蓄熱式燃燒器系統(tǒng)在冶金加熱爐中的應(yīng)用

劉愛(ài)軍

（云南錫業(yè)股份有限公司，云南個(gè)舊 661000）

目前，我國(guó)的資源和環(huán)境問(wèn)題日益突出，迫切要求高能耗行業(yè)全面推行高效、清潔的燃燒技術(shù)。蓄熱式燃燒技術(shù)，又稱(chēng)高溫空氣燃燒技術(shù)，是20世紀(jì)90年代在發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始推廣的一項(xiàng)新型的燃燒技術(shù)。它具有煙氣余熱回收效率高、空氣和燃?xì)忸A(yù)熱溫度高以及低氮氧化物排放的優(yōu)越性，主要用于鋼鐵、冶金、機(jī)械、建材等工業(yè)部門(mén)中，并已出現(xiàn)迅猛發(fā)展的勢(shì)頭。

蓄熱式燃燒器采用蓄熱式煙氣余熱回收裝置，交替切換煙氣和空氣或燃?xì)猓怪鹘?jīng)蓄熱體進(jìn)行高溫預(yù)熱[1]。低熱值燃料借助高溫預(yù)熱后的空氣或燃料可獲得較高的爐溫，擴(kuò)展了低熱值燃料的應(yīng)用范圍。該方法能夠最大限度地回收高溫?zé)煔獾奈锢頍?，大幅度?jié)約能源，提高熱工設(shè)備的熱效率，減少CO2排放，同時(shí)使煙氣中氮氧化物體積分?jǐn)?shù)降低40%以上，符合國(guó)家清潔生產(chǎn)和節(jié)能減排的相關(guān)要求。

1 蓄熱式燃燒器工作原理

蓄熱式燃燒系統(tǒng)是由蓄熱式雙燒嘴、助燃鼓風(fēng)機(jī)、助燃風(fēng)量調(diào)節(jié)閥、換向閥、燃料調(diào)節(jié)閥、燃料切斷閥、點(diǎn)火電動(dòng)閥、長(zhǎng)明火（點(diǎn)火槍?zhuān)?、排煙引風(fēng)機(jī)、排煙溫度變送器等組成（見(jiàn)圖1）。

該系統(tǒng)通過(guò)蓄熱式雙燒嘴周期性地?fù)Q向燃燒，從而用高溫排煙煙氣加熱助燃空氣。當(dāng)其中1個(gè)燒嘴燃燒時(shí)，高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)另1個(gè)燒嘴進(jìn)行排煙，加熱蓄熱體的蓄熱介質(zhì)，當(dāng)排煙溫度測(cè)量值超過(guò)設(shè)定排煙溫度時(shí)，換向閥換向，此燒嘴開(kāi)始燃燒，原來(lái)燃燒的燒嘴開(kāi)始引風(fēng)抽吸并排放高溫?zé)煔?，加熱蓄熱介質(zhì)，如此反復(fù)循環(huán)燃燒。

圖1 蓄熱式燃燒系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

2 蓄熱式燃燒器電氣控制系統(tǒng)

2.1 電氣控制系統(tǒng)的硬件組成

電氣控制系統(tǒng)以西門(mén)子S7-200PLC為控制核心，輔以西門(mén)子人機(jī)界面（HMI）、遠(yuǎn)程操作員站（winCC）、火焰監(jiān)測(cè)器、熔化鍋溫度檢測(cè)裝置、排煙溫度檢測(cè)等組成一套完整的一鍵自動(dòng)點(diǎn)火燃燒控制系統(tǒng)[2-4]。主要硬件配置如表1所示。

表1 電氣控制系統(tǒng)主要硬件配置

2.2 電氣控制系統(tǒng)的工作原理

以西門(mén)子PLC為控制核心，通過(guò)EM277 Profibus DP與上位機(jī)winCC和現(xiàn)場(chǎng)HMI（觸摸屏）組成的遠(yuǎn)程/就地燃燒控制系統(tǒng)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作箱上的遠(yuǎn)程/就地控制模式切換，可在就地觸摸屏和遠(yuǎn)程操作站winCC上實(shí)現(xiàn)一鍵自動(dòng)點(diǎn)火。系統(tǒng)自動(dòng)按照西門(mén)子PLC的點(diǎn)火運(yùn)行程序執(zhí)行點(diǎn)火動(dòng)作，點(diǎn)火成功進(jìn)入正常燃燒狀態(tài)后，以熔爐溫度設(shè)定值為控制目標(biāo)，自動(dòng)完成燃料給定量和風(fēng)量的調(diào)整，使燃料量與風(fēng)量精準(zhǔn)配比，進(jìn)而讓熔爐溫度值始終保持在設(shè)定的目標(biāo)溫度值附近；以排煙溫度設(shè)定值為控制目標(biāo)，通過(guò)控制換向閥的換向動(dòng)作，使得1#蓄熱燒嘴和2#蓄熱燒嘴自動(dòng)完成輪換燃燒和煙氣蓄熱。PLC電氣控制系統(tǒng)的具體點(diǎn)火運(yùn)行程序如圖3所示。

圖3 PLC電氣控制系統(tǒng)的點(diǎn)火運(yùn)行程序

3 蓄熱式燃燒系統(tǒng)電氣故障分析與處理

在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，蓄熱式燃燒電氣控制系統(tǒng)常見(jiàn)的故障包括閥位連鎖、停爐熄火、鼓風(fēng)故障、調(diào)節(jié)閥故障等。

