加熱罩燒嘴常見的故障原因分析及處理流程

李燕森

摘 要：加熱罩是熱處理工序中重要的核心設備，其加熱能力的大小與燒嘴工作的穩定性有著密切的聯系。柳鋼全氫罩式退火爐加熱罩燒嘴故障形式，主要表現為燒嘴不能正常點火，燒嘴處于熄滅狀態；燒嘴能點火，但持續時間不長，然后熄滅；燒嘴能正常點火，但燃燒狀況較差，加熱能力降低，控制溫度難以跟上系統設定溫度。文章通過分析總結及跟蹤處理，得出了燒嘴常見故障的快速診斷方案和處理流程，極大地提高了燒嘴燃燒的穩定性。

關鍵詞：加熱罩；燃燒；燒嘴；穩定性

中圖分類號：TG155.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）24-0109-02

鋼鐵行業的煉鋼煉鐵流程離不開燃燒加熱這一過程，根據冷軋廠的過程工藝，以全氫罩式爐為載體完成鋼卷的精細化處理。其中，加熱罩是全氫全氫罩式退火爐重要的加熱設備，故掌握其燒嘴燃燒系統的構成特征，研究燒嘴常見故障原因及其快速診斷的處理方法，對加熱罩的使用和維護有著重要的意義。加熱罩燒嘴的維護需要有簡單及易操作的方法和流程，以便能及時發現問題并加以處理。柳鋼冷軋廠全氫罩式爐機組目前共有161座爐臺，自爐臺投入生產以來，加熱罩在使用過程中，通過對燒嘴維護的跟蹤總結，逐漸得出了一套行之有效的處理加熱罩燒嘴故障的方法和流程。

1 全氫罩式爐工作原理

全氫罩式爐的主體設備為爐臺、閥站、內罩、加熱罩和冷卻罩，其工作流程如圖1所示：首先在爐臺裝料后利用液壓將內罩固定在爐臺上，為了確保安全要進行氫氣密封試驗；然后利用氮氣預吹掃，排除內罩和管路中的空氣進一步確保系統安全，此處有聯鎖裝置，必須要使內罩中的氧含量維持在1%以下方可進行后續步驟；接著扣上加熱罩，燒嘴點火加熱鋼卷，這部分加熱涉及復雜工藝需要跟設定的工藝溫度曲線吻合；完成加熱后移除加熱罩，吊裝冷卻罩進行強制制冷；接著啟動氮氣進行后期吹掃，排除內罩中的氫氣。當冷卻到設定值，先移走在外面的冷卻罩，再松開內罩并移走，最后把經過退貨處理的鋼卷堆到指定區域。

2 燃燒系統組成及燃燒控制方式

全氫罩式爐的燃氣媒介是易燃易爆的氫氣，故對其故障快速反應處理有較高的要求。退火爐加熱罩燒嘴結構簡單，易于維護，且加熱效率高。柳鋼冷軋板帶廠全氫罩式退火爐每個加熱罩共有12個燒嘴，分上下兩層排列布置，下層為1#～6#，上層為7#～12#，下層第一個燒嘴可用于廢氫燃燒，以更好的提高介質的使用效率。每個燒嘴的主要機構及控制元件包括：燒嘴殼體、燃燒室、燒嘴控制器、點火變壓器、點火電極、燃氣空氣電磁閥、燃燒室觀察孔以及燃氣空氣介質管路。燒嘴的點火控制方式采用脈沖循環控制方式，根據工藝溫度設定的不同，控制燒嘴打開的數量及燃燒時間，這種控制方式不僅可以提高燃燒效率，更重要的是保證了加熱鋼卷的溫度均勻性。

燒嘴燃燒控制過程如圖2所示：加熱罩上安裝有溫度檢測元件-K型熱電偶，其主要功能是實時檢測加熱罩爐膛的溫度變化，并將檢測到的溫度值實時傳輸到控制系統主PLC，PLC主控器根據工藝設定值與檢測到的實際溫度進行對比與計算，到出一溫度偏差值，系統根據得出的溫度偏差值通過控制電氣連接的燒嘴控制器產生相應的控制信號，進而對燒嘴打開的數量、打開時間及打開順序進行脈沖式循環控制。燒嘴燃燒后通過點火電極對火焰進行檢測，將燒嘴燃燒狀況通過燒嘴控制器反饋到HMI操作畫面上進行遠程監控，以便維修人員及時處理出現的燃燒故障。

3 燒嘴的結構和工作原理

要分析燒嘴的故障成因，必須要了解燒嘴的結構和工作原理。全氫罩式爐采用的燒嘴如圖3所示，燃氣從獨立管道進入并從噴頭孔中噴出與另一路通道中的空氣混合。空氣經過翅片換熱器，充分利用廢氣預熱形成熱空氣進入到燒嘴中，再經過周圍均勻分布的圓孔向通道口流出。在點火變壓器產生的近8 kV高壓下，點火電極和大地之間的空氣被劈開，形成火花，若此時燃氣和空氣的壓力流量都合適，此時燒嘴就被點燃。通過控制燃氣閥和空氣閥的開度，就可以方便地控制火焰的大小和姿態。

