垃圾焚燒爐點火升溫系統(tǒng)中油槍的應(yīng)用

摘 要：某廠焚燒爐日處理生活垃圾500 t，現(xiàn)以油槍系統(tǒng)在其發(fā)電鍋爐項目中的應(yīng)用為例，闡述了啟動燃燒器噴油量為0.5 t/h的單只油槍、輔助燃燒器噴油量為1 t/h的單只油槍的功能應(yīng)用及主要注意事項。

關(guān)鍵詞：油槍點火系統(tǒng);油槍結(jié)焦;燃燒設(shè)備及配風(fēng)系統(tǒng);火焰檢測及爐膛監(jiān)測系統(tǒng);燃燒器

中圖分類號：X705;TM621.2? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? 文章編號：1671-0797（2022）13-0048-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.13.014

1??? 油槍點火概述

油槍點火系統(tǒng)是在鍋爐本體上設(shè)置的啟動燃燒器及輔助燃燒器以油槍點火燃燒為主要的燃燒方式、通過其燃油管線上的控制閥組進(jìn)行邏輯控制、電氣儀表實時監(jiān)控、助燃風(fēng)控制系統(tǒng)操作，便于鍋爐正常升溫、投產(chǎn)并聯(lián)鎖控制的系統(tǒng)。

系統(tǒng)采用0#輕柴油為燃料，主要包含油管線、燃燒設(shè)備、變頻配風(fēng)設(shè)備、爐膛監(jiān)控系統(tǒng)、點火及火焰檢測設(shè)備、流量壓力及調(diào)控設(shè)備、PLC控制柜。

1.1??? 啟動燃燒器

主要控制功能為：爐膛初次投入前期的升溫烘爐，干燥、烘焙耐火材料;爐膛投入垃圾前，按照啟動曲線控制爐膛緩慢升溫。

1.2??? 輔助燃燒器

主要控制功能為：爐膛初次投入前期的高溫烘爐升溫;爐膛投入垃圾前為滿足850 ℃/2 s指標(biāo)的工況升溫;爐膛投入垃圾過程中，為提高二英的高溫分解效率，為使?fàn)t膛保持高溫而機動性提升溫度。

2??? 燃油管線

2.1??? 主供油及回油管線

主供油管線是4套油槍給油管線，給油管線主要含油泵、手動球閥三閥組、過濾器、調(diào)節(jié)閥、壓力變送、流量計、壓力開關(guān)等。油泵控制含熱繼保護(hù)及就地/遠(yuǎn)程控制，油泵配置基本是一用一備。主供油管線基本是采用周循環(huán)方式，一根管線分別到達(dá)4個點火油槍處，再循環(huán)到回油管線，最后油流入油罐。設(shè)計中主供油管線通徑大些，有利于減少4只油槍間隙運行/停止產(chǎn)生回壓波動，對燃燒穩(wěn)定起到一定作用?；赜凸芫€配置了4～20 mA氣動調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)性能好、動作靈敏、無火花。調(diào)節(jié)閥同樣配置手動球閥三閥組，便于緊急情況時調(diào)節(jié)閥的維修，可通過旁路對整個油管線調(diào)壓。

2.2??? 油槍管線

油槍管線根據(jù)油槍功能配置，油槍按霧化方式可分為機械霧化、空氣霧化、蒸汽霧化等，本文以空氣霧化油槍為例，空氣霧化油槍管線含油角閥供油管路、吹掃管路、壓縮空氣管路，如圖1所示，3個管路均含氣動快關(guān)閥、手動截止閥、止回閥等。氣動快關(guān)閥是根據(jù)設(shè)計要求，由程序發(fā)出可使燃燒設(shè)備快速切斷一切燃料的主要元件。氣動快關(guān)閥閥體以球閥為主，結(jié)構(gòu)簡單，流體阻力小，密封性能好，開閉迅速，便于電氣控制。止回閥設(shè)置在吹掃及壓縮空氣管路后端，阻止油路向氣路回油。手動截止閥是使用和關(guān)閉油路及氣路管線的手動操作部件，對于調(diào)節(jié)流量仍然起到很大的作用。

3??? 燃燒設(shè)備及配風(fēng)系統(tǒng)

