自身预热式烧嘴的故障原因分析隐患排查及管理办法

摘要：对自身预热式烧嘴故障发生原因进行深入的研究与分析，并及时准确的进行隐患排查工作，制定出更为科学合理的解决办法，是能够保障工业生产实现高效、稳定、安全运行的重要措施与关键环节。通过针对故障问题进行研究与解决，能够更好的实现对烧嘴工作特性及其运行规律的了解，为烧嘴优化设计与维护管理工作的开展提供更为强而有力的依据。与此同时，高效的隐患排查与管理措施的应用能够提前发现各种潜在问题对故障发生进行有效预防，延长其使用寿命，降低维护成本。因此，系统性的针对自身预热式烧嘴故障原因、隐患排查及管理办法进行探讨与分析有着重要的现实意义。
  关键词：预热式烧嘴；故障原因；隐患排查；管理办法
  前言：

在工业加热领域，自身预热式烧嘴是一种具有高效节能特征的燃烧设备，凭借自身能够高效回收烟气余热、提高燃烧效率等显著的优势，被广泛的应用在各种加热炉与热处理炉中。这种设备在提升产品品质、减少环境污染以及降低能源消耗等方面都能够发挥重要的作用，然而在实际使用的过程中，自身预热式烧嘴不可避免的会产生各种故障问题。故障问题的存在不但会对设备的正常运行造成不良影响，使得生产效率下降，还会造成一系列的安全隐患，对企业的经济效益造成严重的不良影响。为此本文针对自身预热式烧嘴的故障原因分析隐患排查及管理办法进行研究。
一、自身预热式烧嘴

自身预热式烧嘴又叫作换热式烧嘴，实际上是把烧嘴和换热器联合成一个整体，用烟气在烧嘴内预热空气或燃气的烧嘴（如图1所示）。因此自身预热式烧嘴最主要的优点是有较好的节能效果。同未回收烟气余热的烧嘴相比，这种烧嘴可降低燃料消耗20%～30%，安装便捷性与普通烧嘴无异，其整体尺寸仅为烟道换热器的1/10。缺点如果不便于用烟道口调整炉气流动路线。从自身预热烧嘴的结构示意图。可以看出，该烧嘴采用在烧嘴本体的外面套一个逆流热交换器，后者能将烧嘴本身所需的助燃空气预热，其核心构造采用多层同轴套管排列方式，使空气流道与烟气通道相互隔离，其中间层套管同时承担着热交换界面的功能。换热器整体采用耐高温特种钢材制造，燃料产物以80米/秒的速度从喷口射出，这种高速喷射特性有效促进了炉内气体的循环流动，不仅优化了热传导效率，同时确保了温度分布的均匀性[1]。借助于排烟管内空气喷射器的作用，将燃烧产物吸引通过换热器，炉内压力可通过调整喷射气流量的方式实现。此类自预热燃烧装置适用于600°C~1400°C的工业炉上，在超过1000°C以上的高温炉时效果更好。

图1 自身预热式烧嘴

二、自身预热式烧嘴的故障原因分析

（一）烧嘴不能点火

烧嘴控制器或继电器故障, 烧嘴控制器对点火动作的控制失灵,控制电源线路故障,有时控制器电源自动跳闸（烧保险或烧粘）。点火电极安装不到位, 放电尖端偏移不正, 或点火电极变形、结瘤, 不能正常点火。点火变压器有问题, 空气及煤气控制电磁阀同时不动作，不能正常点火, 有时现场复位发生爆鸣。天然气电磁阀发生天然气电磁阀漏气无法正常点火，电磁阀的分配器故障电磁线圈烧坏, 空气电磁阀电磁开关整流器烧坏等问题导致空气或天然气控制电磁阀不能动作，不能正常点火，有时现场复位发生爆鸣[2]。

