0引言保护海洋环境已被世界上越来越多的国家和地区高度重视，焚烧炉作为船舶防污染重要设备，已成为PSC港口国和FSC船旗国必查项目之一。目前，船上使用较多的是南京绿洲OGC-200C/400C型船用焚烧炉，轮机管理人员应十分清楚设备的结构和原理，并对常见的污油不能正常燃烧问题能够分析出原因并找到解决办法，以确保设备的正常使用。1 OGC-200C/400C焚烧炉的结构原理主要结构包括燃烧室、燃烧器（带轻油燃烧器、污油燃烧器、污油计量泵）、烟气风机、烟气风门、污油柜（带循环泵和电控或蒸汽加热器）、电控箱。见图1。
图1 船用焚烧炉结构 燃烧室（又称炉膛）本体是钢结构圆形腔室，内衬为耐火砖结构。外部由带气体夹层的双层钢质壁板构成，底角有四个透气孔，吸入外部空气穿过钢结构夹层空间进入燃烧室，为燃烧提供二次空气，并与烟气混合降低排烟温度。燃烧室装有填料门和出灰门。填料门可以在焚烧炉工作中打开填充垃圾；出灰门受电控箱控制，只能在停炉后且冷却到170℃以下时才能打开。燃烧器由轻油喷嘴、污油喷嘴、风门调节器、轻油泵组成。轻油燃烧分两级，有两个轻油喷嘴，污油燃烧采用压缩空气或蒸汽雾化。燃烧过程通过光敏电阻、炉膛温度热电偶、烟道排烟温度热电偶进行监控，可编程控制器（简称PLC）根据炉膛温度和烟道排烟温度的高低，自动调节两个轻油喷嘴的起停，并用变频器调节污油计量泵的转速，以增大或减小燃烧供油量。如果烟气温度超过340℃或炉膛温度超过1 150℃，污油计量泵将减小转速，从而减小污油供油量。如果炉膛温度超过1 200℃或烟气温度超过375℃，就会出现高温报警并停炉。烟气风机用于抽送燃烧室烟气，产生炉膛负压。该风机同时通过燃烧室夹层吸入周围气体，与燃烧室中的高温烟气混合，将排出气体降温至340℃。加料门处配有一观察窗，操作者可由此观察燃烧室中垃圾总量和燃烧运行状况。烟气风门挡板的开度受电控箱控制，自动调节排烟管中的烟气流量。操作者可以直接从电控箱面板上读取炉膛负压。炉膛负压是保证正常燃烧的必要条件之一，它是一个动态变量，不同燃烧工况下设定点不同。燃烧器起动时炉膛负压为35mm WC，开始燃烧污油时炉膛负压为12mm WC，最小炉膛负压为10mm WC，炉膛负压低报警设定为5mm WC。电控箱安装在焚烧炉本体上，核心部件是PLC、变频器、操作面板。PLC选用三菱MELSEC FX2N-16MR（或Allen Bradley PLC）为控制核心。操作面板是型号MAC E300北尔人机界面，由一个240×64像素的LCD图文显示屏和一个26键的键盘组成，采用RS-422通讯接口直接与PLC相连。通过面板可实现简单灵活的交互操作，如选择燃烧器模式，设置和显示所有参数，譬如运行条件、温度、压力、燃油耗量等。变频器是施耐德ALTIVAR11或ALTIVAR 12小型变频器,它受PLC控制，用于调节污油计量泵转速，来增大或减小污油供油量。
燃烧器风门调节器（型号LKS-130-09）根据燃烧等级通过调整风门挡板开度来调节燃烧器的供风量大小。合适的供风量可以保证点火成功以及燃烧火焰稳定。其中红色、橙色、蓝色和黑色共有4个拨片。蓝色用于调节最小位置，橙色用于调节1/2位置，红色用于调节最大位置，另一个黑色拨片闲置不用。如图2。
1）空气风门最小位置（蓝色），如图3。当燃烧处于1级时调节。若要减少空气量，从上往下看，顺时针转动蓝色凸轮，减小风门设置。若要增加空气量，逆时针转动蓝色凸轮，增大风门设置。
