淺談船用轉(zhuǎn)杯式燃燒器燃油鍋爐的技術(shù)特點(diǎn)和典型故障

馬健作 中遠(yuǎn)海運(yùn)特種運(yùn)輸股份有限公司

1.引言

船用鍋爐根據(jù)其不同的屬性，具備多種的分類方式，本文介紹的是立式直煙管燃油鍋爐，配置轉(zhuǎn)杯式燃燒器，燃燒產(chǎn)生高溫?zé)煔庠诖怪辈贾玫臒煿軆?nèi)流動(dòng)，把熱量傳遞給爐水，產(chǎn)生了蒸汽，用作貨油船甲板設(shè)備動(dòng)力源、燃油加熱、滅火及洗艙，以及滿足貨船日常生活中的取暖、熱水、烘衣等需要。立式直煙管燃油鍋爐操作管理方便、供汽穩(wěn)定、對(duì)水質(zhì)要求不高、工作可靠，在質(zhì)量、體積等指標(biāo)矛盾并不突出的內(nèi)燃機(jī)船舶中，目前仍得到廣泛應(yīng)用。配備的轉(zhuǎn)杯式燃燒器具有良好霧化炬特性，油的平均霧化粒度很細(xì)，粒度比較均勻；對(duì)燃料適應(yīng)性較廣，可適于重油、柴油、煤油以及原油燃燒，油管的出油孔較大且不易堵塞，對(duì)燃油的質(zhì)量要求較低；風(fēng)油比調(diào)節(jié)范圍較大，利用進(jìn)油管上的控制油閥就可以調(diào)節(jié)油的流量，調(diào)節(jié)的倍數(shù)通常應(yīng)大于5；調(diào)節(jié)空氣量的方法比較簡(jiǎn)單，且不影響油的霧化質(zhì)量。消耗霧化能量較小，具有較好的節(jié)油、節(jié)電效果。

筆者多年從事船用燃油鍋爐管理工作，積累了一些管理經(jīng)驗(yàn)，下面分享交流幾個(gè)燃油鍋爐故障案例，共同提高管理技術(shù)水平。

2.燃油加熱器故障，油溫過高，鍋爐不能正常工作

燃油鍋爐燃燒器配置SK VJ-M轉(zhuǎn)杯式燃燒器，燃燒器附帶有一套燃油電加熱器和一套PID燃油溫度自動(dòng)控制器，用于燃油加熱和燃油溫度控制，說明書要求鍋爐燃油粘度約為45 cSt，基于各種規(guī)格燃油的粘度不同，溫度控制器自動(dòng)控制進(jìn)爐油溫約在75-95℃之間。

2.1 故障現(xiàn)象

鍋爐運(yùn)行時(shí)突然發(fā)出燃油溫度高警報(bào)，油溫不受自動(dòng)控制，被加熱到145°C；為查找油溫過高故障，嘗試著調(diào)大燃油流量，讓鍋爐在大火焰工作，油溫能夠降低到85°C的正常值；但是，調(diào)小燃油流量，讓鍋爐在小火焰工作，油溫則迅速上升至145°C，機(jī)艙集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)再次發(fā)出鍋爐燃油溫度高警報(bào)。

2.2 故障分析

初步判斷故障原因是燃油循環(huán)量過小，當(dāng)電加熱器處于最小加熱量狀態(tài)時(shí)，熱能過大，導(dǎo)致了油溫異常變高。

2.3 故障排查

（1）檢查燃油電加熱器和溫度自動(dòng)控制器的各電路元件，沒有發(fā)現(xiàn)異常。

（2）拆檢燃油系統(tǒng)濾器和閥門，沒有發(fā)現(xiàn)異常。

（3）拆檢電加熱器端蓋內(nèi)側(cè)的節(jié)流閥6.5，見圖1，該節(jié)流閥由三只節(jié)流圈和兩根橡膠密封令組成，檢查發(fā)現(xiàn)橡膠密封令老化，節(jié)流圈壓緊后，其相互之間間隙很小，由于節(jié)流圈上的節(jié)流孔位置不相同，節(jié)流孔相互重疊擋住流道，使得通流面積變小，知道故障根源后，用紫銅床代替老化的橡膠令，安裝好節(jié)流圈。

