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月引進的燃氣蓄熱式燒嘴，將原燃燒柴油改為燃燒天然氣。本系統(tǒng)采用了負荷能力較小的點火燒嘴連續(xù)陪燒的方式，確保燒嘴切換燃燒安全。點火小燒嘴內(nèi)設點火電極，采用可編程控制器及觸摸屏等先進可靠元器件，實現(xiàn)各工作狀況邏輯操作、聯(lián)鎖保護、時序控制等功能，操作界面簡單明了，一體化設計，結構精巧，并配有火檢監(jiān)控，工作安全可靠。采用國產(chǎn)高可靠氣動角行程蝶閥進行空、煙氣切換，并配有高可靠閥位位置開關，確保切換安全。

1 系統(tǒng)工作原理

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

每個燒嘴與蓄熱床直接相連，交替工作或排煙，高溫煙氣在蓄熱床中進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，燃氣燒嘴氧化鋁球2～3月更換一次，每次更換需兩小時左右。

燒嘴的交替切換動作由PLC系統(tǒng)決定，本系統(tǒng)設有定周期切換、等溫差切換和定溫強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氣主槍、天燃氣點火槍、主槍火檢、點火槍火檢等元器件，并設有測溫熱電偶，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；設有測溫熱電偶，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)氣動切換閥

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

(4)主天燃氣槍

采用耐熱鋼制作，燒嘴調(diào)節(jié)比在1∶8以上；

(5)點火天燃氣槍

點火探針與噴管裝配成一體，點火方便可靠；

(6)鼓風機

采用9-19風機，性能參數(shù)為風量6300m3/k，靜壓(20℃)85mbar，功率30kW；

(7)排煙機

高性能非標風機，最高工作溫度可達550℃，風葉采用后曲線型結構，有極高的動態(tài)平衡性能。該排煙機性能參數(shù)為排煙量10000m3/h，靜壓(20℃)-110mbar，功率37kW；

(8)主排煙電動蝶閥

采用高可靠性電動頭驅(qū)動，設有開閉位置開關，接收4～20mA電信號，可連續(xù)對爐膛壓力進行控制，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)天燃氣管路

設有壓力開關、壓力表、流量計、過濾器、調(diào)壓閥、電磁閥、高低壓開關等器件。切換閥采用雙安全快速切斷閥，慢開快閉，同時配有常開接點的電磁放散閥，爐子每次啟動時自動對閥門進行泄漏檢查，確保工作安全；

(11)供風及排煙管路

設有壓力開關及壓力儀表，并裝有切換閥門，在長距離供風管路上風機前專門設有氣動蝶閥以解決風機“喘震”問題；

(12)冷卻風管路

主要用以冷卻主天燃氣槍、點火槍、火檢等元器件，每個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

設有壓力開關及氣動三元件等元器件，分成多條支管路，分別驅(qū)動各氣動蝶閥切換動作。壓縮空氣耗量約30m3/h(6bar)；

(14)天燃氣、助燃風比例調(diào)節(jié)閥

由Honeywell公司電動頭及Maxon公司連桿閥組成，可精確調(diào)整出所需的天燃氣燃燒量范圍及配套的助燃風量范圍，兩者聯(lián)動調(diào)節(jié)，動作迅速可靠，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)運行各參數(shù)及故障報警信息屏幕顯示。同時設有溫度記錄和超溫報警儀表，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到，PLC報警并切斷火焰切換程序，同時顯示故障信息，見圖1。

圖1

4 系統(tǒng)正常運行狀態(tài)

·系統(tǒng)手動啟動；

·助燃風機、冷卻風機、排煙機自動啟動運行；

·系統(tǒng)自動對所有工作介質(zhì)壓力進行檢測，并全過程監(jiān)控；

·進行閥門自動檢漏程序，對嘴前兩個安全快斷閥進行檢測；

·風、煙氣切換閥交替切換，系統(tǒng)對爐內(nèi)氣氛進行吹掃；

·點火程序控制器啟動；

·吹掃結束，兩燒嘴自動進行點火；

·如兩個燒嘴均沒有點著，復位后，系統(tǒng)重新進行吹掃；

·點火成功后，如鋁液溫度低于設定溫度，主槍自動啟動燃燒，鋁液溫度及爐壓進入自動控制狀態(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，鋁液控溫點溫度波動小于±3℃；

