熔煉爐燃燒系統(tǒng)常見故障分析及維護(hù)

王寶中

(江蘇蘇鋁有限公司，江蘇 徐州 221007)

我公司熔鑄車間熔煉爐目前所使用的燃燒系統(tǒng)是我公司于2012年3月引進(jìn)的燃?xì)庑顭崾綗?，將原燃燒柴油改為燃燒天然氣。本系統(tǒng)采用了負(fù)荷能力較小的點(diǎn)火燒嘴連續(xù)陪燒的方式，確保燒嘴切換燃燒安全。點(diǎn)火小燒嘴內(nèi)設(shè)點(diǎn)火電極，采用可編程控制器及觸摸屏等先進(jìn)可靠元器件，實(shí)現(xiàn)各工作狀況邏輯操作、聯(lián)鎖保護(hù)、時(shí)序控制等功能，操作界面簡單明了，一體化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)精巧，并配有火檢監(jiān)控，工作安全可靠。采用國產(chǎn)高可靠氣動(dòng)角行程蝶閥進(jìn)行空、煙氣切換，并配有高可靠閥位位置開關(guān)，確保切換安全。

1 系統(tǒng)工作原理

本系統(tǒng)由兩個(gè)燒嘴及中間管網(wǎng)組成，并配有高可靠的自控裝置，形成一個(gè)完整的系統(tǒng)。

每個(gè)燒嘴與蓄熱床直接相連，交替工作或排煙，高溫?zé)煔庠谛顭岽仓羞M(jìn)行充分熱交換后低溫排出，排煙溫度一般在250℃以下，可最大程度將燃燒產(chǎn)生的熱能留在爐內(nèi)，從而達(dá)到高效節(jié)能的目的。

由于熔鋁爐煙氣成分較臟，本系統(tǒng)采用氧化鋁球作為蓄熱載體，便于快速更換。

正常工作條件下，燃?xì)鉄煅趸X球2～3月更換一次，每次更換需兩小時(shí)左右。

燒嘴的交替切換動(dòng)作由PLC系統(tǒng)決定，本系統(tǒng)設(shè)有定周期切換、等溫差切換和定溫強(qiáng)制切換三種切換模式。

2 系統(tǒng)組成

(1)燒嘴

直接安裝在爐墻上，由燒嘴體及噴口磚組成，在燒嘴體殼上安裝有天燃?xì)庵鳂?、天燃?xì)恻c(diǎn)火槍、主槍火檢、點(diǎn)火槍火檢等元器件，并設(shè)有測溫?zé)犭娕?，用以監(jiān)測煙氣溫度，保障燒嘴正常工作；

(2)蓄熱床

也稱再生床, 與燒嘴直接相連，內(nèi)襯有保溫材料，并充滿氧化鋁球；設(shè)有測溫?zé)犭娕?，用以監(jiān)測煙氣出口(或空氣入口)溫度，保障換向正常工作；

(3)氣動(dòng)切換閥

共四套，設(shè)置在供風(fēng)及排煙管網(wǎng)上，由耐熱閥體及角行程氣缸組成，氣缸上設(shè)有高可靠位置開關(guān)；

(4)主天燃?xì)鈽?/p>

采用耐熱鋼制作，燒嘴調(diào)節(jié)比在1∶8以上；

(5)點(diǎn)火天燃?xì)鈽?/p>

點(diǎn)火探針與噴管裝配成一體，點(diǎn)火方便可靠；

(6)鼓風(fēng)機(jī)

采用9-19風(fēng)機(jī)，性能參數(shù)為風(fēng)量6300m3/k，靜壓(20℃)85mbar，功率30kW；

(7)排煙機(jī)

高性能非標(biāo)風(fēng)機(jī)，最高工作溫度可達(dá)550℃，風(fēng)葉采用后曲線型結(jié)構(gòu)，有極高的動(dòng)態(tài)平衡性能。該排煙機(jī)性能參數(shù)為排煙量10000m3/h，靜壓(20℃)-110mbar，功率37kW；

