通过改良火焰检测仪安装结构降低燃烧器运行的熄火故障率

时间：2024-11-06

潘瑞红

（宝钢发展有限公司，上海宝山 201900）

1 综合说明

燃烧器是指：使燃料和空气以一定方式喷出混合燃烧的总称。火焰：是燃料和空气混合后迅速转变为燃烧产物的化学过程中出现的可见光或其他的物理表现形式，也就是一种物理现象。紫外火焰扫描器：采用紫外光敏管作为传感元件，扫描燃烧室内火焰是否存在[1，2]。

根据国家节能减排的要求，同时为满足生产、生活用汽的需要，经充分的计划与筹建，业主方由燃气锅炉取代燃煤锅炉。结合各类精炼炉用汽的实际情况，新建一座以天然气为能源、蒸发量为75t/h的燃气锅炉房，对炼钢的精炼过程进行供汽，要求锅炉在供汽过程中无任何质量缺陷，无污染，操作和保养维护简便。锅炉房选用水管卧式全自动燃气锅炉三台，1#锅炉为低压饱和蒸汽锅炉，额定压力为0.7MPa；2#、3#锅炉为低压过热蒸汽锅炉，过热蒸汽锅炉额定压力为1.25MPa，过热蒸汽温度为300℃，锅炉型号SZS25-1.25-QT。为确保燃气锅炉运行稳定、可靠，经反复论证，锅炉配套时选用的燃烧器型号为德国扎克GS 220，属分体式低Nox气体燃烧器，这是一款国际知名品牌的成熟产品。

（1）燃气锅炉由建设转为调试、烘炉、煮炉和试运行后，按计划开始供应全部生产、生活用汽。运行初期，由双良锅炉厂技术专家和德国扎克技术专家进驻燃气锅炉房进行全程跟踪调试。期间因燃烧系统经常出现故障使锅炉系统调试不顺利、试运行不平稳,严重影响了调试、试运行工作,甚至调试无法进行。在锅炉联动调试时，双良和扎克的技术专家认为它们的产品都是成熟产品，配套性能很好，不存在个体差异，只要各个燃烧参数设置完成，再进行微调，调试应该会顺利进行。但是调试过程中燃烧器经常出现莫名的熄火故障，无论如何也不能很稳定的运行。随着倒计时的临近，燃烧器不能稳定运行使双良和扎克的技术专家感到非常棘手。我们包括各运行班组的员工也针对出现的问题，纷纷出谋划策，探讨问题的症结。

（2）由于出现问题的频次较多，我们首先设立了一本“锅炉异常记录本”，对每一次出现的“异常”都记录并要求尽可能的详细，为解决问题提供有益的依据。

（3）经一段时日的现场观察、跟踪,我们分析、归纳其主要原因是锅炉燃烧系统火焰扫描仪出现故障的频率较高,使锅炉燃烧控制系统因为检测不到火焰信号而发出错误的停炉指令。在调试、试运行期间出现问题,很容易造成生产安全事故,严重影响生产的长周期安全及平稳运行。锅炉运行“异常”应该尽快解决。经统计仅运行初期的二个半月内共计发生80次异常停炉现象。

针对上述燃烧器故障，对照运行调试手册进行再次细分，我们又发现燃烧器故障中火焰故障率明显偏高。

（4）同时，现有的火焰扫描仪一般具有两段式结构，两段式结构的圆筒需要相互套接，其同轴度往往难以确保，因此造成检测火焰的角度有所偏差，也容易造成燃烧器熄火。

2 实施主要过程

（1）由于燃气锅炉要处于连续供汽的良好工况，其运行负荷会随着用汽的峰谷不断转换，从燃烧器的旁边进行检测火焰会增加不稳定性，我们就从各个系统的整体性上考虑，既然GS 220燃烧器是油气两用，而燃气锅炉又单独使用天燃气，燃烧器上原有2个火焰扫描器安装位置及一根油喷嘴（油枪孔位），我们就从各个部位的最佳位置考虑，火焰扫描器原安装位置在距燃烧器中心23cm的位置，而油喷嘴（油枪孔位）就在燃烧器中心位置。经过试验，我们提出将原火焰扫描器从原偏中心23cm的位置移到油枪孔位，即燃烧器中心位置。

改良前后火焰检测仪安装在燃烧器端面外部的侧面示意图

（2）结合现场实际情况,通过调研,要使锅炉系统达到平稳运行,确保设备长周期安全及平稳运行，必须将火焰扫描仪置于良好的位置，而综观燃烧器最佳火焰观测点是位于燃烧器的中心位置。再根据调试手册，发生H004的故障有以下三种可能性：

运行中燃气压力太低火焰被吹熄，但还未触发燃气压力低报警。运行中火焰扫描器或者线路故障。火焰探头观火角度不合适。

针对上述三个原因，我们进行了分析：①运行中燃气压力太低火焰被吹熄。对燃气过滤网进行拆修，同时在运作中通过比对燃气管道的压力表确认运行中检查燃气压力处于25KPa，均为正常状态，基本排除这一可能性。②运行中火焰扫描器或者线路故障。通过检测在运行中高负荷时火焰扫描器能够接受到信号，同时通过更换检查线路及更换新火焰扫描器排除了火焰扫描器或者线路故障的可能性。③运行中火焰扫描器从燃烧器外壳的缝隙中对火焰进行检测，但是小火燃烧时，火焰漂移，有时被稳焰盘遮挡，火焰扫描器位置不是最佳，可能发生检查不到火焰，在运行中发生停炉，这一可能是存在的。

（3）根据燃烧学理论可知,锅炉燃烧的实质是燃料中的碳或碳氢化合物与空气中氧发生化学反应,所以在燃烧器喷出燃料后,炉膛火焰大致分成4个区域：燃料混合区、初始燃烧区、充分燃烧区及燃料燃尽区研究结果显示,火焰波动频率伴随燃烧阶段不同分布在2～600Hz之间,由于初始燃烧区火焰亮度变化频率最大、亮度高,所以对于单只燃烧器来说初始燃烧区是最佳的火焰监测区域。

而不同燃料的光谱分布特性区别很大,油火焰含有大量的红外线、部分可见光和少量紫外线,气体火焰有丰富的紫外线、红外线和较少的可见光。在燃烧器的最佳观火角度是油喷嘴和油枪孔位。

（4）调整后的测试结果表明：火焰扫描的成功率大大提高，燃烧器运行趋于正常。火焰扫描的效果明显好转，信号也有明显增加和稳定。经扎克专家的同意，燃气锅炉房的其它二台锅炉火焰扫描器的位置也作相应调整，锅炉的调试和试运行基本顺利。

自调整后锅炉热平衡测试期间，火焰检测故障只有5次，故障率从83.3%下降到33.3%，相比原来下降50%，可见这一“措施”是合理、有效的，并且得到扎克专家的认可。锅炉按计划顺利通过了热平衡和环保测试，最终通过了锅炉整体验收。

（5）在火焰扫描器移位安装后,由于火焰扫描器的外径与油枪孔位的内径不匹配，进行了缠绕塑料带的方式进行了固定，这种方式容易引起震动，对火焰扫描仍然有不稳定的情况。为此,在锅炉油枪孔位与火焰扫描器的外径处增设一只稳定环，如图6、图7、图8所示，这样提高了火焰扫描器的稳定性和可靠性,给火焰扫描器的检测创造了更好的条件。

火焰扫描仪上增设稳定环前后的结构示意图