一概述
世界經(jīng)濟飛速發(fā)展的今.天，能源的消耗與日俱增，能源正變得更加緊缺和稀有。作為戰(zhàn)略資源的能源受到了世界各國的普遍重視，如何提高能源的利用率成為全球矚目的焦點。我國是能耗大國，但是能源利用率僅為30％左右，比發(fā)達(dá)國家低十個百分點。而CO2的排放量占全球總排放量的11％，居世界第二，僅次于美國。我國的工業(yè)窯爐是能耗大戶，工業(yè)爐的現(xiàn)狀可以用十二個字來形容：能耗較高、熱效率小、污染嚴(yán)重。能源成本已經(jīng)成為企業(yè)發(fā)展的瓶頸。
高溫低氧空氣燃燒技術(shù)（即HTAC技術(shù)），是九十年代從蓄熱式燃燒技術(shù)發(fā)展起來的一項新型節(jié)能和環(huán)保的燃燒技術(shù)。這項技術(shù)吸收了蓄熱式燃燒技術(shù)節(jié)能的特點,同時發(fā)展了低排放的環(huán)保特性。因此具有節(jié)能和環(huán)保的雙重意義。這一技術(shù)的出現(xiàn)給傳統(tǒng)的能源工業(yè)和燃燒帶來了變革性的發(fā)展。
二蓄熱式燒嘴
1蓄熱式燒嘴工作原理
高溫低氧空氣燃燒系統(tǒng)由蓄、放熱系統(tǒng)、燃料供給系統(tǒng)、點火和火焰穩(wěn)定系統(tǒng)、換向系統(tǒng)、管道系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)組成。高溫低氧空氣燃燒技術(shù)將蓄熱式燃燒技術(shù)中蓄熱式燒嘴分解為蓄、放熱系統(tǒng)和燃料供給系統(tǒng)兩個獨立的系統(tǒng)，蓄熱式燒嘴采用單蓄熱的蓄熱燃燒系統(tǒng)，其中采用了本公司獨有的火焰穩(wěn)定技術(shù)和空氣換向，煤氣不換向技術(shù)。其原理如圖1所示。狀態(tài)A，空氣到達(dá)蓄熱室A后，與蓄熱室A內(nèi)的蓄熱體發(fā)生熱交換，預(yù)熱后高溫空氣與燃料共同進(jìn)入燃燒室燃燒。燃燒產(chǎn)生的yan氣與蓄熱室B的蓄熱體發(fā)生熱交換，將大部分熱量留給蓄熱體，Z后低溫yan氣經(jīng)過換向系統(tǒng)，被排yan風(fēng)機排出。經(jīng)過一定時間(約30～200秒)后電控制系統(tǒng)發(fā)出指令，換向系統(tǒng)動作，空氣、yan氣同時換向，燃燒系統(tǒng)切換到狀態(tài)B。
狀態(tài)B，空氣經(jīng)蓄熱室B預(yù)熱后與燃料共同進(jìn)入燃燒室，燃燒產(chǎn)生的yan氣在蓄熱室A中發(fā)生熱交換后排出。
狀態(tài)A、B交替進(jìn)行，實現(xiàn)蓄熱式燃燒。經(jīng)蓄熱室預(yù)熱空氣溫度達(dá)到900～1000℃（對于加熱爐，爐溫1250℃左右），而排放出來的yan氣與蓄熱室換熱后可降溫至150℃左右，80％的熱能被重新利用。
2蓄熱式燃燒系統(tǒng)技術(shù)特點
我們通過研究發(fā)現(xiàn)，在高溫空氣燃燒的過程中，在一定的條件下，空氣系統(tǒng)和燃料系統(tǒng)可以分離，從而使高溫低氧空氣燃燒技術(shù)的發(fā)展更具個性化。這樣我們可以針對不同的加熱用途，采用不同的空氣和燃料配給方式。
2.1連續(xù)蓄熱式燒嘴
本連續(xù)蓄熱燃燒技術(shù)是專門為間歇式爐研發(fā)的蓄熱式燃燒技術(shù)和控制技術(shù)。
