Содержание
- Конструкция и принцип работы горелки сушильного барабана
- Типовые неисправности горелочного устройства
- Диагностика по характерным симптомам
- Обслуживание топливной системы
- Системы контроля и автоматики безопасности
- Интеграция с АСУ для мониторинга параметров
- Профилактическое обслуживание
- Часто задаваемые вопросы
Конструкция и принцип работы горелки сушильного барабана
Горелка сушильного барабана асфальтобетонного завода представляет собой топочное устройство, обеспечивающее эффективную сушку и нагрев инертных материалов до рабочей температуры 165-185 градусов Цельсия. Конструктивно горелка состоит из следующих основных элементов: корпус с камерой сгорания, форсуночное устройство для распыления топлива, турбовентилятор для подачи воздуха, система розжига с электродами и блок автоматики управления.
Принцип работы основан на распылении топлива потоком сжатого воздуха в камере предварительного сгорания. Топливо по системе трубопроводов, оснащенных фильтрами, клапанами и датчиками, поступает в головную часть агрегата, где расположено сопло. Распыленное топливо смешивается с дополнительным объемом воздуха, нагнетаемым вентилятором, что обеспечивает эффективное сгорание. При работе на мазуте применяется система предварительного подогрева топлива до 100-130 градусов Цельсия для снижения вязкости.
Расчет тепловой мощности
Требуемая тепловая мощность горелки определяется по формуле:
Q = G × (C × Δt + W × r) / η
где: G — производительность барабана (т/ч), C — теплоемкость материала (0.8-1.0 кДж/кг×°C), Δt — перепад температур (°C), W — влажность материала (%), r — теплота парообразования (2260 кДж/кг), η — КПД барабана (0.6-0.7)
Типы горелок по виду топлива
| Тип горелки | Топливо | Диапазон мощности | Особенности эксплуатации |
|---|---|---|---|
| Газовая | Природный газ | 3-10 МВт | Минимальные выбросы, стабильное горение, требуется подключение к газопроводу |
| Дизельная | Дизельное топливо | 4-10 МВт | Автономность, расход 6-7 кг/т смеси, требуется подогрев зимой |
| Мазутная | Мазут | 5-12 МВт | Предварительный подогрев до 100-130 градусов, повышенное образование отложений |
| Комбинированная | Газ/дизель/мазут | 3-10 МВт | Возможность переключения топлива, универсальность, сложная конструкция |
Типовые неисправности горелочного устройства
Неисправности горелки сушильного барабана можно классифицировать по системам: топливная система, система воздухоподачи, система розжига, автоматика безопасности. Своевременное выявление и устранение дефектов критически важно для предотвращения аварийных ситуаций и поддержания производительности АБЗ.
Неисправности системы розжига и пламени
| Неисправность | Возможные причины | Последствия |
|---|---|---|
| Горелка не разжигается | Отсутствие искры на электродах розжига, загрязнение электродов, неисправность трансформатора розжига, отсутствие подачи топлива | Остановка производства, риск накопления несгоревшего топлива |
| Погасание пламени в процессе работы | Нестабильное давление топлива, засорение форсунки, недостаток воздуха, неисправность топливного насоса | Аварийное отключение, брак асфальтобетонной смеси, риск взрыва |
| Нестабильное горение | Неправильное соотношение топливо/воздух, загрязнение смесительной камеры, колебания давления газа | Неравномерный нагрев материала, повышенный расход топлива, износ оборудования |
| Коптящее пламя | Недостаток воздуха, неисправность форсунки, низкое качество топлива | Загрязнение барабана сажей, снижение теплопередачи, повышенные выбросы |
Неисправности топливной системы
Топливная система включает: топливный бак, насос высокого давления, фильтры грубой и тонкой очистки, трубопроводы, форсунку, регулятор давления. Основные дефекты связаны с засорением, износом и нарушением герметичности.
