張智勇

云南紅塔滇西水泥股份有限公司，云南 大理 671000

窯尾高溫氣體分析儀的應用維護

張智勇

云南紅塔滇西水泥股份有限公司，云南 大理 671000

窯尾高溫氣體分析儀監(jiān)測到的數(shù)據(jù)能實時指導中控實現(xiàn)對燒成系統(tǒng)的科學控制和操作，確保系統(tǒng)最大化地實現(xiàn)高效低耗高質(zhì)量生產(chǎn)。在運行當中，該儀器會出現(xiàn)測量氣流量低或無，氣體冷凝器報警，有流量但CO、NOx、O2含量為零或極低，取樣管路、探頭濾芯堵塞等故障，以及冷卻系統(tǒng)油溫度高、冷卻油流量低等故障。維護中還發(fā)現(xiàn)自動反吹控制系統(tǒng)設計不完善、安裝位置不合理等問題。《4號窯高溫氣體分析儀維護管理規(guī)定》的出臺和實施，對該儀器的正常有效使用起到了保障作用。

高溫氣體分析儀 探頭 故障 維護

0 引言

窯尾高溫氣體分析儀是通過在線連續(xù)提取、處理和分析窯尾煙室氣體中的O2、CO和NOx的百分含量或ppm值，來實時監(jiān)測回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的煅燒狀況。如果窯內(nèi)煅燒的溫度過高或熱工波動過大，不僅會增加燃煤消耗，甚至還會損壞窯耐火磚；如果窯內(nèi)煅燒的溫度過低，就會造成熟料夾生，嚴重影響熟料的質(zhì)量。窯尾煙室氣體分析儀一方面可以幫助主操實時了解窯內(nèi)的煅燒狀況和燃煤的燃燒狀況，指導工藝操作，及時采取措施，根據(jù)CO的含量，實時調(diào)節(jié)窯頭的噴煤量和送風量，以便使燃煤完全燃燒，獲得最大限度的熱效率；也可以根據(jù)NOx的ppm含量合理調(diào)節(jié)窯頭噴煤量的大小，以防止窯內(nèi)熱工的異?，F(xiàn)象。另一方面，窯尾煙室氣體分析儀還有利于中控操作人員掌控整個煅燒過程的信息，作出綜合的判斷，從而指導具體的操作，提升主操精細化操作的能力，最大化地實現(xiàn)高效低耗高質(zhì)量生產(chǎn)。因此，窯尾煙室氣體分析儀在大多數(shù)水泥企業(yè)得到應用。本文就窯尾高溫氣體分析儀應用維護的經(jīng)驗進行總結(jié)。

1 系統(tǒng)組成

我公司4號窯窯尾采用FLK Gas Sampling System移動式高溫氣體分析儀，可對O2、CO和NOx等氣體濃度進行在線的、連續(xù)的測量和分析，該設備由移動式高溫采樣探頭、探頭油冷卻系統(tǒng)、探頭吹掃氣路系統(tǒng)、樣氣預處理系統(tǒng)、樣氣分析系統(tǒng)、PLC檢測控制系統(tǒng)等部分組成。

1.1 控制系統(tǒng)和氣體分析系統(tǒng)

控制核心采用S7-300系列PLC，保證系統(tǒng)控制的可靠性。

氣體分析系統(tǒng)采用ULTRAMAT23氣體分析儀表頭，具有零點自動標定和優(yōu)良的穩(wěn)定性、選擇性和高的靈敏度。分析儀柜主要由ULTRAMAT23氣體分析儀表頭、抽氣泵、冷凝器、蠕動泵、過濾器等組成。冷凝器系電子式制冷。冷阱溫度控制在0～8 ℃，冷阱設計精巧，性能可靠，可保證在惡劣現(xiàn)場條件下連續(xù)無故障運轉(zhuǎn)，保證系統(tǒng)在排水過程中取樣分析不失真。

1.2 多級氣體過濾系統(tǒng)和高溫采樣探頭

多級氣體過濾系統(tǒng)濾芯采用碳化硅陶瓷燒結(jié)而成。濾芯孔徑小于2μm，過濾精度高，不易堵塞。其中密封材料采用特殊硅橡膠，耐高溫、防腐蝕、密封性能好，保證了其在高溫下正常工作。窯尾煙室溫度高（可達1 300 ℃），粉塵含量大（標況下可達2 000 g/m3）。

高溫采樣探頭采用馬達、絲桿配套的行走機構(gòu)，保證了探頭伸進、退出取樣口的靈活性。同時配備了氣動馬達，保證系統(tǒng)在斷電情況發(fā)生時拉出高溫探頭，以保護設備。移動式采樣探頭采用專用采樣探頭。閉環(huán)油冷卻循環(huán)系統(tǒng)、自動探頭伸縮裝置、取樣探頭吹掃閥組裝臵及前臵式電加熱除塵過濾器等構(gòu)成探頭、進出裝置、樣氣處理單元、反吹單元等，由一臺西門子S7-300控制協(xié)同工作。

