XNS5520型焙烧炉燃烧系统改造

张采锋

中国北车齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司铸钢分厂设备组 黑龙江齐齐哈尔市

一、存在的问题

XNS5520型焙烧炉，燃烧系统为意大利百得公司生产的BGN200P燃烧器。使用中BGN200P型燃烧器出现一些问题，严重影响焙烧炉运行。

1.工作时无法启动点火程序

燃烧器工作时首先要进行预先吹扫，达到设定时间后再进行下一步以确保安全。现场工作环境灰尘、粉尘较大，一旦堵住压力开关取压口，则压力开关检测不准，导致工作中经常发生风机不工作或点火异常，造成燃烧器报警停止工作。

2.点火电极工作异常

焙烧炉在酯硬化工艺中使用，再生砂中潮气比例高。点火电极工作电压在8kV以上，如果燃烧器中环境湿度太大，点火电极在工作中极易发生绝缘瓷管被击穿从而对地放电，这时点火电极前端就不能正常打火点燃天然气。焙烧炉附近是钢水浇注厂地，浇注过程中产生的烟气湿度非常大，雨季时更加严重，点火电极旁边均是湿灰尘，电极根本不能正常工作。

3.空气伺服电机工作异常

燃烧器风量调节是通过空气伺服电机控制两块风门转动的角度。现场工作环境很差，再生系统本身灰尘就大，周围又有钢水浇注和打箱场地。在风机入口和伺服电机旋转处产生的大量沉积灰尘极易板结，造成伺服电机和风门转动困难。一旦伺服电机不能正常工作，则没有信号反馈到程序控制器，这时燃烧器就会报警而停止工作。

4.电离电极工作异常

电离电极是检测燃烧器火焰是否正常燃烧的重要元件，火焰正常燃烧时电离电极产生的电离电流必须在6μA以上，否则就无法检测出火焰。百得燃烧器的电极使用几个月后，程控器接收不到电离电流信号，系统报警停止工作。维修电离电极时，经常需要维修人员进入焙烧炉，对维修工作十分不利。

5.维修困难

虽然焙烧炉使用中发生故障，燃烧器就会亮起报警指示灯，但故障原因不明。只能拆开上盖板观察，凭借维修人员经验判断故障部位。点火电极、检测电极压力开关和伺服电机是经常需要维护的元件，每次处理故障时拆装十分不便。

二、焙烧炉燃烧系统改造

1.改造方案

拆除整套BGN200P燃烧器，使用能适应焙烧炉工况的国产高速烧嘴及配套设备。由于百得BGN200P燃烧器烧嘴、风机、控制系统是一体化，更换烧嘴后必须重新设计、安装电气控制系统，确保改造后的控制系统安全、可靠运行。燃烧控制器、紫外线光敏管、空/燃比例阀、空气蝶阀、燃气电磁阀等关键元件，均采用德国霍科德公司产品。为最大程度防止灰尘、振动、潮湿带来的影响，采用全封闭式继电器、带防尘罩式按钮以及密封性能高的控制箱。改造后燃烧及控制系统和原砂再生控制系统无缝对接，不能影响整个系统正常运行。各元件便于拆卸、维护，方便检修。

2.烧嘴燃烧系统（图 1）

图1 焙烧炉烧嘴燃烧系统

在拆除BGN200P燃烧器后的炉体原位置安装1套KC160烧嘴（大连昌荣公司生产）及配套烧嘴砖。KC160烧嘴是燃烧系统核心，特点是高喷出速度、高切换频率、将空气与燃气充分混合防止燃气回火。在炉前加装1台鼓风机（流量2000m3/h、电机功率4kW）为炉内鼓风。在风管路安装1个手动蝶阀控制进风量。1根长300mm的电极作为点火装置直接安在烧嘴上，更换和维护十分方便。USV1型紫外线光敏管用于检测电极，接收物质燃烧时发射的紫外光，有效探测火焰变化并进行控制。一旦发现炉内火焰不稳定或有熄火故障会立刻发出报警信号，同时切断燃气电磁阀防止燃气进入炉内。USV1型紫外线光敏管的观测孔径小且离烧嘴较远，故障极少。IFS258型燃烧控制器是燃烧控制系统的核心部件。燃气管路安装VG快开快闭型燃气电磁阀和GIK型空/燃比例阀，实现恒定的空/燃比例，通过鼓风管路接过来的风压控制空/燃比例阀燃气流量，获得在不同状态下烧嘴燃烧所需的燃气量。风管路安装MK型高温空气电磁蝶阀，可方便调整风量。在风管路和燃气管路上各安装1个DG型压力开关，当风压和燃气压力异常时进行保护。在焙烧炉、天然气管道周围安装4个漏气检测探头，一旦检测出天然气泄漏，立即报警提示。

