密閉電石爐和套筒石灰窯熱電偶的選型與應用

馬建鋒

(中國石化長城能源化工(寧夏)有限公司，寧夏 銀川 750000)

某公司乙炔運行部8.1×104kV·A電石爐為“德國西馬克”成套提供,電石爐本體、爐壁、爐底均采用K型熱電偶進行溫度檢測，熱電偶在運行過程中經常被燒壞。同時，600TPD套筒石灰窯為江蘇中圣園科技股份有限公司成套設計提供的EPC項目，石灰窯循環(huán)氣體溫度采用K型剛玉熱電偶進行檢測，熱電偶在運行過程中也經常被燒壞，造成溫度測量不準確。

由于電石爐溫度控制直接影響電石質量及電石爐使用壽命，石灰窯溫度測量失真將導致石灰石煅燒質量不合格。針對該情況，技術人員對電石爐溫度和石灰窯循環(huán)氣體溫度進行了專項技術攻關，通過對比、溝通，最終選用電石爐專用熱電偶和石灰窯專用熱電偶實施改造，解決了該難題。

1 電石爐和石灰窯熱電偶溫度測量存在的問題

電石爐本體溫度是電石爐的重要參數之一，體現的是對電石爐內部爐膛溫度的檢測。工藝操作人員根據本體溫度參數判斷電石爐運行狀況，從而及時調整工藝參數，確保電石生產質量及產量；當本體溫度過高時，持續(xù)的高溫會造成本體、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之一，體現的是對石灰窯循環(huán)氣體管道內部溫度的檢測。在正常運行過程中，工藝操作人員根據循環(huán)氣體溫度調整工藝參數： 當循環(huán)氣體管道溫度低時，會造成生產出來的熟石灰出現夾生情況；當循環(huán)氣體管道溫度高時，會造成熟石灰出現結塊情況，嚴重時會導致耐火磚燒壞。但是，當循環(huán)氣體管道溫度異常顯示時，常使工藝操作人員出現判斷錯誤，從而做出錯誤的工藝參數調整，最終影響熟石灰產品的質量，嚴重時會導致石灰窯循環(huán)氣體內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電石(CaC2)，將生石灰(CaO)、ωC為82%～84%的焦炭、ωC大于84%的無煙煤在埋弧式密閉電石爐內通過三相高壓電產生電弧發(fā)生的熱量進行加熱，在1 800～2 200 ℃的高溫下反應制成CaC2，同時生成副產品CO2，CO，H2，O2，CH4等氣體，其尾氣中各組分體積分數控制指標分別為：φCO2<30%，φCO在50%～80%，φH2<20%，φO2<1.5%，φCH4<30%，本體操作溫度在200～800 ℃。

電石爐正常運行時，本體溫度約800 ℃，由于工藝參數控制不穩(wěn)定，時常會有塌料發(fā)生，造成了局部溫度瞬間升高，超過了熱電偶0～1 300 ℃的測溫范圍，導致熱電偶燒壞。

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1 150～1 250 ℃的高溫煅燒下分解，同時生成副產品CO2氣體，控制指標為φCO2<30%。

套筒石灰窯正常運行時，循環(huán)氣體工作溫度通常在800 ℃左右，最高可達900 ℃；當工況異常或耐火磚層因高溫變形時，將導致熱電偶燒壞。

3 電石爐和石灰窯對熱電偶的性能要求

根據實際運行需要，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達到1 300 ℃，石灰窯循環(huán)氣體熱電偶耐高溫性能應達到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)氣體內顆粒的磨損。

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

針對這些要求，該公司與天津某溫度儀表廠商聯(lián)系，請生產企業(yè)派技術人員到現場了解工況，共同分析產品損壞的原因。經過充分探討和試驗，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，通過選用特殊的材料和結構設計，滿足了該公司密閉電石爐和套筒石灰窯工況對熱電偶的苛刻要求。通過近一年的運行，電石爐和石灰窯專用熱電偶的使用效果和經濟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狀

根據實際需要，每臺電石爐的溫度測點包括： 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，具體溫度測點分布如圖1所示。

圖1 電石爐本體溫度測點分布示意

4.2 電石爐本體專用熱電偶實施方案

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)境長時間工作。

2) 根據損壞原因，廠家開發(fā)出針對電石爐的特殊高溫合金，在鎳基合金的基礎上增加了W和Mo等元素的固溶強化，提高了外套管合金的抗腐蝕性能；同時，為了防止超溫損壞外套管，又增加了一層剛玉套管作為熱電偶的第二層保護管。

3) 選用活動法蘭安裝方式，方便現場對長度的調節(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狀

改造前，循環(huán)氣體溫度熱電偶安裝在石灰窯側壁，每臺石灰窯安裝了7支熱電偶對循環(huán)氣體溫度進行監(jiān)測。具體溫度測點分布為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)氣體專用熱電偶實施方案

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

2) 選用活動法蘭安裝方式，方便現場對長度的調節(jié)。

3) 外保護套管材質為鈷基耐磨合金，富含耐磨、防腐成分。

4) 保護套管直徑為φ18 mm，根據接觸介質范圍，選用耐磨段長度為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)氣體的溫度測量，利用特殊的結構形式，使其同時具有耐高溫、耐腐蝕、耐沖刷磨損的性能，滿足特殊工況下穩(wěn)定、可靠工作的技術要求，實現了長周期運行。

6 結束語

通過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過程中的溫度測量問題，減少了非計劃停車，從而延長了整個裝置的使用壽命，為企業(yè)帶來了顯著的經濟效益。兩種專用熱電偶目前在該公司運行良好，使用時間已達1 a，滿足了技術改造的要求，同時備件數量降低了50%，采購費用降低了38%，實現了維修工作量的減少和良好的經濟效益。