3.1 閥位故障

出現(xiàn)閥位故障時(shí)，在按下“一鍵啟動(dòng)”后，馬上報(bào)警閥位聯(lián)鎖，PLC控制程序無(wú)法執(zhí)行下去，各種電氣元件都不能動(dòng)作。當(dāng)出現(xiàn)這種狀況時(shí)，應(yīng)依次采取以下處理方法：1）閥位紊亂時(shí)，需要重新標(biāo)定；2）燃料調(diào)節(jié)閥控制電路故障，排除控制電路故障；3）燃料切斷閥的電位器與閥體連接脫開(kāi)，排除切斷閥的電位器故障。

3.2 停爐熄火

當(dāng)PLC電氣控制系統(tǒng)在運(yùn)行中，出現(xiàn)某些不滿足程序運(yùn)行的條件或者一些不安全因素時(shí)，會(huì)立即發(fā)出指令關(guān)閉燃燒主燃?xì)忾y，實(shí)現(xiàn)熄火停爐。當(dāng)出現(xiàn)這種狀況時(shí)，應(yīng)依次采取以下處理方法：1）排除紫外光敏管火焰?zhèn)鞲衅鞴收希?）排除火焰檢測(cè)器故障；3）排除燃料調(diào)節(jié)閥、燃料切斷閥或者助燃空氣調(diào)節(jié)閥和點(diǎn)火閥的故障；4）檢查燃燒參數(shù)設(shè)置情況；5）檢查長(zhǎng)明火（點(diǎn)火槍?zhuān)┦欠駮?huì)正常放電。

3.3 鼓風(fēng)故障

當(dāng)PLC電氣控制系統(tǒng)在運(yùn)行中，檢測(cè)到鼓風(fēng)機(jī)的送風(fēng)壓力下降到安全值后，馬上報(bào)警“鼓風(fēng)故障”，PLC立即發(fā)出指令關(guān)閉燃燒主燃?xì)忾y，熄火停爐。當(dāng)出現(xiàn)鼓風(fēng)故障時(shí)，應(yīng)依次采取以下處理方法：1）檢查鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況；2）排除風(fēng)壓信號(hào)線路故障；3）排除風(fēng)壓開(kāi)關(guān)故障。

3.4 閥位標(biāo)定故障

在調(diào)節(jié)閥閥位出現(xiàn)紊亂的情況下，需要進(jìn)行標(biāo)定閥位值，但在標(biāo)定閥位時(shí)出現(xiàn)閥門(mén)無(wú)法標(biāo)定的狀況。當(dāng)出現(xiàn)這種狀況時(shí)，應(yīng)依次采取以下處理方法：1）排除PLC有無(wú)輸出控制信號(hào)，對(duì)PLC進(jìn)行復(fù)位；2）排除調(diào)節(jié)閥控制電路故障。

3.5 人為操作故障

在手動(dòng)運(yùn)行方式下，如果出現(xiàn)操作人員給定燃?xì)饬空{(diào)節(jié)值，但鼓風(fēng)調(diào)節(jié)閥不能跟蹤燃料調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度變化的狀況時(shí)，應(yīng)依次采取以下處理方法：1）檢查“手/自動(dòng)”選擇是否在自動(dòng)位置；2）排除燃料調(diào)節(jié)閥開(kāi)度范圍是否受閥位開(kāi)度設(shè)定值的限制。

3.6 點(diǎn)火后燃燒運(yùn)行時(shí)間短

如果按下“一鍵啟動(dòng)”后，點(diǎn)火成功，但是運(yùn)行時(shí)間很短，不能持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)出現(xiàn)這種狀況時(shí)，應(yīng)依次采取以下處理方法：1）檢查配風(fēng)比參數(shù)設(shè)置是否合理；2）檢查燃料管路是否暢通；3）排除控制電路線路故障。

4 存在的問(wèn)題及改進(jìn)建議

從蓄熱式燃燒器的應(yīng)用情況來(lái)看，這套系統(tǒng)能夠在一定程度上提高燃料的利用率，提高燃燒質(zhì)量，降低燃料成本，減少有害氣體的排放量，有助于實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)；同時(shí)，也存在一些不足之處，針對(duì)這些問(wèn)題，筆者提出如下建議：

1）由于爐子溫度高，設(shè)備（如鼓風(fēng)機(jī)等）在高溫情況下，容易使電機(jī)繞組絕緣加速老化，縮短其使用壽命。建議將鼓風(fēng)機(jī)安裝到遠(yuǎn)離熱源的位置。

2）由于火焰檢測(cè)器安裝在振動(dòng)較大的地方，容易使其線圈斷裂損壞，或者因高溫而發(fā)生變形，增加燃燒系統(tǒng)的使用成本。建議將裝有火焰檢測(cè)器的控制箱安裝到遠(yuǎn)離熱源和振動(dòng)的地方。

3）由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，導(dǎo)電性粉塵多，常常會(huì)造成開(kāi)關(guān)電源等電器元件和線路短路損壞。建議加大電控柜的防護(hù)等級(jí)或搬遷至室內(nèi)安裝。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)蓄熱式燃燒器系統(tǒng)的應(yīng)用情況，可以看出該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)一鍵自動(dòng)點(diǎn)火，運(yùn)行可靠，操作方便，減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，減少了氮氧化物的排放量，實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)，達(dá)到了節(jié)能減排的目的。在具體應(yīng)用過(guò)程中，筆者結(jié)合其工作原理和組成結(jié)構(gòu)，總結(jié)并梳理了故障排除方法，提出了相應(yīng)的改進(jìn)建議，對(duì)類(lèi)似系統(tǒng)應(yīng)用項(xiàng)目具有一定的參考價(jià)值。