(8)主排煙電動(dòng)蝶閥

采用高可靠性電動(dòng)頭驅(qū)動(dòng)，設(shè)有開閉位置開關(guān)，接收4～20mA電信號(hào)，可連續(xù)對(duì)爐膛壓力進(jìn)行控制，最高使用溫度為350℃；

(9)輔助排煙管路

管體襯以耐高溫澆注料,其排煙量約占總煙氣量的10%～20%；

(10)天燃?xì)夤苈?/p>

設(shè)有壓力開關(guān)、壓力表、流量計(jì)、過濾器、調(diào)壓閥、電磁閥、高低壓開關(guān)等器件。切換閥采用雙安全快速切斷閥，慢開快閉，同時(shí)配有常開接點(diǎn)的電磁放散閥，爐子每次啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)對(duì)閥門進(jìn)行泄漏檢查，確保工作安全；

(11)供風(fēng)及排煙管路

設(shè)有壓力開關(guān)及壓力儀表，并裝有切換閥門，在長距離供風(fēng)管路上風(fēng)機(jī)前專門設(shè)有氣動(dòng)蝶閥以解決風(fēng)機(jī)“喘震”問題；

(12)冷卻風(fēng)管路

主要用以冷卻主天燃?xì)鈽?、點(diǎn)火槍、火檢等元器件，每個(gè)燒嘴前分有多路支管，確保元器件正常工作；

(13)壓縮空氣管路

設(shè)有壓力開關(guān)及氣動(dòng)三元件等元器件，分成多條支管路，分別驅(qū)動(dòng)各氣動(dòng)蝶閥切換動(dòng)作。壓縮空氣耗量約30m3/h(6bar)；

(14)天燃?xì)狻⒅硷L(fēng)比例調(diào)節(jié)閥

由Honeywell公司電動(dòng)頭及Maxon公司連桿閥組成，可精確調(diào)整出所需的天燃?xì)馊紵糠秶芭涮椎闹硷L(fēng)量范圍，兩者聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)，動(dòng)作迅速可靠，是爐溫控制的核心元器件；

(15)電控系統(tǒng)

采用程控器及觸摸屏等元器件，系統(tǒng)運(yùn)行各參數(shù)及故障報(bào)警信息屏幕顯示。同時(shí)設(shè)有溫度記錄和超溫報(bào)警儀表，確保熔煉爐工作安全可靠。

3 系統(tǒng)連鎖

如果下列安全限制超出或未達(dá)到，PLC報(bào)警并切斷火焰切換程序，同時(shí)顯示故障信息，見圖1。

圖1

4 系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)

·系統(tǒng)手動(dòng)啟動(dòng)；

·助燃風(fēng)機(jī)、冷卻風(fēng)機(jī)、排煙機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行；

·系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)所有工作介質(zhì)壓力進(jìn)行檢測，并全過程監(jiān)控；

·進(jìn)行閥門自動(dòng)檢漏程序，對(duì)嘴前兩個(gè)安全快斷閥進(jìn)行檢測；

·風(fēng)、煙氣切換閥交替切換，系統(tǒng)對(duì)爐內(nèi)氣氛進(jìn)行吹掃；

·點(diǎn)火程序控制器啟動(dòng)；

·吹掃結(jié)束，兩燒嘴自動(dòng)進(jìn)行點(diǎn)火；

·如兩個(gè)燒嘴均沒有點(diǎn)著，復(fù)位后，系統(tǒng)重新進(jìn)行吹掃；

·點(diǎn)火成功后，如鋁液溫度低于設(shè)定溫度，主槍自動(dòng)啟動(dòng)燃燒，鋁液溫度及爐壓進(jìn)入自動(dòng)控制狀態(tài)；