（4）安裝試用，電加熱器和溫度控制器恢復(fù)了正常工作，排除了故障。

3.煙管內(nèi)壁臟堵，爐膛背壓升高，點(diǎn)火困難和燃燒不良故障

燃油鍋爐采用了螺紋煙管設(shè)計(jì)，與普通煙管相比，優(yōu)點(diǎn)是增加了換熱面積，一根尺寸相同的螺紋煙管的傳熱相當(dāng)于普通煙管的約1.8倍。缺點(diǎn)是管路螺紋容易結(jié)碳，不易清潔，致使煙氣通流面積變小或者堵塞，當(dāng)煙管內(nèi)壁嚴(yán)重結(jié)碳臟堵時(shí)，爐膛背壓將變高，導(dǎo)致燃油鍋爐點(diǎn)火困難和燃燒不良故障。

以下介紹自制的煙管水洗專用工具，實(shí)船使用效果較好，2-3人參加操作，用時(shí)約3小時(shí)，無(wú)需進(jìn)入高溫鍋爐內(nèi)部作業(yè)，操作人員只需站在鍋爐外面作業(yè)，利用壓力水清洗煙管，解決鍋爐點(diǎn)火困難和燃燒不良故障，提高熱效率和節(jié)約油耗。

3.1 煙管水洗專用工具

（1）清洗機(jī)一臺(tái)。額定壓力為20-25bar，3/8”外牙接頭。

（2）耐壓軟管一根。長(zhǎng)度10米，額定壓力大于25bar，3/8”內(nèi)牙接頭。

（3）煙管水洗專用工具一根。使用一根小鋼管Φ16mm×6m，一頭焊接一個(gè)3/8”外牙接頭。另一頭封住，并在端部圓柱面鉆開多個(gè)小孔，孔徑約為1.5mm。

3.2 煙管水洗操作（見圖2）

（1）停爐后打開燃燒器、爐膛放殘閥和煙面道門。

（2）操作人員站在鍋爐外面，把水洗專用工具的一頭（鉆有小孔）插進(jìn)煙管內(nèi)壁里面，另一頭用耐壓軟管與清洗機(jī)連接起來(lái)，清洗機(jī)壓力調(diào)至20-25bar，壓力水從水洗專用工具的四周小孔噴出，將煙管內(nèi)壁的灰燼和結(jié)碳清潔干凈。上下操縱專用工具，將煙管內(nèi)壁清洗干凈，如有少量結(jié)碳不易脫落，潮濕后通過熱脹冷縮也將自動(dòng)剝落。

（3）煙管清洗干凈，晾干后蓋回?zé)熋娴篱T，關(guān)閉放殘閥。關(guān)上燃燒器。

4.風(fēng)油比調(diào)整不當(dāng)，點(diǎn)火困難和燃燒不良故障

轉(zhuǎn)杯式燃燒器的燃油經(jīng)過空心轉(zhuǎn)軸輸送到3000～8000r/min的高速旋轉(zhuǎn)的杯形裝置中，轉(zhuǎn)杯是一個(gè)向外擴(kuò)張的空心圓錐體，旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生離心力或軸向力，在離心力的作用下，燃油緊貼于高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)杯內(nèi)表面上擴(kuò)散并形成非常薄的薄膜，薄油膜層沿著轉(zhuǎn)杯內(nèi)表面一邊旋轉(zhuǎn)一邊快速前進(jìn)，且油膜變得越來(lái)越薄，最后被霧化成細(xì)粒脫離杯口，沿順時(shí)針方向呈旋轉(zhuǎn)線形狀向前運(yùn)動(dòng)，此時(shí)徑向速度很大，進(jìn)而被一次風(fēng)霧化成細(xì)小的油滴，油滴被高速轉(zhuǎn)杯甩出，與二次風(fēng)相遇進(jìn)行燃燒。

一次風(fēng)約占總風(fēng)量的10%左右，經(jīng)由內(nèi)部軟風(fēng)管，由霧化風(fēng)擋板單獨(dú)調(diào)節(jié)，作用是霧化燃油和控制火焰長(zhǎng)度。

二次風(fēng)約占總風(fēng)量的75%左右，由調(diào)節(jié)擋板4控制進(jìn)風(fēng)量和含氧量，使之與燃油匹配進(jìn)行完全燃燒，避免排煙冒黑煙。

三次風(fēng)約占總風(fēng)量的5%左右，鍋爐廠家工程師在船舶試航時(shí)就設(shè)定好三次風(fēng)量，其作用是用于冷卻穩(wěn)焰盤，包容火焰外形。

