熔炼炉燃烧系统常见故障分析及维护

王宝中

(江苏苏铝有限公司，江苏 徐州 221007)

我公司熔铸车间熔炼炉目前所使用的燃烧系统是我公司于2012年3月引进的燃气蓄热式烧嘴，将原燃烧柴油改为燃烧天然气。本系统采用了负荷能力较小的点火烧嘴连续陪烧的方式，确保烧嘴切换燃烧安全。点火小烧嘴内设点火电极，采用可编程控制器及触摸屏等先进可靠元器件，实现各工作状况逻辑操作、联锁保护、时序控制等功能，操作界面简单明了，一体化设计，结构精巧，并配有火检监控，工作安全可靠。采用国产高可靠气动角行程蝶阀进行空、烟气切换，并配有高可靠阀位位置开关，确保切换安全。

1 系统工作原理

本系统由两个烧嘴及中间管网组成，并配有高可靠的自控装置，形成一个完整的系统。

每个烧嘴与蓄热床直接相连，交替工作或排烟，高温烟气在蓄热床中进行充分热交换后低温排出，排烟温度一般在250℃以下，可最大程度将燃烧产生的热能留在炉内，从而达到高效节能的目的。

由于熔铝炉烟气成分较脏，本系统采用氧化铝球作为蓄热载体，便于快速更换。

正常工作条件下，燃气烧嘴氧化铝球2～3月更换一次，每次更换需两小时左右。

烧嘴的交替切换动作由PLC系统决定，本系统设有定周期切换、等温差切换和定温强制切换三种切换模式。

2 系统组成

(1)烧嘴

直接安装在炉墙上，由烧嘴体及喷口砖组成，在烧嘴体壳上安装有天燃气主枪、天燃气点火枪、主枪火检、点火枪火检等元器件，并设有测温热电偶，用以监测烟气温度，保障烧嘴正常工作；

(2)蓄热床

也称再生床, 与烧嘴直接相连，内衬有保温材料，并充满氧化铝球；设有测温热电偶，用以监测烟气出口(或空气入口)温度，保障换向正常工作；

(3)气动切换阀

共四套，设置在供风及排烟管网上，由耐热阀体及角行程气缸组成，气缸上设有高可靠位置开关；

(4)主天燃气枪

采用耐热钢制作，烧嘴调节比在1∶8以上；

(5)点火天燃气枪

点火探针与喷管装配成一体，点火方便可靠；

(6)鼓风机

采用9-19风机，性能参数为风量6300m3/k，静压(20℃)85mbar，功率30kW；

(7)排烟机

高性能非标风机，最高工作温度可达550℃，风叶采用后曲线型结构，有极高的动态平衡性能。该排烟机性能参数为排烟量10000m3/h，静压(20℃)-110mbar，功率37kW；

(8)主排烟电动蝶阀

采用高可靠性电动头驱动，设有开闭位置开关，接收4～20mA电信号，可连续对炉膛压力进行控制，最高使用温度为350℃；

(9)辅助排烟管路

管体衬以耐高温浇注料,其排烟量约占总烟气量的10%～20%；

(10)天燃气管路

设有压力开关、压力表、流量计、过滤器、调压阀、电磁阀、高低压开关等器件。切换阀采用双安全快速切断阀，慢开快闭，同时配有常开接点的电磁放散阀，炉子每次启动时自动对阀门进行泄漏检查，确保工作安全；

(11)供风及排烟管路

设有压力开关及压力仪表，并装有切换阀门，在长距离供风管路上风机前专门设有气动蝶阀以解决风机“喘震”问题；

(12)冷却风管路

主要用以冷却主天燃气枪、点火枪、火检等元器件，每个烧嘴前分有多路支管，确保元器件正常工作；

(13)压缩空气管路

设有压力开关及气动三元件等元器件，分成多条支管路，分别驱动各气动蝶阀切换动作。压缩空气耗量约30m3/h(6bar)；

(14)天燃气、助燃风比例调节阀

由Honeywell公司电动头及Maxon公司连杆阀组成，可精确调整出所需的天燃气燃烧量范围及配套的助燃风量范围，两者联动调节，动作迅速可靠，是炉温控制的核心元器件；

(15)电控系统

采用程控器及触摸屏等元器件，系统运行各参数及故障报警信息屏幕显示。同时设有温度记录和超温报警仪表，确保熔炼炉工作安全可靠。

3 系统连锁

如果下列安全限制超出或未达到，PLC报警并切断火焰切换程序，同时显示故障信息，见图1。

图1

4 系统正常运行状态

·系统手动启动；

·助燃风机、冷却风机、排烟机自动启动运行；

·系统自动对所有工作介质压力进行检测，并全过程监控；

·进行阀门自动检漏程序，对嘴前两个安全快断阀进行检测；

·风、烟气切换阀交替切换，系统对炉内气氛进行吹扫；

·点火程序控制器启动；

·吹扫结束，两烧嘴自动进行点火；

·如两个烧嘴均没有点着，复位后，系统重新进行吹扫；

·点火成功后，如铝液温度低于设定温度，主枪自动启动燃烧，铝液温度及炉压进入自动控制状态；

·温度控制采用了两种PID控制方式，PID参数可在线修改；

·用本系统控温，铝液控温点温度波动小于±3℃；

·炉压自动控制；

·炉门开启，主枪自动关闭，切换阀停止切换运行；炉门关闭，主枪自动投入，切换阀同步切换；

·温度超过设定值，主枪关闭，切换阀停止切换。

5 常见故障分析与处理

5.1 系统启动失灵

系统手动启动后，风机不动作，系统没有反应。首先检查模块CPU315是否处于运行状态，如果处于停止状态，重启后是否能启动；若无法启动，检查各模块之间的连接，逐一拆试，找出损坏模块更换即可。CPU处于运行状态时，检查各按钮的状态和其触点接触是否良好，如急停按钮是否被误操作按下，恢复后即可；检查启动按钮触点是否接触不良，更换即可。

