罩式退火爐燒嘴燃燒性能調整及故障處理

袁進超

（特諾恩技術（天津）有限公司,天津300110）

0 前言

目前鋼鐵冶金行業帶鋼和合金線材的熱處理設備很多選用了洛伊公司的全氫罩式退火爐，全氫罩式退火爐以其產品性能優良，生產組織靈活，設備具有互換性，而深得廣大用戶的喜愛。在所有組成罩式退火爐的設備中，加熱罩燒嘴的燃燒性能在整個罩式退火生產過程中起著至關重要的作用，它直接影響罩式退火爐的產品質量，加熱罩的工作效率，和生產安全與環境保護。

1 全氫罩式退火爐的組成及生產過程概述

全氫罩式爐主要由爐臺、加熱罩、冷卻罩、內罩、爐臺閥站、氣體減壓站、液壓站、氫氣引射站、排煙風機、冷卻水系統和電氣控制系統等設備組成。在正常生產狀態下，罩式爐的生產工藝過程從裝料到出料是一個順序執行的過程，該過程共分14步。a.將原料吊裝到爐臺上，扣上內罩，插上冷卻水管；b.給爐臺閥站上的氫氣切斷閥做自動氣密性能測試；c.將內罩夾緊；d.對內罩和爐臺的冷密封測試；e.用氮氣進行內罩預吹掃，置換出內罩里的空氣；f.吊裝上加熱罩，燃氣管路氣密測試完成后，開始點火g.氮氣沖入時間，注入體積，內罩氣氛中含氧量，三個條件均滿足，預吹掃結束，開始注入氫氣置換氮氣，加熱罩升溫，冷卻前的熱密封測試；h.用加熱罩冷卻，冷卻到設定溫度，提示吊走加熱罩；i.輻射式冷卻，吊裝上冷卻罩；j.冷卻罩風機啟動，開始冷卻k.300度以下開始噴水冷卻，l后吹掃，用氮氣置換掉內罩內的氫氣；m移開冷卻罩，松開夾鉗，吊走內罩；n.開始卸料，循環結束。

2 燒嘴的內部結構及組成部件

燒嘴主要由空氣管、燃氣管、燃燒室、點火桿點火電極、火花塞、測壓裝置、燃氣節流調整裝置窺視孔、安裝法蘭、擴散盤和噴嘴等部件組成。

3 燒嘴的燃燒性能調整

3.1調整燒嘴需要的儀表及工具

便攜式煙氣分析儀，數顯式差壓計，便攜式轉子流量計（由供應商配套提供），棘輪扳手，水泵鉗螺絲刀。

3.2 調整前的準備

3.2.1 調試用原料通常采用廢料卷。

3.2.2 根據燒嘴銘牌數據或燒嘴生產廠家提供的數據確定燒嘴的額定功率負荷。

3.2.3 根據燒嘴的額定功率計算燒嘴額定功率下燃燒時所需的燃氣瞬時流量。

3.2.4 由燒嘴的燃氣瞬時流量和查表獲得的理論空燃比，根據公式計算出需要的空氣瞬時流量。

3.2.5 由燒嘴燃氣和空氣的瞬時流量，查燒嘴特性曲線表得出燒嘴前燃氣和空氣的壓力。

常用燃氣熱值和空燃比對照表見表1。

表1 常用燃氣熱值和空燃比對照表

3.3 燒嘴燃氣流量和空氣流量的計算公式

式中：

Vgas:燃氣流量速率，單位m3/h；

Pg:燒嘴的額定功率，單位KW；

Hu:燃氣的高位熱值，單位KWh/m3；

Vair:空氣流量速率，單位m3/h；

λ:空氣燃燒過剩工藝系數（通常不低于1.05）；

Lo:最小的空氣體積配比。

3.4 燒嘴調整的計算

下面燃燒介質以天然氣為例，進行燒嘴調整的計算：

某廠家提供的燒嘴額定功率Pg=150 KW，

Vgas=150 KW/9 KWh/m3=16.67 m3/h。燒嘴一般調整到額定輸出功率的90%，避免燒嘴由于燃氣壓力波動而造成超過額定負荷功率工作而損壞，所以

Vgas=0.9×16.67=15 m3/h

查燒嘴設備供應商提供的燒嘴燃燒性能對照表得出得出流量為15 m3/h時，燃氣溫度20度左右對應的燃氣壓力值23 mbar。

Vluft=15×1.05×8.6=135.45

查表：得出流量為135.45 m3/h時，空氣溫度20度左右時對應的空氣壓力值3.5 mbar。

3.5 燒嘴特性曲線示意圖

燒嘴特性曲線示意圖如圖1所示。

3.6 調整步驟

3.6.1 在每個燒嘴每次啟動前，必須先啟動助燃風機和空氣電磁閥，對燒嘴燃燒室進行短時吹掃，保證燃燒室內空氣充足，避免可燃氣體存在而產生爆燃，確保點火安全。

圖1 燒嘴特性曲線

圖2 燒嘴前節流裝置

3.6.2 將便攜式轉子流量計裝在第一個要調試的燒嘴上。通過點火控制器手動點燃燒嘴，調整燒嘴前節流裝置（見圖2），將燃氣壓力G控制在23 mbar左右，空氣壓力L控制在3.5 mbar左右。這時轉子流量計的指示值應為15 m3/h左右。如果偏差較大，調整燒嘴前燃氣和空氣壓力，直到流量計的值指示為15 m3/h，且燒嘴穩定燃燒，火焰呈白蘭色火焰，火焰反饋信號達到最大值為止。這時記下該燒嘴前的燃氣壓力G，燃氣差壓ΔG，空氣壓力L調完后，把調整裝置固定好，拆掉差壓計，擰緊測量螺栓。用發泡水檢查整個燃氣管道不要有漏點。