| Узел | Признаки неисправности | Методы диагностики |
|---|---|---|
| Топливный насос | Снижение давления, повышенный шум, вибрация, перегрев корпуса | Измерение давления манометром, проверка производительности, контроль температуры |
| Фильтры топлива | Падение давления после фильтра, затрудненный пуск, неравномерная работа | Визуальный осмотр, измерение перепада давления, оценка загрязненности |
| Форсунка | Изменение формы факела, капание топлива, неравномерное распыление | Проверка качества распыла, измерение производительности, контроль герметичности |
| Топливопроводы | Подтекание топлива, коррозия, трещины, деформация | Визуальный осмотр, опрессовка давлением, проверка соединений |
Дефекты системы воздухоподачи
Пример неисправности
На АБЗ производительностью 160 т/ч была выявлена нестабильная температура материала на выходе из барабана (колебания 145-175 градусов при норме 165 плюс-минус 5 градусов). Диагностика показала засорение лопастей турбовентилятора, что привело к снижению расхода воздуха на 15 процентов. После очистки вентилятора и регулировки воздушной заслонки температурный режим стабилизировался.
Диагностика по характерным симптомам
Эффективная диагностика горелки требует комплексного подхода с использованием инструментальных методов и анализа внешних проявлений неисправностей. Квалифицированный персонал должен уметь интерпретировать показания приборов и визуальные признаки для определения причины дефекта.
Методы инструментальной диагностики
| Метод | Контролируемые параметры | Оборудование | Периодичность |
|---|---|---|---|
| Измерение давления топлива | Давление на входе и выходе насоса, перепад на фильтре, давление распыления | Манометры класса точности 1.5, диапазон 0-1.6 МПа | Ежедневно при пуске, при признаках неисправности |
| Анализ состава дымовых газов | Содержание CO, CO2, O2, NOx, температура газов | Газоанализатор с возможностью измерения сажевого числа | Еженедельно, при изменении режима |
| Контроль температуры | Температура материала, температура в барабане, температура факела | Термопары ТХА или ТХК, пирометры | Непрерывный мониторинг |
| Проверка электродов розжига | Зазор между электродами, наличие искры, состояние изоляторов | Щуп для измерения зазора, мегомметр | Еженедельно |
Диагностика по цвету и форме пламени
Визуальный контроль факела через смотровое окно позволяет оценить качество горения без остановки оборудования. Опытный оператор по характеристикам пламени может определить тип неисправности.
| Характеристика пламени | Возможная причина | Корректирующие действия |
|---|---|---|
| Желтое коптящее пламя | Недостаток воздуха, засорение форсунки | Увеличить подачу воздуха, очистить или заменить форсунку |
| Короткое голубое пламя | Избыток воздуха, высокое давление топлива | Уменьшить подачу воздуха, проверить настройку форсунки |
| Отрыв пламени от горелки | Чрезмерная скорость воздуха, низкое давление топлива | Снизить подачу воздуха, проверить насос и фильтры |
| Пульсирующее пламя | Нестабильное давление, попадание воздуха в топливопровод | Проверить герметичность системы, удалить воздух |
Внимание: При обнаружении коптящего или пульсирующего пламени необходимо немедленно снизить мощность горелки и провести диагностику. Продолжение работы может привести к прогару барабана или взрыву в топочном пространстве.
Обслуживание топливной системы
Регулярное техническое обслуживание топливной системы — основа надежной работы горелки. Качество топлива и состояние компонентов топливоподачи напрямую влияют на стабильность горения и расход топлива.
Обслуживание топливного насоса
Насос высокого давления обеспечивает подачу топлива с требуемым давлением. Для центробежных форсунок промышленных горелок рабочее давление составляет 0.6-1.0 МПа в зависимости от конструкции и производительности. Основные операции обслуживания включают проверку давления, смазку подшипников, контроль уплотнений и проверку производительности.
| Операция | Периодичность | Требования |
|---|---|---|
| Контроль давления | Ежедневно перед пуском | Давление должно соответствовать паспортным данным плюс-минус 0.05 МПа |
| Проверка уплотнений | Еженедельно | Отсутствие подтеканий, сальники без следов износа |
| Замена масла в редукторе | Каждые 2000 часов работы | Масло индустриальное И-20А по ГОСТ 20799-88 |
| Проверка производительности | Ежемесячно | Отклонение не более 5 процентов от номинальной |
Обслуживание фильтров
Система фильтрации топлива обычно включает фильтр грубой очистки (сетчатый, 100-200 мкм) и фильтр тонкой очистки (картриджный, 10-50 мкм). Своевременная замена фильтрующих элементов предотвращает засорение форсунки и продлевает срок службы насоса.
