熱處理爐點火系統的不穩定性分析

劉松林

（濟鋼集團有限公司，濟南 250101）

熱處理爐點火系統的不穩定性分析

劉松林

（濟鋼集團有限公司，濟南 250101）

濟鋼中厚板廠熱處理2#爐燒嘴點火系統故障頻繁，致使爐溫不能達到正火生產要求，嚴重的影響了生產效率。對此，經過長時間的觀察和試驗，對燒嘴控制環節高發故障和不穩定的原因進行了深入的分析。

熱處理；燒嘴控制；點火故障；點火控制器

1 前言

熱處理爐的主要工藝要求就是溫度的穩定控制。達到一定的溫度，并保持穩定對提高鋼板性能有著關鍵性的影響。因此對熱處理爐的點火、燃燒控制系統的可靠性要求也就非常的高。而目前的2#熱處理爐燒嘴點火控制系統存在著較高的故障率，這些嚴重的影響了爐溫的提高和穩定保持。找出控制系統故障率高的原因，并提出有效的改進措施對于提高熱處理爐運行效益有著重大意義。

2 系統簡介及點火流程

整個熱處理爐共有300多個燒嘴，由PLC經過PID運算實現自動控制。控制方式為脈沖式，即PLC根據設定值和溫度檢測反饋決定各個燒嘴處于燃燒或關閉的時間，所以每個燒嘴都是處于頻繁點燃-關閉的工作狀態中。這種控制方式既可以提高效率又可以保證爐子和鋼板的溫度均勻性。每個燒嘴均為獨立自動點火和火焰監測，并將故障信號反饋回PLC。控制流程為：PLC發出指令到點火控制器，點火控制器開啟燃氣和助燃空氣閥門并接通點火電極，就能點燃燒嘴。燃燒系統點火后，點火電極通過離子火焰檢測返回的電流信號（也有uV鏡紫外檢測）監測火焰，將燃燒信號返回點火控制器。根據控制流程，我們可以將其分解為三個主要部分：燃氣供應，點火瞬間和燃燒反饋。

燃氣供應是指點火控制器接收到點火指令后，輸出電壓到煤氣空氣電磁閥，控制其打開，使煤氣空氣按照一定的比例到達輻射管式燃燒室。流程中的關鍵點為：控制器的輸出，電磁線圈產生磁力，電磁閥打開，煤氣空氣按一定比例輸入到燃燒室。

點火瞬間就是點火控制器驅動變壓器輸出高壓在點火電極頭部發生尖端放電的過程。其中點火控制器對點火變壓器的驅動是否正常，點火變壓器的升壓，點火電極的尖端放電間隙，電極的尖端氧化情況及其它部位的絕緣性都直接影響著放電過程。

點火之后，燒嘴的正常燃燒中，點火電極和點火變壓器通過離子火焰監測的方式反饋一個微安級的電流信號（或UV鏡紫外檢測）到點火控制器，用以實現燃燒反饋。離子火焰檢測是利用高溫煙氣具有單向電離作用的原理，在火焰中加上一個交流電壓，通過檢測電流的有無確認火焰狀態。流程中的關鍵點為：加載的電壓和火焰的大小，決定了信號的大小，控制器檢測的靈敏度等。UV鏡紫外檢測是利用光電管對火焰中紫外線感應生成微安信號的原理，那就要求火焰直接照射到光電管上才能生成正常信號。

3 主要故障原因和不穩定分析：

經過長時間的維護和分析，根據在燒嘴調試過程中出現的各種現象，按照燒嘴控制的三個主要流程，得出了系統中的頻發故障原因和不穩定因素。

（1）點火信號輸入之后，控制器會輸出到電磁閥。通過觀察，部分電磁線圈出現沒有磁力或磁力不夠打開閥門，個別出現時而能打開的現象。電磁線圈沒有吸力只能是三個原因控制器沒有輸出，線接地斷路，和線圈斷路。后兩種原因出現較少，處理之后可即可排除故障。多數屬于第一種原因，更換新的控制器即可正常。考慮控制器輸出直接驅動電磁閥，在長期運行之后內部電路老化嚴重，不能可靠的輸出電壓或是內阻偏大導致電磁閥打不開。

（2）對不能正常點燃的燒嘴做測試，絕大部分的點火變壓器的輸出都是正常的，問題基本出現在燒嘴內部。如電極的尖端碳化嚴重，電極在燒嘴的內部放電間隙不夠或電極的絕緣低等。

（3）如果點火成功，信號反饋正常就是最后的關鍵因素了。有相當一部分燒嘴表現出能點燃，但是信號反饋沒有或反饋信號出現不穩定的閃爍現象。目前的火焰檢測有兩種方式，一種是單電極離子檢測方式，一種是UV鏡紫外檢測方式。在兩種檢測方式中離子檢測方式在點火初期出現信號閃爍。閃爍的時間大約有3秒左右，分析有兩種原因，一是點火初期的煤氣空氣混合比搭配不合理，火焰不穩定，或手動閥門開度不夠，火焰太小；二是由于檢測信號線上加載了170v左右的交流電壓，但是在點火的時候同時是點火高壓的負端。這時的感應電壓對離子電流產生了干擾或是影響，以至于造成了信號的閃爍。經過對比試驗和分析認為第二種原因的可能性要小。UV鏡檢測方式的大部分故障原因是火焰太小或觀察窗上鏡片臟了，導致火焰不能照射到光電管上以至于沒有信號輸出。

4 改進措施

影響燒嘴故障頻繁和不穩定的主要因素有：控制器到電磁閥的輸出在長期運行后故障率較高；點火電極的質量和安裝標準不高；空燃比和火焰大小的調整不合適等。經過對現場長期的跟蹤維護和認真的分析試驗，對此我們提出了一些改進措施：

（1）在控制器的輸出和電磁閥之間增加中間繼電器。這樣不僅降低控制器的輸出負荷，使對電磁閥的驅動更加可靠，延長控制器的使用壽命，而且在電磁閥短路或接地的時候保護控制器不受損害。

（2）逐步更換點火電極的型號，采用抗氧化性能良好的點火電極。安裝過程中，保證絕緣瓷套管的完整性，尖端放電間隙適中，固定可靠。

（3）調試時逐一通過手動閥門調試空燃比，適當增大閥門開口度，以沒有或減少火焰信號閃爍時間為準。

（4）定期清潔UV鏡檢測的觀察窗。

5 結語

點火控制器的質量不高，但是更換型號成本太高，所以采用增加繼電器的方式，既降低了負荷，增加對電磁閥驅動的可靠性，并延長了控制器的使用壽命，又節約改造成本。UV檢測方式比離子檢測方式更直接，抗干擾能力強，但是對檢測條件的要求高，各有利弊，以消耗備件為主，暫不考慮換型。另外，精細的維護也是保障設備的關鍵因素，只有在維護中不斷的增加要求，提高標準，才能保證設備運行越來越穩定。

［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）：45-48

劉松林，男，助理工程師，從事電氣、儀表自動化設備維護改造工作。