輥底爐自身預熱式燒嘴異常分析及處理

孫博

（南京鋼鐵股份有限公司中板廠，江蘇南京 210035）

前言

南鋼中板廠2011年新增一條拋丸-熱處理生產線，采用無氧化輻射式輥底爐，主要承擔正火、中高溫回火熱處理工作，設計年產量20 萬t。此條熱處理線已運行4.5年，平均年產量在13萬t左右。

熱處理爐采用SINMAX4M 自身預熱式燒嘴，通過煙氣回流與空氣換熱形成助燃空氣預熱，燃燒熱量通過煙氣傳遞到輻射管，再由輻射管對爐膛進行輻射加熱。燒嘴數量共計284 套，在投產調試階段已由廠家對燒嘴流量進行標定。但由于產能逐漸增加，爐況變化，燒嘴備件逐漸更換等因素，燒嘴原有標定已不適應現有情況，燒嘴故障率增加，達到10%左右。后經過逐年維護經驗，總結出燒嘴故障分析及維護的方法。

1 自身預熱燒嘴故障情況分析

自身預熱式燒嘴結構從外向內分別為鋁合金外殼——金屬空氣導管——陶瓷換熱器——風盤——陶瓷燃燒室——點火電極，燒嘴前端為排煙的陶瓷內膽，以上均布置在輻射管內。

燒嘴采用ON/OFF 脈沖控制，由燃控PLC 系統根據當前設定溫度，控制各區段燒嘴燃燒時序，發送信號至燒嘴點火變壓器，電極打火，燒嘴正常燃燒，由同時可做火焰檢測的自身冷卻電極反饋電信號回燒嘴控制器，形成完整循環，達到脈沖燃燒目的。

燒嘴燃料采用熱值為9 196 kJ/m3左右的高焦混合精制煤氣，正常生產時煤氣熱值較為穩定。由于爐況、產能逐年變化，燒嘴機械、電器部件逐漸老化，燒嘴故障率逐漸增加，主要故障如下。

（1）燒嘴無法點火、無法燃燒

對于此類故障，可分為兩種情況。

①燒嘴構件損壞。將燒嘴拆卸后可發現，燒嘴內部陶瓷燃燒室、風盤、陶瓷換熱器等易損件燒壞；助燃空氣、煤氣未能行走預定路線、漏氣等無法燃燒。其中陶瓷換熱器端頭部斷掉，經自維護焊接后，手工焊接準確度差，火焰噴孔未對準中心線，造成噴出火焰歪斜，進一步燒壞空氣導管、輻射管等，造成更嚴重故障。

②附屬部件運轉失靈。對比總結分析燒嘴故障，燒嘴煤氣氣動閥、空氣電磁閥故障率占50%左右，其中主要因素為燒嘴旁高溫、環境灰塵等影響，造成電磁線圈失靈、氣動閥供氣管路漏氣等。同時點火電極尖端生銹結瘤或點火變壓器損壞無信號等造成無法正常點火。

（2）燒嘴可點著火但不能持續燃燒

①用作火焰檢測的點火電極未能正常檢測到火焰或電信號未能正常傳遞，造成點火控制器斷電，默認燒嘴故障。造成此情況與電極離著火點過遠、電極不潔凈有關。同時點火變壓器損壞、不正常傳送電信號也會造成此情況。

②空燃比不合理。火焰燃燒不充分或空氣過量過大，火焰出速不足或出速過快，以及一段時間后空、煤氣壓力略有變化，便導致燒嘴火焰熄滅。

（3）燒嘴“爆鳴”

空燃比不合適或煤氣氣動閥門動作異常，電極點火延遲，均會造成一部分煤氣通過閥門泄漏至燃燒室內，此時電極打火未成功，與空氣充分混合。經系統反復復位后，電極打火成功，直接造成混合氣體爆鳴。燒嘴頻繁爆鳴同樣會造成燒嘴內部陶瓷燃燒室、換熱器、風盤等損害，內部部件的損害同樣也會形成。“爆鳴”現象在650 ℃以下回火溫度出現的尤為頻繁。在700 ℃以上時，煤氣自燃，未能形成爆鳴條件。

綜上所述，空燃比不合理及機械部件的故障構成燒嘴故障的主要因素。同時其它原因也影響著燒嘴的正常燃燒。比如自身冷卻電極，冷卻用空壓氣帶水含量較高，導致電極無法正常點火；點火電極端部接觸不潔、有油污等；電極陶瓷套管裂紋，放電位置不正確等。空氣電磁蝶閥關閉不嚴，助燃空氣漏氣，持續帶走熱量，燃燒效率降低，強制開啟更多燒嘴，使燃燒條件惡化，部分機械機構無法回位。例如正常生產時（650 ℃左右）發現排煙管道內CO檢測達到0.01%左右，可判斷有部分煤氣，氣動閥未正常回位關閉，造成煤氣自燃一部分但又未完全燃燒，造成煙氣煤氣含量上升，以上故障均會造成燒嘴無法點火。