（二）燃烧不稳定

火焰监测系统故障, 检测电路松动或检测元件失效, 点火电极无法正常监测火焰而导致故障。陶瓷燃烧室、燃气管、换热器或陶瓷内管损坏，造成火焰气流堵塞，无法持续燃烧。天然气的热值、压力、质量差，阀门管道部分堵塞，导致燃烧系统空、天然气比例不合适，有时复位出现爆鸣现象。如果燃料品质不达标，例如燃料中混进过多杂质或者水分，这时候燃料的燃烧性能就会打折扣，极其容易出现中途熄火的情况。在空气供给方面也需要特别注意。例如在送风量不足的情况下，燃料得不到足够的空气参与反应，这时候火焰就会变得微弱且忽大忽小；相反，如果送风过量，又会带走燃烧产生的大量热量，导致燃烧温度无法保持，火焰自然也会出现抖动。还有比较关键的是燃料和空气的比例没有调配好，混合不均匀会在局部区域出现不完全燃烧，这时候就容易产生突然爆燃的现象。一旦空气过滤器被堵住，进风量就会减少；而送风机出现故障，空气压力就跟不上需求，都会直接影响燃烧过程的稳定性。 除此之外，烧嘴头部由于长期处于高温工作环境，再加上燃烧产物带来的腐蚀作用，时间久容易出现磨损变形。例如头部形状发生变化之后，火焰的喷射角度和扩散范围就会改变，这样原本正常的燃烧工况就被破坏，直接影响到加热效果和设备正常运转[3]。  

（三）预热效果不佳

预热效果达不到预期会直接影响燃烧系统的能耗表现，这主要和换热装置运转异常、烟道排气受阻等情况有关。例如作为余热利用的关键设备——换热器堵塞就是比较常见的问题之一。设备在长时间运行过程中，烟气携带的灰尘颗粒、金属氧化物等杂质会在换热管内部形成堆积层，特别是弯头、缩颈部位更容易出现这种情况，导致烟气与空气之间的热量传递被阻隔。当传热效率下降后，助燃空气就得不到充分加热，预热温度指标自然难以达标。另外换热器存在泄漏也是需要特别注意的情况，如果有裂缝或者密封失效，部分高温烟气会直接从破损处外泄，无法完成既定的热交换流程，这种情况不仅影响预热效果，还会造成额外的热能损失。烟道系统的问题同样会导致预热异常。例如烟道内部出现积灰板结，或者是检修时遗落的工具零件卡在管道中，都会改变烟气的正常流动状态。当排气阻力增大时，燃烧室内的压力平衡会被打破，这时候烟气在换热器内的停留时间和流动路径都会改变，传热过程就没办法按设计工况进行。再例如负责抽吸烟气的排风设备如果出现故障，像是马达烧毁、叶片变形情况，就会导致抽力不足，这时候整个烟气系统的循环动力不够，余热回收效率当然会大打折扣。

（四）安全保护装置失灵

安全防护系统是保障烧嘴稳定运行的关键系统，特别是监测器这类设备一旦出问题就容易埋下隐患。例如火焰监测探头长期在高温高湿这样的恶劣条件下工作，很容易出现灵敏度下降的情况。探头表面的光学玻璃如果沾上油污或者积灰尘，监测火焰的时候就可能出现误判。还有线路老化这种问题也不容忽视，例如连接线外皮开裂导致短路，信号传输就会时断时续，这时候系统可能检测不到实际存在的火焰状态。压力传感器方面的问题主要出在内部元件上，例如中间的感应部件用久就会老化，测出来的数值会与真实压力之间存在偏差。安装位置的选择也需要进行充分的考虑，例如装在振动大的地方就会读数不准。当传感器反馈的信息不准确时，烧嘴可能会在异常压力下工作——例如气压过高的时候容易引发危险，压力不够火焰又会闪动甚至熄灭[4]。这时候操作人员如果没能及时发现，就容易导致安全隐患的出现。

