，外循環(huán)冷卻油將熱量帶走，保證探頭可長(zhǎng)時(shí)間在1 800 ℃條件下連續(xù)工作不致燒壞。檢測(cè)冷卻油溫度，自動(dòng)調(diào)節(jié)冷卻油流量可以穩(wěn)定地控制探頭的工作溫度。油冷卻系統(tǒng)由C7-613控制器、油泵、油泵變頻器、冷卻風(fēng)扇、流量計(jì)、溫度計(jì)等組成。

2 常見(jiàn)故障的處理

2.1 運(yùn)行當(dāng)中測(cè)量回路常見(jiàn)的故障與處理

（1）測(cè)量氣流量低或無(wú)，導(dǎo)致分析儀工作異常。主要原因可能是采樣探頭堵塞或探頭過(guò)濾器堵塞，可以手動(dòng)啟動(dòng)吹掃，如無(wú)改善，則應(yīng)檢查氣體導(dǎo)管或抽氣泵、各種過(guò)濾器等，查看有無(wú)堵塞或有泄漏；如果沒(méi)有改善應(yīng)更換探頭過(guò)濾器。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，探頭頂部取樣口和探頭過(guò)濾器是較容易堵塞的部位，遇到這種情況，一般用壓縮空氣吹洗導(dǎo)管或用機(jī)械方法清除探頭頂部取樣口結(jié)皮。

（2）氣體冷凝器報(bào)警。冷凝液排放高位報(bào)警，主要原因是冷凝液排出管堵塞，也有可能是自動(dòng)排放時(shí)間設(shè)置太長(zhǎng)。處理辦法：清通堵塞，更改設(shè)置。冷凝器在正常溫度范圍內(nèi)不工作，則需檢查冷凝器各部分。

（3）有流量但CO、NOx、O2含量為零或極低。這種情況的產(chǎn)生一般有兩種原因：第一為樣氣管路有漏氣導(dǎo)致抽氣泵抽入的是空氣或含有空氣的樣氣；第二為分析儀U23零點(diǎn)漂移或有故障。

（4）經(jīng)常查看探頭過(guò)濾器加熱器和伴熱帶工作狀況，如果不工作將導(dǎo)致管路積水而堵塞。探頭過(guò)濾器電加熱器工作溫度為200 ℃，伴熱帶溫度110 ℃。

（5）吹掃用壓縮空氣所含水分過(guò)大將導(dǎo)致取樣管路、探頭濾芯堵塞，日常巡檢中應(yīng)經(jīng)常給儲(chǔ)氣罐排水。

2.2 運(yùn)行當(dāng)中常見(jiàn)冷卻系統(tǒng)故障與處理

（1）油溫度高報(bào)警，則應(yīng)查看油位和流量是否正常、熱交換器工件是否正常，還有一種可能是熱交換器效果不佳。熱交換器效果不佳多為散熱片蒙塵結(jié)垢，為散熱器清灰即可。冷卻油的工作溫度為130～220 ℃，油溫超過(guò)180 ℃冷卻風(fēng)扇將啟動(dòng)。

（2）冷卻油流量低，則應(yīng)查看油位、冷卻油管路有無(wú)泄漏、冷卻油泵是否損壞；查看C7控制器有無(wú)其它故障報(bào)警。冷卻油流量偏低，出現(xiàn)此報(bào)警且油泵無(wú)法重新啟動(dòng)時(shí)，需要往油箱內(nèi)加冷卻油，油箱上有指示箭頭，箱內(nèi)冷卻油不要超過(guò)180 ℃指示箭頭。油冷系統(tǒng)的故障排除后，按下控制面板上的“Enter”鍵消除液晶顯示屏上的報(bào)警指示，按下控制箱最右邊的紅色“Alarm/Reset”鍵熄滅故障燈，然后按下白色“Start”鍵重啟油泵。

（3）探頭進(jìn)出裝置故障 ，則應(yīng)查看電氣有無(wú)報(bào)警，機(jī)械是否正常。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)防火門磁性開(kāi)關(guān)狀態(tài)不能保持，油冷卻系統(tǒng)有故障，探頭不能進(jìn)入出現(xiàn)的時(shí)候較多。

（4）在分析系統(tǒng)的校準(zhǔn)過(guò)程中，分析儀顯示變化或只有微小的變化。故障的原因可能是氣體導(dǎo)管、過(guò)濾器或其他單元受污染、堵塞或泄漏。

（5）還有一種可能是分析儀內(nèi)紅外檢測(cè)單元、氧傳感器等出現(xiàn)故障，應(yīng)返廠維修。如果出現(xiàn)“傳感器電壓太低”故障報(bào)警，則要檢查氧傳感器的電壓值是否大于9 mV，如果低于5 mV就不能使用，必須更換氧傳感器。