間歇式工業(yè)爐的特點是：經(jīng)常性的開關(guān)和溫度的升降。如果采用常規(guī)的蓄熱式加熱方式，換向時就會出現(xiàn)斷火和再點燃的過程，這樣在低溫段就容易出現(xiàn)燃?xì)馕幢稽c燃現(xiàn)象。即使在高溫段也可能出現(xiàn)熄火產(chǎn)生爆燃，如果出現(xiàn)爆炸，就可能對操作人員和設(shè)備造成危害。
為此，本公司發(fā)展了空氣換向，燃料不換向的蓄熱式燃燒系統(tǒng)，配合燃燒控制系統(tǒng)和特殊的噴孔設(shè)計和火焰穩(wěn)定系統(tǒng)，保證火焰在任何溫度范圍內(nèi)都不熄火。并且不需要其他的常規(guī)的燒嘴的支持。
圖6、連續(xù)蓄熱式燃燒的火焰組織
本連續(xù)蓄熱燃燒技術(shù)特點：
1、低溫點火，低溫?fù)Q向，連續(xù)燃燒，不會產(chǎn)生斷火和爆炸。
2、自動點火和火焰檢測。
3、采用高科技陶瓷蓄熱球作為蓄熱材料，熱交換效率高，結(jié)構(gòu)簡單。排yan溫度低于150℃
4、發(fā)明了分層燃燒方法，可有效地防止加熱工件的氧化和燒損。
5、可以采用脈沖控制方式。有效地降低了控制成本、設(shè)備成本。。
2.2空氣換向，天然氣不換向
空氣換向，天然氣不換向技術(shù)是本公司為間歇式工業(yè)爐設(shè)計的蓄熱式燃燒技術(shù)。由于天然氣不換向，不會發(fā)生換向瞬間出現(xiàn)斷火等現(xiàn)象。避免了低溫區(qū)域發(fā)生燃爆等現(xiàn)象。
控制上，由于天然氣不換向，簡化了結(jié)構(gòu)，使得系統(tǒng)更為穩(wěn)定。
2.3蓄熱陶瓷蓄熱球
蓄熱式燒嘴采用蓄熱陶瓷蓄熱球作為蓄熱體，具有耐高溫，導(dǎo)熱性能好，蓄熱能力強，比表面積大，易于清洗、更換等優(yōu)點。
三操作說明
1、概述
蓄熱式燃燒系統(tǒng)以天然氣為燃料，采用我公司研制開發(fā)的蓄熱式燃燒方式。具有節(jié)能效果高、爐溫均勻性高、控溫精度高、NOX排放低、低溫?fù)Q向不會燃爆、操作簡單、運行安全等特點。
2、點火前的準(zhǔn)備不管任何控制方式，點火時爐門正對方向10米內(nèi)不許停留.
2.1將爐門開至Z大位置。切記不能關(guān)閉爐門點火！避免安全事。故的發(fā)生。
2.2檢查一下壓縮空氣的壓力狀況，看壓縮空氣的壓力是否滿足換向氣動閥所需壓縮空氣，避免因不能換向造成燃燒異常的情況。
2.3打開控制柜總電源，接通電源，電源指示燈亮，儀表、觸摸屏開始初始化，經(jīng)過一段時間后，溫度儀表顯示當(dāng)前爐膛溫度，觸摸屏進(jìn)入待機狀態(tài)。設(shè)定好本次工藝溫度
2.4接通助燃風(fēng)機以及抽yan風(fēng)機。注意觀察兩個風(fēng)機運行狀況。
2.5將常明火燒嘴風(fēng)管道以及天然氣管道的手動調(diào)節(jié)閥開至適當(dāng)位置，以滿足燒嘴點火時所需助燃空氣量與天然氣量。將換向管道上的手動調(diào)節(jié)閥以及主天然氣管道上的手動閥調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)奈恢谩４碎y門在正式調(diào)試好以后，一般不要進(jìn)行太大的調(diào)整。
2.6打開天然氣總閥。將天然氣電動執(zhí)行器調(diào)整到一定的位置。
2.7將“小火/大火”旋鈕撥至小火的狀態(tài)。
3、點火點火時，空氣電動執(zhí)行器和主電磁閥均處于關(guān)閉狀態(tài)。
3.1自動點火
3.1.1將控制柜上的“手動/自動”旋鈕旋至自動的狀態(tài)，觀察一下爐門前方是否有人站立，觀看。在確定爐前沒有人后，按下“點火”按鈕。系統(tǒng)執(zhí)行自動吹掃的程序，將助燃風(fēng)電動執(zhí)行器的開度調(diào)到Z大。同時引風(fēng)機輸出功率調(diào)到Z大。