Определение периодичности замены фильтров
Срок службы фильтра определяется по формуле:
T = (ΔP_max - ΔP_0) × K / (q × C_загр)
где: ΔP_max — максимально допустимый перепад давления (кПа), ΔP_0 — начальный перепад (кПа), K — коэффициент запаса (0.8), q — расход топлива (кг/ч), C_загр — концентрация загрязнений в топливе (г/кг)
Практически: при использовании дизельного топлива — замена каждые 500-800 часов, мазута — каждые 200-400 часов.
Техническое обслуживание форсунки
Форсунка — критически важный элемент, обеспечивающий качественное распыление топлива. Техническое состояние форсунки контролируется по следующим параметрам: качество распыла, производительность, герметичность запорной иглы.
Процедура проверки форсунки
1. Демонтаж: Остановить горелку, перекрыть подачу топлива, стравить давление, отсоединить топливопровод и демонтировать форсунку.
2. Очистка: Промыть корпус и сопло в растворителе или керосине, продуть сжатым воздухом. Не использовать металлические предметы для прочистки отверстий сопла.
3. Проверка распыла: Установить форсунку на стенд, подать топливо под рабочим давлением, оценить форму факела — должен быть равномерный конус без струй и капель.
4. Проверка производительности: Измерить расход топлива за 1 минуту, сравнить с паспортными данными. Отклонение более 10 процентов — основание для замены.
Системы контроля и автоматики безопасности
Автоматика безопасности горелки выполняет функции контроля наличия пламени, регулирования подачи топлива и воздуха, аварийного отключения при возникновении опасных ситуаций. Основными элементами являются датчики контроля пламени, датчики температуры, датчики давления и программируемый контроллер.
Датчики контроля пламени
Датчик пламени — ключевой элемент системы безопасности, обеспечивающий мониторинг наличия горения в режиме реального времени. При погасании пламени датчик формирует сигнал для автоматики, которая отключает подачу топлива в течение 1-2 секунд, предотвращая накопление несгоревшего топлива.
| Тип датчика | Принцип действия | Преимущества | Недостатки |
|---|---|---|---|
| Ионизационный | Регистрация электропроводности пламени через контрольный электрод | Быстрое срабатывание (менее 1 с), низкая стоимость | Требуется контакт электрода с пламенем, чувствителен к загрязнениям |
| Инфракрасный | Регистрация пульсаций ИК-излучения пламени в диапазоне 0.5-3 мкм | Селективность, работа без контакта, долговечность | Возможны ложные срабатывания от раскаленных элементов |
| Ультрафиолетовый | Регистрация УФ-излучения процесса горения | Высокая селективность, отсутствие ложных срабатываний | Высокая стоимость, требовательность к чистоте оптического окна |
| Термопара | Генерация ЭДС при нагреве спая разнородных металлов | Простота, надежность, не требует электропитания | Инерционность (5-30 с), малая чувствительность |
Техническое обслуживание датчиков
Надежность системы контроля пламени зависит от правильной установки и регулярного обслуживания датчиков. Основные операции включают очистку чувствительных элементов, проверку надежности крепления, контроль электрических параметров.
| Операция обслуживания | Периодичность | Технология выполнения |
|---|---|---|
| Очистка ионизационного электрода | Еженедельно | Удаление нагара мелкой наждачной бумагой, продувка сжатым воздухом |
| Очистка оптического окна | Еженедельно | Протирка безворсовой тканью, смоченной спиртом, контроль отсутствия царапин |
| Проверка зазора электродов | Ежемесячно | Измерение щупом, регулировка до 3-4 мм согласно документации |
| Проверка сопротивления изоляции | Ежемесячно | Измерение мегомметром 500 В, сопротивление не менее 1 МОм |
Критично: Запрещается эксплуатация горелки с неисправной системой контроля пламени. При срабатывании защиты необходимо установить и устранить причину, провести пробный пуск с контролем устойчивости горения. Отключение защиты персоналом не допускается.
