燒結(jié)磚窯測溫系統(tǒng)熱電偶及補(bǔ)償導(dǎo)線選擇

摘要:通過對燒結(jié)磚生產(chǎn)線隧道窯燒結(jié)工藝及窯溫檢測系統(tǒng)的分析,從而科學(xué)地選擇合適的熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線。
1引言
　　利用煤矸石、頁巖、淤泥、粉煤灰.建筑垃圾等固體廢物為原料燒制的燒結(jié)磚,屬于國家大力推廣的新型綠色節(jié)能墻體材料。每年新建的燒結(jié)磚生產(chǎn)線有數(shù)百條,而燒結(jié)磚生產(chǎn)線的核心工藝為隧道窯燒結(jié)工藝,成品磚的燒結(jié)品質(zhì)、產(chǎn)量、質(zhì)量都取決于窯爐的燒結(jié)工藝。同時,燒結(jié)工藝還關(guān)系到窯爐余熱利用及煙氣的無害化處理，是整個生產(chǎn)線的重中之重。燒結(jié)過程中,如何對窯爐及管道內(nèi)部溫度進(jìn)行全面、準(zhǔn)確的實(shí)時監(jiān)測,便成為燒結(jié)的關(guān)鍵。只有準(zhǔn)確地掌握窯爐各處的實(shí)時溫度,才能有根據(jù)地調(diào)整風(fēng)機(jī)頻率、管道閘門開合度、頂車?yán)囶l率、外投燃料用量以及原料的摻兌比例,以保證燒結(jié)磚的燒成品質(zhì)。監(jiān)測溫度的傳感元件主要有熱電偶、熱電阻,熱電偶又有多種,其連接線又有多種,針對燒結(jié)磚生產(chǎn)線隧道窯爐的特性進(jìn)行了科學(xué)分析,給出了詳細(xì)選型。
 
2燒結(jié)磚生產(chǎn)線隧道窯爐的特點(diǎn)
　　隧道窯是現(xiàn)代化的連續(xù)式燒成的熱工設(shè)備,廣泛應(yīng)用于耐火材料等產(chǎn)品的焙燒生產(chǎn)。燒結(jié)磚生產(chǎn)線的隧道窯是一條長的直線形隧道,其結(jié)構(gòu)一般為:①頂部:耐高溫平吊頂結(jié)構(gòu),一般為吊裝耐巖棉或吊裝耐火保溫磚(板),也有耐火磚發(fā)碹的拱形窯頂;②窯墻:耐火磚內(nèi)墻和燒結(jié)普通磚外墻;③基礎(chǔ):一般采用毛石砌體。隧道窯窯爐高度一般不高于2.5m(從軌道面算起),內(nèi)寬一般為3.7m~6.9m,長度一般在140m左右。其焙燒方式一般為磚坯內(nèi)燃或天然氣外燃。風(fēng)機(jī)系統(tǒng)分為:排煙系統(tǒng)、抽余熱系統(tǒng)、車下冷卻系統(tǒng).窯尾冷卻系統(tǒng)等,如圖1所示。窯車運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)為:在底部鋪設(shè)的軌道上運(yùn)行著窯車,每天進(jìn)出窯車約20輛~30輛,單臺窯車磚坯量約3000塊~10000塊(折普通磚)。隧道窯分為:預(yù)熱段、焙燒段、冷卻段,如圖2所示。每一段的溫度,每一-車位的溫度,以及窯爐內(nèi)外、管道的溫度都是不同的,而且關(guān)系到窯爐燒成產(chǎn)品的速度和品質(zhì)。
 
