1、1本科毕业论文（20 届）“育鲲”轮锅炉燃烧系统介绍及故障分析所在学院专业班级 轮机工程学生姓名指导教师完成日期2摘要本文首先介绍了育鲲轮 KLM/VM 燃油辅锅炉的结构、工作原理和锅炉系统，在锅炉工作过程中，发生了点火故障，结合该故障重点介绍了锅炉的燃烧器及其系统，通过故障树分析法，对引起故障的原因经行分析及排除，结合工作中的经验，查出了引起故障的原因，采取有效措施消除了故障。最后提出了对锅炉的设计的改进意见，以及锅炉管理中应注意的事项。关键字：燃油辅锅炉 燃烧系统 点火故障 故障树ABSTRACT: This paper firstly introduced the constructio
2、n, the working principle and the systems of the oil boiler equipped on YUKUN, then based on the ignition failure that happened during its working particularly introduced the burner and its system attached to the boiler. By using FTA，this paper analyzed possible reasons causing the failure, combined
3、with experience from daily work, found out the one that caused the malfunction and effective measures were taken to remedy the failure, eventually put forward some tips concerning the design and control of the boiler as well as some precautions on maintenance of the boiler.Keywords: oil auxiliary bo
4、iler combustion system ignition failure FTA3目录0 前言 .41 故障现象： .52 “育鲲”锅炉的简介及其自动控制系统 .52.1 锅炉参数 .52.2 锅炉本体及其工作原理 .52.3 锅炉控制系统简介 .72.3.1 自动调节系统 .72.3.2 程序控制系统 .72.3.3 自动保护及声光报警系统 .73 锅炉燃烧器结构及工作原理 .73.1 燃烧器的供油系统 .73.2 燃烧器的结构及主要部件 .83.2.1 燃烧器技术参数 .83.2.2 燃烧器机构及主要部件 .93.3 燃烧器的工作原理 .104 故障的分析及处理 .124.1 故障树
5、的建立： .124.2 事故的分析及处理过程 .134.2.1 风的分析处理 .144.2.2 油的分析及处理 .144.2.3 点火设备的分析处理 .155.锅炉设计及管理中的改进建议 .175.1 设计中的改进建议 .175.2 锅炉日常维护保养的建议 .186 总结 .1940 前言锅炉是通过燃料燃烧把燃料的化学能转化为热能，使锅炉内的水变成水蒸气或者热水的设备。在以蒸气轮机为主机的船上，锅炉产生的过热蒸气用于驱动船舶，故其为主锅炉。在柴油机为主的船上，锅炉产生的饱和蒸气仅用于加热燃油、滑油、工作水驱动辅机及提供各种生活用气为辅锅炉。锅炉又有燃油锅炉和废气锅炉之分。 “育鲲”轮在机舱的顶