3.1??? 燃燒設(shè)備

燃燒器主要包括燃燒器本體、配風(fēng)擋板、前面板、觀察孔、安裝法蘭、支吊架組件、點火燃燒器套筒、耐熱鋼制作的燃燒噴嘴及平流式穩(wěn)燃罩裝置。燃燒器與外部配風(fēng)系統(tǒng)、油槍冷卻風(fēng)入口、吹掃空氣入口等采用法蘭式金屬軟連接。燃燒器作為系統(tǒng)整體框架結(jié)構(gòu)的集成，匯集了點火裝置、火焰檢測裝置、推進(jìn)裝置、配風(fēng)系統(tǒng)裝置等，為油槍點火、穩(wěn)定燃燒提供可靠的保障。

3.2??? 配風(fēng)系統(tǒng)

配風(fēng)系統(tǒng)主要由變頻風(fēng)機、調(diào)節(jié)風(fēng)門、風(fēng)管線、風(fēng)管流量計、風(fēng)管壓力變送器等組成。配風(fēng)主要工作狀態(tài)為點火前的吹掃，點火進(jìn)行中的配風(fēng)，爐膛運行中燃燒器風(fēng)冷。配風(fēng)系統(tǒng)功能主要是為油槍點火燃燒提供充足的氧含量使其充分燃燒，改善火焰形狀、長度和強度;對燃燒器本體提供風(fēng)冷，隔斷爐膛正壓時熱風(fēng)對燃燒器附近設(shè)備儀表的熱輻射危害。

4??? 火焰檢測及爐膛監(jiān)測系統(tǒng)

4.1??? 火焰檢測設(shè)備

可見光火焰檢測設(shè)備以下簡稱“火檢”，適用于油燃燒后產(chǎn)生的可見光光譜范圍?；饳z是啟動及輔助燃燒設(shè)備從點火到運行，判斷油槍在整個燃燒過程中是否被引燃的重要依據(jù)?；饳z強度以4～20 mA信號反饋給上位機系統(tǒng)，以便更加有效地判斷火焰變化。程序控制的配風(fēng)比例會導(dǎo)致油槍火焰閃爍，根據(jù)火檢強度能夠更有效地進(jìn)行把控，對程序判斷油槍是否滅火并及時切斷油燃料閥起著重要作用?；饳z系統(tǒng)由火檢冷卻風(fēng)機、冷卻管線和閥組組成。

4.2??? 爐膛監(jiān)測系統(tǒng)

爐膛監(jiān)測系統(tǒng)（以下簡稱“爐膛工業(yè)電視”）[1]是通過屏幕監(jiān)測燃燒鍋爐內(nèi)油槍燃燒狀態(tài)的電視監(jiān)視系統(tǒng)。操作者可在集控室的大屏上直觀地看到爐膛內(nèi)油槍點火、正常燃燒和熄火的工作狀態(tài)，如圖2所示。

火焰檢測設(shè)備及爐膛監(jiān)測系統(tǒng)在鍋爐燃燒控制領(lǐng)域已廣泛投入使用，在鍋爐的FSSS系統(tǒng)中起到安全保障作用。

5??? 燃燒器控制管理

5.1??? 燃燒器控制

點火燃燒器單元包括啟動燃燒器2臺、輔助燃燒器2臺，分別布置在爐后墻及爐上側(cè)部，以使?fàn)t膛均勻受熱。單臺燃燒器點火控制步驟大致如下：變頻風(fēng)機準(zhǔn)備好→變頻風(fēng)機遠(yuǎn)程狀態(tài)→開變頻風(fēng)機→設(shè)定變頻風(fēng)機頻率→設(shè)定助燃風(fēng)調(diào)節(jié)閥開度→進(jìn)入吹掃5 min→吹掃完成→設(shè)定變頻風(fēng)機頻率→設(shè)定油調(diào)節(jié)閥開度→進(jìn)點火槍→進(jìn)油槍→開壓縮氣閥→開點火器→開油閥→火檢判斷，火檢判斷有火后會在操作畫面上顯示火焰圖標(biāo)。點火成功后，火檢顯示有火，燃燒器顯示運行。點火失敗后，吹掃閥吹掃一定時間后自動關(guān)閉，油槍退出?？刂葡到y(tǒng)可通過自動狀態(tài)中一鍵自動點火或遠(yuǎn)程DCS一鍵點火方式進(jìn)行點火，前提是手動試驗點火成功后數(shù)據(jù)參數(shù)已經(jīng)定義。燃燒器點燃與否通過可見光火焰檢測儀進(jìn)行判斷或通過工業(yè)電視進(jìn)行觀測，現(xiàn)場燃燒狀態(tài)及報警等信號遠(yuǎn)程傳給DCS。