3.1.2自動吹掃3～5分鐘后，吹掃程序關(guān)閉，空氣電動執(zhí)行器關(guān)閉。當(dāng)電動執(zhí)行器完全關(guān)閉后，系統(tǒng)自動進(jìn)入點火狀態(tài)。
3.1.3點火時，點火器（在燒嘴中心根部有點火花出現(xiàn)，同時發(fā)出放電的嘩嘩聲）和常明火電磁閥自動工作6秒鐘，直至火焰被點燃?；鹧姹O(jiān)測器檢測到火焰后，常明火電磁閥被保持，持續(xù)供應(yīng)常明火燒嘴所需天然氣。
3.1.4常明火燒嘴點燃后，觸摸屏自動進(jìn)入燃燒畫面，操作人員應(yīng)肉眼觀察爐膛內(nèi)是否有火焰的存在。
3.1.5如果燒嘴沒被點燃，觸摸屏彈出點火失敗的報警信息。重新復(fù)位之后，再重復(fù)點火步驟。反復(fù)點三次后，如果還沒點燃，應(yīng)及停爐，并檢查原因。
3.2手動點火
3.2.1手動點火是在部分執(zhí)行元件（如點火器、檢測器）失靈的情況的一種應(yīng)急燃燒方式，請慎重選擇并注意燃燒安全。
3.2.2將控制柜上的“手動/自動”旋鈕旋至手動的狀態(tài)，觀察一下爐門前方是否有人存在。必須先手動吹掃3~5分鐘，系統(tǒng)執(zhí)行手動吹掃的程序，自動將助燃風(fēng)電動執(zhí)行器的開度調(diào)到Z大。同時引風(fēng)機輸出功率調(diào)到Z大。。同時，進(jìn)入觸摸屏的手動點火畫面。
3.2.3在點火器完好而檢測器失靈的情況下，按下點火按鈕。系統(tǒng)自動點火。點火時，點火器（在燒嘴中心根部有點火花出現(xiàn)，同時發(fā)出放電的嘩嘩聲）和常明火電磁閥Z多工作10秒鐘。常明火可以被點燃。
3.2.4在點火器和檢測器均失靈的情況下，準(zhǔn)備好火把，伸到燒嘴中心孔下方并固定好。嚴(yán)禁操作人員手持火把點火。按下點火按鈕，常明火電磁閥自動工作10秒鐘。常明火可以被火把點燃。
3.2.5操作人員應(yīng)當(dāng)肉眼觀察火焰是否被點燃。常明火被點燃后，操作人員應(yīng)當(dāng)按下觸摸屏上的“點火成功確認(rèn)”，此時常明火電磁閥被保持，持續(xù)供應(yīng)常明火所需天然氣。按下點火按鈕10秒鐘內(nèi)，如果系統(tǒng)沒有得到“點火成功確認(rèn)”的信號，會自動切斷常明火電磁閥。
蓄熱式燒嘴制作現(xiàn)場2
4、運行
4.1點火成功后，當(dāng)爐門降到一定的位置時，將“小火/大火”旋鈕撥至大火的狀態(tài)，電動執(zhí)行器才會根據(jù)溫度信號，調(diào)整閥門打開到一定的位置，同時打開主天然氣電磁閥，大火天然氣進(jìn)入爐膛，與空氣混合燃燒，系統(tǒng)進(jìn)入自動運行的狀態(tài)。該過程畫面均在觸摸屏上生動的顯示。
4.3當(dāng)打開爐門或傾動時，請將“小火/大火”旋鈕撥至小火狀態(tài)。
4.3溫度控制
在主天然氣管道上安置空氣/燃?xì)獗壤y。比例閥在助燃空氣管道上取其空氣壓力信號，然后傳輸給比例閥，比例閥會按比例讓一定量天然氣通過，很好的在爐膛混合燃燒。
鋁液熱電偶將溫度信號傳輸?shù)絇LC，PLC會根據(jù)在觸摸屏上設(shè)定好的升溫曲線進(jìn)行PID運算，輸出信號給助燃風(fēng)管道電動執(zhí)行器，指揮電動執(zhí)行器的閥位開度。閥位的開度能在觸摸屏上顯示出來。閥位的開度確定后，供風(fēng)機管道的壓力也隨之確定。通過前面所述的比例控制，來確定主天然氣的流量。從而達(dá)到控制爐膛溫度的目的。爐前小控制箱上裝有溫度顯示表，可以把溫度在現(xiàn)場顯示出來。
