熱處理爐點火系統(tǒng)的不穩(wěn)定性分析

劉松林

（濟鋼集團有限公司，濟南 250101）

熱處理爐點火系統(tǒng)的不穩(wěn)定性分析

劉松林

（濟鋼集團有限公司，濟南 250101）

濟鋼中厚板廠熱處理2#爐燒嘴點火系統(tǒng)故障頻繁，致使爐溫不能達到正火生產(chǎn)要求，嚴重的影響了生產(chǎn)效率。對此，經(jīng)過長時間的觀察和試驗，對燒嘴控制環(huán)節(jié)高發(fā)故障和不穩(wěn)定的原因進行了深入的分析。

熱處理；燒嘴控制；點火故障；點火控制器

1 前言

熱處理爐的主要工藝要求就是溫度的穩(wěn)定控制。達到一定的溫度，并保持穩(wěn)定對提高鋼板性能有著關(guān)鍵性的影響。因此對熱處理爐的點火、燃燒控制系統(tǒng)的可靠性要求也就非常的高。而目前的2#熱處理爐燒嘴點火控制系統(tǒng)存在著較高的故障率，這些嚴重的影響了爐溫的提高和穩(wěn)定保持。找出控制系統(tǒng)故障率高的原因，并提出有效的改進措施對于提高熱處理爐運行效益有著重大意義。

2 系統(tǒng)簡介及點火流程

整個熱處理爐共有300多個燒嘴，由PLC經(jīng)過PID運算實現(xiàn)自動控制?？刂品绞綖槊}沖式，即PLC根據(jù)設定值和溫度檢測反饋決定各個燒嘴處于燃燒或關(guān)閉的時間，所以每個燒嘴都是處于頻繁點燃-關(guān)閉的工作狀態(tài)中。這種控制方式既可以提高效率又可以保證爐子和鋼板的溫度均勻性。每個燒嘴均為獨立自動點火和火焰監(jiān)測，并將故障信號反饋回PLC。控制流程為：PLC發(fā)出指令到點火控制器，點火控制器開啟燃氣和助燃空氣閥門并接通點火電極，就能點燃燒嘴。燃燒系統(tǒng)點火后，點火電極通過離子火焰檢測返回的電流信號（也有uV鏡紫外檢測）監(jiān)測火焰，將燃燒信號返回點火控制器。根據(jù)控制流程，我們可以將其分解為三個主要部分：燃氣供應，點火瞬間和燃燒反饋。

燃氣供應是指點火控制器接收到點火指令后，輸出電壓到煤氣空氣電磁閥，控制其打開，使煤氣空氣按照一定的比例到達輻射管式燃燒室。流程中的關(guān)鍵點為：控制器的輸出，電磁線圈產(chǎn)生磁力，電磁閥打開，煤氣空氣按一定比例輸入到燃燒室。

點火瞬間就是點火控制器驅(qū)動變壓器輸出高壓在點火電極頭部發(fā)生尖端放電的過程。其中點火控制器對點火變壓器的驅(qū)動是否正常，點火變壓器的升壓，點火電極的尖端放電間隙，電極的尖端氧化情況及其它部位的絕緣性都直接影響著放電過程。

點火之后，燒嘴的正常燃燒中，點火電極和點火變壓器通過離子火焰監(jiān)測的方式反饋一個微安級的電流信號（或UV鏡紫外檢測）到點火控制器，用以實現(xiàn)燃燒反饋。離子火焰檢測是利用高溫煙氣具有單向電離作用的原理，在火焰中加上一個交流電壓，通過檢測電流的有無確認火焰狀態(tài)。流程中的關(guān)鍵點為：加載的電壓和火焰的大小，決定了信號的大小，控制器檢測的靈敏度等。UV鏡紫外檢測是利用光電管對火焰中紫外線感應生成微安信號的原理，那就要求火焰直接照射到光電管上才能生成正常信號。

3 主要故障原因和不穩(wěn)定分析：

經(jīng)過長時間的維護和分析，根據(jù)在燒嘴調(diào)試過程中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象，按照燒嘴控制的三個主要流程，得出了系統(tǒng)中的頻發(fā)故障原因和不穩(wěn)定因素。