6、部装有燃油锅炉和废气锅炉各一台。停泊时，由燃油锅炉提供蒸气，航行时，主要由废气锅炉提供蒸气，必要时燃油锅炉同时使用。 “育鲲”采用针形管辅锅炉，具有体积小，重量轻，效率高的特点，配备旋杯式燃烧器，具有雾化好，调节比高的特点。锅炉在船舶上具有举足轻重的地位，因此作为轮机管理人员我们应保证锅炉运行的连续性。对锅炉系统而言，最重要的系统是燃烧系统而系统中最关键的设备是燃烧器。 “育鲲”燃油锅上位机采用单片机控制，自动化程度高，带来燃烧器的重要元件集成度高，因而工作可靠性降低。长时间的工作中，元件的性能的老化、磨损、管理中的因素等造成燃烧系统的不正常工作，从而影响锅炉工作的性能。1 故障现象：2012
7、 年 4 月 6 日上午，停泊于大连港，集控室突然接到锅炉发出的主火焰探测失败报警，此时锅炉蒸汽压力达到自动起炉的设定值 4.9bar，发生点火故障，随着蒸汽压力继续降低于 3.5bar，锅炉发出蒸汽压力低报警。点火故障发生后，值班机工连续两次手动点火，发现重油电磁阀都已动作但却点火失败，三管到场后进行点火，锅炉仍然发出主火焰探测失败报警。2 “育鲲”锅炉的简介及其自动控制系统2.1 锅炉参数育鲲轮的燃油锅炉为 SAACKE 公司生产的 KLN/VM2.5/7 系列。参数为：序号 性能指标 参数1 锅炉数量 1 台2 针形管数量 6 根3 锅炉负荷 100%4 蒸发量 2500kg/h5 工作
8、压力 0.7Mpa6 蒸汽温度 170.47 设计压力 0.9Mpa8 燃料 船用燃料油（MFO）9 燃油消耗率 184kg/h52.2 锅炉本体及其工作原理一般，锅炉本体包括炉膛、蒸发受热面、水腔和蒸汽空间等。传统的锅炉主要有两种类型：燃油燃烧的燃气在受热面管道内流动，管外是水的烟管锅炉 锅炉受热面管内流动的是水或汽水混合物，而燃气在外面流动的水管锅炉。近年来，新型的针形管锅炉在船上（包括“育鲲” ）应用广泛。其结构如图 1 所示。图 1 “育鲲”轮燃油锅炉的本体结构 1.烟箱 2.主蒸汽阀接口 3.炉膛 4.烟管 5.针形管 6.隔热层 7.烟囱 8.水位计接口 9.安全阀接口10.锅壳
9、11.炉膛底板 12.耐火层 13.下排污口 14.炉膛冲洗水泄放口 15.泥渣孔 16.人孔 17.火焰观察镜 18.锅炉给水接口 A.蒸汽空间 B.水空间 C.燃烧器接口该锅炉的圆筒形外壳（汽水空间）中大部分为水腔，在下部，上方为蒸汽空间，其下部设有圆筒形的炉膛。炉膛底板焊接在本体上，其上覆盖有耐火层。在炉膛顶部和汽水空10 点火燃料 船用柴油（ MDO）11 100%负荷时的效率 83.4%12 水腔容积 2.6m36间内有 6 根垂直的烟管，烟管内部共有 6 个针形管，每个烟管和其内部的针形管形成一个单元。流经各烟管的燃气最终汇聚到烟箱，然后经过顶部的烟囱排至大气中。为减少锅炉的散热损
10、失，防止人员烫伤，并降低周围的环境温度，锅炉的外部覆盖有隔热层，并在其外部用铁片罩起来。锅炉本体的外面有若干接口，分别用来连接不同的附件，如主蒸汽阀接口、水位计接口、安全阀接口和给水接口等。此外，锅炉的底部还有下排污口和炉膛烟灰冲洗水泄放口。锅炉本体上还有一些用于内部检查和清洁水腔的部件，如定期清理水腔内部沉积泥沙的泥渣孔，对烟箱进行检查和清洁的人孔和火焰观察孔等。针形管锅炉炉膛中的热传递方式主要为热辐射，同立式烟管锅炉相比，针形管的通过外壁上焊接的许多细长的铜针，大大增加了换热面积，使换热效率得到很大提高。针形管本体是无缝钢管，上端通蒸汽空间，下端通水空间。在水侧，炉膛和换热壁面的水被加热，
11、产生气泡，含气泡的水密度相对较低，迅速上升，在蒸汽空间实现汽水分离，其余的水从下方流过来补充，形成自然循环。而针形管的这种结构，更能保证其内部的炉水从下部的水空间流入上部的蒸汽空间，形成良好的自然循环。 “育鲲”轮上的燃油锅炉，约有 50%的热量来自热辐射，其余的热量则来自针形管的热对流。2.3 锅炉控制系统简介2.3.1 自动调节系统水位自动调节环节：给水阀的开度随炉内水位升高而减小，随水位下降而增大，使锅炉运行时自动保持水位在适宜的范围之内。锅炉水位达下限时，水泵自动启动给水，到达高水位时，自动停止给水，锅炉水位降低到低水位时发出声光报警信号，降到危险水位时，使全部系统停止工作，并发出声光