2 燒嘴燃燒參數分析

故障燒嘴需及時進行處理維護，以防止對側燒嘴長時間燃燒造成輻射管冷熱不均變形；同時避免小故障引起“爆鳴”造成設備損壞。但由于燒嘴內部故障不好判斷，在不影響正常生產情況下，不確定故障就帶溫拆卸維護耗時時間長、效率低、且有可能做無用功。

為避免此情況，在燒嘴輔助設備（如氣動閥、電磁閥）確認檢查無誤的情況下，從空燃比入手，分析燒嘴燃燒參數來確定故障因素。

分別在正火、回火正常穩定生產期間，隨機對燃燒情況較好的燒嘴（從觀察孔進行初步判定，火焰藍中帶黃為宜）排放煙氣進行抽煙測量，對其煙氣成分進行分析。正常燃燒排放煙氣中，含氧值在4%～6.5%、CO 濃度為零較宜，其中含氧標準值為4.8%。針對煙氣排放合格的燒嘴分別測其煤氣、空氣管路壓差，綜合隨機抽取的燒嘴壓差數值，算出平均值，作為此段時間穩定生產時空、煤氣壓差的標準值，根據此標準值對故障燒嘴進行標定。

對于壓差，也可利用以下公式計算，同時結合煤氣：空氣=1:1.25為完全燃燒參數綜合計算：

式中：c——流量系數；

d——工作條件下節流件的節流孔或喉部直徑；

D——工作條件下上游管道內徑；

qm——質量流量，kg/s；

qv——體積流量，m3/s；

?——直徑比d/D。

根據現場實際情況，舉例測算此座熱處理爐燒嘴空燃比參數：煤氣流量壓差為1.1～1.3 kPa；空氣流量壓差為3～3.3 kPa。根據以上參數，對故障燒嘴進行空燃比調整及故障判斷，起到指導性作用。

3 燒嘴故障處理流程

根據穩定生產預測參數，對故障燒嘴進行故障排查及處理。

（1）從電腦畫面中的報警歷史記錄中查詢出報警燒嘴，并記錄。

（2）現場檢查報警情況。

（3）先檢查燒嘴在點火過程中電磁閥是否正常工作，氣動球閥是否正常工作；同時觀察氣動閥是否漏氣，氣動閥線圈是否正常吸附閥體。若出現異常優先處理。

（4）將電極帽拔下，將電極帽內部及電極接頭處清理干凈，去油、水、污垢等。

（5）用螺絲刀旋開空氣管路測壓孔（孔板前為第一孔，孔板后為第二孔），直到螺絲豁口露出，可正常出氣時，將壓差表2 個橡膠皮管分別接到2 個測壓孔上，打開點火按鈕，觀察壓差表數值，重點觀察第二孔數值在1.0～1.1 kPa 范圍內、第一孔與第二孔差值在3.0～3.3 kPa 范圍內為正常。若不在以上范圍內，應反復調整空氣球閥開度。

其中，若第二孔數值通過反復調整后始終在0.8 kPa 以下，可初步判斷燒嘴內換熱器、燃燒室損壞，需將燒嘴拆除更換。

（6）用螺絲刀旋開煤氣管路測壓孔，將壓差表2個橡膠皮管分別接到2個測壓孔上，打開點火按鈕，觀察壓差表數值，第一孔與第二孔差值在1.1～1.3 kPa范圍內為正常。

（7）測量壓差并調整正常時，同時通過觀察孔觀察火焰燃燒情況。

若點火成功，火焰正常燃燒，幾秒鐘后報故障熄火，可初步判斷未檢測到火焰，應當更換燒嘴控制器；火焰正常燃燒為藍中帶黃，若火焰偏黃，煤氣量過大，火焰偏藍，風量過大，此時應進行微調；若正常點火，在風盤前端已經產生火焰但立即熄滅，可判斷為風量過大造成脫火；若火焰在風盤里側燃燒，且火焰燃燒無力（火焰發飄），可初步判斷煤氣量過大或空氣量過小；若點火不成功，且以上（1）－（6）步已進行檢查確認后，將點火電極拆除檢查或更換，同時檢查電極陶瓷套管有無裂紋、破損（注意，電極端部與放電點3～5 mm為宜）。

4 結束語

南鋼中板廠熱處理線承擔著重要的熱處理生產任務，為保證熱處理爐穩定運行，配備了齊全的煤氣檢測、煙氣分析等設備，應用先進設備及多年維護總結，目前燒嘴故障已得到控制，且故障處理時間大大減少。燒嘴故障率由原來的大于10%降低至3%以下。