2）空气风门1/2位置(橙色)，如图4。当燃烧处于2、4和7级时调节。若要减少空气量，顺时针转动橙色凸轮，减小风门设置；若要增加空气量，逆时针转动橙色凸轮，增大风门设置。
3）空气风门最大位置（红色），如图5。当燃烧处于3、5和6级时调节。若要减少空气量，顺时针转动红色凸轮减小风门设置；若要增加空气量，逆时针转动红色凸轮增大风门设置。
2 常见问题分析及解决通常1～3级的轻油点火燃烧阶段，火焰失败故障发生的几率较少，若有发生，船上也较容易处理解决，在此不多赘述。船上最常见且比较难以解决的问题是轻油点火燃烧至3级，当炉膛温度超过650℃，停用一个轻油喷嘴时，经常会遇到熄火报警，污油计量泵不动作，或从4级切换到7级，停止轻油的引燃伴烧，污油单独燃烧，出现熄火报警。下面分析了3个常见问题的原因并找出了解决方法，供大家参考。2.1 故障实例一当燃烧室温度到达650℃，变频器未被触发，污油计量泵不转动，出现熄火。2.1.1 故障描述某轮来电反映，抵港前进行PSC自查试验焚烧炉时，出现炉膛温度超过650℃，从3级切换到4级燃烧时，计量泵不动作，系统中也没有变频器故障报警显示，船上找不到原因。2.1.2 问题分析处理1）变频器(型号ALTIVAR-12)的电源报警输出为RIA、RIC触点信号；变频器的速度设定信号B/C以及触发（或使能Enable)信号-K4继电器触点13/14;2）计量泵的速度设定信号B/C是来自PLC的模拟量输出模块A6，信号种类是0-10V电压信号。所谓触发信号，就是-K4继电器的13/14触点闭合，一个+24V高电位信号加到变频器LI1输入端子，通知变频器外部条件已经满足，变频器可以正向起动运转了；3）变频器正确状态时，变频器在待机状态显示rdy；当计量泵触发信号加到变频器LI1输入端子，变频器显示0.0，然后上升至设定的320r/min转速，并起动运转；4）系统没有变频器故障报警，说明变频器本身没有问题。指导船上查看变频器显示，在炉膛温度低于或高于650℃时，一直显示rdy不变，分析原因是变频器没有接收到触发信号，外观查看继电器-K4已得电动作吸合，然而输入通道LI1二极管指示灯不亮，仔细检查-K4继电器与PLC输入端子LI1通道接线没有任何松动。进一步测量继电器-K4的13/14常开触点两端却有几伏的电压，说明-K413/14触点未完全闭合，+24V的触发信号电压没有完全加到LI1输入端，造成变频器无法得到可以运行的指令。据此判定-K4继电器触点损坏，换新船存继电器备件后，重新点火燃烧，在炉膛温度超过650℃时，计量泵能够顺利起动，污油投入燃烧，系统恢复正常。2.2 故障实例二当燃烧室温度超过650℃，刚停用一个柴油喷嘴时，出现熄火报警，变频器不动作，污油计量泵不转动。2.2.1 故障描述某轮抵港前，为了迎接PSC检查，三管轮对焚烧炉进行点火燃烧试验。在控制屏按下SLUDGE PUMP起动污油循环泵，此时K4继电器动作，污油循环泵起动，变频器显示由rdy变为0.0；然后按下SLUDGE污油燃烧模式，焚烧炉开始点火燃烧程序，燃烧级别开始逐渐上升直至3级（轻油喷嘴1+2）。在炉膛温度达650℃之前，计量泵显示器一直为0.0。到达650℃后，却出现污油计量泵不转动，大约10s后，发出熄火故障报警。熄火时排气温度为240℃，炉膛温度660℃，负压-12mm WC。