密閉電石爐和套筒石灰窯熱電偶的選型與應(yīng)用

馬建鋒

(中國(guó)石化長(zhǎng)城能源化工(寧夏)有限公司，寧夏 銀川 750000)

某公司乙炔運(yùn)行部8.1×104kV·A電石爐為“德國(guó)西馬克”成套提供,電石爐本體、爐壁、爐底均采用K型熱電偶進(jìn)行溫度檢測(cè)，熱電偶在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常被燒壞。同時(shí)，600TPD套筒石灰窯為江蘇中圣園科技股份有限公司成套設(shè)計(jì)提供的EPC項(xiàng)目，石灰窯循環(huán)氣體溫度采用K型剛玉熱電偶進(jìn)行檢測(cè)，熱電偶在運(yùn)行過(guò)程中也經(jīng)常被燒壞，造成溫度測(cè)量不準(zhǔn)確。

由于電石爐溫度控制直接影響電石質(zhì)量及電石爐使用壽命，石灰窯溫度測(cè)量失真將導(dǎo)致石灰石煅燒質(zhì)量不合格。針對(duì)該情況，技術(shù)人員對(duì)電石爐溫度和石灰窯循環(huán)氣體溫度進(jìn)行了專項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)，通過(guò)對(duì)比、溝通，最終選用電石爐專用熱電偶和石灰窯專用熱電偶實(shí)施改造，解決了該難題。

1 電石爐和石灰窯熱電偶溫度測(cè)量存在的問(wèn)題

電石爐本體溫度是電石爐的重要參數(shù)之一，體現(xiàn)的是對(duì)電石爐內(nèi)部爐膛溫度的檢測(cè)。工藝操作人員根據(jù)本體溫度參數(shù)判斷電石爐運(yùn)行狀況，從而及時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)，確保電石生產(chǎn)質(zhì)量及產(chǎn)量；當(dāng)本體溫度過(guò)高時(shí)，持續(xù)的高溫會(huì)造成本體、下料柱、底部環(huán)被燒壞。

循環(huán)氣體溫度是石灰窯的重要控制參數(shù)之一，體現(xiàn)的是對(duì)石灰窯循環(huán)氣體管道內(nèi)部溫度的檢測(cè)。在正常運(yùn)行過(guò)程中，工藝操作人員根據(jù)循環(huán)氣體溫度調(diào)整工藝參數(shù)： 當(dāng)循環(huán)氣體管道溫度低時(shí)，會(huì)造成生產(chǎn)出來(lái)的熟石灰出現(xiàn)夾生情況；當(dāng)循環(huán)氣體管道溫度高時(shí)，會(huì)造成熟石灰出現(xiàn)結(jié)塊情況，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致耐火磚燒壞。但是，當(dāng)循環(huán)氣體管道溫度異常顯示時(shí)，常使工藝操作人員出現(xiàn)判斷錯(cuò)誤，從而做出錯(cuò)誤的工藝參數(shù)調(diào)整，最終影響熟石灰產(chǎn)品的質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致石灰窯循環(huán)氣體內(nèi)部耐火磚因高溫而發(fā)生損壞。

2 電石爐和石灰窯熱電偶損壞的原因

2.1 電石爐熱電偶損壞的原因

密閉電石爐沿用電熱法工藝生產(chǎn)電石(CaC2)，將生石灰(CaO)、ωC為82%～84%的焦炭、ωC大于84%的無(wú)煙煤在埋弧式密閉電石爐內(nèi)通過(guò)三相高壓電產(chǎn)生電弧發(fā)生的熱量進(jìn)行加熱，在1 800～2 200 ℃的高溫下反應(yīng)制成CaC2，同時(shí)生成副產(chǎn)品CO2，CO，H2，O2，CH4等氣體，其尾氣中各組分體積分?jǐn)?shù)控制指標(biāo)分別為：φCO2<30%，φCO在50%～80%，φH2<20%，φO2<1.5%，φCH4<30%，本體操作溫度在200～800 ℃。

電石爐正常運(yùn)行時(shí)，本體溫度約800 ℃，由于工藝參數(shù)控制不穩(wěn)定，時(shí)常會(huì)有塌料發(fā)生，造成了局部溫度瞬間升高，超過(guò)了熱電偶0～1 300 ℃的測(cè)溫范圍，導(dǎo)致熱電偶燒壞。

2.2 石灰窯熱電偶損壞的原因

套筒石灰窯沿用煅燒工藝，石灰石(CaCO3)在石灰窯內(nèi)1 150～1 250 ℃的高溫煅燒下分解，同時(shí)生成副產(chǎn)品CO2氣體，控制指標(biāo)為φCO2<30%。

套筒石灰窯正常運(yùn)行時(shí)，循環(huán)氣體工作溫度通常在800 ℃左右，最高可達(dá)900 ℃；當(dāng)工況異?；蚰突鸫u層因高溫變形時(shí)，將導(dǎo)致熱電偶燒壞。

3 電石爐和石灰窯對(duì)熱電偶的性能要求

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需要，密閉電石爐和套筒石灰窯采用的熱電偶需滿足以下要求：

