XNS5520型焙燒爐燃燒系統(tǒng)改造

張采鋒

中國北車齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司鑄鋼分廠設(shè)備組 黑龍江齊齊哈爾市

一、存在的問題

XNS5520型焙燒爐，燃燒系統(tǒng)為意大利百得公司生產(chǎn)的BGN200P燃燒器。使用中BGN200P型燃燒器出現(xiàn)一些問題，嚴重影響焙燒爐運行。

1.工作時無法啟動點火程序

燃燒器工作時首先要進行預(yù)先吹掃，達到設(shè)定時間后再進行下一步以確保安全。現(xiàn)場工作環(huán)境灰塵、粉塵較大，一旦堵住壓力開關(guān)取壓口，則壓力開關(guān)檢測不準(zhǔn)，導(dǎo)致工作中經(jīng)常發(fā)生風(fēng)機不工作或點火異常，造成燃燒器報警停止工作。

2.點火電極工作異常

焙燒爐在酯硬化工藝中使用，再生砂中潮氣比例高。點火電極工作電壓在8kV以上，如果燃燒器中環(huán)境濕度太大，點火電極在工作中極易發(fā)生絕緣瓷管被擊穿從而對地放電，這時點火電極前端就不能正常打火點燃天然氣。焙燒爐附近是鋼水澆注廠地，澆注過程中產(chǎn)生的煙氣濕度非常大，雨季時更加嚴重，點火電極旁邊均是濕灰塵，電極根本不能正常工作。

3.空氣伺服電機工作異常

燃燒器風(fēng)量調(diào)節(jié)是通過空氣伺服電機控制兩塊風(fēng)門轉(zhuǎn)動的角度。現(xiàn)場工作環(huán)境很差，再生系統(tǒng)本身灰塵就大，周圍又有鋼水澆注和打箱場地。在風(fēng)機入口和伺服電機旋轉(zhuǎn)處產(chǎn)生的大量沉積灰塵極易板結(jié)，造成伺服電機和風(fēng)門轉(zhuǎn)動困難。一旦伺服電機不能正常工作，則沒有信號反饋到程序控制器，這時燃燒器就會報警而停止工作。

4.電離電極工作異常

電離電極是檢測燃燒器火焰是否正常燃燒的重要元件，火焰正常燃燒時電離電極產(chǎn)生的電離電流必須在6μA以上，否則就無法檢測出火焰。百得燃燒器的電極使用幾個月后，程控器接收不到電離電流信號，系統(tǒng)報警停止工作。維修電離電極時，經(jīng)常需要維修人員進入焙燒爐，對維修工作十分不利。

5.維修困難

雖然焙燒爐使用中發(fā)生故障，燃燒器就會亮起報警指示燈，但故障原因不明。只能拆開上蓋板觀察，憑借維修人員經(jīng)驗判斷故障部位。點火電極、檢測電極壓力開關(guān)和伺服電機是經(jīng)常需要維護的元件，每次處理故障時拆裝十分不便。

二、焙燒爐燃燒系統(tǒng)改造

1.改造方案

拆除整套BGN200P燃燒器，使用能適應(yīng)焙燒爐工況的國產(chǎn)高速燒嘴及配套設(shè)備。由于百得BGN200P燃燒器燒嘴、風(fēng)機、控制系統(tǒng)是一體化，更換燒嘴后必須重新設(shè)計、安裝電氣控制系統(tǒng)，確保改造后的控制系統(tǒng)安全、可靠運行。燃燒控制器、紫外線光敏管、空/燃比例閥、空氣蝶閥、燃氣電磁閥等關(guān)鍵元件，均采用德國霍科德公司產(chǎn)品。為最大程度防止灰塵、振動、潮濕帶來的影響，采用全封閉式繼電器、帶防塵罩式按鈕以及密封性能高的控制箱。改造后燃燒及控制系統(tǒng)和原砂再生控制系統(tǒng)無縫對接，不能影響整個系統(tǒng)正常運行。各元件便于拆卸、維護，方便檢修。

2.燒嘴燃燒系統(tǒng)（圖 1）

圖1 焙燒爐燒嘴燃燒系統(tǒng)

在拆除BGN200P燃燒器后的爐體原位置安裝1套KC160燒嘴（大連昌榮公司生產(chǎn)）及配套燒嘴磚。KC160燒嘴是燃燒系統(tǒng)核心，特點是高噴出速度、高切換頻率、將空氣與燃氣充分混合防止燃氣回火。在爐前加裝1臺鼓風(fēng)機（流量2000m3/h、電機功率4kW）為爐內(nèi)鼓風(fēng)。在風(fēng)管路安裝1個手動蝶閥控制進風(fēng)量。1根長300mm的電極作為點火裝置直接安在燒嘴上，更換和維護十分方便。USV1型紫外線光敏管用于檢測電極，接收物質(zhì)燃燒時發(fā)射的紫外光，有效探測火焰變化并進行控制。一旦發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)火焰不穩(wěn)定或有熄火故障會立刻發(fā)出報警信號，同時切斷燃氣電磁閥防止燃氣進入爐內(nèi)。USV1型紫外線光敏管的觀測孔徑小且離燒嘴較遠，故障極少。IFS258型燃燒控制器是燃燒控制系統(tǒng)的核心部件。燃氣管路安裝VG快開快閉型燃氣電磁閥和GIK型空/燃比例閥，實現(xiàn)恒定的空/燃比例，通過鼓風(fēng)管路接過來的風(fēng)壓控制空/燃比例閥燃氣流量，獲得在不同狀態(tài)下燒嘴燃燒所需的燃氣量。風(fēng)管路安裝MK型高溫空氣電磁蝶閥，可方便調(diào)整風(fēng)量。在風(fēng)管路和燃氣管路上各安裝1個DG型壓力開關(guān)，當(dāng)風(fēng)壓和燃氣壓力異常時進行保護。在焙燒爐、天然氣管道周圍安裝4個漏氣檢測探頭，一旦檢測出天然氣泄漏，立即報警提示。