12、报警信号。蒸汽压力自动控制环节：锅炉内蒸汽压力降到下限值时，能自动点火燃烧。压力到达上限值时，自动熄火。压力达到最大值时，能够发出声光报警，并自动放汽降压。2.3.2 程序控制系统锅炉的点火燃烧按照一定的程序进行，接通电源，按下自动启动按钮后系统按如下程序工作。风机先运转向炉膛内鼓风进行预扫气，经一定时间后燃油泵启动。随后点火变压器有电，开始点火，同时点火油头喷油。若点火成功，光敏电阻发出信号，点火停止，同时转杯开始喷油。风机和燃油泵进入正常运行，调节器根据气压变化对风油按比例自动调节，同时自动控制装置对锅炉运行进行自动调节。若点火失败，点火和喷油自动停止，同时进行后扫气。扫气结束后，进行声光
13、报警。锅炉正常燃烧使气压到达上限压力时，自动熄火，后扫气，同时高压状态指示灯亮。气压下降到下线时，自动点火，按前述程序进行。2.3.3 自动保护及声光报警系统低水位时声光报警，危险低水位时，自动熄火，发出声光报警；蒸汽压力达到最大压力值时，自动熄火，放汽并报警；点火失败时，自动熄火，后扫气并报警；风压低，声光报警；油温低声光报警；油压低/高，声光报警等。73 锅炉燃烧器结构及工作原理3.1 燃烧器的供油系统“育鲲”轮辅锅炉燃油系统图1.重油日用柜；2.柴油日用柜；3.燃油泵组；4.点火油泵；5.调压阀；6.回油三通阀；7.轻/重油转换阀；8、9、10.滤器；11.温度表； 12.压力表； 13
14、.安全阀；A.燃油至燃烧器；B.燃烧器回油；C.柴油至点火油头； “育鲲”轮锅炉燃油供给系统如图所示。燃油输送泵组主要是有两个三螺杆泵组成，利用轻/重油转换三通阀的选择将燃油从重油日用柜或柴油日用柜、吸入，然后通过接口 A泵送至主燃烧器。压力调节阀用来调节 A 口处（主燃烧器）的供油压力。经调压阀旁通出来的燃油以及经过 B 口的燃烧器回油在回油三通阀的转换选择下一起返回重油日用柜，或回到燃油泵的吸口。当燃油泵组的排压过高时，安全阀打开将高压燃油泄放至燃油泵的吸入口，保护系统安全工作。点火用的轻油经点火齿轮泵从轻油日用柜吸入，然后经过接口C 泵送至点火油头进行点火。另外，在冷炉点火时，由于重油需
15、要用蒸汽加热而只能先燃用轻油。此时，锅炉燃油泵组应在三通阀的选择下与轻油日用柜相连，只有当重油预热至要求温度时才能转换至燃用重油。在较长时间停炉前的一段时间也需要燃用轻油，防止重油堵塞管路而导致下次起动困难。3.2 燃烧器的结构及主要部件3.2.1 燃烧器技术参数“育鲲”轮锅炉燃烧器的主要技术参数序号 性能指标 参数1 燃烧器型号 SKVJ M182 总重量 340kg3 燃油类型/工作温度/压力 HFO（180380 cSt）/ 7090 / 0.30.5MPa MDO / 1060 / 0.150.3MPa84 燃油流量 40185kg/h5 点火油类型/工作温度/压力 MDO / 106
16、0 / 0.71.4Mpa6 风机效率 7.5kW（50Hz）7 转杯功率 1.5kW(50Hz)3.2.2 燃烧器机构及主要部件燃烧器结构图1.风机；2.速闭阀；3.调压阀；4.滤器；5.流量计；6.伺服电机；7.负荷凸轮；8.燃油电磁阀；9.手动操作按钮；10.火焰探测器；11.点火油头座；12.主喷油器；13.配风器；14.火焰观察镜； 15.进油口；16.回油口其主要部件如下：(1) 压力式点火油头如下图所示点火油头和电极的结构图。点火电极之间的距离为（2-4）mm,点火时，点火电极通电，两极之间尖端放电产生火花；同时，加压的柴油在点火油头中央的细小喷孔的节流作用下以油雾的形式喷出，油
