郭非，魏亞玲，許明，楊亮

(1. 中國(guó)五環(huán)工程有限公司，武漢 430223;2. 中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江 鶴崗 154100)

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硫回收裝置燃燒爐溫度儀表選型的探討

郭非1，魏亞玲2，許明2，楊亮2

(1. 中國(guó)五環(huán)工程有限公司，武漢 430223;2. 中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江 鶴崗 154100)

摘要：硫回收裝置燃燒爐溫度測(cè)量直接關(guān)系裝置的脫硫效果和設(shè)備安全。詳細(xì)介紹了吹氣式熱電偶和紅外測(cè)溫儀的工作原理，對(duì)二者的性能特點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和比較。闡述了燃燒爐的工藝流程特點(diǎn)，紅外測(cè)溫儀具有精度高、響應(yīng)快、信號(hào)寬、可在線更換等特點(diǎn)，更能夠滿足硫回收裝置燃燒爐的工藝及溫度測(cè)量要求。實(shí)際應(yīng)用證明，紅外線測(cè)溫儀是硫回收裝置的溫度儀表的推薦儀表。

關(guān)鍵詞：吹氣式熱電偶紅外測(cè)溫儀硫回收裝置燃燒爐

工業(yè)廢氣中H2S作為形成大氣污染物SO2的主要來源之一，其無序排放會(huì)嚴(yán)重威脅人體健康和生態(tài)安全，導(dǎo)致環(huán)境污染日益嚴(yán)重。隨著對(duì)工業(yè)廢棄物排放要求的提高，降低SO2的排放量成為目前研究的重要課題。

硫回收裝置將尾氣中的酸性氣體轉(zhuǎn)換為硫磺，能夠有效降低H2S的排放量，進(jìn)而減少SO2的形成。燃燒爐作為硫回收裝置的關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)行狀況關(guān)系到整個(gè)裝置的除硫效果。燃燒爐的燃燒溫度高，普通溫度儀表難以滿足要求，準(zhǔn)確、及時(shí)的溫度測(cè)量是控制好焚燒爐的關(guān)鍵，因而必須正確選擇溫度測(cè)量?jī)x表。同時(shí)，選擇正確的溫度儀表可以提高硫的回收率，降低硫化物的排放量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，達(dá)到環(huán)保要求。

1工作原理

工業(yè)常用熱電偶根據(jù)熱電效應(yīng)來測(cè)量溫度，在此基礎(chǔ)上加以改進(jìn)制成的吹氣式熱電偶是在熱電偶與保護(hù)管之間構(gòu)成流動(dòng)氣體回路，通過注入一定的N2或其他惰性氣體，以排除或減少高溫條件下還原氣體的滲入對(duì)熱電偶的影響，從而延長(zhǎng)熱電偶的壽命并保證熱電偶溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性。吹氣式熱電偶結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

紅外測(cè)溫儀是一種高精度的測(cè)溫儀表，通過檢測(cè)被測(cè)對(duì)象表面所發(fā)出的紅外輻射線能量，并將其轉(zhuǎn)化成與溫度相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)來測(cè)量溫度。其理論依據(jù)是普朗克黑體輻射定律，即一切溫度高于絕對(duì)零度的物體都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量，輻射能量的大小及其波長(zhǎng)的分布與其表面溫度有著十分密切的關(guān)系。因此，通過對(duì)物體自身輻射的紅外能量的測(cè)量，便能準(zhǔn)確地測(cè)定物體表面溫度。紅外測(cè)溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、信號(hào)處理及補(bǔ)償電路、顯示輸出等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)匯聚其視場(chǎng)內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量，視場(chǎng)的大小由測(cè)溫儀的光學(xué)零件及其位置確定。

圖1　吹氣式熱電偶結(jié)構(gòu)示意

紅外測(cè)溫儀通過全通徑球閥與設(shè)備連接，在設(shè)備運(yùn)行時(shí)可以在線拆卸維修。同時(shí)通過2路吹掃N2來實(shí)現(xiàn)保護(hù)作用，1路是進(jìn)出儀表探頭的冷卻風(fēng)，保護(hù)紅外測(cè)溫探頭；1路是球閥下的N2吹掃，防止球閥關(guān)閉等情況下的結(jié)晶物出現(xiàn)而影響測(cè)量。紅外測(cè)溫儀的安裝如圖2所示。

2性能比較

吹氣式熱電偶通過吹入惰性氣體在一定程度上延長(zhǎng)了使用壽命，但同時(shí)也影響了測(cè)量精度，且相比于其他儀表其在高溫情況下的使用壽命還不夠理想。高溫情況下熱電偶的保護(hù)管須使用耐高溫材料，如剛玉保護(hù)管耐高溫達(dá)1600℃，如果是更高的溫度則需要特殊材料，造價(jià)也會(huì)相對(duì)提高很多。測(cè)量溫度為熱電偶元件檢測(cè)所接觸介質(zhì)的最高溫度，響應(yīng)時(shí)間滯后相對(duì)較長(zhǎng)。儀表出現(xiàn)故障時(shí)，無法實(shí)現(xiàn)在設(shè)備運(yùn)行時(shí)更換。

