N型熱電偶在測量主蒸汽溫度中的應用

       1986年國際電工委員會(IEC)發布文件，推薦分度號為N的鎳鉻硅一鎳硅熱電偶為標準化熱電偶。其熱電特性等許多性能，都優于目前用于火電廠主蒸汽溫度測量的K型熱電偶。從提高主蒸汽溫度測量品質,保證火電廠安全經濟運行考慮,應盡快采用N型熱電偶代替K型熱電偶。
1主蒸汽溫度及測溫熱電偶現狀
1.1運行規程對主燕汽溫度的規定
       例1,HG-410/100-1型鍋爐和51-100-2型汽輪機運行規程中有如下規定:
       正常運行時，保持汽輪機人口主燕汽溫度在535±5℃范圍之內。低于500℃時，開始減負荷，到450℃時，負荷減到零，低至440℃時，打閘停機;反之，當溫度達到545℃.時，連續運行不得超過30min,在545℃以上時，連續運行不允許超過10min,否則減負荷到零，打閘停機，溫度超過550℃時，立即打閘停機。
例2,HG-670/140-9型鍋爐和N200-130/535/535型汽輪機運行規程中規定:
       正常運行時，保持汽輪機側主蒸汽、再熱蒸汽溫度在535±5℃范圍之內。當主蒸汽、再熱蒸汽溫度低于510℃時,開始減負荷,每降低1℃,臧負荷4MW,降至460℃時，負荷減至零，降到430℃時，打閘停機;反之,溫度在545七及以上時，連續運行不得超過30min,550℃時,負荷減到零，打閘停機。
例3,AII-25-2型汽輪機運行規程中規定:
      正常運行時,保持主蒸汽溫度在400±5℃范圍之內。降低10七時，通知鍋爐恢復正常汽溫，下降到375七時，全開主汽門前的疏水門，低于360℃時,臧負荷至5MW，低于350℃時,負荷減到零，降至330℃時，緊急故障停機;反之,當主蒸汽溫度比正常高出10℃時，通知鍋爐恢復正常汽濕，上升到430℃時，減負荷至10MW,升至440℃時,運行超過20min,減負荷無效應故障停機。.上述規定表明,鍋爐和汽輪機對主蒸汽溫度，尤其在330~550℃范圍內規定是嚴格的，測溫儀表應可靠正確。
1.2K型熱電偶
a.如今我國火電廠主蒸汽溫度測量用熱電偶，都是分度號為K(以前是EU-2)的鎳鉻一鎳硅(鎳鋁)熱電偶。至今,我國已基本上實現了用鎳鉻鎳硅熱電偶取代鎳鉻-鎳鋁熱電偶的工作。這兩種熱電偶的化學成份雖不同，但其熱電特性相同，使用同-分度表。
b.鎳鉻-鎳硅熱電偶適用于氧化性及惰性氣氛中連續使用，測量溫度范圍寬(-270~0℃,0~1372℃)，高溫下性能比較穩定,短期使用溫度為1200℃,長期使用的溫度為.1000℃，熱電動勢與渴度的關系近似線性，價格便宜。因此,它是目前應用多的一種熱電偶。但是,結合火電廠主蒸汽溫度測量的實際，K型熱電偶在250~550℃范圍內短期熱循環穩定性不好，其鎳鉻合金的不均勻的短程有序結構發展很快，引起升溫和降溫過程中，同一溫度所產生的熱電動勢的不同，其差值可達2~5℃。如運行規程規定，主蒸汽溫度恰在此溫度范圍內監控要求嚴格，所以K型熱電偶的這一缺點，對主蒸汽溫度監控來說是特別突出的，甚至是不能接受的。另外，K型熱電偶還有以下兩個缺點，對主蒸汽測溫也是不可忽略的。其一,K型熱電偶的負極(含硅3%的鎳硅合金),在150~200℃范圍內要發生磁性轉變，致使在室溫至230℃范圍內，分度值往往偏離分度表;其二，K型熱電偶在高溫下，往往因氧化而損壞。在氧化性氣氛中,直徑3.2mm的K型熱電偶在1100℃、1200℃下經6S0h左右，均超過0.75級的允許誤差，所以它無法長時間在1100℃下工作。
2采用N型熱電偶測量主蒸汽溫度
       分度號為N的鎳鉻硅-鎳硅熱電偶,是一種新型鎳基合金測溫熱電偶，是國際近20a來在賤金屬熱電偶合金材料研究方而的重大成果。它是1986年國際電工委員會(IEC)正式推薦的標準化熱電偶，我國也在1988年制定了相應的國家專業技術標準。N型熱電偶是在K型熱電偶的基礎上，為了克服K型熱電偶的某些缺點，對其合金的成份和含量進行選擇和配比,發展成為一種新型的高鉻高硅鎳基熱電偶,與K型熱電偶相比，它在1300℃以下，高溫抗氧化能力強，熱電動勢的長期穩定性及短期熱循環的復現性好，抗磁性干擾，在-200~1300℃范圍內，有全面取代賤金屬熱電偶與部分代替S型熱電偶(鉑銠10-鉑)的趨勢。與K型熱電偶相比，N型熱電偶更適合用于火電廠主蒸汽溫度的測量。
2.1N型熱電偶熱電特性穩定
        由于合金成份的改變，N型熱電偶實際已不受短程有序化的影響，所以在250~550公范圍內熱電動勢與溫度成單--的關系，熱電特性相當穩定。實驗結果也證明，無論是經退火或時效的N型熱電偶樣品，在250~550℃范圍內的升降溫過程中，熱電動勢的變化不超過10μV。
2.2使用壽命長
       由于合金成份的改進，將內氧化轉化為外氧化，大大提高了N型熱電偶在高溫工作時的穩定性，使用壽命較K型熱電偶明顯提高。
2.3非線性誤差較小
       在400~1300℃范圍內，N型熱電偶的熱電特性的線性比K型熱電偶好。在此溫度范圍內，N型熱電偶非線性誤差僅占1300℃熱電動勢的0.4%，而K型熱電偶在相同溫度范圍內的非線性誤差占1300℃的1.75%。
2.4N型熱電偶的缺點
a.N型熱電侗在100℃和1300℃時的熱電動勢(冷端為0℃)為2.774mV和47.502mV,較K型熱電偶的4.005mV和52.398mV值小。,
b.低溫范圍(-200~400C)的非線性誤差較大。
N型熱電偶的這些缺點，都不影響它在火電廠主蒸汽溫度測量方面的應用。
3N型熱電偶的應用
        N型和K型熱電偶的允許誤差，長期和短期高使用溫度完全相同，價格持平,均屬賤金屬熱電偶。N型熱電偶的應用前景非常樂觀，不僅可以取代K型熱電偶，而有全面取代現有其他分度號賤金屬熱電偶和部分代替S型(鉑銠10-鉑)熱電偶的趨勢。
       現在，我國的N型熱電偶，包括與之配套的補償導線，二次儀表等，均有商品供應,已形成批量生產，應用的數量和領域與日俱增，N型熱電偶較K型熱電偶的優點，尤其對火電廠的主蒸汽溫度測量,具有特殊意義。我們應盡快在火電廠進行以N型熱電偶代替K型熱電偶測量溫度的工作。為火電廠安全、經濟生產，提供更加有力的保障。