燃燒器程控柜為系統(tǒng)控制核心，內(nèi)部裝有PLC邏輯控制單元。燃燒器程控柜還設(shè)置觸摸屏提供點火系統(tǒng)的監(jiān)視和操作界面，系統(tǒng)的所有監(jiān)視與操作可在觸摸屏上完成。被控設(shè)備主要由閥門、火檢、高能點火裝置、推進(jìn)器、過程儀表組成，過程儀表中壓力變送器、壓力開關(guān)用來檢測管線壓力高低，流量計用于檢測管線流量等[2]。

5.2??? 燃燒器管理

工藝操作畫面：主要用于點火、控制方式、設(shè)備狀態(tài)、報警顯示，如圖3所示。

手動控制畫面：主要用于點火器、閥門、變頻器風(fēng)機控制及參數(shù)設(shè)置。

自動控制畫面：主要用于油調(diào)節(jié)閥參數(shù)、吹掃時間及比例設(shè)定參數(shù)設(shè)置。

故障報警畫面：主要用于低點報警參數(shù)設(shè)定，部分報警投入確定。

曲線顯示畫面：主要用于油流量、油閥開度、風(fēng)機頻率、助燃風(fēng)調(diào)節(jié)閥開度顯示。

附屏顯示畫面：控制主頁畫面右下角，用于急停狀態(tài)控制。

管理單元中的重點是油管支路閥門的管理，燃燒器油閥門控制，包括遠(yuǎn)程操作/就地手動啟停。燃料投入燃燒器點火成功后，操作員根據(jù)各管理單元參數(shù)判斷燃燒穩(wěn)定狀況，燃燒器投入是否已經(jīng)正常運行。燃燒器油槍支管油閥參與MFT跳閘聯(lián)鎖[3]，當(dāng)火檢無火或出現(xiàn)MFT跳閘信號，油槍支管油閥自動關(guān)閉。

6??? 油槍部分問題總結(jié)及注意事項

6.1??? 油槍堵塞問題處理

油槍堵塞問題主要分布在投運前、中、后三個階段。在燃燒器投運前，為了防止油槍堵塞，主要對燃油管線、霧化氣管線進(jìn)行吹掃，目的是清除管線中焊渣及灰塵。吹掃完成后對管線進(jìn)行密封試驗，在所有管線上的閥組氣密性檢驗滿足要求后，方可進(jìn)入點火狀態(tài)。密封試驗?zāi)康氖欠乐裹c火前管線及閥組油外漏或油內(nèi)漏結(jié)焦。燃燒器投運中，為防止油槍結(jié)焦堵塞，燃燒器的配風(fēng)是重點，配風(fēng)是跟隨油槍中油投入的流量增減，如果爐膛溫度過高而配風(fēng)少則容易積炭結(jié)焦。其次，油槍霧化氣管線壓力減小或者油槍霧化效果不良，油槍低溫燃燒不充分，也會產(chǎn)生燃燒冒黑煙積炭結(jié)焦現(xiàn)象，要根據(jù)油槍特點把霧化氣管線壓力調(diào)節(jié)到油槍正常使用范圍;燃燒器投運結(jié)束后（油槍停止使用），如果不使用吹掃管線對油槍進(jìn)行吹掃，油槍支管線上的閥門關(guān)閉后，油槍管內(nèi)仍殘留油，這時如果爐膛高溫運行一段時間，油槍管內(nèi)的油就會高溫烘烤結(jié)焦，直接影響下次投入使用。所以油槍投運結(jié)束后，要及時對油槍內(nèi)部再次進(jìn)行吹掃點燃，油槍投運結(jié)束后吹掃時間可設(shè)定在60 s范圍內(nèi)，吹掃的同時再投入點火槍工作一次，點燃?xì)埩舻挠停紵饔蜆尨祾咄瓿珊蠡謴?fù)到初始點火準(zhǔn)備投入狀態(tài)。