Интеграция с АСУ для мониторинга параметров
Современные асфальтобетонные заводы оснащаются автоматизированными системами управления технологическим процессом (АСУ ТП), обеспечивающими централизованный контроль и управление всеми агрегатами, включая горелку сушильного барабана. Интеграция горелки с АСУ позволяет оптимизировать процессы нагрева, снизить расход топлива и своевременно выявлять неисправности.
Контролируемые параметры и алгоритмы управления
АСУ ТП осуществляет непрерывный мониторинг параметров работы горелки с записью данных в архив и формированием аварийных сигналов при отклонениях от заданных значений. Система реализует каскадное регулирование температуры с обратной связью по температуре материала на выходе из барабана.
| Параметр | Диапазон измерения | Функция АСУ |
|---|---|---|
| Температура материала | 0-200 градусов | Основной регулируемый параметр, корректировка мощности горелки по ПИД-алгоритму |
| Давление топлива | 0-1.6 МПа | Контроль стабильности подачи, аварийное отключение при падении ниже уставки |
| Содержание O2 в дымовых газах | 0-21 процент | Оптимизация соотношения топливо/воздух, контроль полноты сгорания |
| Температура дымовых газов | 0-300 градусов | Контроль режима горения, диагностика засорения фильтров |
| Наличие пламени | Дискретный сигнал | Аварийное отключение подачи топлива при погасании, блокировка пуска |
Функции удаленного мониторинга
Современные АСУ обеспечивают возможность удаленного доступа к данным через веб-интерфейс или мобильное приложение, что позволяет инженерно-техническому персоналу контролировать работу оборудования в режиме реального времени и оперативно реагировать на отклонения.
Реализация предиктивной диагностики
На АБЗ производительностью 200 т/ч внедрена система предиктивной диагностики на базе АСУ с функцией анализа трендов. Система анализирует изменения параметров горелки: постепенное снижение давления топлива, рост температуры дымовых газов, увеличение содержания CO в выхлопе.
При обнаружении негативных трендов система формирует предупреждение о необходимости профилактического обслуживания за 48-72 часа до критического состояния. За сезон эксплуатации удалось предотвратить 4 внеплановые остановки, связанные с засорением фильтров и износом форсунки.
Профилактическое обслуживание
Регламентированное техническое обслуживание горелки — основа обеспечения надежности и долговечности оборудования. Система планово-предупредительных ремонтов включает ежедневное обслуживание, еженедельные осмотры и сезонное техническое обслуживание.
Регламент технического обслуживания
| Вид обслуживания | Перечень операций | Трудоемкость |
|---|---|---|
| Ежедневное ТО | Внешний осмотр, проверка герметичности соединений, контроль давления топлива и воздуха, проверка наличия утечек, очистка смотровых окон | 0.5 чел-ч |
| Еженедельное ТО | Проверка состояния электродов розжига, очистка датчика пламени, проверка работы вентилятора, контроль состава дымовых газов, смазка подшипников | 2 чел-ч |
| Ежемесячное ТО | Проверка производительности насоса, замена фильтров, проверка форсунки на стенде, калибровка датчиков, проверка автоматики безопасности | 6 чел-ч |
| Сезонное ТО | Ревизия всех узлов, замена изношенных деталей, очистка камеры сгорания, проверка уплотнений, настройка и испытания под нагрузкой | 16 чел-ч |
Критерии замены основных узлов
| Узел | Ресурс | Критерии замены |
|---|---|---|
| Форсунка | 3000-5000 часов | Износ сопла более 20 процентов, снижение производительности более 10 процентов, нарушение качества распыла |
| Топливный насос | 8000-12000 часов | Снижение давления более 15 процентов, повышенный шум, вибрация, подтекание уплотнений |
| Электроды розжига | 2000-3000 часов | Эрозия электродов более 30 процентов, трещины изоляторов, нестабильное искрообразование |
| Датчик пламени | 5000-8000 часов | Помутнение оптического окна, ложные срабатывания, нестабильный сигнал |
Часто задаваемые вопросы
Периодичность замены фильтров зависит от качества топлива и условий эксплуатации. При использовании дизельного топлива стандартного качества рекомендуется замена каждые 500-800 часов работы или при увеличении перепада давления на фильтре более 0.15 МПа. При работе на мазуте срок службы фильтров сокращается до 200-400 часов. Фильтр грубой очистки подлежит очистке или замене при падении давления на 0.1 МПа относительно нового фильтра. Использование топлива низкого качества с повышенным содержанием механических примесей и воды требует более частой замены фильтрующих элементов.
