S 型熱電偶在循環流化床鍋爐中的應用

 

引言

        在溫度測量中，熱電偶的應用極為廣泛，它具有結構簡單、制造方便、測量范圍廣、精度高、慣性小和輸出信號便于遠傳等許多優點。另外，由于三暢熱電偶是一種有源傳感器，測量時不需外加電源，使用十分方便，所以常被用作測量爐子、管道內的氣體或液體的溫度及固體的表面溫度。

 

1 熱電偶的工作原理

1.1 測量原理

        兩種不同成份的導體（熱電極）兩端接合成回路，當兩個接合點的溫度存在差異時，在回路中就會產生電動勢，這種現象稱為熱電效應，而這種電動勢稱為熱電勢。三暢熱電偶就是利用這種原理進行溫度測量的，其中，直接用作測量介質溫度的一端叫做工作端（測量端），另一端叫做冷端（補償端）；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會指出熱電偶所產生的熱電勢。熱電偶實際上是一種能量轉換器，它將熱能轉換為電能，用所產生的熱電勢測量溫度。

 

1.2 結構

        熱電偶的結構形式為了保證熱電偶可靠、穩定地工作，對它的結構要求如下：（1）組成熱電偶的兩個熱電極的必須焊接牢固；（2）兩個熱電極彼此之間為防止短路應具有很好地絕緣路；（3）SC熱電偶自由端與補償導線的連接要方便可靠；（4）保護套管應能保證有害介質與熱電極充分隔離。

 

1.3 熱電偶的分類

        常用熱電偶可分為非標準熱電偶和標準熱電偶兩大類。所謂標準熱電偶是指國家標準規定了其熱電勢與溫度的關系、允許誤差、并有統一的標準分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標準化熱電偶在使用范圍或數量級上均不及標準化熱電偶，一般也沒有統一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量。標準化熱電偶中國從 1988 年 1月 1 日起，熱電偶和熱電阻全部按 IEC 國際標準生產，并指定 S、B、E、K、R、J、T 七種標準化熱電偶為中國統一設計型熱電偶。

 

        從理論上講，任何兩種不同導體（或半導體）都可以配制成三暢熱電偶，但是作為實用的測溫元件，對它的要求是多方面的。為了保證工程技術中的可靠性，以及足夠的測量精度，并不是所有材料都能組成熱電偶，一般對熱電偶的電極材料，基本要求是：（1）在測溫范圍內，熱電性質穩定，不隨時間而變化，有足夠的物理化學穩定性，不易氧化或腐蝕；（2）電阻溫度系數小，導電率高，比熱??；（3）測溫中產生熱電勢要大，并且熱電勢與溫度之間呈線性或接近線性的單值函數關系；（4）材料復制性好，機械強度高，制造工藝簡單，價格便宜。

 

1.4 熱電偶的安裝

        對熱電偶的安裝，應注意有利于測溫準確，安全可靠及維修方便，而且不影響設備運行和生產操作.要滿足以上要求，在選擇對三暢熱電偶和熱電阻的安裝部位和插入深度時要注意以下幾點：

        （1）為了使熱電偶和熱電阻的測量端與被測介質之間有充分的熱交換，應合理選擇測點位置，盡量避免在閥門，彎頭及管道和設備的死角附近裝設熱電偶或熱電阻。

        （2）帶有保護套管的熱電偶和熱電阻有散熱和傳熱損失，為了使測量誤差減少，三暢熱電阻和熱電偶應該插入足夠深：a：對于測量管道中心流體溫度的熱電偶，一般都應將其測量端插入到管道中心處（垂直安裝或傾斜安裝）.如被測流體的管道直徑是 200 毫米，那熱電偶或熱電阻插入深度應選擇 100 毫米；b：對于高溫高壓和高速流體的溫度測量（如主蒸汽溫度），為了減小保護套對流體的阻力和防止保護套在流體作用下發生斷裂，可采取保護管淺插方式或采用熱套式熱電偶，淺插式的熱電偶保護套管，其插入主蒸汽管道的深度應不小于 75mm；熱套式熱電偶的標準插入深度為 100mm；c：假如需要測量是煙道內煙氣的溫度，盡管煙道直徑為 4m，熱電偶或熱電阻插入深度 1 m 即可；d：當測量原件插入深度超過 1m 時，應盡可能垂直安裝，或加裝支撐架和保護套管。

 

1.5 溫度補償

        由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時），而測溫點到儀表的距離都很遠，為了節省熱電偶材料，降低成本，通常采用補償導線把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩定的控制室內，連接到儀表端子上。必須指出，熱電偶補償導線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補償作用。因此，還需采用其他修正方法來補償冷端溫度 t0≠0℃時對測溫的影響。在使用熱電偶補償導線時必須注意型號相配，極性不能接錯，補償導線與熱電偶連接端的溫度差不能超過 100℃。

 

2、S型熱電偶在循環流化床鍋爐的應用

        由于熱電偶在循環流化床鍋爐中使用時測量的是爐膛溫度，部分測點溫度在 1000℃左右，故采用Ｓ型熱電偶。沸騰的煤層與熱電偶接觸，導致熱電偶保護套管磨損嚴重，經常出現磨漏保護套管的情況。盡管保護套管采用耐磨材料制成，但磨損情況仍不容樂觀。由于沸騰的煤層對熱電偶的磨損是單向的，即下部磨損嚴重。故經過反復試驗，發現每經過三個月左右對熱電偶旋轉 180°可減少單向磨損量，從而延長熱電偶的使用壽命。如圖 2 所示，左側為旋轉 180°熱電偶，右側為未旋轉熱電偶?？梢?，未旋轉的熱電偶單側已經磨漏，偶絲已經折斷；旋轉 180°后的熱電偶雖有明顯磨損，但偶絲依然完好。

4 結束語

        近期，原材料價格上長、這對生產成本的提高影響很大。如何在這種情況下降低備件成本、提高效益，在保證溫度測量準確的情況下降低備件成本尤為重要。三暢S 型熱電偶作為循環流化床鍋爐最主要的測溫儀表消耗件價格十分昂貴。一般情況下，熱電偶的使用壽命只有 3 個月，采用安徽?？松瓘S家生產的耐磨型 KWSP-73-WCO-TB-1250 熱電偶，使用壽命可延長到4-5個月。如果在使用3個月后將熱電偶旋轉180度，可將使用壽命延長至 7-8 個月。僅此熱電偶一項，備件成本可節約 60%左右。