王文兵

（廣西柳州銀海鋁業(yè)股份有限公司，柳州 545006）

廣西柳州銀海鋁業(yè)股份有限公司的熔鋁爐機(jī)組采用了先進(jìn)的環(huán)保型蓄熱式燃燒系統(tǒng)，連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)已超過三年，綜合效益顯著。本文對(duì)蓄熱式燃燒系統(tǒng)的原理進(jìn)行分析，研究在實(shí)踐應(yīng)用中出現(xiàn)的設(shè)備故障和處理方法，以期為實(shí)際生產(chǎn)中設(shè)備的優(yōu)化提供科學(xué)根據(jù)。

1 蓄熱式燃燒系統(tǒng)的構(gòu)成

燃燒系統(tǒng)由蓄熱燒嘴、燃料供應(yīng)系統(tǒng)、助燃及排煙系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、火焰檢測(cè)系統(tǒng)等構(gòu)成。

1.1 蓄熱燒嘴

兩對(duì)蓄熱式燃?xì)鉄炜梢杂行Ц采w熔池的空間。燒嘴與以氧化鋁球?yàn)樾顭峤橘|(zhì)的蓄熱箱相連。當(dāng)主燒嘴處于燃燒狀態(tài)時(shí)，助燃風(fēng)機(jī)向爐內(nèi)鼓風(fēng)，蓄熱箱實(shí)現(xiàn)對(duì)助燃風(fēng)的預(yù)熱作用；當(dāng)燒嘴處于排煙狀態(tài)時(shí)，高溫?zé)煔庠谂艧燂L(fēng)機(jī)的作用下被高速抽出，蓄熱箱實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣的蓄熱作用。燒嘴燃燒狀態(tài)的切換由PLC系統(tǒng)控制自動(dòng)調(diào)節(jié)。由于蓄熱箱的作用，排煙溫度一般在250℃以下。

1.2 燃料供應(yīng)系統(tǒng)

燃料供應(yīng)系統(tǒng)由球閥、過濾器、流量計(jì)、減壓閥、壓力開關(guān)和安全切斷閥等組成，為燒嘴提供符合燒嘴正常燃燒參數(shù)的天然氣，以確保燒嘴的正常工作。

1.3 供風(fēng)及排煙系統(tǒng)

供風(fēng)和排煙系統(tǒng)由助燃風(fēng)機(jī)、排煙風(fēng)機(jī)、氣動(dòng)切換閥和調(diào)節(jié)裝置等組成。每對(duì)燒嘴對(duì)應(yīng)一套助燃風(fēng)機(jī)和排煙風(fēng)機(jī)。排煙風(fēng)機(jī)可長(zhǎng)時(shí)間在高溫?zé)煔鉅顟B(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)。風(fēng)機(jī)葉輪設(shè)計(jì)具有良好的平衡性能，以防止在不同氣流情況下的顫動(dòng)，由耐腐蝕的不銹鋼厚板制成。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸由高強(qiáng)度碳鋼制成，磨削至高精度公差并經(jīng)精確平衡，軸承采用冷卻水冷卻。助燃風(fēng)機(jī)選擇全天不間斷工作的長(zhǎng)壽命結(jié)構(gòu)（直連離心風(fēng)機(jī)）。葉輪設(shè)計(jì)具有良好的平衡性，可將振動(dòng)降低至最低程度。為便于維修，葉輪經(jīng)錐形鎖定襯套組件直接安在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上。

1.4 點(diǎn)火系統(tǒng)