Погасание пламени в процессе работы может быть вызвано несколькими причинами: нестабильное давление топлива из-за неисправности насоса или засорения фильтров, засорение форсунки приводящее к нарушению распыла, недостаточная подача воздуха при загрязнении вентилятора, попадание воздуха в топливную систему из-за негерметичности соединений, неисправность датчика контроля пламени вызывающая ложное срабатывание защиты. Для диагностики необходимо проверить давление топлива манометром, осмотреть форсунку на предмет засорения, проконтролировать работу вентилятора и проверить герметичность топливопроводов. При повторяющихся случаях погасания требуется комплексная диагностика топливной системы и автоматики безопасности.
Форсунка подлежит замене при наличии следующих признаков: изменение формы факела с равномерного конуса на неравномерное пламя с отдельными струями, снижение производительности более чем на 10 процентов от номинального значения, капание топлива в закрытом состоянии свидетельствующее о негерметичности запорной иглы, наличие видимых механических повреждений сопла или корпуса, невозможность восстановления нормальных характеристик после очистки и регулировки. Проверка форсунки проводится на специализированном стенде под рабочим давлением с измерением расхода топлива за единицу времени и визуальной оценкой качества распыла. Износ сопла более 20 процентов от первоначального диаметра является основанием для замены форсунки независимо от других параметров.
Эксплуатация горелки с неисправным датчиком контроля пламени категорически запрещена требованиями промышленной безопасности. Датчик пламени является ключевым элементом системы безопасности, предотвращающим накопление несгоревшего топлива в топочном пространстве при погасании факела. Отсутствие контроля пламени создает риск взрыва при накоплении топливовоздушной смеси и последующем воспламенении. При неисправности датчика необходимо немедленно остановить горелку, определить причину выхода из строя — загрязнение оптического окна, эрозия электродов, обрыв цепи — и устранить дефект. Только после восстановления работоспособности системы контроля пламени и проверки срабатывания защиты при имитации погасания допускается возобновление эксплуатации.
Выбор топлива определяется сочетанием экономических и технических факторов. Природный газ является наиболее экономичным топливом при наличии подключения к газопроводу — расход составляет 8-10 кубических метров на тонну смеси, стоимость в 2-3 раза ниже дизельного топлива, минимальные эксплуатационные расходы на обслуживание горелки, экологичность и отсутствие образования нагара. Дизельное топливо применяется при отсутствии газификации — расход 6-7 кг на тонну смеси, автономность работы, требуется регулярная замена фильтров и форсунки. Мазут имеет низкую стоимость топлива, но требует системы подогрева до 100-130 градусов, частого обслуживания из-за повышенного нагарообразования, специализированного оборудования для хранения. Комбинированные горелки обеспечивают гибкость использования резервного топлива при перебоях основного, но имеют большую стоимость и сложность конструкции.
