船用锅炉燃烧不充分故障原因探讨

船用锅炉燃烧不充分故障原因探讨

李顺

(中国卫星海上测控部，江苏江阴 214431)

摘  要： 船用辅锅炉自动控制电路复杂程度远高于一般机舱及甲板设备，发生故障原因隐蔽性较高，处理锅炉燃烧不充分故障要从燃料系统、配风系统、控制系统等方面进行逐一排查，需要维修人员具有较为系统全面的设备专业知识，本文通过对锅炉燃烧不充分故障处理，进一步提升了维修人员对锅炉控制系统的了解认识，加强了锅炉设备的运行管理。

关键词：船用锅炉；燃烧不充分；风门控制器

0 引言

LSK系列锅炉为立式、水管、扩展受热面型燃油辅锅炉。锅炉把燃油燃烧产生的热能传给过筒内的水，产生低压饱和蒸汽供船舶动力装置加热滑油、空调取暖和其他生活杂用等生活所需。该系列锅炉由锅炉本体、燃烧装置、自动控制箱、水泵阀门仪表构成。机组为全自动控制，并设有蒸汽压力低、过低水位、火焰故障等故障停炉功能，锅炉在运行期间燃烧不够充分会产生浓烈黑烟，严重影响燃油燃烧质量，不及时解决问题，未能充分燃烧的积碳，会堵塞喷油嘴，影响点火电极放电，造成点火失败现象。炉膛受热面积碳过多会影响热量传导，造成锅炉燃油消耗异常增多，本文以一次锅炉冒黑烟故障处理为例，从燃料系统、程序控制器、风门控制器等方面详细探讨了锅炉燃烧不充分导致冒黑烟的故障原因。

1故障现象

值班人员通过集控室监控摄像头发现，烟囱有浓烈黑烟冒出，经查为左锅炉运行时燃油燃烧不充分所致，随后维修人员到现场进行手动点炉，运行至小火燃烧时锅炉未见异常，手动拨动点火开关小火转大火，燃烧器随即有大量浓烟和少量火苗从进风口外泄。人员立即拨动开关进行扫风，锅炉进入扫风程序，维修人员组织故障排查。

2故障排查

2.1燃料系统排查

经现场研判，燃油燃烧不充分主要是喷油和供风不协调所致，在点炉过程中，人员通过观火孔并未发现明显大火燃烧现象出现，且炉膛内产生了浓烈黑烟，维修人员无法确认大火点火是否成功，按照从易到难的原则，人员首先对燃烧器燃料系统进行了检查。燃烧器的燃料系统主要由油管、接头、油泵和喷油器组成，油泵压力表显示油压为1.0Mpa，油泵工作正常。喷油器主要是控制喷入锅炉内燃油的数量和雾化燃油的作用，当喷油器喷嘴发生堵塞或泄漏时，均会导致大火喷油失败，发生瞬间爆燃和冒黑烟现象。经过拆解清洁喷油嘴，喷油嘴内部结构通畅无损坏，且点火电极间距在2-4mm之间符合点火要求（图2-2），排除燃料系统故障。

图2-1 锅炉燃料系统

图2-2 点火喷油系统间隙要求

2.2程序控制器排查

在锅炉燃烧过程中若发生异常，程序控制器会产生连锁保护，发生连锁保护后，程控器的所有输出信号如电磁阀开启、点火变压器工作、风门控制器动作和燃烧器风机运行等会立即停止，故障指示灯会亮起。由于锅炉在自动模式时能够正常运行，且运行时故障显示器（图2-3）的运行位置指示未出现异常故障符号（图2-4），因此排除程序控制器故障。

图2-3 程序控制器故障显示器

图2-4故障显示器符号意义

2.3配风系统排查

人员在对程序控制器检查时发现，当锅炉炉压达到0.65Mpa，正常进入大火转小火即2#供油电磁阀关闭阶段，供油电磁阀出现高频率动作并伴随电控箱大火指示灯闪烁现象。随着风门的变小，大火关闭程序并未执行成功，炉膛内产生大量浓烟，待炉压达到0.68Mpa停炉压力后，燃烧器立即停止燃烧，电控箱大火和小火指示灯同时关闭，最后进入后扫风停炉程序。根据大火转小火程序未执行成功现象及限位开关整定原则（表2-1），人员判断，风门控制器内大火油门限位开关可能发生卡死故障，人员对风门控制器进行检查换新。按照限位开关整定原则（表2-1）重新调整风门控制器凸轮控制角度。