三、烧嘴故障快速诊断与处理流程

1.空燃比重新调整，开关空气天然气流量调节阀

2.烧嘴点火控制器无电故障，天然气电磁阀损坏 ，空气电磁阀损坏。处理方法：更换新的 空气天然气电磁阀。

3.烧嘴点火控制器不点火故障，无高压电火花打火。处理方法：控制器线路问题在排查。

4.烧嘴点火电极头部结瘤点火异常导致故障， 点不着火或火焰信号丢失故障。处理方法：停止控制器更换烧嘴电极，已经完成。

5.烧嘴陶瓷燃烧室的损坏导致故障， 点不着火故障。处理方法：更换新的烧嘴芯陶瓷燃烧室。

6.烧嘴芯炉盘的损坏导致故障， 点不着火故障。处理方法：更换烧嘴芯炉盘。

7.烧嘴前阀组流量调节阀堵塞故障，无火焰信号。处理方法：清理流量调节阀堵塞阀芯。

8.烧嘴前阀组控制切断阀内漏故障，火焰信号常有。处理方法：更换控制切断阀。

9.烧嘴内部换热器损坏导致故障，无火焰信号。处理方法：更换烧嘴内部损坏的换热器。

10.辐射管内部火焰管及辐射管损坏导致故障供热不足。处理方法：更换辐射管内部火焰管及辐射管耐材修补。

四、自身预热式烧嘴的隐患排查方法

（一）定期巡检

1.外观检查

首先仔细看整个烧嘴有没有出现裂开变形或者被锈蚀的情况。特别是烧嘴头部的位置，因为长期处于高温燃烧环境中容易出质量问题，如果表面磨损严重或者有细小裂纹，可能会直接导致燃烧时火苗不稳或者效率降低。连接管道的检查也要特别注意，例如各个接口处有没有松动漏气的情况，这样能避免燃料泄漏引发危险。

2.运行参数监测

在运行参数监测方面，需要定期记录燃料压力数值和流量变化。例如压力值突然升高或者下降太多，可能说明供热系统存在异常，例如管道被东西堵住或者阀门出问题。同时还要看空气供给的压力和温度参数是不是正常，参数波动过大会影响燃烧充分性。最好把实时数据和设备说明书上的标准范围做对比，一旦发现明显偏差就要找原因。

3.安全装置检查

安全装置的检查同样不可忽视。例如火焰监测器能不能正常工作，例如火焰突然熄灭的情况能不能及时报警。压力传感器的准确性也要验证，确保反馈回来的数据真实可靠，如此才能给烧嘴的安全运行提供有效保障。特别要注意的是，保护装置需要定期做功能测试，防止出现误报或者失灵的情况。

（二）专项检测

1.燃烧性能检测

燃烧性能检测是专项检查中的关键部分，需要用专门的检测设备来查看火焰形状，正常情况下的火焰应该是形状比较规则、燃烧稳定的状态。如果发现火焰有分叉、抖动不正常现象，通常就说明燃烧过程可能有问题。例如燃料和空气混合不均匀，或者是烧嘴头部出现损坏。同时还要检测燃烧效率，也就是看燃料烧得够不够彻底。燃烧效率如果太低，一方面浪费能源，另一方面还可能产生很多污染物质。另外还需要检测污染物排放指标，例如一氧化碳、氮氧化物物质的浓度，如果排放超标，不仅可能违反环保规定，同时也说明燃烧过程可能存在异常情况。污染物排放浓度公式如下：

其中C_i：污染物i（如CO、NOₓ）的浓度（mg/m³），m_i污染物i的质量（mg），V 烟气：烟气总体积（m³）。

2.换热器检测

换热器检查也是重点之一。在此过程中，通常会用到像超声波检测、红外热成像检测无损检测方法，主要看换热器内部结构有没有问题。例如超声波检测可以发现管道内部的裂纹或者堵塞，而红外热成像检测可以直接显示出换热器表面的温度分布情况，这样就能判断有没有局部过热或者传热不好的地方。如果检查发现换热器存在堵塞或者泄漏的问题，需要马上安排清理或者维修处理，这样才能保证热交换效率，让烧嘴的预热功能正常运作。

五、自身预热式烧嘴的故障管理办法

（一）建立设备档案

在设备档案管理方面，建立完整记录是确保自身预热式烧嘴稳定运行的首要环节。这项工作需要从设备进场开始就持续跟进，例如在烧嘴安装阶段，不仅要登记清楚设备型号、生产厂家基本信息，还要把安装的位置布局、调试时的技术参数都详细记录下来。在运行数据监测方面，日常需要重点关注燃料供给系统的压力波动情况、气体流量变化关键指标。例如操作人员每天交接班时，应该把压力表读数、温度曲线数据及时录入系统。如果发现燃料压力持续低于标准值，这时候可能就要考虑是不是管道存在杂质堆积或者阀门开度有问题。维修记录方面需要特别注意操作的规范性，还要写明故障发生时的具体现象——例如点火延迟超过5秒或者火焰颜色异常细节。通过长期积累案例，技术人员就能总结出哪些部件容易出问题，在采购备件时也能更有针对性。总的来说，这种全程跟踪的记录方式，可以帮助工厂实现从设备采购到报废整个周期的精细化管理，有效延长关键设备的使用寿命。