Интеграция горелки с автоматизированной системой управления существенно повышает надежность оборудования за счет непрерывного мониторинга критических параметров, автоматической корректировки режима работы при изменении условий, раннего выявления отклонений от нормы до развития аварийной ситуации, формирования предупреждений о необходимости профилактического обслуживания. АСУ обеспечивает оптимальное соотношение топливо-воздух с точностью регулирования плюс-минус 2 процента, что снижает образование нагара и продлевает межремонтный период. Система архивирования позволяет анализировать историю работы и выявлять систематические отклонения. Удаленный мониторинг через веб-интерфейс или мобильное приложение обеспечивает оперативное реагирование инженерного персонала на нештатные ситуации. Статистика показывает снижение количества внеплановых остановок на 30-40 процентов при использовании современных АСУ с функциями предиктивной диагностики.
Засорение форсунки проявляется характерными симптомами, которые позволяют диагностировать проблему без разборки оборудования: изменение цвета пламени с голубого на желтое с выделением копоти, неравномерный факел с отдельными струями вместо равномерного конуса, повышение температуры дымовых газов при той же мощности горелки, увеличение содержания угарного газа CO в выхлопе, нестабильное горение с пульсациями пламени, повышенный расход топлива на единицу произведенной смеси. При обнаружении указанных признаков необходимо снизить мощность горелки, провести визуальный осмотр факела через смотровое окно и при подтверждении засорения остановить оборудование для очистки или замены форсунки. Продолжение работы с засоренной форсункой приводит к перегреву барабана, повышенному образованию отложений и может вызвать прогар металла.
Обслуживание горелочного оборудования требует наличия специальных знаний и квалификации персонала в соответствии с требованиями промышленной безопасности. Персонал должен пройти обучение по программе эксплуатации и обслуживания горелочных устройств объемом не менее 72 часов с последующей аттестацией в комиссии предприятия. Программа обучения включает изучение конструкции горелочного оборудования, принципов работы топливной системы и автоматики безопасности, методов диагностики неисправностей, технологии проведения технического обслуживания, требований охраны труда и промышленной безопасности. Персонал, обслуживающий газовое оборудование, дополнительно проходит аттестацию в Ростехнадзоре с получением удостоверения. Периодичность переаттестации составляет 1 год для персонала, работающего с газовыми горелками, и 3 года для персонала, обслуживающего жидкотопливные горелки.
Отказ от ответственности
Настоящая статья носит исключительно ознакомительный характер и предназначена для предоставления общей технической информации по диагностике и ремонту горелочного оборудования асфальтобетонных заводов. Информация, представленная в статье, не является руководством к действию и не может заменить техническую документацию производителя оборудования, действующие нормативные документы и требования промышленной безопасности.
Автор не несет ответственности за любые последствия, возникшие в результате использования информации из данной статьи. Все работы по техническому обслуживанию, ремонту и диагностике горелочного оборудования должны выполняться квалифицированным персоналом, прошедшим соответствующее обучение и аттестацию, с соблюдением требований технической документации производителя, правил промышленной безопасности и охраны труда.
Источники
- ГОСТ Р 52229-2004. Устройства запально-защитные газовые. Общие технические требования и методы испытаний
- ГОСТ 21204-97. Горелки газовые промышленные. Общие технические условия
- ГОСТ 27945-95. Установки асфальтосмесительные. Общие технические условия
- ГОСТ Р 58406.2-2020 (с изменением №1 от 21.04.2022). Дороги автомобильные общего пользования. Смеси горячие асфальтобетонные и асфальтобетон. Технические условия
- ГОСТ Р 58406.1-2020. Дороги автомобильные общего пользования. Смеси щебеночно-мастичные асфальтобетонные и асфальтобетон. Технические условия
- ГОСТ 20799-88. Масла индустриальные. Технические условия
- ГОСТ 15150-69. Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды
- Методические рекомендации по снижению энергоемкости приготовления асфальтобетонных смесей
- Методические рекомендации по нормированию расхода топлива для приготовления асфальтобетонной смеси. Союздорнии, 1982
- Техническая документация производителей горелочного оборудования для асфальтобетонных заводов
- Техническая документация производителей систем контроля пламени промышленного назначения
- Техническая документация производителей асфальтобетонных заводов