（1）點火信號輸入之后，控制器會輸出到電磁閥。通過觀察，部分電磁線圈出現(xiàn)沒有磁力或磁力不夠打開閥門，個別出現(xiàn)時而能打開的現(xiàn)象。電磁線圈沒有吸力只能是三個原因控制器沒有輸出，線接地斷路，和線圈斷路。后兩種原因出現(xiàn)較少，處理之后可即可排除故障。多數(shù)屬于第一種原因，更換新的控制器即可正常?？紤]控制器輸出直接驅(qū)動電磁閥，在長期運行之后內(nèi)部電路老化嚴重，不能可靠的輸出電壓或是內(nèi)阻偏大導致電磁閥打不開。

（2）對不能正常點燃的燒嘴做測試，絕大部分的點火變壓器的輸出都是正常的，問題基本出現(xiàn)在燒嘴內(nèi)部。如電極的尖端碳化嚴重，電極在燒嘴的內(nèi)部放電間隙不夠或電極的絕緣低等。

（3）如果點火成功，信號反饋正常就是最后的關(guān)鍵因素了。有相當一部分燒嘴表現(xiàn)出能點燃，但是信號反饋沒有或反饋信號出現(xiàn)不穩(wěn)定的閃爍現(xiàn)象。目前的火焰檢測有兩種方式，一種是單電極離子檢測方式，一種是UV鏡紫外檢測方式。在兩種檢測方式中離子檢測方式在點火初期出現(xiàn)信號閃爍。閃爍的時間大約有3秒左右，分析有兩種原因，一是點火初期的煤氣空氣混合比搭配不合理，火焰不穩(wěn)定，或手動閥門開度不夠，火焰太?。欢怯捎跈z測信號線上加載了170v左右的交流電壓，但是在點火的時候同時是點火高壓的負端。這時的感應電壓對離子電流產(chǎn)生了干擾或是影響，以至于造成了信號的閃爍。經(jīng)過對比試驗和分析認為第二種原因的可能性要小。UV鏡檢測方式的大部分故障原因是火焰太小或觀察窗上鏡片臟了，導致火焰不能照射到光電管上以至于沒有信號輸出。

4 改進措施

影響燒嘴故障頻繁和不穩(wěn)定的主要因素有：控制器到電磁閥的輸出在長期運行后故障率較高；點火電極的質(zhì)量和安裝標準不高；空燃比和火焰大小的調(diào)整不合適等。經(jīng)過對現(xiàn)場長期的跟蹤維護和認真的分析試驗，對此我們提出了一些改進措施：

（1）在控制器的輸出和電磁閥之間增加中間繼電器。這樣不僅降低控制器的輸出負荷，使對電磁閥的驅(qū)動更加可靠，延長控制器的使用壽命，而且在電磁閥短路或接地的時候保護控制器不受損害。

（2）逐步更換點火電極的型號，采用抗氧化性能良好的點火電極。安裝過程中，保證絕緣瓷套管的完整性，尖端放電間隙適中，固定可靠。

（3）調(diào)試時逐一通過手動閥門調(diào)試空燃比，適當增大閥門開口度，以沒有或減少火焰信號閃爍時間為準。

（4）定期清潔UV鏡檢測的觀察窗。

5 結(jié)語

點火控制器的質(zhì)量不高，但是更換型號成本太高，所以采用增加繼電器的方式，既降低了負荷，增加對電磁閥驅(qū)動的可靠性，并延長了控制器的使用壽命，又節(jié)約改造成本。UV檢測方式比離子檢測方式更直接，抗干擾能力強，但是對檢測條件的要求高，各有利弊，以消耗備件為主，暫不考慮換型。另外，精細的維護也是保障設備的關(guān)鍵因素，只有在維護中不斷的增加要求，提高標準，才能保證設備運行越來越穩(wěn)定。

［1]劉春，宋耀華，徐暉，等.輻射管式熱處理爐燒嘴故障原因分析及燃燒優(yōu)化途徑探討［J］.寬厚板，2009（4）：45-48

劉松林，男，助理工程師，從事電氣、儀表自動化設備維護改造工作。