（二）制定维护计划

根据烧嘴的实际使用次数、所处环境条件和设备供应商提供的操作指南，需要制定一个符合实际情况的定期保养方案。例如每个季度要安排专人清理烧嘴内部的积碳和异物残留，如此一来可以避免管路堵塞影响正常燃烧和余热回收效率。针对烧嘴头部这类直接接触高温火焰的部件，还有负责热交换的核心组件，必须进行定期检查是否存在变形或磨损情况，发现异常要及时联系维修人员进行修复或者更换新零件。同时检修流程的制定也是关键环节，例如每半年需要让工程师对烧嘴的火焰监测控制系统、燃气泄漏报警装置安全模块开展全面检测与参数校准，确保相关装置能可靠运行。在燃料输送管道和空气供应管路方面，日常维护时要重点查看法兰连接处有没有漏气现象，各类阀门能否正常启闭调节。另外通过分析设备运行日志中的历史数据，例如某个烧嘴经常出现点火延迟问题，这时候就应该优先调整它的燃气与助燃空气配比装置。通过这种有针对性的维护策略，不仅能提前发现隐患，还能有效延长设备使用寿命，控制维修开支成本。

（三）人员培训

针对操作人员的技能提升需要进行系统性培养。首先要对相关工作人员开展操作技能的系统培训，重点要让操作者理解烧嘴装置的基本运转原理，也就是要掌握包括点火启动、参数调整、关机流程在内的标准操作步骤，例如在设备出现异常时如何看仪表盘参数变化。通过课堂理论教学配合现场操作演示，重点训练操作工掌握调节火焰大小的具体手法以及紧急停止按钮的正确触发顺序等等。在故障应对方面需要建立完整的处置流程。其核心目标在于让操作者能够准确识别异常状态的特征表现，例如当出现压力表指针剧烈波动时，操作工应当首先检查燃气供应阀门。通过分析历史故障案例和模拟突发状况，例如模拟燃气管道压力骤降的场景，可以提升工作人员对突发问题的反应速度。特别要注意培养操作者根据异响特征判断故障类型的能力，例如某个阀门卡死时的处理步骤与点火电极故障的处置方式就存在明显差异。

（四）应急预案制定

针对不同类型的故障现象，需要提前准备好对应的解决方案。当发生紧急情况时，各个部门例如维修班组、安全监督人员岗位需要明确各自责任，避免出现推诿扯皮影响处理效率。具体操作流程方面需要细化到每个步骤，例如设备报警后值班人员怎么上报、技术员到现场后如何查看故障原因、确定问题后怎样组织抢修环节都要事先规划好。特别是像备用点火装置这种关键部件，需要存放在指定位置并做好定期检查记录，例如每月开箱测试一次确保能正常使用。另外要定期组织相关人员进行实操演练，例如每季度进行一次模拟突发火情的应急演练，通过这种方式来验证现有预案是否存在漏洞。根据每次演练过程中暴露出来的问题，例如消防通道被占用导致救援延迟这样的情况，要及时更新应急预案中的处置步骤。通过这种动态调整机制，可以在真正发生事故时快速启动应急程序，最大程度减少对生产线的影响，同时保障操作人员与设备资产的安全。

六、结束语

自身预热式烧嘴在工业生产中所具有的重要性不言而喻，其故障问题的解决与管理也是保障工业生产能够顺利推进的关键所在。通过针对自身预热式烧嘴故障存在的原因进行深入研究与分析，可以根据针对性的进行隐患排查工作，及时发现并对潜在的问题进行有效解决，避免事故的发生与事态的扩大。与此同时，科学合理的管理办法能够实现对烧水使用维护的规范化管理，进一步提升设备的稳定性与可靠性，实现设备使用寿命的延长，提高工业生产的经济效益。
参考文献：

[1]梁晓刚,张永志. 烧嘴ON-OFF控制在罩式退火炉温度控制中的应用[J] .武汉工程职业技术学院学报,2023,35(1):14-17.

[2]孙博.辊底炉自身预热式烧嘴异常分析及处理[J].冶金动力,2021,(04):34-35+38.

[3]周春.热处理炉烧嘴故障的分析和处理[J].涟钢科技与管理,2020(3):58-60.

[4]马超,洪海宇,郑博,等.热处理炉自身预热式烧嘴故障分析及处理方法[J].宽厚板,2023,29(04):21-24.