周国义，李军华，杜 飞

(海军工程大学，湖北武汉 430033)

在增压锅炉中，燃油燃烧所需要的空气是由涡轮增压机组燃气轮机利用烟气的热能膨胀做功驱动压气机旋转获得，空气增压后经配风器送入锅炉炉膛助燃。由于炉内具有很高的压力，增加了炉膛容积热负荷，提高了烟气流速，炉内辐射和对流传热大为提高，降低了锅炉排烟温度，提高了锅炉热效率。每吨蒸汽耗钢量与非增压锅炉相比有较大程度的降低，尺寸重量也大为减小。同时，炉内空气动力场及燃烧的组织要求更高，对锅炉燃烧技术、运行管理及维护要求更为严格。

本文针对某船2台增压锅炉经常发生燃烧熄火故障进行原因分析，并提出了解决方案。

1 锅炉局部控制系统及熄火现象

1.1 锅炉局部控制系统概述

某船每台增压锅炉具有6套大容量燃烧设备，采用全电控方式进行控制，其局部控制系统用于锅炉启动、控制、保护与监测。系统主要组成:控制台、不间断电源、控制器、接线箱、燃油压力调节器、燃油压差调节器、蒸汽压力调节器、水位调节器、空气流量调节器、燃油温度调节器、涡轮增压机组转速调节器等。

锅炉局部控制系统具有高低双级结构。低级包括:模拟信号传感器、离散传感器、检测仪表、执行设备、操纵器、变换器。高级包括:主控制设备、成套双通道数字计算仪器 (互为备用)，当主通道故障时，自动转到备用通道;当主通道恢复后，自动转到主通道，切断备用通道。系统通过仪器间的接口与动力装置技术设备的控制系统相连。

锅炉局部控制系统能保证锅炉无烟燃烧和规定的压力。在主机自动调节、控制和保护系统中的最高压力调节器和最低压力调节器接通及在机动(变速、转向)自动控制工况中，锅炉局部控制系统能保证锅炉无烟燃烧，此时允许蒸汽压力的给定值有如下误差:当锅炉负荷从最低负荷到最高负荷变化时，压力的骤降不超过额定值的10%，此时锅炉负荷的变化速度不超过每秒1.5%;当锅炉负荷从最高负荷到最低负荷变化时，蒸汽压力的升高不会导致安全阀启跳，此时负荷的变化速度不超过每秒3%。过渡过程的持续时间不超过2 min。

1.2 锅炉局部控制系统工作不稳定及熄火现象

1)在锅炉低参数工况下，主机加速时，当锅炉汽压下降0.2～0.4 MPa后，蒸汽压力调节器没有动作，此时必须转为“遥控”工况下，手动增加负载2%～4%左右后再转回“自动”，调节器才能正常工作。

2)不管是在低参数还是在高参数工况下，当主机加速时，冒烟限制器动作后，涡轮增压机组经常出现长时间速度不下降或下降很慢，导致锅炉出现震荡以及计算机显示为“锅炉无火焰”。

3)在高参数工况下，主机加速时，涡轮增压机组出现异常加速，锅炉汽压下降，锅炉显示为无火焰，蒸汽压力调节器迅速增加负载，最高可以达到100%，但此时锅炉汽压可能低于5.5 MPa，然后感觉锅炉有爆燃，汽压猛升至7.1 MPa左右，锅炉安全阀起跳，有时连续起跳，按照常规此时蒸汽压力调节器应该下行，减少喷油量，但实际上蒸汽压力调节器可能仍然保持在100%不动作，或者一台炉在100%，另一台只有20%左右，相差太远;此时锅炉汽压忽高忽低，一会儿显示有火焰，一会儿显示无火焰，涡轮增压机组转速忽高忽低波动很大，在这种情况下把蒸汽压力调节器转为“遥控”控制，表现为不起作用，也就是说人为无法干预;只有降低主机负荷，才能让这种现象慢慢消失，趋于稳定后，调节器又能人工遥控。