·溫度控制采用了兩種PID控制方式，PID參數(shù)可在線修改；

·用本系統(tǒng)控溫，鋁液控溫點(diǎn)溫度波動(dòng)小于±3℃；

·爐壓自動(dòng)控制；

·爐門開啟，主槍自動(dòng)關(guān)閉，切換閥停止切換運(yùn)行；爐門關(guān)閉，主槍自動(dòng)投入，切換閥同步切換；

·溫度超過設(shè)定值，主槍關(guān)閉，切換閥停止切換。

5 常見故障分析與處理

5.1 系統(tǒng)啟動(dòng)失靈

系統(tǒng)手動(dòng)啟動(dòng)后，風(fēng)機(jī)不動(dòng)作，系統(tǒng)沒有反應(yīng)。首先檢查模塊CPU315是否處于運(yùn)行狀態(tài)，如果處于停止?fàn)顟B(tài)，重啟后是否能啟動(dòng)；若無法啟動(dòng)，檢查各模塊之間的連接，逐一拆試，找出損壞模塊更換即可。CPU處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，檢查各按鈕的狀態(tài)和其觸點(diǎn)接觸是否良好，如急停按鈕是否被誤操作按下，恢復(fù)后即可；檢查啟動(dòng)按鈕觸點(diǎn)是否接觸不良，更換即可。

5.2 各電機(jī)過載報(bào)警

可將各電機(jī)過熱繼電器手動(dòng)復(fù)位，若仍報(bào)警，則需用萬用表檢查主回路中的接觸器、熱繼電器、線路和電機(jī)等各部分是否短路或接地。

5.3 各工作介質(zhì)壓力達(dá)不到設(shè)定值報(bào)警

待介質(zhì)壓力正常后，手動(dòng)復(fù)位啟動(dòng)。

5.4 點(diǎn)火天燃?xì)鈽岦c(diǎn)火困難

1) 先檢查小槍，看小槍槍管是否燒壞，檢查槍頭通氣孔和通風(fēng)孔是否堵塞，如有問題則更換新槍；

2) 將小槍拿出來點(diǎn)火，觀察管內(nèi)點(diǎn)火探針是否打火，如不打火，檢查點(diǎn)火變壓器和點(diǎn)火控制器。若能打火，則需檢查天然氣電磁閥是否正常工作、助燃風(fēng)和天然氣的壓力是否滿足點(diǎn)火要求。小槍點(diǎn)著以后調(diào)節(jié)火苗，調(diào)節(jié)風(fēng)閥和氣閥，將火苗調(diào)成藍(lán)黃色，成立柱狀。若火苗成理想狀態(tài)，系統(tǒng)依然報(bào)警，燒嘴熄火，則說明系統(tǒng)沒有檢查到小槍燃燒信號(hào)，則需檢查小槍火檢線路是否接好，火檢切換接觸器常閉觸點(diǎn)接觸是否良好，若均正常，則其中相對(duì)應(yīng)的6ES7321輸入模塊觸點(diǎn)燒壞，需更換。

5.5 主天燃?xì)鈽屓紵收?/h3>

主槍燃燒故障主要分為兩種情況，一種是主槍能正常燃燒，火苗正常，但是系統(tǒng)沒有檢測到火苗，從而報(bào)警燒嘴熄火；另一種情況是主槍不工作，系統(tǒng)報(bào)警其它或不報(bào)警。

1) 打開爐門觀察火苗，火苗正常，火檢切換后，系統(tǒng)報(bào)警燒嘴熄火，這種情況屬于火檢檢測的問題，可先將火檢取下，疏通火檢檢測管道，灰渣積累過多會(huì)影響火檢對(duì)火苗的檢測。如果依然檢測不到火苗，需檢查火檢檢測線路，包括火檢、線路、火檢檢測切換接觸器等。

若火檢檢測線路沒有問題，則主槍槍管或燒嘴內(nèi)襯燒壞。目前我公司三臺(tái)熔煉爐均因此原因更換過主槍。這是由于主槍槍管和燒嘴內(nèi)襯燒壞后造成燃燒時(shí)燒嘴內(nèi)部氣流紊亂，不能形成有效的火苗，從而造成主槍不能正常燃燒。