由于问题现象表现在电气方面，电机员据变频器控制计量泵电气线路，作了如下检查：1）测量发现变频器（型号ALTIVAR 11）没有输出驱动信号到计量泵；2）进一步测量D/A转换模块A6，没有给变频器发出转速指令信号，仅为0m A;3）对CPU基本单元断电复位重启，输入输出线路接线紧固，问题仍不能解决；4）发现A6模块上的D/A红灯闪烁，据此判断D/A转换模块A6损坏，因无备件可更换，要求紧急订购，抵港时供船，否则会影响PSC检查。2.2.2 问题分析1）由于船上资料缺乏，对FX2N-4DA数模转换工作方式不太了解，没有仔细看图，测量的是输出电流。实际上，D/A数模转换模块的输出有-10V～+10V、0～20m A和4～20m A三种模式，该轮采用默认电压输出模式。指导船上测量电压为2.3m V太低，确定D/A模块无输出；2）船上对D/A数模转换模块上指示灯的含义不甚了解，误认为D/A红灯闪烁表示此模块损坏。然而恰恰相反，D/A红灯高速闪烁，却是表明D/A转换工作正常。所以，船上认为A6模块损坏是一种误判。如果盲目紧急订购备件，即使靠港送船，问题也得不到解决，势必会耽误严格的港口国检查。通过笔者对问题原因仔细分析后，指导船上参照说明书上的出厂设置，逐项核对了内部所有参数，都没发现问题。既然D/A转换模块A6是好的，电气方面反复检查，也查不出问题，于是分析认为故障现象可能表现在A6模块没有信号输出，而真正原因在于机械方面。2.2.3 问题分析处理让船上进行5min内炉膛温度能否达到650℃的运行试验，结果运行约十几分钟，炉膛温度才能到达650℃；观察火焰带火星且飘忽不定，便要求船上检查并清洗轻油喷嘴，发现两只喷嘴都较脏，遂拆下全部换新，同时也对污油喷嘴作了清洗，并重新调整气口间隙。进行上述清洗保养工作之后，重新点火燃烧，5min之内迅速到达650℃，污油计量泵顺利起动。当炉膛的温度超过850℃，能够顺利切换到7级，污油单独燃烧，故障问题终于解决。之所以要求船上进行5min内炉膛温度达到650℃试验，目的是检查两个轻油喷嘴好坏。运行十几分钟才能到达650℃，由此可以判断两个轻油喷嘴较脏。那么为何清洗轻油喷嘴后，就能恢复正常？这是因为PLC逻辑控制的正常情况应该是：当炉膛温度到达650℃后，在最初30s内，由于污油焚烧开始阶段需要充足的轻油助燃，所以2号轻油喷嘴保持打开，1号柴油喷嘴关闭（2号喷嘴22.94l/h大于1号喷嘴11.41l/h），燃烧器短时进行5级燃烧，污油燃烧程序计数器设定为2。待30s过后，当污油燃烧稳定，PLC逻辑控制系统控制2号轻油喷嘴关闭，1号轻油喷嘴打开，进行4级燃烧，污油泥燃烧程序计数器开始对污油泥的热值进行实时监测。在刚转入5级燃烧的前1s，首先打开蒸汽/空气电磁阀和污油电磁阀，使0.3MPa的蒸气压缩空气喷入，进行空气冲洗（SAFT），然后变频器起动计量泵以320r/min起动，运转5min控制污油量。在前数秒内只剩2号轻油喷嘴引燃，如果轻油喷嘴太脏，而此刻燃烧器风门开最大，加上进入炉膛的压缩空气，必然会将炉膛火焰吹灭，PLC逻辑控制就会转为执行熄火报警、停炉程序，而不再对变频器发出起动计量泵的转速设定指令，从而出现计量泵不转动。也就是说,船上最初认为污油计量泵不起动是燃烧失败的原因，这个分析是错误的。实际上，是轻油喷嘴脏堵导致炉膛熄火并报警，PLC逻辑控制转为执行停炉程序，因而也就不会起动计量泵运转。2.3 故障实例三污油点火成功，当炉膛温度达到850℃，刚切换到7级，污油单独燃烧时，马上出现熄火。