表2-1 限位开关整定原则

风门控制器调整完毕后，执行手动点炉程序，从观火孔能观察到明显的小火转大火和大火转小火的燃烧状态转换，且风门开度与大小火燃烧所需协调一致。执行自动点炉程序，锅炉运行正常，电磁阀高频动作和大火关闭程序失败现象未再出现，由此故障排除。

3故障机理分析

3.1锅炉基本运行原理

当程序控制器发出点火程序命令后，风门控制器控制风门挡板到达一个较大的开度进行预扫风，将炉膛内的油雾吹出去，防止在点炉的时候发生爆燃事故。预扫风结束之后，在点火喷油的时候，风门控制器控制风门挡板到达一个较小的开度防止风速过高将火吹灭；小火燃烧之后，风门挡板再开一定的开度，提供充足的空气；在大火燃烧时，风门挡板开到最大开度，提供充足的空气，保证正常大火燃烧。其中控制燃烧器吸入最关键的部件是风门控制器。燃烧器风门通过联接器与驱动凸轮轴同心联接，每个限位开关的控制点可以通过调节凸轮的角度进行调节，进而实现风门配合点火程序在一定角度下同步运行。

3.2故障原因分析

图3-1 锅炉风门控制系统电气接线图

通过图3-1可知，随着风门控制器内部四个凸轮的转动，对应的限位开关可实现不同的功能（表3-1）。维修人员对故障风门控制器拆解后发现，Ⅰ号限位开关即2#油路电磁阀控制开关凹陷卡死是发生上述故障现象主要原因。通过图3-1可知，当Ⅰ号限位开关卡死，7、8常开触头常闭，即2#油路电磁阀开关即大火电磁阀处于待开状态。当锅炉自动运行时，程序控制器并未输出大火点火信号，因而2#喷油电磁阀未能开启，根据限位开关整定原则c和图3-2可知，锅炉从小火转至大火燃烧时，并未等风门控制器动作后点火，而是在程序控制器给定风门大火位置和大火点火指令后立即点火，而后风门控制器再动作到位。当锅炉炉压达到0.65Mpa后程序控制器给定风门控制器转入小火指令，通过图3-3可知，此时程序控制器仍然在给定2#喷油电磁阀闭合指令，风门控制器运行到从大火位置到小火位置全行程的2/3时，Ⅰ号限位开关卡死常闭，无法断开，继而导致2#供油电磁阀无法正常关闭，风门运行至小火位置时，此时燃烧器处于大火燃烧状态，供风量严重不足，产生浓烈黑烟，待炉压达到停炉压力后，程控器给定切断所有油路信号，出现了大火、小火电磁阀同时停的现象。

表3-1 凸轮限位开关功能

图3-2 风门控制器电气接线图

图3-3 程序控制器运行流程图

5总结

1.辅锅炉自动控制电路复杂程度远高于一般机舱及甲板设备，故障排查期间容易造成思路不清、头绪混乱，需要维修人员尽可能的收集锅炉运行状态信息，根据自动控制原理进行分析比对，及时有效的对故障进行解决。

2.锅炉在手动停炉后，风门立即停止动作，会一直处于后扫风位置，导致风门控制器限位开关一直处于闭合状态，风门控制器限位开关长时间闭合会导致内部金属弹簧片断裂卡死。后续锅炉进行长时间停炉保养时，要将程序控制器复位或在在锅炉自动停炉时断开电源，使风门控制器风门位置处于闭合状态，防止由于限位开关长期闭合导致的内部金属弹簧片断裂卡死的现象出现。

3.随着技术的发展，学懂，弄通船舶设备机电一体化技术是新的能力要求，是每一名轮机人员的基本职责。一定要紧跟时代步伐，在机电一体化专业知识方面，不断地学习新的理论技术，力求以更高的职业能力水平去服务船舶设备的运行管理。

参考文献

[1]  LSK型立式针形管锅炉说明书，青岛船用锅炉厂有限公司，2006.2

[2] 费千．船舶辅机，大连海事大学出版社，2005.3