通過改良火焰檢測儀安裝結構降低燃燒器運行的熄火故障率

潘瑞紅

（寶鋼發展有限公司，上海 寶山 201900）

1 綜合說明

燃燒器是指：使燃料和空氣以一定方式噴出混合燃燒的總稱。火焰：是燃料和空氣混合后迅速轉變為燃燒產物的化學過程中出現的可見光或其他的物理表現形式，也就是一種物理現象。紫外火焰掃描器：采用紫外光敏管作為傳感元件，掃描燃燒室內火焰是否存在[1，2]。

根據國家節能減排的要求，同時為滿足生產、生活用汽的需要，經充分的計劃與籌建，業主方由燃氣鍋爐取代燃煤鍋爐。結合各類精煉爐用汽的實際情況，新建一座以天然氣為能源、蒸發量為75t/h的燃氣鍋爐房，對煉鋼的精煉過程進行供汽，要求鍋爐在供汽過程中無任何質量缺陷，無污染，操作和保養維護簡便。鍋爐房選用水管臥式全自動燃氣鍋爐三臺，1#鍋爐為低壓飽和蒸汽鍋爐，額定壓力為0.7MPa；2#、3#鍋爐為低壓過熱蒸汽鍋爐，過熱蒸汽鍋爐額定壓力為1.25MPa，過熱蒸汽溫度為300℃，鍋爐型號SZS25-1.25-QT。為確保燃氣鍋爐運行穩定、可靠，經反復論證，鍋爐配套時選用的燃燒器型號為德國扎克GS 220，屬分體式低Nox氣體燃燒器，這是一款國際知名品牌的成熟產品。

（1）燃氣鍋爐由建設轉為調試、烘爐、煮爐和試運行后，按計劃開始供應全部生產、生活用汽。運行初期，由雙良鍋爐廠技術專家和德國扎克技術專家進駐燃氣鍋爐房進行全程跟蹤調試。期間因燃燒系統經常出現故障使鍋爐系統調試不順利、試運行不平穩,嚴重影響了調試、試運行工作,甚至調試無法進行。在鍋爐聯動調試時，雙良和扎克的技術專家認為它們的產品都是成熟產品，配套性能很好，不存在個體差異，只要各個燃燒參數設置完成，再進行微調，調試應該會順利進行。但是調試過程中燃燒器經常出現莫名的熄火故障，無論如何也不能很穩定的運行。隨著倒計時的臨近，燃燒器不能穩定運行使雙良和扎克的技術專家感到非常棘手。我們包括各運行班組的員工也針對出現的問題，紛紛出謀劃策，探討問題的癥結。

（2）由于出現問題的頻次較多，我們首先設立了一本“鍋爐異常記錄本”，對每一次出現的“異常”都記錄并要求盡可能的詳細，為解決問題提供有益的依據。

（3）經一段時日的現場觀察、跟蹤,我們分析、歸納其主要原因是鍋爐燃燒系統火焰掃描儀出現故障的頻率較高,使鍋爐燃燒控制系統因為檢測不到火焰信號而發出錯誤的停爐指令。在調試、試運行期間出現問題,很容易造成生產安全事故,嚴重影響生產的長周期安全及平穩運行。鍋爐運行“異常”應該盡快解決。經統計僅運行初期的二個半月內共計發生80次異常停爐現象。

針對上述燃燒器故障，對照運行調試手冊進行再次細分，我們又發現燃燒器故障中火焰故障率明顯偏高。

（4）同時，現有的火焰掃描儀一般具有兩段式結構，兩段式結構的圓筒需要相互套接，其同軸度往往難以確保，因此造成檢測火焰的角度有所偏差，也容易造成燃燒器熄火。

2 實施主要過程

（1）由于燃氣鍋爐要處于連續供汽的良好工況，其運行負荷會隨著用汽的峰谷不斷轉換，從燃燒器的旁邊進行檢測火焰會增加不穩定性，我們就從各個系統的整體性上考慮，既然GS 220燃燒器是油氣兩用，而燃氣鍋爐又單獨使用天燃氣，燃燒器上原有2個火焰掃描器安裝位置及一根油噴嘴（油槍孔位），我們就從各個部位的最佳位置考慮，火焰掃描器原安裝位置在距燃燒器中心23cm的位置，而油噴嘴（油槍孔位）就在燃燒器中心位置。經過試驗，我們提出將原火焰掃描器從原偏中心23cm的位置移到油槍孔位，即燃燒器中心位置。