下面介紹SKVJ-M轉(zhuǎn)杯式燃燒器風(fēng)油比調(diào)整，首先需了解“風(fēng)油調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)”的組成部分，見圖3，它包括控制盤、一次風(fēng)調(diào)節(jié)風(fēng)門傳動(dòng)桿、二次風(fēng)調(diào)節(jié)風(fēng)門傳動(dòng)桿、伺服馬達(dá)和燃油流量控制傳動(dòng)桿等五部分。當(dāng)燃油鍋爐增加負(fù)荷時(shí)，伺服馬達(dá)帶著控制盤逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，控制盤帶著一次風(fēng)調(diào)節(jié)風(fēng)門傳動(dòng)桿、二次風(fēng)調(diào)節(jié)風(fēng)門傳動(dòng)桿和燃油流量調(diào)節(jié)風(fēng)門傳動(dòng)桿一起移動(dòng)，增加一次風(fēng)、二次風(fēng)和燃油流量，鍋爐火焰變大，產(chǎn)汽量增加。

表1 燃油鍋爐負(fù)荷、燃油流量、一次風(fēng)量和二次風(fēng)量調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)一覽表

4.1 燃油流量調(diào)整

4.1.1 最小燃油流量調(diào)整

當(dāng)燃油鍋爐運(yùn)行時(shí)，控制盤顯示1格負(fù)荷，通過調(diào)節(jié)“燃油流量控制傳動(dòng)桿”的長(zhǎng)度，使燃油流量在50升/小時(shí)左右，可從流量表讀取。

4.1.2 最大燃油流量調(diào)整

燃油鍋爐運(yùn)行時(shí)，控制盤顯示10格負(fù)荷，通過調(diào)節(jié)“燃油流量控制傳動(dòng)桿”支點(diǎn)處于最上端，使燃油流量在110升/小時(shí)左右，同樣可以從流量表讀取。

4.2 一次風(fēng)量調(diào)整

一次風(fēng)又稱為霧化風(fēng)，其作用是霧化燃油和控制火焰長(zhǎng)度。

4.2.1 點(diǎn)火工況一次風(fēng)量調(diào)整

在鍋爐點(diǎn)火時(shí)，控制盤顯示1.5格負(fù)荷，通過調(diào)節(jié)“一次風(fēng)調(diào)節(jié)風(fēng)門傳動(dòng)桿”的長(zhǎng)度，讓擋板略微開啟；如果調(diào)節(jié)不起作用，則需要拆出控制盤，調(diào)整控制盤1數(shù)字對(duì)應(yīng)“一次風(fēng)鋼帶”的滑塊，見圖4，使擋板略微開啟，測(cè)量記錄該滑塊與控制盤內(nèi)緣的距離，比如該數(shù)值是45mm，為后面的調(diào)節(jié)操作做參考值。

4.2.2 其他工況一次風(fēng)量調(diào)整。

根據(jù)新鍋爐數(shù)據(jù)顯示，“一次風(fēng)鋼帶”（見圖4）應(yīng)呈現(xiàn)漸進(jìn)擴(kuò)大的形狀，拆出控制盤，調(diào)整操作如下：

①分別調(diào)整控制盤2-5數(shù)字對(duì)應(yīng)的“一次風(fēng)鋼帶”的滑塊，讓相鄰滑塊距離擴(kuò)大約3毫米，比如控制盤1數(shù)字對(duì)應(yīng)的滑塊與控制盤內(nèi)緣的距離是45mm，則2、3、4、5數(shù)字對(duì)應(yīng)的滑塊與控制盤內(nèi)緣的距離依次為42mm、39mm、36mm、33mm。

②分別調(diào)整控制盤6-8數(shù)字對(duì)應(yīng)的“一次風(fēng)鋼帶”的滑塊，讓相鄰滑塊距離擴(kuò)大約4.5毫米。比如控制盤的5數(shù)字對(duì)應(yīng)的滑塊與控制盤內(nèi)緣的距離是33mm，則6、7、8數(shù)字對(duì)應(yīng)的滑塊與控制盤內(nèi)緣的距離依次為28.5mm、24mm、19.5mm。

③分別調(diào)整控制盤9-10數(shù)字對(duì)應(yīng)的“一次風(fēng)鋼帶”的滑塊，讓相鄰滑塊距離擴(kuò)大約4毫米。比如控制盤的8數(shù)字對(duì)應(yīng)的滑塊與控制盤內(nèi)緣的距離是19.5mm，則9、10數(shù)字對(duì)應(yīng)的滑塊與控制盤內(nèi)緣的距離依次為15.5mm、11.5mm。