主天然氣管道上的電動執(zhí)行器可以手動操作，在任意條件下可以調(diào)節(jié)主天然氣的大小。
4.4爐壓控制
爐壓的控制元件主要有微差壓變送器和變頻器。取壓口設(shè)置在爐頂上。微差壓變送器收取壓信號后，會將其轉(zhuǎn)變成模擬量信號，傳輸?shù)絇LC。PLC經(jīng)過PID運算之后，輸出模擬量信號，來控制抽yan風(fēng)機變頻器的輸出功率，從而控制抽yan風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到控制爐壓的目的。爐壓的大小在觸摸屏上顯示。
4.5換向閥
換向閥共有4個換向閥。換向閥交叉輸出。每個換向閥上都安裝有接觸開關(guān)用來把換向閥的位置轉(zhuǎn)換成開關(guān)量信號傳輸?shù)絇LC，并在觸摸屏上顯示出來。當(dāng)系統(tǒng)換向后，PLC沒有得到換向到位的信號，就會發(fā)出聲光報警，觸摸屏顯示報警信息，并指出問題。
4.6現(xiàn)場控制箱
點火器,火焰監(jiān)測器和爐膛溫度顯示表都安裝在現(xiàn)場控制箱內(nèi)。火焰檢測信號采用采用離子和紫外線兩種方式并聯(lián)，只要有一種方式檢測到火焰，監(jiān)測器內(nèi)的常開觸點就會閉合，會將開關(guān)量信號傳輸?shù)絇LC，系統(tǒng)就會認(rèn)為燒嘴燃燒正常，繼而維持系統(tǒng)進(jìn)行正常運行。
爐膛熱電偶將溫度信號傳輸?shù)絇LC，PLC輸出一個溫度信號，傳輸?shù)綘t膛溫度顯示表上，將爐膛溫度以數(shù)字的形式顯示出來
現(xiàn)場控制箱安裝有急停，點火，復(fù)位按鈕。可以在現(xiàn)場進(jìn)行點火、復(fù)位以及緊急停止等控制
4.7系統(tǒng)安全
控制面板上安裝一個蘑菇形的急停按鈕。急停按鈕被按下后，PLC不再有輸出，觸摸屏上提示現(xiàn)在處于緊急狀態(tài)，系統(tǒng)不能運行，并發(fā)出聲光報警。
天然氣總管、鼓風(fēng)機總管上分別安裝一個低壓開關(guān)。當(dāng)壓力低于一定的程度時，壓力開關(guān)動作，PLC就會切斷兩個電磁閥，這時就會在觸摸屏上給出提示，并發(fā)出聲光報警。
運行狀態(tài)中，當(dāng)火焰監(jiān)測器發(fā)生故障，或燃燒過程中發(fā)生熄火的情況，系統(tǒng)會切斷兩個電磁閥并在觸摸屏上給出提示，發(fā)出聲光報警。
4.8蓄熱式燃燒系統(tǒng)在運行過程中,司爐工都應(yīng)隨時注意以下幾個方面,出現(xiàn)情況及時排除,必要時停爐檢查。
4.8.1兩個風(fēng)機的運轉(zhuǎn)狀況.發(fā)現(xiàn)異常及時停爐,檢查原因。
4.8.2yan道溫度顯示以及抽yan管道的溫度狀況。從yan道溫度的高低可以看出蓄熱體的換熱效率。但這只是相對而言。yan道溫度過高（150℃以上）或偏低（40℃以下）都說明蓄熱體換熱效率不高。
yan道溫度超過設(shè)定溫度(200℃)1℃時,兩個風(fēng)機自動停止運轉(zhuǎn)。yan道溫度超高(＞200)或偏低(＜50℃）均說明系統(tǒng)異常。yan道溫度超高或偏低的原因詳見“6故障及排除”。
4.8.3爐內(nèi)壓力指示。如果爐內(nèi)壓力過大，就會爐門冒火或?qū)毂锵?，甚至發(fā)生危險。此時，應(yīng)當(dāng)將抽yanyan道的蝶閥開大，或?qū)⒊?span style="color:#424242;font-family:微軟雅黑;font-size:14px;text-indent:28px;background-color:#FFFFFF;">yan風(fēng)機調(diào)節(jié)閥開大。但要注意應(yīng)在yan道溫度允許的范圍內(nèi)。