·爐壓自動控制；

·爐門開啟，主槍自動關閉，切換閥停止切換運行；爐門關閉，主槍自動投入，切換閥同步切換；

·溫度超過設定值，主槍關閉，切換閥停止切換。

5 常見故障分析與處理

5.1 系統(tǒng)啟動失靈

系統(tǒng)手動啟動后，風機不動作，系統(tǒng)沒有反應。首先檢查模塊CPU315是否處于運行狀態(tài)，如果處于停止狀態(tài)，重啟后是否能啟動；若無法啟動，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處于運行狀態(tài)時，檢查各按鈕的狀態(tài)和其觸點接觸是否良好，如急停按鈕是否被誤操作按下，恢復后即可；檢查啟動按鈕觸點是否接觸不良，更換即可。

5.2 各電機過載報警

可將各電機過熱繼電器手動復位，若仍報警，則需用萬用表檢查主回路中的接觸器、熱繼電器、線路和電機等各部分是否短路或接地。

5.3 各工作介質(zhì)壓力達不到設定值報警

待介質(zhì)壓力正常后，手動復位啟動。

5.4 點火天燃氣槍點火困難

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孔是否堵塞，如有問題則更換新槍；

2) 將小槍拿出來點火，觀察管內(nèi)點火探針是否打火，如不打火，檢查點火變壓器和點火控制器。若能打火，則需檢查天然氣電磁閥是否正常工作、助燃風和天然氣的壓力是否滿足點火要求。小槍點著以后調(diào)節(jié)火苗，調(diào)節(jié)風閥和氣閥，將火苗調(diào)成藍黃色，成立柱狀。若火苗成理想狀態(tài)，系統(tǒng)依然報警，燒嘴熄火，則說明系統(tǒng)沒有檢查到小槍燃燒信號，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接觸是否良好，若均正常，則其中相對應的6ES7321輸入模塊觸點燒壞，需更換。

5.5 主天燃氣槍燃燒故障

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，從而報警燒嘴熄火；另一種情況是主槍不工作，系統(tǒng)報警其它或不報警。

1) 打開爐門觀察火苗，火苗正常，火檢切換后，系統(tǒng)報警燒嘴熄火，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，灰渣積累過多會影響火檢對火苗的檢測。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，主槍點著之后突然報警燒嘴熄火，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。熔煉爐由兩個燒嘴周期切換燃燒，1號燒嘴工作時，1號助燃風閥和2號排煙閥處于打開狀態(tài)；2號燒嘴工作時，2號助燃風閥和1號排煙閥處于打開狀態(tài)，閥門開關不到位，系統(tǒng)停止燃燒并報警。首先檢查報警所示的換向閥、手動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、氣動閥是否損壞、氣動閥閥板是否卡住等。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)限位開關的凸輪或更換新的限位開關；若能正常切換，則開關輸入信號沒有問題，需要更換相對應的輸入模塊。

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

此外，點火控制器損壞時，會造成主槍電磁閥不工作；電磁閥本身卡阻，閥芯阻塞也會造成主槍不工作；

3) 正常燃燒過程中，兩個主槍停止工作，則說明爐膛溫度或者排煙管道溫度超過設定值。此時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影響燃燒；

4) 助燃風和氧化鋁球?qū)θ紵挠绊?。打開爐門觀察火焰，正?；鹧娉蓢娚錉?，聲音強度很大，若火焰成團狀，帶有黑煙，沒有聲音，顯得很悶，則說明助燃風壓力不夠，可先檢查助燃風機進風口是否有異物堵住，若沒有，則說明氧化鋁球損壞嚴重需要更換。

6 日常維護的要求

日常維護主要有：氧化鋁球的更換；點火小槍的檢查；排煙機軸承箱，潤滑油；助燃風機進風口保持干凈無異物；壓縮空氣管路過濾器及油霧器；各壓力開關的校正；各測溫熱電偶校正；爐門限位開關的檢查。

7 結束語

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，嚴重影響生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量。經(jīng)過不斷改進及注重日常維護，認真分析原因并及時排除故障，以確保燃燒系統(tǒng)長期正常良好運行。