加热罩烧嘴常见的故障原因分析及处理流程

李燕森

摘 要：加热罩是热处理工序中重要的核心设备，其加热能力的大小与烧嘴工作的稳定性有着密切的联系。柳钢全氢罩式退火炉加热罩烧嘴故障形式，主要表现为烧嘴不能正常点火，烧嘴处于熄灭状态；烧嘴能点火，但持续时间不长，然后熄灭；烧嘴能正常点火，但燃烧状况较差，加热能力降低，控制温度难以跟上系统设定温度。文章通过分析总结及跟踪处理，得出了烧嘴常见故障的快速诊断方案和处理流程，极大地提高了烧嘴燃烧的稳定性。

关键词：加热罩；燃烧；烧嘴；稳定性

中图分类号：TG155.1 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）24-0109-02

钢铁行业的炼钢炼铁流程离不开燃烧加热这一过程，根据冷轧厂的过程工艺，以全氢罩式炉为载体完成钢卷的精细化处理。其中，加热罩是全氢全氢罩式退火炉重要的加热设备，故掌握其烧嘴燃烧系统的构成特征，研究烧嘴常见故障原因及其快速诊断的处理方法，对加热罩的使用和维护有着重要的意义。加热罩烧嘴的维护需要有简单及易操作的方法和流程，以便能及时发现问题并加以处理。柳钢冷轧厂全氢罩式炉机组目前共有161座炉台，自炉台投入生产以来，加热罩在使用过程中，通过对烧嘴维护的跟踪总结，逐渐得出了一套行之有效的处理加热罩烧嘴故障的方法和流程。

1 全氢罩式炉工作原理

全氢罩式炉的主体设备为炉台、阀站、内罩、加热罩和冷却罩，其工作流程如图1所示：首先在炉台装料后利用液压将内罩固定在炉台上，为了确保安全要进行氢气密封试验；然后利用氮气预吹扫，排除内罩和管路中的空气进一步确保系统安全，此处有联锁装置，必须要使内罩中的氧含量维持在1%以下方可进行后续步骤；接着扣上加热罩，烧嘴点火加热钢卷，这部分加热涉及复杂工艺需要跟设定的工艺温度曲线吻合；完成加热后移除加热罩，吊装冷却罩进行强制制冷；接着启动氮气进行后期吹扫，排除内罩中的氢气。当冷却到设定值，先移走在外面的冷却罩，再松开内罩并移走，最后把经过退货处理的钢卷堆到指定区域。

2 燃烧系统组成及燃烧控制方式

全氢罩式炉的燃气媒介是易燃易爆的氢气，故对其故障快速反应处理有较高的要求。退火炉加热罩烧嘴结构简单，易于维护，且加热效率高。柳钢冷轧板带厂全氢罩式退火炉每个加热罩共有12个烧嘴，分上下两层排列布置，下层为1#～6#，上层为7#～12#，下层第一个烧嘴可用于废氢燃烧，以更好的提高介质的使用效率。每个烧嘴的主要机构及控制元件包括：烧嘴壳体、燃烧室、烧嘴控制器、点火变压器、点火电极、燃气空气电磁阀、燃烧室观察孔以及燃气空气介质管路。烧嘴的点火控制方式采用脉冲循环控制方式，根据工艺温度设定的不同，控制烧嘴打开的数量及燃烧时间，这种控制方式不仅可以提高燃烧效率，更重要的是保证了加热钢卷的温度均匀性。

烧嘴燃烧控制过程如图2所示：加热罩上安装有温度检测元件-K型热电偶，其主要功能是实时检测加热罩炉膛的温度变化，并将检测到的温度值实时传输到控制系统主PLC，PLC主控器根据工艺设定值与检测到的实际温度进行对比与计算，到出一温度偏差值，系统根据得出的温度偏差值通过控制电气连接的烧嘴控制器产生相应的控制信号，进而对烧嘴打开的数量、打开时间及打开顺序进行脉冲式循环控制。烧嘴燃烧后通过点火电极对火焰进行检测，将烧嘴燃烧状况通过烧嘴控制器反馈到HMI操作画面上进行远程监控，以便维修人员及时处理出现的燃烧故障。

3 燒嘴的结构和工作原理

要分析烧嘴的故障成因，必须要了解烧嘴的结构和工作原理。全氢罩式炉采用的烧嘴如图3所示，燃气从独立管道进入并从喷头孔中喷出与另一路通道中的空气混合。空气经过翅片换热器，充分利用废气预热形成热空气进入到烧嘴中，再经过周围均匀分布的圆孔向通道口流出。在点火变压器产生的近8 kV高压下，点火电极和大地之间的空气被劈开，形成火花，若此时燃气和空气的压力流量都合适，此时烧嘴就被点燃。通过控制燃气阀和空气阀的开度，就可以方便地控制火焰的大小和姿态。