3.工作原理（圖 2、圖 3）

圖2 鼓風(fēng)機電氣控制原理

圖3 燃燒控制器電氣控制原理

按下SB2按鈕，KM1吸合，鼓風(fēng)機啟動，對焙燒爐進行吹掃（燃氣電磁閥關(guān)閉不嚴或多次點火不著時會有大量燃氣聚積，若點火前不先進行吹掃而直接點火極易發(fā)生燃爆事故），吹掃時間由延時繼電器KT1控制。鼓風(fēng)機啟動后，壓力開關(guān)KP2動作，KA4斷開。管路中燃氣壓力正常，燃氣管路上的壓力開關(guān)KP1動作，KA3斷開。當(dāng)KT1達到預(yù)設(shè)時間后KA5吸合，這時即可進行點火工作。若砂再生控制系統(tǒng)發(fā)出可點火信號，啟動點火開關(guān)SB4，則IFS258型控制器進入火焰模擬和自檢測階段。如果在此期間燒嘴控制器未檢測到火焰信號，這時燃氣電磁閥YV1會打開，同時點火變壓器TX1開始工作，輸出8000V的電壓給點火電極T1，點火電極對燒嘴壁的高壓放電產(chǎn)生電弧，點燃天然氣。如果在安全時間內(nèi)光電管UV1檢測火焰正常后，點火過程結(jié)束，焙燒爐可正常工作，KA1吸合、火焰正常指示燈HL2亮；反之安全時間內(nèi)沒有檢測到火焰信號，燃燒控制器鎖定，則KA2吸合有報警輸出，同時燃氣電磁閥關(guān)閉、故障信號燈HL3亮，此時維修人員或操作者必須查找故障原因。焙燒爐正常工作后由光電管、壓力開關(guān)對燃燒狀態(tài)、天然氣壓力、風(fēng)機工作情況進行監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)異常，則自動切斷燃氣電磁閥，并輸出報警信號。徹底排除故障后，按下復(fù)位按鈕SB3，重新點火繼續(xù)工作。西門子MP277多功能顯示屏顯示、記錄所有運行和報警信息，供維修人員查詢使用。

改造后的燃燒控制系統(tǒng)中，原BGN200P型燃燒器與砂再生控制系統(tǒng)PLC所有控制、通信線路不變。圖3中16KA4號線由砂再生控制PLC輸出，在改造后的控制系統(tǒng)中用來控制點火工作，17號、N兩根報警信號線仍輸入至砂再生控制PLC部分，確保改造后無縫對接。溫度均勻性、升溫速度、溫度的恒定是焙燒爐控制重要參數(shù)，直接影響舊砂再生質(zhì)量，溫度控制采用歐陸818P4溫度調(diào)節(jié)器，使溫度控制更加精確。

焙燒爐工作時，點火正常后燒嘴會用小火維持爐內(nèi)溫度，這時空氣電磁閥雖未得電，但可將閥門調(diào)節(jié)到30°位置以保證爐內(nèi)燃燒所用。溫度調(diào)節(jié)器脈沖輸出時，KA01得電，由KA01和火焰正常繼電器KA1控制空氣蝶閥，空氣蝶閥再控制GIK空/燃比例閥，此時爐內(nèi)是大火焰工作；溫度調(diào)節(jié)器沒有輸出時，空氣電磁閥關(guān)閉，進風(fēng)量減少，隨之空/燃比例閥調(diào)節(jié)，減少進氣量爐內(nèi)以小火燃燒。這樣可按工藝要求調(diào)節(jié)爐內(nèi)溫度，并且升溫迅速、爐內(nèi)烘道溫度均勻。這種控制方式可減少點火次數(shù)，既可節(jié)省點火電極損耗，又可避免因點火不著多次點火時爐內(nèi)燃氣殘留帶來的安全隱患。

三、改造效果

焙燒爐燃燒系統(tǒng)改造后經(jīng)過兩年多運行，燃燒系統(tǒng)在潮濕天氣、灰塵大環(huán)境中運行穩(wěn)定、故障極少。點火電極、紫外光電管、壓力開關(guān)等經(jīng)常需檢修的元件均便于拆卸，出現(xiàn)問題一般操作者即可處理。焙燒爐燃燒系統(tǒng)全部是自動控制，與原砂再生系統(tǒng)聯(lián)動控制，整個控制系統(tǒng)采用多種保護措施，確保安全運行。再生后的舊砂經(jīng)取樣化驗成分均合格，各項指標(biāo)均優(yōu)于改造前，完全滿足工藝要求。 W13.12-28