點(diǎn)火系統(tǒng)由點(diǎn)火程序控制器、點(diǎn)火變壓器和點(diǎn)火槍（包括噴頭、混合器、空氣和燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥等）組成。PLC首先檢測(cè)諸如爐子是否超溫，爐壓是否超高限，助燃風(fēng)壓和燃?xì)鈮毫κ欠癯拖薜劝踩拗疲?jù)此判斷是否可以點(diǎn)火。若滿足條件則啟動(dòng)自動(dòng)點(diǎn)火程序。首先對(duì)爐膛進(jìn)行吹掃，吹掃結(jié)束后自動(dòng)啟動(dòng)點(diǎn)火控制器，由點(diǎn)火控制器激活點(diǎn)火變壓器，開始點(diǎn)火。若點(diǎn)火失敗，即火檢探頭未檢測(cè)到火焰信號(hào)，則點(diǎn)火控制器立即發(fā)出指令，迅速關(guān)閉安全電磁閥，實(shí)現(xiàn)熄火保護(hù)。待查明原因后，按下復(fù)位按鈕，再由PLC重新發(fā)出啟動(dòng)指令，重復(fù)執(zhí)行點(diǎn)火程序。點(diǎn)火成功后，出于安全考慮，點(diǎn)火槍保持長(zhǎng)明火狀態(tài)。

2 蓄熱式燃燒系統(tǒng)的控制原理

蓄熱式燃燒系統(tǒng)通過燃燒控制程序和燃燒控制器，對(duì)自身進(jìn)行檢測(cè)和診斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)過程的點(diǎn)火、燃燒、切換（燃燒與蓄熱）及安全控制和過程控制（爐膛溫度、煙氣溫度、爐壓、空氣流量、天然氣流量、空氣/天然氣配比等）。

2.1 爐膛/鋁池溫度控制

爐膛溫度與鋁池溫度有著重要的關(guān)系。鋁池溫度直接受爐膛溫度的影響，爐膛溫度高則鋁池升溫速度快，反之，則鋁池升溫速度慢；若爐膛溫度與鋁池溫度偏差太大，則會(huì)直接造成鋁液氧化損失。因此，合理設(shè)置兩者之間的控制策略，對(duì)燒嘴選型和生產(chǎn)運(yùn)行都很重要。

由于溫度控制的調(diào)節(jié)對(duì)象都是針對(duì)燒嘴燃燒量的調(diào)節(jié)，所以可以歸結(jié)為燃燒量調(diào)節(jié)功能。包括溫度控制回路、空氣/天然氣流量控制回路、空氣/天然氣配比控制回路。

選擇好爐子的溫度控制模式后，PLC根據(jù)所選定的溫度控制模式經(jīng)PID計(jì)算出燒嘴的熱負(fù)荷，然后分別輸出到天然氣和空氣管路的調(diào)節(jié)閥，天然氣和空氣管路的調(diào)節(jié)閥自動(dòng)按比例（空燃比）調(diào)節(jié)供風(fēng)量和供氣量，從而改變?nèi)紵鹧娲笮。_(dá)到溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的。

2.2 爐壓控制

爐壓控制回路與煙氣控制回路密切相關(guān)。

煙氣溫度控制回路是以人工設(shè)定的某一符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)值作為設(shè)定值，煙氣管道上的煙氣溫度熱電偶信號(hào)作為被控對(duì)象測(cè)量值，調(diào)節(jié)煙氣蝶閥來控制煙氣排放量，使經(jīng)過蓄熱體的煙氣流量改變。由于蓄熱體的蓄熱能力被設(shè)計(jì)為不可調(diào)節(jié)，所以，排放的煙氣溫度會(huì)相應(yīng)變化。溫度上限熱電偶的測(cè)量反饋信號(hào)將使系統(tǒng)能將煙氣溫度控制在設(shè)備許可和節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

爐壓控制是保證安全生產(chǎn)及節(jié)能的重要手段。為了防止冷空氣進(jìn)入爐內(nèi)對(duì)燒嘴效率產(chǎn)生負(fù)面影響以及加大熔體損耗，爐內(nèi)的正壓壓力應(yīng)控制在0.2mbar左右。