1.3 反吹系統(tǒng)和高溫油冷系統(tǒng)

反吹系統(tǒng)采用脈沖沖擊吹掃方式以清理粉塵。取樣探頭吹掃采用目前國際上先進的內(nèi)、外脈沖式振動吹掃技術(shù)。整個反吹裝置集中安裝在取樣探頭控制箱內(nèi)，并配備了壓縮空氣儲氣罐，以確保反吹時有足夠的壓力和流量，保證反吹質(zhì)量。探頭行走單元上吹掃控制箱，門上有兩個按鈕，綠色按鈕為開始吹掃，黑色按鈕為停止吹掃，用于手動控制吹掃，獨立于自動吹掃周期之外，隨時可以手動吹掃探頭。

高溫油冷系統(tǒng)采用特殊冷卻介質(zhì)（耐高溫導熱油）持續(xù)循環(huán)，不斷將探頭部分熱量帶至冷熱交換器，實現(xiàn)了探頭始終處于一個合適的溫度段，保證分析系統(tǒng)持續(xù)采樣分析。移動式采樣探頭采用常壓熱管原理，探頭夾層內(nèi)有循環(huán)冷卻介質(zhì)——專用冷卻油，由高溫泵驅(qū)動將探頭熱量由冷卻油帶至前處理柜中的換熱器，外循環(huán)冷卻油將熱量帶走，保證探頭可長時間在1 800 ℃條件下連續(xù)工作不致燒壞。檢測冷卻油溫度，自動調(diào)節(jié)冷卻油流量可以穩(wěn)定地控制探頭的工作溫度。油冷卻系統(tǒng)由C7-613控制器、油泵、油泵變頻器、冷卻風扇、流量計、溫度計等組成。

2 常見故障的處理

2.1 運行當中測量回路常見的故障與處理

（1）測量氣流量低或無，導致分析儀工作異常。主要原因可能是采樣探頭堵塞或探頭過濾器堵塞，可以手動啟動吹掃，如無改善，則應檢查氣體導管或抽氣泵、各種過濾器等，查看有無堵塞或有泄漏；如果沒有改善應更換探頭過濾器。根據(jù)運行經(jīng)驗，探頭頂部取樣口和探頭過濾器是較容易堵塞的部位，遇到這種情況，一般用壓縮空氣吹洗導管或用機械方法清除探頭頂部取樣口結(jié)皮。

（2）氣體冷凝器報警。冷凝液排放高位報警，主要原因是冷凝液排出管堵塞，也有可能是自動排放時間設置太長。處理辦法：清通堵塞，更改設置。冷凝器在正常溫度范圍內(nèi)不工作，則需檢查冷凝器各部分。

（3）有流量但CO、NOx、O2含量為零或極低。這種情況的產(chǎn)生一般有兩種原因：第一為樣氣管路有漏氣導致抽氣泵抽入的是空氣或含有空氣的樣氣；第二為分析儀U23零點漂移或有故障。

（4）經(jīng)常查看探頭過濾器加熱器和伴熱帶工作狀況，如果不工作將導致管路積水而堵塞。探頭過濾器電加熱器工作溫度為200 ℃，伴熱帶溫度110 ℃。

（5）吹掃用壓縮空氣所含水分過大將導致取樣管路、探頭濾芯堵塞，日常巡檢中應經(jīng)常給儲氣罐排水。

2.2 運行當中常見冷卻系統(tǒng)故障與處理

（1）油溫度高報警，則應查看油位和流量是否正常、熱交換器工件是否正常，還有一種可能是熱交換器效果不佳。熱交換器效果不佳多為散熱片蒙塵結(jié)垢，為散熱器清灰即可。冷卻油的工作溫度為130～220 ℃，油溫超過180 ℃冷卻風扇將啟動。

（2）冷卻油流量低，則應查看油位、冷卻油管路有無泄漏、冷卻油泵是否損壞；查看C7控制器有無其它故障報警。冷卻油流量偏低，出現(xiàn)此報警且油泵無法重新啟動時，需要往油箱內(nèi)加冷卻油，油箱上有指示箭頭，箱內(nèi)冷卻油不要超過180 ℃指示箭頭。油冷系統(tǒng)的故障排除后，按下控制面板上的“Enter”鍵消除液晶顯示屏上的報警指示，按下控制箱最右邊的紅色“Alarm/Reset”鍵熄滅故障燈，然后按下白色“Start”鍵重啟油泵。

（3）探頭進出裝置故障 ，則應查看電氣有無報警，機械是否正常。根據(jù)運行經(jīng)驗防火門磁性開關狀態(tài)不能保持，油冷卻系統(tǒng)有故障，探頭不能進入出現(xiàn)的時候較多。

