热处理炉点火系统的不稳定性分析

刘松林

（济钢集团有限公司，济南 250101）

热处理炉点火系统的不稳定性分析

刘松林

（济钢集团有限公司，济南 250101）

济钢中厚板厂热处理2#炉烧嘴点火系统故障频繁，致使炉温不能达到正火生产要求，严重的影响了生产效率。对此，经过长时间的观察和试验，对烧嘴控制环节高发故障和不稳定的原因进行了深入的分析。

热处理；烧嘴控制；点火故障；点火控制器

1 前言

热处理炉的主要工艺要求就是温度的稳定控制。达到一定的温度，并保持稳定对提高钢板性能有着关键性的影响。因此对热处理炉的点火、燃烧控制系统的可靠性要求也就非常的高。而目前的2#热处理炉烧嘴点火控制系统存在着较高的故障率，这些严重的影响了炉温的提高和稳定保持。找出控制系统故障率高的原因，并提出有效的改进措施对于提高热处理炉运行效益有着重大意义。

2 系统简介及点火流程

整个热处理炉共有300多个烧嘴，由PLC经过PID运算实现自动控制。控制方式为脉冲式，即PLC根据设定值和温度检测反馈决定各个烧嘴处于燃烧或关闭的时间，所以每个烧嘴都是处于频繁点燃-关闭的工作状态中。这种控制方式既可以提高效率又可以保证炉子和钢板的温度均匀性。每个烧嘴均为独立自动点火和火焰监测，并将故障信号反馈回PLC。控制流程为：PLC发出指令到点火控制器，点火控制器开启燃气和助燃空气阀门并接通点火电极，就能点燃烧嘴。燃烧系统点火后，点火电极通过离子火焰检测返回的电流信号（也有uV镜紫外检测）监测火焰，将燃烧信号返回点火控制器。根据控制流程，我们可以将其分解为三个主要部分：燃气供应，点火瞬间和燃烧反馈。

燃气供应是指点火控制器接收到点火指令后，输出电压到煤气空气电磁阀，控制其打开，使煤气空气按照一定的比例到达辐射管式燃烧室。流程中的关键点为：控制器的输出，电磁线圈产生磁力，电磁阀打开，煤气空气按一定比例输入到燃烧室。

点火瞬间就是点火控制器驱动变压器输出高压在点火电极头部发生尖端放电的过程。其中点火控制器对点火变压器的驱动是否正常，点火变压器的升压，点火电极的尖端放电间隙，电极的尖端氧化情况及其它部位的绝缘性都直接影响着放电过程。

点火之后，烧嘴的正常燃烧中，点火电极和点火变压器通过离子火焰监测的方式反馈一个微安级的电流信号（或UV镜紫外检测）到点火控制器，用以实现燃烧反馈。离子火焰检测是利用高温烟气具有单向电离作用的原理，在火焰中加上一个交流电压，通过检测电流的有无确认火焰状态。流程中的关键点为：加载的电压和火焰的大小，决定了信号的大小，控制器检测的灵敏度等。UV镜紫外检测是利用光电管对火焰中紫外线感应生成微安信号的原理，那就要求火焰直接照射到光电管上才能生成正常信号。

3 主要故障原因和不稳定分析：

经过长时间的维护和分析，根据在烧嘴调试过程中出现的各种现象，按照烧嘴控制的三个主要流程，得出了系统中的频发故障原因和不稳定因素。

（1）点火信号输入之后，控制器会输出到电磁阀。通过观察，部分电磁线圈出现没有磁力或磁力不够打开阀门，个别出现时而能打开的现象。电磁线圈没有吸力只能是三个原因控制器没有输出，线接地断路，和线圈断路。后两种原因出现较少，处理之后可即可排除故障。多数属于第一种原因，更换新的控制器即可正常。考虑控制器输出直接驱动电磁阀，在长期运行之后内部电路老化严重，不能可靠的输出电压或是内阻偏大导致电磁阀打不开。

（2）对不能正常点燃的烧嘴做测试，绝大部分的点火变压器的输出都是正常的，问题基本出现在烧嘴内部。如电极的尖端碳化严重，电极在烧嘴的内部放电间隙不够或电极的绝缘低等。

（3）如果点火成功，信号反馈正常就是最后的关键因素了。有相当一部分烧嘴表现出能点燃，但是信号反馈没有或反馈信号出现不稳定的闪烁现象。目前的火焰检测有两种方式，一种是单电极离子检测方式，一种是UV镜紫外检测方式。在两种检测方式中离子检测方式在点火初期出现信号闪烁。闪烁的时间大约有3秒左右，分析有两种原因，一是点火初期的煤气空气混合比搭配不合理，火焰不稳定，或手动阀门开度不够，火焰太小；二是由于检测信号线上加载了170v左右的交流电压，但是在点火的时候同时是点火高压的负端。这时的感应电压对离子电流产生了干扰或是影响，以至于造成了信号的闪烁。经过对比试验和分析认为第二种原因的可能性要小。UV镜检测方式的大部分故障原因是火焰太小或观察窗上镜片脏了，导致火焰不能照射到光电管上以至于没有信号输出。

4 改进措施

影响烧嘴故障频繁和不稳定的主要因素有：控制器到电磁阀的输出在长期运行后故障率较高；点火电极的质量和安装标准不高；空燃比和火焰大小的调整不合适等。经过对现场长期的跟踪维护和认真的分析试验，对此我们提出了一些改进措施：

（1）在控制器的输出和电磁阀之间增加中间继电器。这样不仅降低控制器的输出负荷，使对电磁阀的驱动更加可靠，延长控制器的使用寿命，而且在电磁阀短路或接地的时候保护控制器不受损害。

（2）逐步更换点火电极的型号，采用抗氧化性能良好的点火电极。安装过程中，保证绝缘瓷套管的完整性，尖端放电间隙适中，固定可靠。

（3）调试时逐一通过手动阀门调试空燃比，适当增大阀门开口度，以没有或减少火焰信号闪烁时间为准。

（4）定期清洁UV镜检测的观察窗。

5 结语

点火控制器的质量不高，但是更换型号成本太高，所以采用增加继电器的方式，既降低了负荷，增加对电磁阀驱动的可靠性，并延长了控制器的使用寿命，又节约改造成本。UV检测方式比离子检测方式更直接，抗干扰能力强，但是对检测条件的要求高，各有利弊，以消耗备件为主，暂不考虑换型。另外，精细的维护也是保障设备的关键因素，只有在维护中不断的增加要求，提高标准，才能保证设备运行越来越稳定。

［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）：45-48

刘松林，男，助理工程师，从事电气、仪表自动化设备维护改造工作。