4)3#锅炉经常出现“锅炉无火焰”指示，实际情况检查假熄火的情况居多，3#锅炉燃烧状况不好，炉膛昏暗，烟比较大。

5)3#、4#锅炉在工作中，风油比不匹配，表现为在低负荷情况下，3#炉喷油器前油压比4#炉高0.03～0.05 MPa，涡轮增压机组转速3#锅炉比4#锅炉低1 000 r/min;高负荷时现象刚好相反，而且负荷越高油压相差越大，最大时可以达到0.5 MPa左右。

1.3 3#、4#锅炉熄火情况及其影响

某船3#、4#锅炉在一次远航途中分别发生熄火故障10次和7次。之后，在多次执行任务中又发生30余次类似故障，导致一部主机不能正常工作，严重影响到该船正常航行，给该船训练和执行任务留下了重大隐患。

2 燃烧熄火原因分析

2.1 空气过量系数过大

锅炉理论认为:在燃烧过程中，如果空气过量系数过大，即送入炉内的空气量过多，烟气“热量”会后移，将导致冒白烟，经济器出口水温高，过热器出口蒸汽温度偏高，产汽量不足等。这一结论对非增压锅炉来讲完全正确。但是，对于具有8级轴流式压气机，其最大送风量可达44.5 kg/s、压力达0.34 MPa的涡轮增压机组，运行试验表明:当空气过量系数达到一定值时，不仅产生上述问题，还会导致炉内燃烧火炬直接熄灭。因此，对增压锅炉来讲，空气过量系数过大是引起锅炉燃烧熄火的原因之一。

全电控方式下计算机的燃烧控制软件是引起空气过量系数过大的原因之一，分析如下。

为了保证在主机变工况时增压锅炉无烟燃烧，这时借用冒烟限制器部件使涡轮增压机组提前加速，增加供风，用以克服空气流量调节器自平衡能力差这一特性，保证油风配比一致，从而实现无烟燃烧。

对于采用全液压控制的增压锅炉来讲，冒烟限制器是一个电磁铁带动的单喷管液压调节器。当主机加速时，主机负荷手轮有一个加速电信号 (加速越快信号越强)传递给冒烟限制器的电磁铁，在电磁铁作用下，单喷管发生偏转 (信号越强偏转角度越大)，液压调节器的工作水直接进入空气流量调节器的反馈弹簧设定装置，相当于直接提前附加了一个反馈信号给空气流量调节器，使涡轮增压机组提前加速;当主机负荷手轮停止转动时，加速电信号消失，空气流量调节器恢复正常工作;如果加速信号消失后，调节器故障不能复位，就相当于一直有一个信号作用在空气流量调节器上，造成涡轮增压机组异常加速、锅炉汽压急剧下降，蒸汽压力调节器将增加供油，以恢复锅炉汽压，反复加油、加风，风油配比失衡，空气过量系数过大，最终导致锅炉燃烧熄火。

对于采用全电控方式的增压锅炉来讲，当主机加速时，主机负荷手轮有一个加速电信号 (同样是加速越快信号越强)传递给冒烟限制器，这时，冒烟限制器不直接通过空气流量调节器的调节阀进行控制，而采取电信号控制电磁三通阀，通过电磁三通阀的通断，控制工作水，直接作用于涡轮增压机组的喷嘴阀伺服器上，由伺服器带动喷嘴调节阀进行加速。也就是说冒烟限制器起作用时，空气流量调节器根本无法控制机组转速。所以，当加速电信号消失后，如果电磁三通阀不能复位或关闭不严，同样会造成涡轮增压机组异常加速，最终结果同上。由于全电控方式的增压锅炉蒸汽压力调节器的主脉冲分别取自2台锅炉，这样直接造成了当一个梯次一台锅炉出现上述问题时，就会导致同一梯次2台锅炉汽压互相牵扯、干扰，最终全部熄火的结果。

2.2 燃油总管压力不足

燃油总管的压力不足会造成喷油器前的燃油压力过低，风油配比失衡，即风量过多，油量欠缺，加之在这种情况下会使锅炉汽压下降，蒸汽压力调节器持续加油、空气流量调节器加风，在燃油压力不足情况下，最终导致锅炉燃烧熄火。