爐壓的大小取決于煙氣排放量的大小。差壓變送器將采集的爐氣壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成4～20mA信號(hào)，送入PLC中的閉環(huán)控制模塊，經(jīng)PID運(yùn)算后輸出控制信號(hào)，來控制輔助煙道上的調(diào)節(jié)閥門開口度，從而保證爐氣壓力在允許的范圍內(nèi)。一般將20%的煙氣作為爐壓控制可獨(dú)立調(diào)節(jié)的平衡點(diǎn)。當(dāng)超過平衡點(diǎn)，輔助煙道調(diào)節(jié)閥無法獨(dú)立完成爐壓控制，系統(tǒng)將進(jìn)一步通過改變排煙風(fēng)機(jī)的流量實(shí)現(xiàn)目標(biāo)控制。

3 蓄熱式燃燒系統(tǒng)的維護(hù)對(duì)策

由于燃燒方式的特殊性和工作環(huán)境的惡劣性，蓄熱式燃燒系統(tǒng)在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些問題，比如點(diǎn)火失敗、熄火報(bào)警、爐壓過高等。針對(duì)這些典型故障，對(duì)燃燒系統(tǒng)做好日常維護(hù)保養(yǎng)，就可以極大降低故障率。對(duì)主要的維護(hù)對(duì)策進(jìn)行分析探討如下。

（1）系統(tǒng)的助燃風(fēng)應(yīng)保持潔凈。如果系統(tǒng)中所含污垢過多，則可能對(duì)燃燒能力以及設(shè)備性能造成不良影響（特別是對(duì)點(diǎn)火系統(tǒng)）；

（2）蓄熱箱的蓄熱球需要經(jīng)常清洗，以防蓄熱箱的助燃風(fēng)、煙氣所帶的粉塵沉積。這種沉積會(huì)造成蓄熱箱堵塞，對(duì)通過箱體的助燃風(fēng)、煙氣流量造成限制，從而導(dǎo)致燒嘴燃燒能力與加熱性能下降以及煙道過熱；

（3）要對(duì)位于煙氣管、燒嘴和風(fēng)機(jī)最低點(diǎn)部位的排泄管進(jìn)行定期檢查，查看是否有水分凝結(jié)，如有發(fā)現(xiàn)，應(yīng)將其排空；

（4）要對(duì)可能在燒嘴頭及蓄熱箱表面部位沉積的任何污物進(jìn)行清除（此種沉積可能導(dǎo)致燒嘴頭及蓄熱箱過熱）；

（5）檢查風(fēng)機(jī)和燒嘴之間的所有連接點(diǎn)以及管道膨脹接頭是否有機(jī)械損壞，如有發(fā)現(xiàn)，應(yīng)按要求進(jìn)行維修替換；

（6）對(duì)熔爐內(nèi)部進(jìn)行檢查時(shí)，或者已將蓄熱箱從燃燒器上卸下時(shí)，應(yīng)對(duì)下列各項(xiàng)進(jìn)行檢查：對(duì)點(diǎn)火槍進(jìn)行檢查并清潔保養(yǎng)；對(duì)燒嘴內(nèi)部構(gòu)件（噴管、耐火材料等）進(jìn)行檢查；對(duì)UV火檢探測(cè)器的鏡片進(jìn)行清潔，以方便UV探測(cè)系統(tǒng)的正常運(yùn)作。

4 結(jié)束語

蓄熱式燃燒系統(tǒng)的節(jié)能效果好，污染小，維護(hù)工作量小。其缺點(diǎn)是蓄熱箱易被煙氣中的粉塵堵塞，為克服堵塞阻力需要額外消耗動(dòng)力，而且蓄熱球的更換比較麻煩。目前，國(guó)內(nèi)在熔鋁爐上推廣應(yīng)用蓄熱式燃燒系統(tǒng)的進(jìn)展很快，但是效果尚達(dá)不到進(jìn)口設(shè)備的水平，特別是在燃燒技術(shù)的自動(dòng)控制環(huán)節(jié)還存在差距，應(yīng)在實(shí)踐中不斷改進(jìn)。