（4）在分析系統(tǒng)的校準過程中，分析儀顯示變化或只有微小的變化。故障的原因可能是氣體導管、過濾器或其他單元受污染、堵塞或泄漏。

（5）還有一種可能是分析儀內(nèi)紅外檢測單元、氧傳感器等出現(xiàn)故障，應返廠維修。如果出現(xiàn)“傳感器電壓太低”故障報警，則要檢查氧傳感器的電壓值是否大于9 mV，如果低于5 mV就不能使用，必須更換氧傳感器。

3 運行維護中出現(xiàn)的問題

（1）自動反吹控制系統(tǒng)設計不完善。由于窯尾工作條件極其惡劣，系統(tǒng)設計有反吹清掃氣的自動控制，以解決分析儀因取樣探頭堵塞而無法工作的問題。分析儀投入運行后，取樣裝置每取樣氣0.5 h，就應進行自動反吹清掃取樣管及過濾器1 min。反吹清掃期間，系統(tǒng)內(nèi)的抽氣泵停止運行，儀器輸出的數(shù)據(jù)則保持反吹前測定的尾氣氧氣含量。但反吹結(jié)束后，系統(tǒng)沒有設計排空時間，而是直接進入采樣，這樣因為管道中殘留有空氣，分析系統(tǒng)分析出空氣的成分，記錄的曲線波動比較大。如果能設計成當自動反吹結(jié)束后，系統(tǒng)首先進行排空20s，20s后儀器正常運行，這樣分析的曲線就比較真實。

（2）安裝位置不合理。探頭如果剛好安裝在下料口的位置，料層比較容易堆積，結(jié)皮比較厲害，每兩小時就得人工手動推出清理結(jié)皮一次，如果能把探頭往上移動1 m左右，從圖1中A位置移動到B位置，就能有效避開料流，探頭堵塞和結(jié)皮的情況將會明顯減少。

圖1 取樣探頭安裝位置示意圖

（3）由于起初安裝時沒有經(jīng)驗，安裝位置在右邊，剛好在下風口，窯尾出現(xiàn)漏料的時候，灰塵比較大；如果安裝在左邊，是上風口，同時可以避開料流的沖擊。

（4）由于現(xiàn)在的安裝位置剛好在下料口，料層堆積比較嚴重，于是在取樣探頭的正下方，增加了一個空氣炮，定時清理堆積的料，有一定的效果。

（5）壓縮空氣要干凈。由于雨季空氣濕度大，壓縮空氣中水分含量大，容易造成堵塞，反吹對壓縮空氣質(zhì)量要求比較高，因此采用了三級過濾、定時排水等相關措施，保證了壓縮空氣的干凈。

（6）把探頭比較關鍵的信號“在窯內(nèi)”、“在窯外”、“反吹”“故障”等送到中控顯示、報警，實時提醒主操人員。

（7）為了加強對探頭的監(jiān)管力度，在探頭采樣區(qū)域安裝了監(jiān)控攝像頭，有效地保證了探頭的正常運行和崗位人員定時清堵的工作。

4 巡檢維護

為了更好地維護、使用好氣體分析儀，我中心為此出臺了《4號窯高溫氣體分析儀維護管理規(guī)定》，指定了中心第一責任人、設備主要負責人、設備后備負責人負責該設備的日常維護和管理工作。要求燒成車間預熱器崗位人員單點每隔2 h現(xiàn)場對機械設備巡檢一次，要求對探頭退出清堵、監(jiān)控油壓及氣壓等；中心運行班雙點每隔4 h對設備電氣進行現(xiàn)場巡檢一次，要求仔細察看高溫探頭采樣系統(tǒng)、反吹系統(tǒng)、預處理系統(tǒng)、分析系統(tǒng)和油冷卻系統(tǒng)等各系統(tǒng)功能的運行狀況，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，若不能處理應及時上報中心相關負責人員，由中心統(tǒng)一安排專人處理。由設備主要負責人每月定期標定校準分析儀一次，確保分析結(jié)果的真實性，并做好相應的校準紀錄。同時自控中心和燒成車間都加強了對設備巡檢維護的督促管理，定時抽查現(xiàn)場監(jiān)控設備。該設備能否使用好，關鍵是對該高溫取樣探頭系統(tǒng)的運行維護。

5 結(jié)束語

窯尾高溫氣體分析儀監(jiān)測到的數(shù)據(jù)能實時指導中控實現(xiàn)對燒成系統(tǒng)的科學控制和操作，確保系統(tǒng)最大化地實現(xiàn)高效低耗高質(zhì)量生產(chǎn)。但窯尾高溫氣體分析儀的安裝位置和反吹控制系統(tǒng)設計不得脫離實際需要，更要關注分析儀測量回路、冷卻系統(tǒng)的正常運行。我公司《4號窯高溫氣體分析儀維護管理規(guī)定》的出臺和實施， 對該儀器的正常有效使用、功能的發(fā)揮起到了保障作用。

2014-08-25）

TQ172.66

B

1008-0473(2015)01-0050-03

10.16008/j.cnki.1008-0473.2015.01.013