5.2 各电机过载报警

可将各电机过热继电器手动复位，若仍报警，则需用万用表检查主回路中的接触器、热继电器、线路和电机等各部分是否短路或接地。

5.3 各工作介质压力达不到设定值报警

待介质压力正常后，手动复位启动。

5.4 点火天燃气枪点火困难

1) 先检查小枪，看小枪枪管是否烧坏，检查枪头通气孔和通风孔是否堵塞，如有问题则更换新枪；

2) 将小枪拿出来点火，观察管内点火探针是否打火，如不打火，检查点火变压器和点火控制器。若能打火，则需检查天然气电磁阀是否正常工作、助燃风和天然气的压力是否满足点火要求。小枪点着以后调节火苗，调节风阀和气阀，将火苗调成蓝黄色，成立柱状。若火苗成理想状态，系统依然报警，烧嘴熄火，则说明系统没有检查到小枪燃烧信号，则需检查小枪火检线路是否接好，火检切换接触器常闭触点接触是否良好，若均正常，则其中相对应的6ES7321输入模块触点烧坏，需更换。

5.5 主天燃气枪燃烧故障

主枪燃烧故障主要分为两种情况，一种是主枪能正常燃烧，火苗正常，但是系统没有检测到火苗，从而报警烧嘴熄火；另一种情况是主枪不工作，系统报警其它或不报警。

1) 打开炉门观察火苗，火苗正常，火检切换后，系统报警烧嘴熄火，这种情况属于火检检测的问题，可先将火检取下，疏通火检检测管道，灰渣积累过多会影响火检对火苗的检测。如果依然检测不到火苗，需检查火检检测线路，包括火检、线路、火检检测切换接触器等。

若火检检测线路没有问题，则主枪枪管或烧嘴内衬烧坏。目前我公司三台熔炼炉均因此原因更换过主枪。这是由于主枪枪管和烧嘴内衬烧坏后造成燃烧时烧嘴内部气流紊乱，不能形成有效的火苗，从而造成主枪不能正常燃烧。

此外，主枪点着之后突然报警烧嘴熄火，主枪小枪均停止工作，则说明小枪火苗不稳、很弱，主枪点着后压力大，将小枪火苗扑灭，这种情况要重新调节小枪的火苗强度，或者更换新的小枪；

2) 主枪不工作，即主枪电磁阀没有打开。熔炼炉由两个烧嘴周期切换燃烧，1号烧嘴工作时，1号助燃风阀和2号排烟阀处于打开状态；2号烧嘴工作时，2号助燃风阀和1号排烟阀处于打开状态，阀门开关不到位，系统停止燃烧并报警。首先检查报警所示的换向阀、手动电磁阀能否正常切换，若不能正常切换，则需检查压缩气体管路是否漏气、电磁阀是否堵塞、气动阀是否损坏、气动阀阀板是否卡住等。若能正常切换，则用万用表测量限位开关两端24V电压是否正常切换，若不能正常切换，则需调节限位开关的凸轮或更换新的限位开关；若能正常切换，则开关输入信号没有问题，需要更换相对应的输入模块。

触摸屏运行状态页面和点火过程页面中的各开关状态必须一致，若不一致，主枪不工作，系统不会报警，造成这种情况的原因是限位开关触点接触不好，出现虚接现象。为了避免这种虚接情况发生，可用光电开关代替凸轮式机械开关，且便于限位开关的检查和维修。

此外，点火控制器损坏时，会造成主枪电磁阀不工作；电磁阀本身卡阻，阀芯阻塞也会造成主枪不工作；

3) 正常燃烧过程中，两个主枪停止工作，则说明炉膛温度或者排烟管道温度超过设定值。此时可检查炉膛或者排烟管道的热电偶情况，热电偶开路或损坏都会影响燃烧；

4) 助燃风和氧化铝球对燃烧的影响。打开炉门观察火焰，正常火焰成喷射状，声音强度很大，若火焰成团状，带有黑烟，没有声音，显得很闷，则说明助燃风压力不够，可先检查助燃风机进风口是否有异物堵住，若没有，则说明氧化铝球损坏严重需要更换。

6 日常维护的要求

日常维护主要有：氧化铝球的更换；点火小枪的检查；排烟机轴承箱，润滑油；助燃风机进风口保持干净无异物；压缩空气管路过滤器及油雾器；各压力开关的校正；各测温热电偶校正；炉门限位开关的检查。

7 结束语

熔炼炉燃烧系统在生产过程中，若出现文中所述典型故障，严重影响生产及产品质量。经过不断改进及注重日常维护，认真分析原因并及时排除故障，以确保燃烧系统长期正常良好运行。