圖2　紅外測(cè)溫儀的安裝示意

與傳統(tǒng)的測(cè)溫方式如熱電偶等相比，紅外測(cè)溫儀可在一定距離內(nèi)實(shí)時(shí)、定量檢測(cè)發(fā)熱點(diǎn)的溫度，測(cè)量值為整體的平均溫度，通過掃描可以繪出設(shè)備運(yùn)行中的溫度梯度熱像圖，以提供更多的信息、更寬的信號(hào)。其測(cè)量不受電磁場(chǎng)干擾，且可以在0～3000℃以高分辨率檢測(cè)設(shè)備溫度等，測(cè)量誤差小、精度高。同時(shí)，紅外測(cè)溫儀不與介質(zhì)直接接觸，可以適用于各類惡劣環(huán)境，滿足在線更換不影響工藝設(shè)備運(yùn)行的要求。吹氣式熱電偶與紅外測(cè)溫儀的性能比較見表1所列。

表1吹氣式熱電偶與紅外測(cè)溫儀的性能比較

項(xiàng) 目吹氣式熱電偶紅外測(cè)溫儀測(cè)量溫度范圍/℃0~16000~3000測(cè)量精度,%±2±1響應(yīng)時(shí)間/s≥200.3價(jià)格高較高測(cè)量方式接觸式非接觸式測(cè)量原理熱電效應(yīng)黑體輻射定律在線更換否是

3燃燒爐工藝流程特點(diǎn)

目前國(guó)內(nèi)硫回收工藝種類繁多，固定床催化氧化硫回收的代表工藝主要為克勞斯硫回收工藝，把酸性氣體中的H2S轉(zhuǎn)換為硫單質(zhì)。酸性氣體的主要成分是H2S，在燃燒爐中主要工藝流程是酸性氣體內(nèi)約33%的H2S與O2燃燒生成SO2。

硫回收裝置燃燒爐具有爐膛燃燒溫度高、腐蝕性強(qiáng)、沖擊大、停車少等特點(diǎn)。燃燒爐多為碳鋼材料，內(nèi)襯有耐火磚，爐膛正常的工作溫度在1000～1200℃，苛刻工況下溫度可以高達(dá)1700℃。大量酸性氣體在爐膛燃燒，會(huì)存在SO2，H2S，SO3等多種酸性氣體，腐蝕性十分強(qiáng)，接觸儀表須選擇耐腐蝕材料。相關(guān)文獻(xiàn)表明，在硫回收裝置中，緊急開車或停車等工況會(huì)造成爐內(nèi)溫度的快速上升或快速下降，會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊力。另外，硫回收裝置停車檢修的機(jī)會(huì)較少，選擇能夠?qū)崿F(xiàn)在線更換的儀表較合適。同時(shí)，燃燒爐的溫度儀表參與裝置的聯(lián)鎖，要求溫度測(cè)量準(zhǔn)確、及時(shí)、可靠。因此，耐高溫、耐腐蝕、耐沖擊、可在線更換、精度高的紅外測(cè)溫儀成為首選的溫度儀表。

4應(yīng)用情況

在西北地區(qū)和內(nèi)蒙古等地新上的多個(gè)化工項(xiàng)目硫回收裝置采用了克勞斯工藝，根據(jù)工藝要求燃燒爐設(shè)置3個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，其中一類溫度儀表采用精度高、故障率低的紅外測(cè)溫儀。

根據(jù)實(shí)際使用情況，紅外測(cè)溫儀投用以來，性能良好、故障率低、測(cè)量精度高，能夠滿足工藝人員對(duì)溫度測(cè)量的要求。而其他測(cè)點(diǎn)的吹氣式熱電偶，因長(zhǎng)期在高溫、腐蝕性的環(huán)境中使用，需要定期進(jìn)行維修和更換，甚至出現(xiàn)熱電偶保護(hù)管折斷情況。在其他類型的溫度儀表出現(xiàn)故障的情況下，由于選用了紅外測(cè)溫儀，依然能夠獲得有效的溫度值。相對(duì)于采用單一吹氣式熱電偶型溫度儀表的做法，測(cè)量效果得到明顯的改善和提高。

5結(jié)束語

在介紹吹氣式熱電偶和紅外測(cè)溫儀原理的基礎(chǔ)上，全面分析了吹氣式熱電偶和紅外測(cè)溫儀的特點(diǎn)，結(jié)合硫回收裝置燃燒爐的具體工況和測(cè)溫要求，筆者認(rèn)為紅外測(cè)溫儀是能夠較好地滿足燃燒爐測(cè)溫要求的儀表。

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中圖分類號(hào)：TH811

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1007-7324(2015)06-0081-02

作者簡(jiǎn)介：郭非(1982—)，男，河南商丘人，2008年畢業(yè)于鄭州大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)工作于中國(guó)五環(huán)工程有限公司電控室，任工程師。

稿件收到日期：2015-05-25，修改稿收到日期：2015-08-08。