造成燃油总管压力不足的原因主要有以下原因。①日用油柜油位过低。油位过低会造成燃油泵吸不到油，总管的压力自然会降低，造成锅炉熄火。②汽轮燃油泵故障。如果出现汽轮燃油泵的转速调节系统或螺杆泵故障，造成达不到额定转速或螺杆泵间隙过大，严重漏泄，排量太小等情况，都会带来燃油总管压力过低。③高工况下电动燃油泵不能自动启动。当锅炉进入高工况，即当锅炉第4只喷油器打开时，电动燃油泵应该自动启动，投入工作。如果在高工况下，电动燃油泵不能自动投入工作，就会导致燃油总管压力过低。

2.3 燃油压差调节器故障

燃油压差调节器用于确保蒸汽压力调节器调节阀前后燃油压差在锅炉任何工况下为0.35～0.45 MPa。如果燃油压差调节器出现故障或灵敏度降低，锅炉就会出现断油或喷油器前压力骤降，会立即造成锅炉熄火。

2.4 各传感器偏差过大，造成调节器误动作

锅炉各调节器测量用的传感器 (或称变送器)，对于采用全液压控制的增压锅炉来讲主要是调节器上的波纹管，对于采用全电动控制的增压锅炉来讲主要是各种规格的压力、压差变送器。传感器对于调节器是否能够正常工作起着决定性作用，传感器偏差过大，会造成各调节器误动作，直接威胁到锅炉运行安全，造成锅炉燃烧熄火。偏差过大的原因主要有:①波纹管、薄膜破裂。②连接传感器的脉冲管堵塞。③压力、压差变送器的电位器偏移。全电动控制的增压锅炉的压力、压差变送器采用的是4～20 mA的标准电流，当电流为4 mA时，调节器调节阀应全部关闭;当电流为20 mA时，调节器调节阀应完全打开。4～20 mA电流的变化与调节器调节阀的关和开存在对应的线性关系，直接反映了锅炉负荷的变化情况。该电流的变化依靠电位器进行调整，电位器发生偏移将直接影响调节器的正常工作，严重时造成锅炉误动作熄火。④压力、压差传感器故障。如燃油压差传感器故障时将直接导致锅炉熄火。

2.5 蒸汽压力调节器故障或卡滞

蒸汽压力调节器直接控制着进入炉膛的喷油量。如果蒸汽压力调节器出现故障或者机械卡滞，将造成锅炉燃烧不良，汽压下降，严重时导致锅炉缺油熄火。

2.6 燃油压力调节器故障或卡滞

燃油压力调节器保证锅炉在不同负荷下燃油总管具有不同的规定油压，它是一个程序式调节器。出现故障或卡滞会造成燃油总管压力过高或过低，总管压力过高，使燃烧不良;总管压力过低，锅炉供油不足，会产生熄火。

2.7 熄火保护系统误动作

在全电控方式的增压锅炉保护系统中，有一个锅炉“熄火保护”功能，主要是借助于锅炉炉膛火焰传感器传递锅炉燃烧的火焰信号，为了输入火焰传感器电压信号采用组件CSM7B30－03D，该组件形成低频电压信号 (1 V)，标准信号0～10 V。当火焰传感器故障或者炉膛燃烧状况不好，火焰传感器检测不到火焰信号超过5 s时，锅炉保护系统动作，熄火保护启动。但在火焰传感器失灵后，可能将正常燃烧的锅炉熄火。

2.8 油中含水较多，水喷进炉膛造成锅炉熄火

所有油柜都有通大气的通气口并装有止回阀，安装止回阀的目的是防止船舶在大风浪中航行时，甲板上的海水进入油柜。在实际工作中，油柜中经常出现有水情况。主要原因有:①补给的燃油中本身含有较多的水分，这种情况在向船上补给燃油过程中并不能及时发现。当油在油柜中沉淀一段时间后就会出现油水分层，水就会沉到油柜底部，而燃油泵吸入口都位于油柜底部，于是在工作过程中油泵就会把水吸入燃油管路喷入炉膛。②燃油柜的通气管止回阀故障，不起止回作用，造成海水从通气管进入油柜，进而沉淀在燃油柜的底部。③气温温差大或霉雨天气，空气中的水分大量进入油中，造成油柜中形成凝水，久而久之凝水积少成多。