17、雾在配风器周围的空气助燃下被点火电极点燃；然后，点火油引燃主喷油器所喷出的燃油； 压力式点火油头及电极1.点火电极；2.点火油头；3.配风器(2) 转杯式喷油器9如下图所示，电机通过皮带带动中央轴高速旋转，同时驱动圆锥形的转杯和雾化风机叶轮旋转。压力约 2.0bar 的燃油被泵入转杯后，由于离心力的作用，在转杯内壁形成油膜并被甩入炉膛；叶轮将雾化风从转杯外缘吹入，将甩出的油膜吹散成油雾。一次风量可由风门调节，而提供燃烧所需氧气的二次风则由另外的管道供应。转杯式喷油器1.转杯；2.中央轴；3.雾化风机叶轮；4.外壳；5.电机；6.传动皮带；7.一次风门(3) 调压阀 用于调节主喷油器中的供油压力
18、，使之保持在一个合适的范围。 (4) 风机 用于提供燃烧所需空气以及起动前的预扫风和停炉后的后扫风，为离心式风机(5) 伺服电机 接受燃烧控制器发出的控制指令并执行指令驱动负荷凸轮。(6) 负荷凸轮 用于控制并指示锅炉负荷，可同时对风门和油门进行调节，使之保持合适的风油比以调节锅炉燃烧强度。(7) 油量调节阀 由负荷凸轮带动，根据锅炉的负荷，调节进油量的大小，满足锅炉需求。(8) 配风器 用于向主喷油器分配一次风和二次风，确保风量与油量相匹配。配风器应当能够提供风量、风向和风速适宜的一次风和二次风。(9) 火焰探测器 对炉膛内的燃烧火焰进行自动探测，并将探测的信息反馈给控制器。3.3 燃烧器的
19、工作原理在锅炉处于停止工作状态期间，重油主油路上的两个电磁阀断电，主油路不供油，转杯断油 。点火油路的两个电磁阀均处于断电关闭状态。当燃烧控制器内产生点火信号时，首先起动风机，然后控制器控制伺服马达，带动负荷凸轮，使其转向最大负荷位置，负荷指示为“10” ，此时风门开到最大，在此位置扫风 1min 后，伺服马达转到最小位置，负荷指示为“1” 。同时，转杯电机起动开始工作，带动转杯转动，但不供油以将转杯和管路内可能存在的剩油甩出，防止“冷爆”的发生。10预扫风结束后，点火变压器通电，点火电极通电发火，同时燃烧控制器控制点火油路上的俩点火电磁阀打开，轻油泄油电磁阀断电关闭，燃油供给系统来的柴油经过
20、进口 C 进入点火油头并在喷入炉膛后被点火电极高压放电点燃，该过程需要 12s。接着火焰探测器进行点火检查，大约需要 24s 时间，如果已经点火成功，燃烧控制器则发出指令，使主油路俩电磁阀通电打开，重油泄油电磁阀通电关闭，从燃油泵而来的燃油通过进口 A 进入转杯，经过温控器和调压阀的调节形成油膜后被甩入炉膛，和风机供来的一次风交叉后，被吹散形成细小油粒，实现雾化，大约 45s，然后被点火火焰引燃。 燃烧器系统图1.温控器；2.调压阀；3.滤器；4.油压监测器（高） ；5.压力表；6.伺服电机；7.负荷凸轮；8.油量调节器；9.流量计；10.旁通阀；11.速闭阀；12/13/29/30.电磁阀；
21、14/33.泄油电磁阀（常开） ；15.油温监测器（低） ；16.油温监测器（高） ；17.主喷油器（转杯） ；18.电机；19.风机；20.风压监测器（低） ；21.一次风挡板；22.二次风挡板；23.风箱温度监测器（高） ；24.一次风压差监测器（低） ；25.节流孔；26.温度表；27.截止阀；28.压力表；31.火焰探测器；32.点火油头及电极；34.燃烧器连锁开关；A.进油；B.回油；C.点火柴油进；D.泄放油出燃烧控制器通过伺服电机带动负荷凸轮控制二次风风门挡板让大量的二次风进入锅炉炉膛，提供燃烧的绝大部分空气，然后火焰探测器进一步检查点火是否成功，大约35s。点火成功后，火焰检测器检测的信号作用送至控制器，控制器发出指令，切断点火
