蒸汽锅炉燃烧机故障分析及解决办法

2022-09-12

随着我国经济的不断发展及油气资源的大力开发, 西气东输的全面贯通, 以及各地区对环境保护提出了更高的要求, 燃油燃气锅炉的使用正在逐年上升而且发展迅猛。锅炉是一种承受压力、直接受火的特种设备, 它的工作环境比较恶劣, 经常受到水、蒸汽、烟气以及各种有害杂质的侵袭, 并要受烟气的冲刷, 逐渐使钢材腐蚀、磨损甚至变质。有时还会使钢板过热、局部裂纹、鼓包、变形和裂开。而WNS型锅炉作为燃油、燃气锅炉的一种, 则又以其结构紧凑、体积小、自动化程度高、安装方便、运行安全可靠等优点, 为大多数中小型燃油、燃气锅炉所采用。其中W N S系列卧式内燃燃油气三回程湿背式锅炉, 燃烧室由波形炉胆和湿烟室构成。燃油自燃烧机雾化喷出, 在燃烧室燃烧所形成的高温烟气在炉胆及湿烟室辐射和对流换热后, 再折入第二回程螺纹烟管。到前烟箱后又折入第三回程烟管进行对流换热, 最后经后烟箱及烟囱排入大气, 使其热效率高达92%左右。安全保护系统可靠, 自动化程度高, 具有超压、熄火、高低水位自动报警, 自动保护连锁装置, 负荷能自动调节, 运行安全可靠。据统计如运行100台, 全年以3000小时计算可节约300吨轻油, 每台每年可节约3吨轻油。

1 燃烧机结构特性

WNS系列锅炉中的卧式内燃三回程全湿背火管结构, 炉胆末端和二回程的起端与浸在炉水中的回燃室相连, 回燃室也能够传热, 约占5%的传热面积, 热效率很高, 且不存在耐火材料的更换问题, 锅炉后管板也不受到烟气的直接冲刷, 解决了干背式锅炉后管板过热的问题。同时避免了折返空间的烟气密封问题, 燃气经过滤、调压后由燃烧器送入波形炉胆进行扩散燃烧, 生成的高温烟气在炉胆和回燃室进行辐射和对流换热, 然后依次冲刷第二和第三回程对流管束, 最后经烟囱排入大气。该锅炉采用低位燃烧室, 即波形炉胆布置在低位, 以使锅炉具有较大的蒸汽空间, 可保证较好的蒸汽品质, 同时使最高温度烟气远离水表面, 最大限度地防止缺水事故, 加上双重独立的水位控制报警系统和压力控制系统, 使锅炉运行安全可靠。锅壳底部设置排污口, 设置一根沿锅壳轴向布置的通长的吸污管, 以便定期排放锅壳底部沉积的污物。在锅水表面处装有表面排污装置可连续排出含盐浓度较高的表面污水可减少污物的沉淀。锅炉前后均设有观察孔可用来观测燃烧情况, 在燃烧室后部检查孔中设有一弹簧式防爆门, 万一点火爆燃时可以起泄压作用。泄压后可自动恢复原状。

2 故障情况及原因分析

2.1 故障情况

(1) 振动最大的位移在电动机两端轴承处, 相邻的设备耦合器和前置泵轴承振动均在35μm以下。 (2) 电动机的基础振动始终在12μm左右。 (3) 在给水泵转速升到4500 r/min时, 电动机振动显著增大, 电动机内部出现周期性异音, 异音周期与振动波动周期同步。 (4) 现场记录表明, 随着运行时间增加, 电动机启动电流会逐渐增大, 从3月6日至24日的6次启动, 电机转子电流由700 A增大至1600A。

2.2 原因分析

(1) 电动机基础振动不大而且基本稳定, 可以基本排除电动机支承因素导致振动。 (2) 电动机定子本体振幅小于轴承振幅, 定子最大振幅不超过40μm, 振动成分以基频为主, 可以排除是由于电动机定子引起的。 (3) 唯独不能排除电动机转子电气方面的故障。是在给水泵升、降转速至4500r/min时, 振动存在较大差别, 表明电动机转子随着工作电流与功率参数, 存在逐渐恶化现象。经过电动机解体检查发现, 局部绝缘受到腐蚀电导增加, 最后导至转子鼠笼被热击穿。

3 解决办法

3.1 改进电机绝缘可靠性

原电机导线采用粗细两种规格, 现将两种规格导线改为一种, 增厚绝缘厚度的同时对导线进行加固。引出线绝缘结构主要由内绝缘套管、外绝缘套管和导电杆等组成。外绝缘套管要求有较高的机械和电气性能。原电机采用进口外套管价格偏高且市场上很难买到配件。内套管原为日本进口高氧化铝瓷套管, 不仅价格高, 而且国内无产品生产厂家, 类似产品经常出现瑕疵。该套管在做高压试验时甚至出现过炸裂, 质量很不稳定。笔者采用将铝瓷套管改为绝缘模压件的方法有效解决了这一问题。绝缘套管由硬橡胶改成了相应的塑料制品。新结构总体外形尺寸不变, 且工艺简化后提高了可靠性。经检测新的引出线绝缘结构优于原结构。不但提高了电机的可靠度, 还节约了资金。

3.2 降低电压等级

锅炉水泵电机大部分采用6k V电压供电。如果在修理过程中, 将原水泵电机供电电压改为380V以下, 则可较好地改善锅炉水泵电机的绝缘状态。应该指出, 将6k V锅炉水泵电机改为380V电机运行后, 由于绝缘层大大加厚, 槽内和端部空间冷却利用率大为提高, 是提高原水泵电机可靠性最有效的措施。由于380V的标准绝缘厚度只要0.5mm已足够, 而采用了6k V的标准绝缘厚度为2mm, 不但可完全避免任何绕组线和电气下线工艺的缺陷, 而且抗变形能力也有所提高, 对热冲击的破坏耐受性能将得到本质性的加强。从6k V高压电机改为380V低压电机, 锅炉水泵电机的开关控制柜及供电电源改造并不太困难。如果将低压电机的启动方式改为软启动方式, 则可进一步减小冲击机械力和电动力, 有助于提高可靠性。

3.3 改进线圈的固定绑扎方式

尽管改进端部绑扎结构只是一个工艺结构的改进, 但大量实践经验证明, 它能有效提高端部的结构强度, 能承受启动时接近7倍额定电流的冲击, 也有助于抵抗正常运行时电动力引起的振动磨损, 延长电机绝缘寿命进而延长电机寿命。

3.4 降低电机转速

锅炉运行状态的实际情况是长期负荷偏低, 但也存在负荷偶尔增大的情况, 所以适时降低电机转速, 这才是从根本上解决此故障的正确措施。可采用变频器, 经过正确的调速参数设置后, 尽量使燃烧机处于低负荷运行从而降低电机转速从根本上解决此类问题。

4 结语

本文通过对WNS系列燃烧机使用过程中出现的电机机体振动幅度过大的分析, 找出其原因, 并提出了解决办法。现在国内有很多类似的锅炉, 降低电机的类似故障率, 提高锅炉设备的安全运行水平, 是值得我们深入研究的课题。实践表明, 只要掌握锅炉水泵电机故障的内在机理, 并在此基础上进行综合治理, 就能从根本上解决炉水泵电机的损坏问题。

摘要：本文通过对WNS系列燃烧机使用过程中出现的电机机体振动幅度过大故障的分析, 找出了电机故障的原因, 即电机绝缘长期在超负荷及潮湿环境中工作, 由此提出了降低叶轮两侧压力差的解决办法。

关键词：燃烧机,轴承,轴向力,压力差