3燒結(jié)磚生產(chǎn)線隧道窯溫度監(jiān)測系統(tǒng)概述
3.1系統(tǒng)概況
　　用于對制磚生產(chǎn)線隧道窯焙燒系統(tǒng)的溫度(有時需要測量部分管道內(nèi)外及窯爐內(nèi)外壓力)進(jìn)行全面測量。此系統(tǒng)一般分為簡易型和高級型。簡易型，只需實(shí)時顯示各測量點(diǎn)溫度即可;高級型不僅需要實(shí)時顯示溫度,而且能夠根據(jù)預(yù)設(shè)值自動分析溫度數(shù)據(jù),做出高低溫度提示和智能報警,能自動繪制實(shí)時溫度曲線和報表,并能存儲數(shù)據(jù),以備歷史查詢。
3.2系統(tǒng)組成
　　一般由溫度傳感器、傳輸線纜和溫度顯示裝置組成。傳感器一般為熱電偶或熱電阻。傳輸線纜一般為補(bǔ)償導(dǎo)線或?qū)Ｓ闷帘尉€纜。顯示裝置一般為智能儀表,高級型可以是傳感器連接儀表，儀表通過RS233/485總線傳輸連接上位機(jī)(工控機(jī))型,也可以是傳感器直接連接專用PLC(DSC),然后PLC(DSC)連接.上位機(jī)(工控機(jī))型。上位機(jī)(工控機(jī))通過組態(tài)人機(jī)交互畫面顯示溫度,同時提供溫度報表打印存儲、歷史查詢等。
3.3相關(guān)系統(tǒng)
　　隧道窯溫度監(jiān)測系統(tǒng)一般不是獨(dú)立存在的,它可與“干燥系統(tǒng)溫濕度測量”、“風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)”、“窯車運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)”.“燃燒系統(tǒng)”同時存在,相輔相成。溫度的實(shí)時準(zhǔn)確測量是這一切的基礎(chǔ),只有掌握準(zhǔn)確的實(shí)時溫度,才能有根據(jù)的控制風(fēng)機(jī)的開關(guān)和風(fēng)量、窯爐的頂車和拉車以及外投燃料的用量。
4熱電偶、補(bǔ)償導(dǎo)線工作原理及連接
4.1熱電偶工作原理及選型
 
　　熱電偶是溫度測量儀表中常用的測溫元件(圖3),它直接測量溫度,并把溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電動勢信號,其結(jié)構(gòu)通常由熱電極、絕緣套保護(hù)管和接線盒等主要部分組成。基本原理是:兩種不同成分的金屬導(dǎo)體A和金屬導(dǎo)體B,組成閉合回路,當(dāng)導(dǎo)體兩端存在溫度差時即T.≠T,回路中就會有電流通過I(微弱),此時兩端之間就存在熱電動勢,這就是塞貝克效應(yīng)(圖4)。
 
　　熱電偶的主要種類區(qū)分在于其內(nèi)部的偶絲(兩根)不同,其接人測溫系統(tǒng)中的熱電動勢也就不同,國內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計型標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶按IEC國際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn),有K、E、S、B、T、J、R七種,見表1。
 
　　根據(jù)隧道窯溫度曲線(圖2)和熱電偶自身的性價比,燒結(jié)磚生產(chǎn)線隧道窯溫度監(jiān)測系統(tǒng)一般選用鎳鉻-鎳硅,K型鎧裝普通型熱電偶較為合適,K型熱電偶也是市場占有率和性價比高的一種熱電偶,熱電偶的長度由窯爐頂部保溫材料的厚度決定,一般要求熱電偶的低端探出窯爐項部50mm左右。
4.2熱電阻工作原理
　　與熱電偶一樣,熱電阻也是溫度測量儀表中常用的測溫元件.熱電阻常用于中低溫區(qū)溫度檢測。熱電阻測溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測量的。目前應(yīng)用最多的是鉑和銅,最常用的是鉑絲。工業(yè)測量用金屬熱電阻材料除鉑絲外,還有銅、鎳、鐵、鐵--鎳等。鎧裝熱電阻的測量溫度一般在-100C~300℃。燒結(jié)磚生產(chǎn)線的隧道窯爐的燒結(jié)溫度一般在850℃~1050℃,所以并不適用。但熱電阻有著測量精度較高、造價較低的優(yōu)點(diǎn),可用在燒結(jié)磚干燥系統(tǒng)的溫度測量上,熱電阻通過屏蔽導(dǎo)線與儀表或PLC(DCS)連接。
4.3補(bǔ)償導(dǎo)線工作原理及選型
　　熱電偶安裝于現(xiàn)場后,必須把熱電偶和儀表連接起來才能測量溫度。由于熱電偶使用的位置(接線端)總是距測量儀表(測量端)有一定距離,因此熱電偶接線端溫度T,與儀表輸入端溫度T:溫度不一樣(如圖5)。選用普通導(dǎo)線測得溫度只能是T與T,的溫度差,顯然測量的結(jié)果不準(zhǔn)確,再加.上T,處的溫度波動，會使測量數(shù)據(jù)更不準(zhǔn)確。由于熱電偶為貴金屬制作，顯然不可能把熱電偶延長到儀表-側(cè)。只能找到一種在特定溫度范圍內(nèi),所產(chǎn)生的熱電勢與要配用的熱電偶熱電勢相近似的導(dǎo)線(兩根不同的合金),這稱之為“補(bǔ)償導(dǎo)線”。(圖5).
 