3.6.3 依次點燃各燒嘴并按照記錄的燃氣壓力G燃氣差壓ΔG，空氣壓力L調整各個燒嘴。

3.6.4 將加熱罩熱負荷需求設定到最大值，開始全速升溫。將加熱罩燒嘴全部點燃，在大功率的情況下燃燒，觀察各燒嘴的設定壓力和火焰樣式，正常燃燒時都應為白藍色火焰。用便攜式煙氣分析儀測量煙氣成分，要求O2在2%-5%之間，CO最好為10 ppm以下，NO低于150 ppm。如果煙氣成分達不到要求，這主要是由于燒嘴前氣體壓力和溫度的變化對空燃比造成了影響，應反復地調整測量，直到測量煙氣成分滿足要求為止。

3.6.5 燒嘴調整好以后，模擬一個火焰信號丟失故障。例如摘掉點火電極的插頭，那么火焰信號就會丟失。火焰信號丟失后，燃氣切斷閥應立即關閉，并在燒嘴控制器上報火焰丟失故障。重復操作幾次，現象應一樣。這樣確保在燒嘴故障時能夠切斷燃氣供應，避免產生燃氣泄漏危險。

3.6.6 加熱罩燒嘴調整好,煙氣分析儀上各氣體成份顯示實例（見表2）。

表2 煙氣分析儀上顯示的各氣體成份

4 燒嘴故障原因分析及處理

4.1 出現故障后檢測順序

燒嘴燃燒正常后，在正常的操作下出現故障，首先檢查燃氣和空氣壓力，檢查點火情況和離子棒電纜是否牢固。

4.2 點火電極故障

檢查點火電極時，如果發現點火電極有問題，可以在不關閉燃氣的情況下抽出點火電極更換。檢查電極和絕緣件，如果發現裂紋，發黑，放電痕跡應給予更換。電極棒和火花塞依靠管套連接，更換電極前測量這個電極棒的長度，調整好電極長度，換完后長度應和原來長度保持一致。

4.3 燒嘴前燃氣或空氣壓力異常

當發現燒嘴前燃氣或空氣壓力有問題時，先通過查看燃氣和空氣電磁切斷閥上的指示燈來判斷燃氣和空氣電磁閥是否動作。如果指示燈亮了說明電磁閥已經動作，電氣控制系統方面沒問題，后面重點是查找管路泄漏和阻塞的問題。

4.4 火花塞沒產生火花

如果火花塞沒產生火花。先檢查點火電纜，如果點火電纜和離子棒電纜連接良好。再檢查燒嘴接地電纜連接情況，如果接地良好，拔掉火花塞插頭，將連接元件和火花塞松開，將電極和陶瓷段上的臟污擦掉，從新測試，這些情況都可能導致點火故障。

4.5 燒嘴故障

如果燒嘴還有故障，查看電極是否在正確的位置，斷開燃氣供應和電極的連接電纜，松開法蘭螺栓，取出內部燒嘴，陶瓷段應和燒嘴頭部的擴散盤一起被氣流噴吹到。點火電極距離接地體1.5—2毫米距離為好。距離遠了點火火花弱，火焰反饋信號也弱。

燒嘴故障原因可能是燒嘴本身或上游設備問題，也可能和整個安裝過程相關。如果燒嘴本身沒檢測到故障，故障可能來自于燒嘴自動化控制單元。那么應閱讀燒嘴控制單元的使用說明去進行處理。

5 燒嘴的日常維護

加熱罩生產使用6個月以后，目測燒嘴有沒有外觀損壞。組織一次性能檢測，安全檢查至少每年一次。切斷燃氣供應，關上球閥，拆掉電氣連接線清潔燒嘴里的污垢。檢查燒嘴，燒嘴管和電極，必要時進行更換。更換新的密封墊。每次維護后，檢查燃氣和空氣壓力，應和燒嘴的調試報告里記錄的一致。在燒嘴控制單元上測量火焰電離信號，檢測煙氣的成分，檢查管路是否有泄漏。

6 結束語

現在一些使用罩式爐的單位由于維護人員缺乏燒嘴的調整和維護的經驗，燒嘴調整后的燃燒性能達不到滿意的效果，燒嘴出現故障時不能及時處理。本文從燒嘴調整和使用的生產實際出發進行了闡述，對罩式爐的調試和使用人員具有很好的指導意義。

[1]劉蓉，燃氣燃燒及燃燒裝置[M].北京機械工業出版社.2009.8

[2]殷玉玲，脈沖燃燒技術在利舊罩式爐中的應用[M].大連理工大學2012

[3]韓昭滄，燃料及燃燒[M].北京：冶金工業出版社；1994.5