4 烧嘴常见的故障形式及处理方法

按照烧嘴的燃烧状况，烧嘴常见故障可分为以下三大形式。

4.1 烧嘴不点火

主要原因有：点火电极烧损造成电极断路或点火电极电离点结碳；点火变压器损坏失效；烧嘴控制器损坏失效或继电器故障；燃气管道堵塞；系统通讯故障。

处理方法：检查电极是否已烧损；清理电极电离点碳化物；更换损坏失效的点火变压器；更换损坏的烧嘴控制器及继电器；吹扫燃气管道；检查通讯线路恢复系统通讯。

4.2 烧嘴能点火，但不能持续

主要原因有：点火电极电离点间距不合适造成短路，不能点燃烧嘴；燃气电磁阀堵塞；空气电磁阀执行器卡阻；燃气机械稳压减压阀调压膜破裂造成燃气压力不能调节；燃烧室损坏造成火焰气流堵塞，不能持续点火；火焰检测系统故障、检测电路松动或检测元件失效；燃烧系统空、燃压力比例不合适，且有时复位时出现爆鸣现象。

处理方法：调节点火电极电离点间距至合适位置；清理燃气电磁阀滤网及更换卡阻的空气电磁阀执行器（电磁阀线圈损坏时更换线圈）；更换燃气稳压减压阀调节膜；更换损坏的燃烧室元件；检查火焰检查电路，排查、更换故障元件；利用便携式压力计测量燃气压力和空气压力值，并调节到最佳的比例值。

4.3 烧嘴能正常点火且能持续，但燃烧状况较差，加热

罩炉膛温升缓慢

主要原因有：加热罩顶部换热器堵塞或损坏，造成换热效果低下；煤气总管阀门滤网堵塞；各个烧嘴的煤气阀滤网堵塞；燃气、空气比值未调整到合适位置。

处理方法：清理加热罩顶部预热器或更换损坏的部分，使之预热管路畅通；清理煤气总管阀门和各个烧嘴煤气阀的滤网，以保证煤气的压力和流量；利用烟气分析仪测量排烟取样口废气浓度，确定废气中氧气含量是否偏高，同时用便携式压力计测量燃气和空气的压力值，然后调整燃气和空气阀的开度到最佳的位置，实时观测煤气和空气的压力变化，使排烟口废气浓度达到最佳值，并检查介质阀体是否有泄漏，若有泄漏则更换泄漏的阀体。

5 烧嘴故障快速诊断及处理流程

加热罩烧嘴故障快速诊断及处理流程如图4所示。

检查调试1：①检查点火电极是否正常点火；②检查燃气、空气电磁阀是否正常打开；③检查烧嘴控制器、点火变压器及相关继电器等电气元件是否正常；④调整燃气、空气比值到最佳位置；⑤抽出烧嘴芯检查里面配件是否完好。

检查调试2：①检查点火电极是否短路、接地及碳化；②测量排烟口废气氧含量浓度，调节燃气、空气比值；③检查燃气、空气阀是否泄漏和堵塞；④检查燃气稳压减压阀是否良好；⑤检查烧嘴芯部件是否良好。

整个检查调试过程中各步依次进行，单步结束后做点火试验，不成功则做下一步调整，直到点火成功为止。另外在现场对烧嘴进行维护调整过程中，特别要注意避免发生“爆燃”现象，避免对人身和设备伤害及损坏。“爆燃”现象基本都是发生在炉子回火作业中烧嘴复位时，主要原因是在该温度下，燃气的温度较低（相对正火作业而言），发生故障的烧嘴几次点火都不成功，燃气、空气不段在烧嘴内部累积，当达到一定程度时，如果此时再次点火就很容易发生“爆燃”现象。因此，在诊断和处理烧嘴故障过程中，为了避免发生此类现象，当几次点火不成功时，再次点火时需先关闭燃气阀，进行空气吹扫后才能继续点火试验。

6 结 语

柳钢全氢全氢罩式退火炉机组自投产以来，现场加热罩烧嘴故障处理采用了快速诊断方法及处理流程，处理工作效率有了明显提高，且烧嘴燃烧的稳定性也收到了良好的效果，烧嘴故障率、维护人工成本及设备成本也有了明显的下将，极大地发挥了单座炉台的生产能力及炉群的综合生产能力。

参考文献：

[1] 刘春，宋耀华，徐晖，等.辐射管式热处理炉烧嘴故障原因分析及燃烧优化途径探讨[J].宽厚板，2009，（4）.

[2] 赵坤，刘志安.冷轧全氢罩式退火炉燃烧控制改进[J].新疆钢铁，2008，（2）.

[3] 薛垂义.全氢全氢罩式退火炉加热罩烧嘴的改进[J].轧钢，2013，（3）.