3 解决方案

针对锅炉工作中经常熄火问题，主要采取了以下解决方案。

3.1 加强燃油含水量监测

经常检查油柜中的油是否含水。采用蒸汽往复泵抽取燃油柜底部的油水，采取沉淀目视法进行检查，以便及时处理。

3.2 加强燃烧设备的维护保养

燃烧设备具有完好的工作状态是保证锅炉正常工作的基础，应从以下几个方面做好技术维护工作:①定期对风门进行检测，观测是否有变形，打开是否灵活，固定螺丝是否松动，防止调节风门连杆螺丝松动、脱落，造成风门卡死或不能正常启闭，保证正常供风。②每次停炉后应对喷油器进行清洁保养。为保证喷油器雾化良好，每一次停炉后都要组织人员对喷油器进行维护，特别是雾化片和蒸汽垫片的清洁，保养完毕后要在船上喷油器试验台上进行试验，保证清洗后喷油器的雾化效果，同时注意检查推杆是否变形。③定期对锅炉喷油器供油阀以及其到喷油器前的供油管路进行检查，防止堵塞。④定期检查燃烧设备的炉内部件。包括对稳焰器位置的测量和喷油器中心线的检查，稳焰器的固定位置严格按照技术说明书的要求进行，喷油器中心线的检查通过测量中心点到周边的距离可以确定，如果发现偏离中心点要及时进行校正。⑤对燃油闭锁阀装置以拆检的方式加强检查。

3.3 严格按照规定时间对传感器进行校验

按照使用保养条例规定对传感器进行检查。检查间隔期1年，超过1年应进行:外部查看;检查传感器和设备的工作性能;调整及确定基本误差。

3.4 加强调节器、传感器、冒烟限制器等关键件的预防性检修工作

1)调节器。对于采用全液压控制的增压锅炉其机械液压式调节器，应加强波纹管、三菱刀口支点、挡板和机械传动机构、伺服器、杠杆反馈机构、等值器等部件的预防性检查，及时发现问题，防范于未然。对于采用全电控方式的增压锅炉其电控调节器，重点加强调节阀位置状态的检查:①通过手摇执行机构，观看在遥控状态下阀门的全开和全关是否真正到位，有没有误差，存在误差要及时调整。②检查阀门的行程和伺服时间是否符合相应的调节器技术要求，并视情进行调整。③检查阀头的状况，查看阀头的线形，是否有松动脱落、蚀坑。④查看单片机有没有故障显示，显示与实际不符等情况，视情进行调整、修理或更换。

2)传感器。对于各种传感器，应加强传感器输出信号的检测:调节阀开度0～100%的电流应在4～20 mA;输出信号超出范围，应及时通过电位器进行调整，如无法校正电位器，则对电位器进行更换或更换整个传感器。

3)冒烟限制器。对于采用全电控方式的增压锅炉冒烟限制器，应加强对电磁三通阀的预防性拆检维护工作，该三通阀存在设计缺陷，经常会出现卡滞或关闭不严情况，若不及时进行预防性拆检工作，很容易在工作中出现涡轮增压机组异常加速，造成熄火的严重问题。

4)火焰传感器。火焰传感器作为反映锅炉燃烧状况的部件，其输出信号又与锅炉保护系统直接相连。应检测火焰传感器工作电压，加强对其状态监测及预防性检修，能有效防止由于传感器错误输出信号，使锅炉保护系统误动作，造成锅炉燃烧不正常熄火。

3.5 其他检查

清洁燃油过滤器，检查雾化蒸汽管路是否堵塞等等。

4 结束语

增压锅炉采用了增压燃烧技术，助燃空气由涡轮增压机组中的压气机提供，燃烧过程发生在相对不大的空间中，具有强烈脉动和紊流特性，炉内燃烧更为剧烈，烟气温度更高，容积热负荷更大，烟气流速更快，很容易出现燃烧不稳定、熄火等现象，为此，本文针对某船后舱2台增压锅炉很长一段时间内经常发生燃烧熄火情况，给出了故障现象，进行了原因分析，提出了解决方案。经检修，目前熄火故障已圆满解决。