1) 耐高溫。電石本體熱電偶耐高溫性能應(yīng)達(dá)到1 300 ℃，石灰窯循環(huán)氣體熱電偶耐高溫性能應(yīng)達(dá)到1 300 ℃。

2) 耐腐蝕。能抵抗氧化性、還原性的雙重腐蝕。

3) 抗沖刷。具有一定的抗磨損沖刷能力，可以抵抗循環(huán)氣體內(nèi)顆粒的磨損。

4) 壽命長(zhǎng)。熱電偶的使用壽命直接影響電石爐和石灰窯的運(yùn)行時(shí)間，因而熱電偶的使用壽命要求超過(guò)1 a。

針對(duì)這些要求，該公司與天津某溫度儀表廠商聯(lián)系，請(qǐng)生產(chǎn)企業(yè)派技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)了解工況，共同分析產(chǎn)品損壞的原因。經(jīng)過(guò)充分探討和試驗(yàn)，最終確定了乙炔電石爐本體溫度熱電偶和石灰窯循環(huán)氣體熱電偶的改造方案，通過(guò)選用特殊的材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，滿足了該公司密閉電石爐和套筒石灰窯工況對(duì)熱電偶的苛刻要求。通過(guò)近一年的運(yùn)行，電石爐和石灰窯專用熱電偶的使用效果和經(jīng)濟(jì)效益均已得到充分的證明。

4 電石爐本體專用熱電偶

4.1 電石爐本體專用熱電偶的具體布置現(xiàn)狀

根據(jù)實(shí)際需要，每臺(tái)電石爐的溫度測(cè)點(diǎn)包括： 1～7為爐底溫度，8～19為爐壁下部溫度，20～31為爐壁上部溫度，32～34為爐蓋溫度，具體溫度測(cè)點(diǎn)分布如圖1所示。

圖1 電石爐本體溫度測(cè)點(diǎn)分布示意

4.2 電石爐本體專用熱電偶實(shí)施方案

1) 熱電偶芯體采用單根絲徑為3.2 mm的K型熱電偶，偶芯穿瓷珠做絕緣材料，以保證熱電偶在1 200 ℃環(huán)境長(zhǎng)時(shí)間工作。

2) 根據(jù)損壞原因，廠家開(kāi)發(fā)出針對(duì)電石爐的特殊高溫合金，在鎳基合金的基礎(chǔ)上增加了W和Mo等元素的固溶強(qiáng)化，提高了外套管合金的抗腐蝕性能；同時(shí)，為了防止超溫?fù)p壞外套管，又增加了一層剛玉套管作為熱電偶的第二層保護(hù)管。

3) 選用活動(dòng)法蘭安裝方式，方便現(xiàn)場(chǎng)對(duì)長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)。

5 石灰窯循環(huán)氣體專用熱電偶

5.1 石灰窯循環(huán)氣體專用熱電偶的布置現(xiàn)狀

改造前，循環(huán)氣體溫度熱電偶安裝在石灰窯側(cè)壁，每臺(tái)石灰窯安裝了7支熱電偶對(duì)循環(huán)氣體溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。具體溫度測(cè)點(diǎn)分布為TE611～TE617，如圖2所示。

圖2 石灰窯循環(huán)氣體專用熱電偶的布置示意

5.2 石灰窯循環(huán)氣體專用熱電偶實(shí)施方案

1) 選用K型熱電偶，元件保護(hù)管采用Nicrobelle高溫材料，耐高溫可達(dá)1 250 ℃。

2) 選用活動(dòng)法蘭安裝方式，方便現(xiàn)場(chǎng)對(duì)長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)。

3) 外保護(hù)套管材質(zhì)為鈷基耐磨合金，富含耐磨、防腐成分。

4) 保護(hù)套管直徑為φ18 mm，根據(jù)接觸介質(zhì)范圍，選用耐磨段長(zhǎng)度為300 mm。

該兩種專用熱電偶的研制有效地解決了電石爐本體和石灰窯循環(huán)氣體的溫度測(cè)量，利用特殊的結(jié)構(gòu)形式，使其同時(shí)具有耐高溫、耐腐蝕、耐沖刷磨損的性能，滿足特殊工況下穩(wěn)定、可靠工作的技術(shù)要求，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)周期運(yùn)行。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)電石爐本體專用熱電偶和石灰窯循環(huán)氣體專用熱電偶的使用，有效地解決了電石爐和石灰窯生產(chǎn)過(guò)程中的溫度測(cè)量問(wèn)題，減少了非計(jì)劃停車，從而延長(zhǎng)了整個(gè)裝置的使用壽命，為企業(yè)帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。兩種專用熱電偶目前在該公司運(yùn)行良好，使用時(shí)間已達(dá)1 a，滿足了技術(shù)改造的要求，同時(shí)備件數(shù)量降低了50%，采購(gòu)費(fèi)用降低了38%，實(shí)現(xiàn)了維修工作量的減少和良好的經(jīng)濟(jì)效益。