油槍堵塞的其他外圍原因分析：油槍噴頭結(jié)構(gòu)不合理導(dǎo)致霧化效果不好、霧化角度不合理;提供柴油品質(zhì)不達(dá)標(biāo);油管線過濾器濾網(wǎng)選型不正確導(dǎo)致雜質(zhì)阻塞;現(xiàn)場環(huán)境溫度過低導(dǎo)致燃油流通性不穩(wěn)等等。本文不再過多敘述。

6.2??? 避免油槍冒黑煙現(xiàn)象

油槍點火運行中油槍霧化效果不好、燃燒不充分、火焰發(fā)黃且配風(fēng)不合理產(chǎn)生大量黑煙，原因分析如下：正常投運時爐膛溫度并沒有達(dá)到輔助燃燒器投入要求，為了提高爐膛溫度上升速度而沒有按溫升曲線投入了大流量油槍運行，爐膛負(fù)壓沒有跟進(jìn)，空氣含氧量減少，導(dǎo)致幾根油槍燃燒不充分冒黑煙。解決方式：先逐步運行啟動燃燒器，使?fàn)t膛根據(jù)鍋爐溫升曲線升溫，到達(dá)爐溫要求后，控制引風(fēng)機頻率及爐膛負(fù)壓、控制燃燒器給風(fēng)系統(tǒng)，等爐膛溫度穩(wěn)定后再引燃一側(cè)或另一側(cè)輔助燃燒器（輔助燃燒器油槍流量1 t/h），燃燒穩(wěn)定后再次選擇性投入另一側(cè)輔助燃燒器，直到爐膛溫度調(diào)節(jié)穩(wěn)定。通過觀火孔或爐膛工業(yè)電視可以看出油槍燃燒效果，如果配風(fēng)不好、火焰亮度不夠，火焰明顯強度也不夠，爐膛工業(yè)電視大屏畫面會顯示爐膛比較灰暗，不是很明朗，可以判斷冒黑煙。圖4是從燃燒器觀測孔及工業(yè)爐側(cè)墻觀測孔拍攝燃燒對比畫面，燃燒比較明亮說明配風(fēng)正好、燃燒充分，冒黑煙很少。

6.3??? 油槍火焰穩(wěn)定性處理

油槍投入使用后火焰燃燒不穩(wěn)定，火焰燃燒一小會兒就滅掉。首先檢查鍋爐爐膛負(fù)壓是否過低，低于-100 Pa。正?？刂圃?80～-50 Pa（此參數(shù)適用于本次爐況，僅供參考），檢查現(xiàn)場油路壓力在0.7～1.1 MPa，現(xiàn)場壓縮空氣壓力0.6～0.8 MPa是否滿足，變頻風(fēng)機控制及反饋信號是否正常，火檢信號是否正確。排查完成、現(xiàn)場工況一切正常后，首先通過試點火調(diào)試總結(jié)分析如下：當(dāng)空氣霧化油槍油壓高于氣壓一定區(qū)間時油顆粒明顯增多，爐膛工業(yè)電視目測爐膛變暗且有黑煙產(chǎn)生，雖然增加配風(fēng)有所改善，但風(fēng)開大了油槍反而容易脫火。當(dāng)油槍油壓低于氣壓一定區(qū)間時就發(fā)現(xiàn)油槍油量明顯減少，火焰出現(xiàn)頻率性閃爍、不穩(wěn)定，然后就滅掉。爐膛出現(xiàn)以上兩種現(xiàn)象時就很容易判斷火焰不穩(wěn)定的主要原因仍然是沒有有效掌握油槍的配比參數(shù)、配風(fēng)參數(shù)，所以應(yīng)對現(xiàn)場油壓及氣壓做適當(dāng)調(diào)節(jié)，及時記錄油槍油供給壓力、氣供給壓力、助燃風(fēng)參數(shù)、爐膛負(fù)壓參數(shù)等。進(jìn)行第二次點火運行后根據(jù)參數(shù)再次點燃油槍，油槍燃燒不穩(wěn)定將會有很大改善。其次，試驗證明，油槍定位也起到很重要的作用。如圖5所示，油槍伸出過短，火焰強度雖然不錯，但油槍頭處霧化油一直在穩(wěn)燃罩上燃燒，對穩(wěn)燃罩及油槍頭帶來很大的高溫?fù)p傷，時間一長還會焦化變形、不好拔出。油槍伸出過長，火焰強度因為與燃燒口處配風(fēng)沒有有效結(jié)合而變?nèi)酰遗滹L(fēng)角度也不對，會產(chǎn)生黑煙，很容易脫火。油槍適當(dāng)?shù)亩ㄎ粚τ蜆尫€(wěn)定燃燒起到保障作用，有利于延長燃燒器使用壽命，油槍適當(dāng)?shù)亩ㄎ灰彩窃O(shè)計人員設(shè)計的重要組成部分。油槍投運、穩(wěn)定燃燒過程中，要在現(xiàn)場及時觀測判斷、記錄參數(shù)，在出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定時，根據(jù)記錄及時處理。

