刘爱军

（云南锡业股份有限公司，云南个旧 661000）

目前，我国的资源和环境问题日益突出，迫切要求高能耗行业全面推行高效、清洁的燃烧技术。蓄热式燃烧技术，又称高温空气燃烧技术，是20世纪90年代在发达国家开始推广的一项新型的燃烧技术。它具有烟气余热回收效率高、空气和燃气预热温度高以及低氮氧化物排放的优越性，主要用于钢铁、冶金、机械、建材等工业部门中，并已出现迅猛发展的势头。

蓄热式燃烧器采用蓄热式烟气余热回收装置，交替切换烟气和空气或燃气，使之流经蓄热体进行高温预热[1]。低热值燃料借助高温预热后的空气或燃料可获得较高的炉温，扩展了低热值燃料的应用范围。该方法能够最大限度地回收高温烟气的物理热，大幅度节约能源，提高热工设备的热效率，减少CO2排放，同时使烟气中氮氧化物体积分数降低40%以上，符合国家清洁生产和节能减排的相关要求。

1 蓄热式燃烧器工作原理

蓄热式燃烧系统是由蓄热式双烧嘴、助燃鼓风机、助燃风量调节阀、换向阀、燃料调节阀、燃料切断阀、点火电动阀、长明火（点火枪）、排烟引风机、排烟温度变送器等组成（见图1）。

该系统通过蓄热式双烧嘴周期性地换向燃烧，从而用高温排烟烟气加热助燃空气。当其中1个烧嘴燃烧时，高温烟气通过另1个烧嘴进行排烟，加热蓄热体的蓄热介质，当排烟温度测量值超过设定排烟温度时，换向阀换向，此烧嘴开始燃烧，原来燃烧的烧嘴开始引风抽吸并排放高温烟气，加热蓄热介质，如此反复循环燃烧。

图1 蓄热式燃烧系统组成结构

2 蓄热式燃烧器电气控制系统

2.1 电气控制系统的硬件组成

电气控制系统以西门子S7-200PLC为控制核心，辅以西门子人机界面（HMI）、远程操作员站（winCC）、火焰监测器、熔化锅温度检测装置、排烟温度检测等组成一套完整的一键自动点火燃烧控制系统[2-4]。主要硬件配置如表1所示。

表1 电气控制系统主要硬件配置

2.2 电气控制系统的工作原理

以西门子PLC为控制核心，通过EM277 Profibus DP与上位机winCC和现场HMI（触摸屏）组成的远程/就地燃烧控制系统。通过现场操作箱上的远程/就地控制模式切换，可在就地触摸屏和远程操作站winCC上实现一键自动点火。系统自动按照西门子PLC的点火运行程序执行点火动作，点火成功进入正常燃烧状态后，以熔炉温度设定值为控制目标，自动完成燃料给定量和风量的调整，使燃料量与风量精准配比，进而让熔炉温度值始终保持在设定的目标温度值附近；以排烟温度设定值为控制目标，通过控制换向阀的换向动作，使得1#蓄热烧嘴和2#蓄热烧嘴自动完成轮换燃烧和烟气蓄热。PLC电气控制系统的具体点火运行程序如图3所示。

图3 PLC电气控制系统的点火运行程序

3 蓄热式燃烧系统电气故障分析与处理

在实际运行过程中，蓄热式燃烧电气控制系统常见的故障包括阀位连锁、停炉熄火、鼓风故障、调节阀故障等。

3.1 阀位故障

出现阀位故障时，在按下“一键启动”后，马上报警阀位联锁，PLC控制程序无法执行下去，各种电气元件都不能动作。当出现这种状况时，应依次采取以下处理方法：1）阀位紊乱时，需要重新标定；2）燃料调节阀控制电路故障，排除控制电路故障；3）燃料切断阀的电位器与阀体连接脱开，排除切断阀的电位器故障。

3.2 停炉熄火

当PLC电气控制系统在运行中，出现某些不满足程序运行的条件或者一些不安全因素时，会立即发出指令关闭燃烧主燃气阀，实现熄火停炉。当出现这种状况时，应依次采取以下处理方法：1）排除紫外光敏管火焰传感器故障；2）排除火焰检测器故障；3）排除燃料调节阀、燃料切断阀或者助燃空气调节阀和点火阀的故障；4）检查燃烧参数设置情况；5）检查长明火（点火枪）是否会正常放电。

3.3 鼓风故障

当PLC电气控制系统在运行中，检测到鼓风机的送风压力下降到安全值后，马上报警“鼓风故障”，PLC立即发出指令关闭燃烧主燃气阀，熄火停炉。当出现鼓风故障时，应依次采取以下处理方法：1）检查鼓风机运行情况；2）排除风压信号线路故障；3）排除风压开关故障。

3.4 阀位标定故障

在调节阀阀位出现紊乱的情况下，需要进行标定阀位值，但在标定阀位时出现阀门无法标定的状况。当出现这种状况时，应依次采取以下处理方法：1）排除PLC有无输出控制信号，对PLC进行复位；2）排除调节阀控制电路故障。

3.5 人为操作故障

在手动运行方式下，如果出现操作人员给定燃气量调节值，但鼓风调节阀不能跟踪燃料调节阀的开度变化的状况时，应依次采取以下处理方法：1）检查“手/自动”选择是否在自动位置；2）排除燃料调节阀开度范围是否受阀位开度设定值的限制。

3.6 点火后燃烧运行时间短

如果按下“一键启动”后，点火成功，但是运行时间很短，不能持续稳定运行。当出现这种状况时，应依次采取以下处理方法：1）检查配风比参数设置是否合理；2）检查燃料管路是否畅通；3）排除控制电路线路故障。

4 存在的问题及改进建议

从蓄热式燃烧器的应用情况来看，这套系统能够在一定程度上提高燃料的利用率，提高燃烧质量，降低燃料成本，减少有害气体的排放量，有助于实现清洁生产；同时，也存在一些不足之处，针对这些问题，笔者提出如下建议：

1）由于炉子温度高，设备（如鼓风机等）在高温情况下，容易使电机绕组绝缘加速老化，缩短其使用寿命。建议将鼓风机安装到远离热源的位置。

2）由于火焰检测器安装在振动较大的地方，容易使其线圈断裂损坏，或者因高温而发生变形，增加燃烧系统的使用成本。建议将装有火焰检测器的控制箱安装到远离热源和振动的地方。

3）由于现场环境恶劣，导电性粉尘多，常常会造成开关电源等电器元件和线路短路损坏。建议加大电控柜的防护等级或搬迁至室内安装。

5 结语

综上所述，通过蓄热式燃烧器系统的应用情况，可以看出该系统能够实现一键自动点火，运行可靠，操作方便，减少了工人的劳动强度，提高了生产效率，减少了氮氧化物的排放量，实现了清洁生产，达到了节能减排的目的。在具体应用过程中，笔者结合其工作原理和组成结构，总结并梳理了故障排除方法，提出了相应的改进建议，对类似系统应用项目具有一定的参考价值。