2.3.1 故障描述某轮焚烧炉在炉膛温度达到850°，刚进入7级单独燃烧废油时马上出现熄火，FLAME FAILURE报警。在整个轻油伴烧过程中，废油温度82℃，油压0.2MPa，在说明书要求的0.2～0.5MPa正常范围内，炉膛负压12～14mm WC，符合控制要求；空气压力为0.3MPa，恒定不变；核查参数“SLUGE ONLY'为1也设置正确；从650℃达到850℃约需8min，污油程序计数器读数为8，炉膛熄火时瞬变为零；从轻油伴烧直至刚进入7级出现熄火，一直用万用表在线保持测量污油电磁阀有电，直至熄火时电压变零，说明污油一直在喷入。之后，船上对整个油路进行了全面检查，解体清洗轻油喷嘴、废油头、燃烧器布风器、以及管路上的污油阀，又把废油温度提高到90℃，充分加热蒸发，放掉污油柜残水，减少污油含水量，又把废油压力提高到0.3MPa。试验多次，仍然是只要一到850℃，无延时马上熄火，单独烧不了废油，船上请求岸基支持或给予技术指导。2.3.2 问题分析处理针对船上反馈的废油温度、油压、风压、炉膛负压均在正常范围，而且对燃烧器也进行了彻底检查清洗，应该说燃烧的外部条件是没有问题的，经过反复分析，最终认定是废油质量有问题。如果废油含水过高或者有其他化学成分，都会造成废油无法独立燃烧，一旦停止轻油伴烧，就会马上熄火。为了证实这一点，先让船上作了一个试验：掺和了一点好的燃油，结果故障现象发生了变化，从最初的7级熄火，污油根本不能单独燃烧，改变成了7级能够短时单独燃烧，但燃烧不连续，在4级和7级之间来回地转换，于是判定废油质量确有问题。随后按一定配比加入主机扫气箱排出的污油，实现了污油单独连续燃烧，而且燃烧稳定。由此可见，污油的质量不只是影响到焚烧炉的燃烧连续性，在4级和7级之间来回地转换，如果污油质量太差，甚至还会出现污油不能单独燃烧而熄火。所以污油柜中热值低的废油，如滑油分油机排渣、辅机更换的油底壳滑油等占比太大时，可以分批次驳入污油柜，使其与发热值较高的燃油分油机排渣、主机扫气箱排污按一定配比混合燃烧，目的是提高污油的热值，确保污油能够单独稳定燃烧。3 结束语焚烧炉污油不能燃烧的原因非常多，不只局限于上述分析的原因。故障实例1和2只是在提示轮机管理人员，在遇到问题时，不能被表面现象所迷惑，应当综合分析，电气和机械两个方面都会引起污油计量泵不转动。当电气控制方面查不出原因时应及时转换思路，改为从机械方面去查找，反之亦然。此外，轮机管理人员平时应当做好两只轻油喷嘴、污油燃烧器以及燃烧布风器的清洁除渣等保养工作是十分重要的。在柴油点火引燃阶段，不能只满足于能够点着火就可以了，而应该注意观察火焰燃烧情况以及污油程序计数器读数的变化。正常的火焰应是均匀明亮稳定的，没有煤烟和火星。如果火焰形状不均匀或飘忽不定，说明喷嘴脏了或用坏了；如果火焰带煤烟，表示供风量不足；如果火焰带火星，表示空气太多或喷嘴用坏。也可以通过试验炉膛温度能否满足在5min内达到650℃的要求，初步判断轻油喷嘴和燃烧布风器是否脏堵以及燃烧器风门调节有无异常。到达650℃后，污油燃烧器投入，变频器起动计量泵运转，进入引燃污油阶段，直至切换为7级进入污油单独燃烧，可以通过观察火焰和污油程序计数器的读数大小与变化，来判断污油含水量或污油热值大小，这对分析和解决污油不能成功引燃，或污油不能单独燃烧的原因是十分有益的。参考文献： [1]唐新河.船用焚烧炉污油不能燃烧问题分析及处理[J].天津航海,2020(03):34-38. 作者简介：
|