6.4??? 運行中報警分析

燃燒器程控柜PLC邏輯控制單元中報警分類總結(jié)有點火失敗報警、油閥門打開無火報警、閥門故障報警（保護(hù)投入出現(xiàn)）、油壓低報警（保護(hù)投入出現(xiàn)）、壓縮空氣壓低報警（保護(hù)投入出現(xiàn)）、助燃風(fēng)壓低報警（保護(hù)投入出現(xiàn)）、風(fēng)機故障報警、急停（急停撤銷，按復(fù)位鍵后可撤除）等等。油槍點火當(dāng)中最主要的報警是點火失敗報警，點火失敗報警后不要立刻再次點火，因為爐膛內(nèi)充滿未點燃的油霧化顆粒，如果快速點火容易發(fā)生爆燃?，F(xiàn)場操作人員出現(xiàn)的重大錯誤操作就是連續(xù)頻繁點火，沒有觀察爐膛內(nèi)大范圍的油氣，很容易發(fā)生爆燃現(xiàn)象。所以點火失敗報警后一定要進(jìn)行爐膛空氣置換幾分鐘，等油霧化顆粒散去，通過燃燒器觀測孔及爐膛工業(yè)電視看到爐膛內(nèi)部視線清晰后，根據(jù)值長指示再次進(jìn)行運行操作，不要頻繁點火。為了避免點火頻繁失敗，爐排或灰斗積油，需要對油槍頭進(jìn)行檢查。就地檢查油槍頭是否堵塞，有環(huán)境條件的可以就地檢查油槍的空氣霧化效果。對點火設(shè)備、火檢設(shè)備也要同時檢查，排除掉點火指令發(fā)出而實際不點火、油槍有火而火檢檢測不出火等原因。其他故障報警是對油槍能否正常投入運行、是否滿足條件的邏輯判斷，在判斷油槍點不燃、油槍運行不穩(wěn)定時都可以通過報警參數(shù)分析得到答案。

7??? 結(jié)語

鍋爐系統(tǒng)中以油燃料為主要介質(zhì)的燃燒器已在各行業(yè)廣泛應(yīng)用，燃燒器中油槍技術(shù)也在生產(chǎn)使用中不斷成熟。本文主要是針對工程現(xiàn)場油槍出現(xiàn)的部分問題做技術(shù)性的經(jīng)驗總結(jié)，為產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計、操作人員技術(shù)培訓(xùn)、類似工程問題的處理提供參考依據(jù)。相信隨著更先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展融入、較高水平的科技人才隊伍建設(shè)，燃燒器油槍在垃圾焚燒、回轉(zhuǎn)爐窯、煤粉熱電等中小型鍋爐上的設(shè)計與使用會更加智能方便、安全可靠。

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收稿日期：2022-04-02

作者簡介：周龍（1979—），男，江蘇徐州人，工程師，從事工業(yè)爐燃燒控制系統(tǒng)、自動化系統(tǒng)設(shè)計及研發(fā)工作。