此外，主槍點(diǎn)著之后突然報(bào)警燒嘴熄火，主槍小槍均停止工作，則說明小槍火苗不穩(wěn)、很弱，主槍點(diǎn)著后壓力大，將小槍火苗撲滅，這種情況要重新調(diào)節(jié)小槍的火苗強(qiáng)度，或者更換新的小槍；

2) 主槍不工作，即主槍電磁閥沒有打開。熔煉爐由兩個(gè)燒嘴周期切換燃燒，1號(hào)燒嘴工作時(shí)，1號(hào)助燃風(fēng)閥和2號(hào)排煙閥處于打開狀態(tài)；2號(hào)燒嘴工作時(shí)，2號(hào)助燃風(fēng)閥和1號(hào)排煙閥處于打開狀態(tài)，閥門開關(guān)不到位，系統(tǒng)停止燃燒并報(bào)警。首先檢查報(bào)警所示的換向閥、手動(dòng)電磁閥能否正常切換，若不能正常切換，則需檢查壓縮氣體管路是否漏氣、電磁閥是否堵塞、氣動(dòng)閥是否損壞、氣動(dòng)閥閥板是否卡住等。若能正常切換，則用萬用表測量限位開關(guān)兩端24V電壓是否正常切換，若不能正常切換，則需調(diào)節(jié)限位開關(guān)的凸輪或更換新的限位開關(guān)；若能正常切換，則開關(guān)輸入信號(hào)沒有問題，需要更換相對(duì)應(yīng)的輸入模塊。

觸摸屏運(yùn)行狀態(tài)頁面和點(diǎn)火過程頁面中的各開關(guān)狀態(tài)必須一致，若不一致，主槍不工作，系統(tǒng)不會(huì)報(bào)警，造成這種情況的原因是限位開關(guān)觸點(diǎn)接觸不好，出現(xiàn)虛接現(xiàn)象。為了避免這種虛接情況發(fā)生，可用光電開關(guān)代替凸輪式機(jī)械開關(guān)，且便于限位開關(guān)的檢查和維修。

此外，點(diǎn)火控制器損壞時(shí)，會(huì)造成主槍電磁閥不工作；電磁閥本身卡阻，閥芯阻塞也會(huì)造成主槍不工作；

3) 正常燃燒過程中，兩個(gè)主槍停止工作，則說明爐膛溫度或者排煙管道溫度超過設(shè)定值。此時(shí)可檢查爐膛或者排煙管道的熱電偶情況，熱電偶開路或損壞都會(huì)影響燃燒；

4) 助燃風(fēng)和氧化鋁球?qū)θ紵挠绊?。打開爐門觀察火焰，正?；鹧娉蓢娚錉?，聲音強(qiáng)度很大，若火焰成團(tuán)狀，帶有黑煙，沒有聲音，顯得很悶，則說明助燃風(fēng)壓力不夠，可先檢查助燃風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口是否有異物堵住，若沒有，則說明氧化鋁球損壞嚴(yán)重需要更換。

6 日常維護(hù)的要求

日常維護(hù)主要有：氧化鋁球的更換；點(diǎn)火小槍的檢查；排煙機(jī)軸承箱，潤滑油；助燃風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口保持干凈無異物；壓縮空氣管路過濾器及油霧器；各壓力開關(guān)的校正；各測溫?zé)犭娕夹Ｕ?；爐門限位開關(guān)的檢查。

7 結(jié)束語

熔煉爐燃燒系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中，若出現(xiàn)文中所述典型故障，嚴(yán)重影響生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量。經(jīng)過不斷改進(jìn)及注重日常維護(hù)，認(rèn)真分析原因并及時(shí)排除故障，以確保燃燒系統(tǒng)長期正常良好運(yùn)行。