　　圖5中T3(熱電偶接線端),T2(儀表測量端)所產(chǎn)生的熱電勢,選用補(bǔ)償導(dǎo)線產(chǎn)生的電動勢Ekx(T3,T2)與熱電偶延長過來產(chǎn)生的電動勢Ek(T3,T2)近似,即相等。
Ek(T3,T2)=Ekx(T3,T2)
　　所以儀表所測量的熱電動勢Ez,等于儀表接線端T2與測量點(diǎn)T2的熱電動勢差。
Ez=Ek(T1,T3)+Ekx(T3,T2)
=Ek(T1,T3)+Ek(T3,T2).
=Ek(T1,T2)
　　補(bǔ)償導(dǎo)線是熱電偶測量的重要組成部分,必須正確合理選擇相應(yīng)型號,不同型號的補(bǔ)償導(dǎo)線不能混用,也不能接反。K型偶應(yīng)該選擇K型偶的補(bǔ)償導(dǎo)線KX,即K型熱電偶專用延伸型補(bǔ)償導(dǎo)線。其合金線的正極為KPX(鎳鉻),絕緣層著色紅色;合金線的負(fù)極為KNX(銅鎳),絕緣層著色黑色;外層保護(hù)套為聚氟乙烯(PVC);工作溫度為:-20C~100℃,寬度范圍為:-25℃~200℃,誤差為±1.5℃。燒結(jié)磚生產(chǎn)線隧道窯測溫口_上端的環(huán)境溫度約為25℃~45℃,儀表箱(一般位于窯爐中部)的工作環(huán)境溫度約為25℃~30℃,從測溫口到儀表箱的補(bǔ)償導(dǎo)線通過電纜橋架或鍍鋅鋼管敷設(shè),其敷設(shè)環(huán)境溫度為25℃~45℃,線纜長度--般不超過70m,選用KX補(bǔ)償導(dǎo)線完全符合要求。
5熱電偶、補(bǔ)償導(dǎo)線連接時應(yīng)該注意的問題
5.1使用普通導(dǎo)線做熱電偶信號線,未使用專用補(bǔ)償導(dǎo)線,導(dǎo)致誤差
　　普通電線能傳送熱電偶測溫時產(chǎn)生的mV信號，但不能補(bǔ)償將熱電偶接線端溫度延長到儀表箱處這部分產(chǎn)生的偏差,從而導(dǎo)致熱電偶測溫系統(tǒng)出現(xiàn)溫度補(bǔ)償不準(zhǔn)確。
5.2不同分度號熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線混用,導(dǎo)致誤差
　　不同分度號熱電偶對應(yīng)的補(bǔ)償導(dǎo)線在同一環(huán)境溫度下所產(chǎn)生的熱電勢不同,將不同分度號熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線混用,必然給熱電偶測量系統(tǒng)引人溫度補(bǔ)償誤差。
5.3補(bǔ)償導(dǎo)線絕緣層破損,導(dǎo)致誤差
　　補(bǔ)償導(dǎo)線絕緣層破損會導(dǎo)致其接地或不完全接地，會導(dǎo)致測量值偏小。
5.4補(bǔ)償導(dǎo)線正負(fù)極性接反，導(dǎo)致誤差
　　熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線都有正負(fù)極之分,他們分別為不同的合金導(dǎo)體,補(bǔ)償導(dǎo)線極性反接時儀表顯示值變化很大,導(dǎo)致的誤差約為不用補(bǔ)償導(dǎo)線時的2倍。
5.5補(bǔ)償導(dǎo)線與接線端子接觸不良,導(dǎo)致誤差
　　熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線比較硬,導(dǎo)線與接線端子間在接線時或使用過程中,容易出現(xiàn)接觸不良,這會導(dǎo)致測量值無法顯示或顯示值超量程。
5.6補(bǔ)償導(dǎo)線敷設(shè)環(huán)境溫度超過額定溫度,導(dǎo)致誤差