4 燒嘴常見的故障形式及處理方法

按照燒嘴的燃燒狀況，燒嘴常見故障可分為以下三大形式。

4.1 燒嘴不點火

主要原因有：點火電極燒損造成電極斷路或點火電極電離點結碳；點火變壓器損壞失效；燒嘴控制器損壞失效或繼電器故障；燃氣管道堵塞；系統通訊故障。

處理方法：檢查電極是否已燒損；清理電極電離點碳化物；更換損壞失效的點火變壓器；更換損壞的燒嘴控制器及繼電器；吹掃燃氣管道；檢查通訊線路恢復系統通訊。

4.2 燒嘴能點火，但不能持續

主要原因有：點火電極電離點間距不合適造成短路，不能點燃燒嘴；燃氣電磁閥堵塞；空氣電磁閥執行器卡阻；燃氣機械穩壓減壓閥調壓膜破裂造成燃氣壓力不能調節；燃燒室損壞造成火焰氣流堵塞，不能持續點火；火焰檢測系統故障、檢測電路松動或檢測元件失效；燃燒系統空、燃壓力比例不合適，且有時復位時出現爆鳴現象。

處理方法：調節點火電極電離點間距至合適位置；清理燃氣電磁閥濾網及更換卡阻的空氣電磁閥執行器（電磁閥線圈損壞時更換線圈）；更換燃氣穩壓減壓閥調節膜；更換損壞的燃燒室元件；檢查火焰檢查電路，排查、更換故障元件；利用便攜式壓力計測量燃氣壓力和空氣壓力值，并調節到最佳的比例值。

4.3 燒嘴能正常點火且能持續，但燃燒狀況較差，加熱

罩爐膛溫升緩慢

主要原因有：加熱罩頂部換熱器堵塞或損壞，造成換熱效果低下；煤氣總管閥門濾網堵塞；各個燒嘴的煤氣閥濾網堵塞；燃氣、空氣比值未調整到合適位置。

處理方法：清理加熱罩頂部預熱器或更換損壞的部分，使之預熱管路暢通；清理煤氣總管閥門和各個燒嘴煤氣閥的濾網，以保證煤氣的壓力和流量；利用煙氣分析儀測量排煙取樣口廢氣濃度，確定廢氣中氧氣含量是否偏高，同時用便攜式壓力計測量燃氣和空氣的壓力值，然后調整燃氣和空氣閥的開度到最佳的位置，實時觀測煤氣和空氣的壓力變化，使排煙口廢氣濃度達到最佳值，并檢查介質閥體是否有泄漏，若有泄漏則更換泄漏的閥體。

5 燒嘴故障快速診斷及處理流程

加熱罩燒嘴故障快速診斷及處理流程如圖4所示。

檢查調試1：①檢查點火電極是否正常點火；②檢查燃氣、空氣電磁閥是否正常打開；③檢查燒嘴控制器、點火變壓器及相關繼電器等電氣元件是否正常；④調整燃氣、空氣比值到最佳位置；⑤抽出燒嘴芯檢查里面配件是否完好。

檢查調試2：①檢查點火電極是否短路、接地及碳化；②測量排煙口廢氣氧含量濃度，調節燃氣、空氣比值；③檢查燃氣、空氣閥是否泄漏和堵塞；④檢查燃氣穩壓減壓閥是否良好；⑤檢查燒嘴芯部件是否良好。

整個檢查調試過程中各步依次進行，單步結束后做點火試驗，不成功則做下一步調整，直到點火成功為止。另外在現場對燒嘴進行維護調整過程中，特別要注意避免發生“爆燃”現象，避免對人身和設備傷害及損壞。“爆燃”現象基本都是發生在爐子回火作業中燒嘴復位時，主要原因是在該溫度下，燃氣的溫度較低（相對正火作業而言），發生故障的燒嘴幾次點火都不成功，燃氣、空氣不段在燒嘴內部累積，當達到一定程度時，如果此時再次點火就很容易發生“爆燃”現象。因此，在診斷和處理燒嘴故障過程中，為了避免發生此類現象，當幾次點火不成功時，再次點火時需先關閉燃氣閥，進行空氣吹掃后才能繼續點火試驗。

6 結 語

柳鋼全氫全氫罩式退火爐機組自投產以來，現場加熱罩燒嘴故障處理采用了快速診斷方法及處理流程，處理工作效率有了明顯提高，且燒嘴燃燒的穩定性也收到了良好的效果，燒嘴故障率、維護人工成本及設備成本也有了明顯的下將，極大地發揮了單座爐臺的生產能力及爐群的綜合生產能力。

參考文獻：

[1] 劉春，宋耀華，徐暉，等.輻射管式熱處理爐燒嘴故障原因分析及燃燒優化途徑探討[J].寬厚板，2009，（4）.

[2] 趙坤，劉志安.冷軋全氫罩式退火爐燃燒控制改進[J].新疆鋼鐵，2008，（2）.

[3] 薛垂義.全氫全氫罩式退火爐加熱罩燒嘴的改進[J].軋鋼，2013，（3）.