3.工作原理（图 2、图 3）

图2 鼓风机电气控制原理

图3 燃烧控制器电气控制原理

按下SB2按钮，KM1吸合，鼓风机启动，对焙烧炉进行吹扫（燃气电磁阀关闭不严或多次点火不着时会有大量燃气聚积，若点火前不先进行吹扫而直接点火极易发生燃爆事故），吹扫时间由延时继电器KT1控制。鼓风机启动后，压力开关KP2动作，KA4断开。管路中燃气压力正常，燃气管路上的压力开关KP1动作，KA3断开。当KT1达到预设时间后KA5吸合，这时即可进行点火工作。若砂再生控制系统发出可点火信号，启动点火开关SB4，则IFS258型控制器进入火焰模拟和自检测阶段。如果在此期间烧嘴控制器未检测到火焰信号，这时燃气电磁阀YV1会打开，同时点火变压器TX1开始工作，输出8000V的电压给点火电极T1，点火电极对烧嘴壁的高压放电产生电弧，点燃天然气。如果在安全时间内光电管UV1检测火焰正常后，点火过程结束，焙烧炉可正常工作，KA1吸合、火焰正常指示灯HL2亮；反之安全时间内没有检测到火焰信号，燃烧控制器锁定，则KA2吸合有报警输出，同时燃气电磁阀关闭、故障信号灯HL3亮，此时维修人员或操作者必须查找故障原因。焙烧炉正常工作后由光电管、压力开关对燃烧状态、天然气压力、风机工作情况进行监测，一旦发现异常，则自动切断燃气电磁阀，并输出报警信号。彻底排除故障后，按下复位按钮SB3，重新点火继续工作。西门子MP277多功能显示屏显示、记录所有运行和报警信息，供维修人员查询使用。

改造后的燃烧控制系统中，原BGN200P型燃烧器与砂再生控制系统PLC所有控制、通信线路不变。图3中16KA4号线由砂再生控制PLC输出，在改造后的控制系统中用来控制点火工作，17号、N两根报警信号线仍输入至砂再生控制PLC部分，确保改造后无缝对接。温度均匀性、升温速度、温度的恒定是焙烧炉控制重要参数，直接影响旧砂再生质量，温度控制采用欧陆818P4温度调节器，使温度控制更加精确。

焙烧炉工作时，点火正常后烧嘴会用小火维持炉内温度，这时空气电磁阀虽未得电，但可将阀门调节到30°位置以保证炉内燃烧所用。温度调节器脉冲输出时，KA01得电，由KA01和火焰正常继电器KA1控制空气蝶阀，空气蝶阀再控制GIK空/燃比例阀，此时炉内是大火焰工作；温度调节器没有输出时，空气电磁阀关闭，进风量减少，随之空/燃比例阀调节，减少进气量炉内以小火燃烧。这样可按工艺要求调节炉内温度，并且升温迅速、炉内烘道温度均匀。这种控制方式可减少点火次数，既可节省点火电极损耗，又可避免因点火不着多次点火时炉内燃气残留带来的安全隐患。

三、改造效果

焙烧炉燃烧系统改造后经过两年多运行，燃烧系统在潮湿天气、灰尘大环境中运行稳定、故障极少。点火电极、紫外光电管、压力开关等经常需检修的元件均便于拆卸，出现问题一般操作者即可处理。焙烧炉燃烧系统全部是自动控制，与原砂再生系统联动控制，整个控制系统采用多种保护措施，确保安全运行。再生后的旧砂经取样化验成分均合格，各项指标均优于改造前，完全满足工艺要求。 W13.12-28