　　KX補(bǔ)償導(dǎo)線的工作溫度為-20℃~100℃,隧道窯頂部空氣溫度一般不超過45℃,如果補(bǔ)償導(dǎo)線沒有穿管而直接暴露在投煤口附近,其環(huán)境溫度可能超過100℃,這會超過補(bǔ)償導(dǎo)線的工作溫度,帶來較大誤差。
5.7補(bǔ)償導(dǎo)線中間有接頭,接頭處接觸不良,導(dǎo)致誤差
　　在長距離敷設(shè)補(bǔ)償導(dǎo)線中,長度不夠時允許有接頭,接頭處理不當(dāng)可能導(dǎo)致誤差(測量值偏小),應(yīng)連接可靠并做好絕緣。
5.8補(bǔ)償導(dǎo)線與動力電纜平行敷設(shè),信號被干擾,導(dǎo)致誤差
　　補(bǔ)償導(dǎo)線敷設(shè)時,應(yīng)該與動力電纜隔開,尤其是避開變頻器輸出電纜。可以穿鍍鋅鋼管敷設(shè)或單獨(dú)敷設(shè)在另一個電纜橋架內(nèi)。如果補(bǔ)償導(dǎo)線與動力電纜敷設(shè)在同一橋架內(nèi),應(yīng)選用設(shè)置屏蔽隔板或交叉敷設(shè),或選用屏蔽型補(bǔ)償導(dǎo)線。否則測量結(jié)果會出現(xiàn)波動不準(zhǔn)確。
5.9補(bǔ)償導(dǎo)線距離太長,因信號衰減,導(dǎo)致誤差
　　熱電偶的信號很低,為微伏級,如果使用的距離過長,信號的衰減和環(huán)境中強(qiáng)電的干擾偶合,足可以使熱電偶的信號失真,造成測量結(jié)果不準(zhǔn)確或波動較大。燒結(jié)磚生產(chǎn)線隧道窯測溫儀表箱放置于窯爐中部，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的平均長度一般為40m(最長不超過70m),相對較長,所以,選用KX補(bǔ)償導(dǎo)線是應(yīng)選用φ1.5mm2線徑的導(dǎo)線。一般不允許把儀表箱放在中控室或窯爐兩端,這樣補(bǔ)償導(dǎo)線會更長,會有測量誤差。
5.10沒有定期檢查更換熱電偶,設(shè)備陳舊導(dǎo)致誤差
　　熱電偶作為電氣元件.是有壽命的。一般認(rèn)為,K型熱電偶的工作壽命約為1萬h。燒結(jié)磚生產(chǎn)線的隧道窯,全年24h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),也就是說，平均1.2年就需要更換一次熱電偶。熱電偶的壽命同時受到鎧裝保護(hù)管的影響,保護(hù)管破裂,熱電偶也就不能用了。應(yīng)定期檢查熱電偶的破損程度,并用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶校對舊熱電偶的數(shù)據(jù),如果誤差較大,應(yīng)該及時更換。
6總結(jié)
　　通過對燒結(jié)磚生產(chǎn)線隧道窯燒結(jié)工藝及窯溫檢測系統(tǒng)的分析,在隧道窯溫度測量系統(tǒng)中,科學(xué)選擇“鎳鉻-鎳硅,K型鎧裝普通型熱電偶”和K型熱電偶專用延伸型補(bǔ)償導(dǎo)線KX(鎳鉻-銅鎳),正確使用熱電偶及其補(bǔ)償導(dǎo)線,了解熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線工作原理,避免文中所述錯誤的發(fā)生,以保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，從而有依據(jù)的調(diào)節(jié)燒結(jié)磚生產(chǎn)線的風(fēng)機(jī)、窯車運(yùn)轉(zhuǎn)、燃燒等系統(tǒng),保證燒結(jié)磚的品質(zhì)和產(chǎn)量,達(dá)到節(jié)能降耗的效果。