改良前后火焰檢測儀安裝在燃燒器端面外部的側面示意圖

（2）結合現場實際情況,通過調研,要使鍋爐系統達到平穩運行,確保設備長周期安全及平穩運行，必須將火焰掃描儀置于良好的位置，而綜觀燃燒器最佳火焰觀測點是位于燃燒器的中心位置。再根據調試手冊，發生H004的故障有以下三種可能性：

運行中燃氣壓力太低火焰被吹熄，但還未觸發燃氣壓力低報警。運行中火焰掃描器或者線路故障。火焰探頭觀火角度不合適。

針對上述三個原因，我們進行了分析：①運行中燃氣壓力太低火焰被吹熄。對燃氣過濾網進行拆修，同時在運作中通過比對燃氣管道的壓力表確認運行中檢查燃氣壓力處于25KPa，均為正常狀態，基本排除這一可能性。②運行中火焰掃描器或者線路故障。通過檢測在運行中高負荷時火焰掃描器能夠接受到信號，同時通過更換檢查線路及更換新火焰掃描器排除了火焰掃描器或者線路故障的可能性。③運行中火焰掃描器從燃燒器外殼的縫隙中對火焰進行檢測，但是小火燃燒時，火焰漂移，有時被穩焰盤遮擋，火焰掃描器位置不是最佳，可能發生檢查不到火焰，在運行中發生停爐，這一可能是存在的。

（3）根據燃燒學理論可知,鍋爐燃燒的實質是燃料中的碳或碳氫化合物與空氣中氧發生化學反應,所以在燃燒器噴出燃料后,爐膛火焰大致分成4個區域：燃料混合區、初始燃燒區、充分燃燒區及燃料燃盡區研究結果顯示,火焰波動頻率伴隨燃燒階段不同分布在2～600Hz之間,由于初始燃燒區火焰亮度變化頻率最大、亮度高,所以對于單只燃燒器來說初始燃燒區是最佳的火焰監測區域。

而不同燃料的光譜分布特性區別很大,油火焰含有大量的紅外線、部分可見光和少量紫外線,氣體火焰有豐富的紫外線、紅外線和較少的可見光。在燃燒器的最佳觀火角度是油噴嘴和油槍孔位。

（4）調整后的測試結果表明：火焰掃描的成功率大大提高，燃燒器運行趨于正常。火焰掃描的效果明顯好轉，信號也有明顯增加和穩定。經扎克專家的同意，燃氣鍋爐房的其它二臺鍋爐火焰掃描器的位置也作相應調整，鍋爐的調試和試運行基本順利。

自調整后鍋爐熱平衡測試期間，火焰檢測故障只有5次，故障率從83.3%下降到33.3%，相比原來下降50%，可見這一“措施”是合理、有效的，并且得到扎克專家的認可。鍋爐按計劃順利通過了熱平衡和環保測試，最終通過了鍋爐整體驗收。

（5）在火焰掃描器移位安裝后,由于火焰掃描器的外徑與油槍孔位的內徑不匹配，進行了纏繞塑料帶的方式進行了固定，這種方式容易引起震動，對火焰掃描仍然有不穩定的情況。為此,在鍋爐油槍孔位與火焰掃描器的外徑處增設一只穩定環，如圖6、圖7、圖8所示，這樣提高了火焰掃描器的穩定性和可靠性,給火焰掃描器的檢測創造了更好的條件。

火焰掃描儀上增設穩定環前后的結構示意圖

3 本技術方案特點

經對品牌燃燒器的火焰掃描器移位安裝后,火焰掃描器檢測效果顯著改善，解決了鍋爐在小負荷區域容易檢測不到火焰的問題，基本確保了鍋爐正常運行。

4 總結

綜上所述，通過改良火焰檢測儀的安裝結構，大大降低了燃燒器故障中的火焰故障率；故障率從83.3%下降到33.3%，相比原來下降50%。火焰掃描儀檢測結果更加準確；火焰掃描儀檢測放線準確，提高了穩定性，燃氣鍋爐的安全運行系數大大提升。調試成功后，燃氣鍋爐房三臺燃氣鍋爐的火焰掃描器均作移位安裝。