4.8.4爐內(nèi)溫度以及鋁液溫度。
4.8.5壓縮空氣壓力以及換向系統(tǒng)運行狀況。
4.8.6司爐工應(yīng)當(dāng)注意總結(jié)經(jīng)驗,找到適合自己工況的使用方法,發(fā)揮本蓄熱式燃燒系統(tǒng)Z大效力。
蓄熱式燒嘴制作現(xiàn)場 (2)
5、停爐
停爐時應(yīng)當(dāng)先關(guān)閉天然氣總閥，再關(guān)閉兩個風(fēng)機電源。Z后關(guān)閉控制系統(tǒng)電源。如果長時間停爐之后，在使用前應(yīng)當(dāng)進(jìn)行天然氣放散。
6、故障及排除
故障現(xiàn)象 | 原因 | 檢測方法 | 排除方法 |
燒嘴點燃不能維持 | 監(jiān)測器監(jiān)測不到火焰 | 將監(jiān)測端取出，用打火機進(jìn)行試驗 | 更換或送修 |
yan道溫度超高 | 抽yan系統(tǒng)閥門開啟過大 | 觀察抽yan風(fēng)機閥門開啟狀態(tài) | 打開到適當(dāng)?shù)奈恢? |
換向/調(diào)節(jié)系統(tǒng)失靈 | 檢查換向系統(tǒng)（閥、電磁閥）和 壓縮空氣系統(tǒng) | 停止使用 更換或維修 | |
yan道 冒yan | 換向/調(diào)節(jié)系統(tǒng)失靈 | 檢查換向系統(tǒng)（閥、電磁閥） 和壓縮空氣系統(tǒng) | 停止使用 更換或維修 |
助燃風(fēng)不足 | 檢查助燃風(fēng)機及閥門 | 調(diào)節(jié)閥門 或維修風(fēng)機 | |
熄火 | 監(jiān)測系統(tǒng)不能監(jiān)測火焰 | 沒有常明火（點火指示）指示 | 停止使用 更換或維修 |
常明火熄滅/不能被監(jiān)測到 | 氣源壓力小，常明火供氣不足 | 提高壓力 | |
助燃風(fēng)機系統(tǒng)出現(xiàn)故障 | 檢查助燃風(fēng)機、管道/閥門 | ||
爐內(nèi)壓力超高 | 抽yan風(fēng)機發(fā)生故障 | 觀察抽yan風(fēng)機的工作狀態(tài) | 停止使用 更換或維修 |
抽yan風(fēng)機閥門關(guān)閉 | 觀察抽yan風(fēng)機的閥門開啟狀態(tài) | 打開到適當(dāng)?shù)奈恢? | |
yan道蝶閥開啟度過小 | 觀察yan道蝶閥開啟狀態(tài) | 打開到適當(dāng)?shù)奈恢? | |
換向/調(diào)節(jié)系統(tǒng)失靈 | 檢查換向/調(diào)節(jié)系統(tǒng)（閥和電磁閥） 和壓縮空氣系統(tǒng) | 停止使用 更換或維修 | |
爐內(nèi)溫度超高 | 溫度控制儀表失靈 | 觀察溫控表 | 停止使用 更換或維修 |
傳感器失靈發(fā)生跑溫現(xiàn)象 | 校驗及傳感器 | ||
升溫慢 不能升溫 | 換向/調(diào)節(jié)系統(tǒng)問題 抽yan/助燃系統(tǒng)問題 天然氣的原因 | 檢查換向/調(diào)節(jié)系統(tǒng)， 抽yan/助燃系統(tǒng)及壓縮空氣系統(tǒng) 檢查天然氣源 | 停止使用 更換或維修
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