3 運(yùn)行維護(hù)中出現(xiàn)的問(wèn)題

（1）自動(dòng)反吹控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)不完善。由于窯尾工作條件極其惡劣，系統(tǒng)設(shè)計(jì)有反吹清掃氣的自動(dòng)控制，以解決分析儀因取樣探頭堵塞而無(wú)法工作的問(wèn)題。分析儀投入運(yùn)行后，取樣裝置每取樣氣0.5 h，就應(yīng)進(jìn)行自動(dòng)反吹清掃取樣管及過(guò)濾器1 min。反吹清掃期間，系統(tǒng)內(nèi)的抽氣泵停止運(yùn)行，儀器輸出的數(shù)據(jù)則保持反吹前測(cè)定的尾氣氧氣含量。但反吹結(jié)束后，系統(tǒng)沒(méi)有設(shè)計(jì)排空時(shí)間，而是直接進(jìn)入采樣，這樣因?yàn)楣艿乐袣埩粲锌諝?，分析系統(tǒng)分析出空氣的成分，記錄的曲線波動(dòng)比較大。如果能設(shè)計(jì)成當(dāng)自動(dòng)反吹結(jié)束后，系統(tǒng)首先進(jìn)行排空20s，20s后儀器正常運(yùn)行，這樣分析的曲線就比較真實(shí)。

（2）安裝位置不合理。探頭如果剛好安裝在下料口的位置，料層比較容易堆積，結(jié)皮比較厲害，每?jī)尚r(shí)就得人工手動(dòng)推出清理結(jié)皮一次，如果能把探頭往上移動(dòng)1 m左右，從圖1中A位置移動(dòng)到B位置，就能有效避開(kāi)料流，探頭堵塞和結(jié)皮的情況將會(huì)明顯減少。

圖1 取樣探頭安裝位置示意圖

（3）由于起初安裝時(shí)沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)，安裝位置在右邊，剛好在下風(fēng)口，窯尾出現(xiàn)漏料的時(shí)候，灰塵比較大；如果安裝在左邊，是上風(fēng)口，同時(shí)可以避開(kāi)料流的沖擊。

（4）由于現(xiàn)在的安裝位置剛好在下料口，料層堆積比較嚴(yán)重，于是在取樣探頭的正下方，增加了一個(gè)空氣炮，定時(shí)清理堆積的料，有一定的效果。

（5）壓縮空氣要干凈。由于雨季空氣濕度大，壓縮空氣中水分含量大，容易造成堵塞，反吹對(duì)壓縮空氣質(zhì)量要求比較高，因此采用了三級(jí)過(guò)濾、定時(shí)排水等相關(guān)措施，保證了壓縮空氣的干凈。

（6）把探頭比較關(guān)鍵的信號(hào)“在窯內(nèi)”、“在窯外”、“反吹”“故障”等送到中控顯示、報(bào)警，實(shí)時(shí)提醒主操人員。

（7）為了加強(qiáng)對(duì)探頭的監(jiān)管力度，在探頭采樣區(qū)域安裝了監(jiān)控?cái)z像頭，有效地保證了探頭的正常運(yùn)行和崗位人員定時(shí)清堵的工作。

4 巡檢維護(hù)

為了更好地維護(hù)、使用好氣體分析儀，我中心為此出臺(tái)了《4號(hào)窯高溫氣體分析儀維護(hù)管理規(guī)定》，指定了中心第一責(zé)任人、設(shè)備主要負(fù)責(zé)人、設(shè)備后備負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)該設(shè)備的日常維護(hù)和管理工作。要求燒成車間預(yù)熱器崗位人員單點(diǎn)每隔2 h現(xiàn)場(chǎng)對(duì)機(jī)械設(shè)備巡檢一次，要求對(duì)探頭退出清堵、監(jiān)控油壓及氣壓等；中心運(yùn)行班雙點(diǎn)每隔4 h對(duì)設(shè)備電氣進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)巡檢一次，要求仔細(xì)察看高溫探頭采樣系統(tǒng)、反吹系統(tǒng)、預(yù)處理系統(tǒng)、分析系統(tǒng)和油冷卻系統(tǒng)等各系統(tǒng)功能的運(yùn)行狀況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，若不能處理應(yīng)及時(shí)上報(bào)中心相關(guān)負(fù)責(zé)人員，由中心統(tǒng)一安排專人處理。由設(shè)備主要負(fù)責(zé)人每月定期標(biāo)定校準(zhǔn)分析儀一次，確保分析結(jié)果的真實(shí)性，并做好相應(yīng)的校準(zhǔn)紀(jì)錄。同時(shí)自控中心和燒成車間都加強(qiáng)了對(duì)設(shè)備巡檢維護(hù)的督促管理，定時(shí)抽查現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備。該設(shè)備能否使用好，關(guān)鍵是對(duì)該高溫取樣探頭系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

窯尾高溫氣體分析儀監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)能實(shí)時(shí)指導(dǎo)中控實(shí)現(xiàn)對(duì)燒成系統(tǒng)的科學(xué)控制和操作，確保系統(tǒng)最大化地實(shí)現(xiàn)高效低耗高質(zhì)量生產(chǎn)。但窯尾高溫氣體分析儀的安裝位置和反吹控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)不得脫離實(shí)際需要，更要關(guān)注分析儀測(cè)量回路、冷卻系統(tǒng)的正常運(yùn)行。我公司《4號(hào)窯高溫氣體分析儀維護(hù)管理規(guī)定》的出臺(tái)和實(shí)施， 對(duì)該儀器的正常有效使用、功能的發(fā)揮起到了保障作用。

2014-08-25）

TQ172.66

B

1008-0473(2015)01-0050-03

10.16008/j.cnki.1008-0473.2015.01.013