4.3 二次風(fēng)量調(diào)整

二次風(fēng)又稱為燃燒風(fēng)，其作用是控制進(jìn)風(fēng)量和含氧量，避免排煙冒黑煙；二次風(fēng)太大或者太小，都會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)火困難；另外，二次風(fēng)太大，火焰容易被風(fēng)吹滅；二次風(fēng)太小，將出現(xiàn)燃燒不良，冒黑煙。

4.3.1 點(diǎn)火工況二次風(fēng)量調(diào)整

當(dāng)鍋爐點(diǎn)火時(shí)，控制盤顯示1.5格負(fù)荷，通過調(diào)節(jié)“二次風(fēng)調(diào)節(jié)風(fēng)門傳動(dòng)桿”的長(zhǎng)度，使火焰呈現(xiàn)橘紅色，火焰長(zhǎng)度適中，火焰流速適中，不冒黑煙。如果調(diào)節(jié)傳不起作用，則需要拆出控制盤，調(diào)整控制盤1數(shù)字對(duì)應(yīng)的“二次風(fēng)鋼帶”滑塊，見圖4，改善火焰狀態(tài)。測(cè)量記錄該滑塊與控制盤內(nèi)緣的距離，比如該數(shù)值是41mm，為后面調(diào)節(jié)做參考值。

4.3.2 其他工況二次風(fēng)量調(diào)整

當(dāng)鍋爐小負(fù)荷工作時(shí)，火焰比較小，容易被風(fēng)吹滅，當(dāng)鍋爐大負(fù)荷工作時(shí)，火焰比較大，不容易被風(fēng)吹滅，所以，鍋爐小負(fù)荷工作時(shí)，二次風(fēng)變化量要小，避免火焰被吹滅；而當(dāng)鍋爐大負(fù)荷工作時(shí)，二次風(fēng)變化量可以大一些。

根據(jù)新鍋爐數(shù)據(jù)顯示，“二次風(fēng)鋼帶”應(yīng)呈現(xiàn)漸進(jìn)收縮的形狀，拆出控制盤，調(diào)整操作如下：

①分別調(diào)整控制盤2-3 數(shù)字對(duì)應(yīng)的“二次風(fēng)鋼帶”的滑塊，讓相鄰滑塊距離收縮約0.5毫米。比如控制盤1數(shù)字對(duì)應(yīng)的滑塊與控制盤內(nèi)緣的距離是41m m，則2、3數(shù)字對(duì)應(yīng)的滑塊與控制盤內(nèi)緣的距離依次為40.5mm、40mm。

②分別調(diào)整控制盤4-5數(shù)字對(duì)應(yīng)的“二次風(fēng)鋼帶”的滑塊，讓相鄰滑塊距離收縮約1毫米。比如控制盤的3數(shù)字對(duì)應(yīng)的滑塊與控制盤內(nèi)緣的距離是40mm，則4、5數(shù)字對(duì)應(yīng)的滑塊與控制盤內(nèi)緣的距離依次為39mm、38mm。

③分別調(diào)整控制盤6-8數(shù)字對(duì)應(yīng)的“二次風(fēng)鋼帶”的滑塊，讓相鄰滑塊距離收縮約2毫米。比如控制盤的5數(shù)字對(duì)應(yīng)的滑塊與控制盤內(nèi)緣的距離是38mm，則6、7、8數(shù)字對(duì)應(yīng)的滑塊與控制盤內(nèi)緣的距離依次為36mm、34mm、32mm。

④分別調(diào)整控制盤9-10數(shù)字對(duì)應(yīng)的“二次風(fēng)鋼帶”的滑塊，讓相鄰滑塊距離收縮約3毫米。比如控制盤的8數(shù)字對(duì)應(yīng)的滑塊與控制盤內(nèi)緣的距離是32mm，則9、10數(shù)字對(duì)應(yīng)的滑塊與控制盤內(nèi)緣的距離依次為29mm、26mm。

5.結(jié)語(yǔ)

船用鍋爐是遠(yuǎn)洋船舶“四機(jī)一爐”中的重要設(shè)備，其性能好壞影響船舶營(yíng)運(yùn)安全、貨物裝卸安全和船員日常生活起居質(zhì)量。通過介紹船用轉(zhuǎn)杯式燃油鍋爐的技術(shù)特點(diǎn)和典型故障，對(duì)規(guī)范管理、節(jié)約成本和船舶適航具有重要意義。