CN101799154B

CN101799154B - 多燃烧器并联加热大功率脉动燃烧蒸汽锅炉

Info

Publication number: CN101799154B
Application number: CN2010101375745A
Authority: CN
Inventors: 刘相东; 王莉婷; 宫英振; 崔峰; 周孟; 柴本银; 李选友
Original assignee: China Agricultural University
Current assignee: China Agricultural University
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2030-03-29
Also published as: CN101799154A

Abstract

本发明公开了一种多燃烧器并联加热大功率脉动燃烧蒸汽锅炉，属于先进能源技术领域。本发明采用多组脉动燃烧器联动方式为蒸汽锅炉供热，即多个脉动燃烧器并联浸没于锅壳内；并联的脉动燃烧器的安全点火及控制通过电控系统程序设定，实现并联的多个脉动燃烧器中每个脉动燃烧器独立的点火-熄火保护-重新启动，达到安全自动控制功能；在去耦室内加入管网作为余热回收装置，以充分利用热量、提高蒸汽锅炉热效率。本发明在确保脉动燃烧稳定运行的前提下，实现了大功率的蒸汽锅炉设计；燃烧器组的安全点火-熄火保护-启动的自动控制程序，保证脉动燃烧器点火的安全性及可靠性；余热回收装置，使得排烟温度降低至180℃，减少了热量损失。

Description

多燃烧器并联加热大功率脉动燃烧蒸汽锅炉

技术领域

本发明属于先进能源技术领域，特别涉及一种多燃烧器并联加热大功率脉动燃烧蒸汽锅炉，具体涉及到脉动燃烧器组的并联机结构和并联控制。

背景技术

脉动燃烧是与常规稳态燃烧过程不同的一种特殊周期性脉动燃烧过程。脉动燃烧技术与常规燃烧技术相比，具有燃烧强度高、传热系数大、CO、NO_X排放量小、自吸和增压、结构紧凑等优点。20世纪60年代人们开始将脉动燃烧技术应用在加热、采暖等方面。80年代欧、美、日等相继开发出商业及家用脉动燃烧蒸汽锅炉、暖风机、食品烤箱等。

尽管脉动燃烧是一种非常理想的节能环保的供热装置，并且在传热效率方面在不断改进，但国内在大功率脉动燃烧锅炉方面仍是空白。目前，国内的脉动燃烧器供热是采用单脉动燃烧器系统供热，功率范围为80-100KW，属于中小型脉动燃烧器系统。而小型锅炉的功率范围为15-100MW，大型锅炉的功率要超过300MW，可见，在脉动燃烧器大功率的应用方面，仍存在着差距。在油田方面，据测算.若大功率脉动燃烧器锅炉(约1000KW)能在全国油田全面推广和普及使用，我国每年可节约燃料和运行维护费用3.8亿元，年节约天然气高达10亿立方米。而国内的脉动燃烧设备多是从国外进口，并且缺乏大功率设备。因此，实现单台脉动燃烧供热装置的大功率化在工业应用中是非常有必要的。

目前，提高脉动燃烧器功率的方式有以下几种：一种方法是通过增加燃气流量的方式。脉动燃烧器是热声耦合的结果，增加燃气流量，就需要相应的增加燃烧室尺寸和尾管长度，而这种方法所能够提高的程度是有限的。因为尾管是脉动燃烧器的主要换热面，在提高功率的同时，为了避免热量被尾管产生的烟气带走，就要尽可能的延长尾管的长度，以保证传热效率。而尾管的增长并不是无限制的，在保证脉动燃烧器稳定运行的前提下，尾管长度有一定的适应范围，一旦超越范围，就会使工况恶劣。也有人提出，可以在此基础上，将单尾管结构更改为多尾管结构，但此种方法对于燃烧室和尾管尺寸比例要求很高，是否可以稳定运行尚未知。另一种方法是利用小型锅炉外部并联的方式提高总功率。若利用这种方法达到800KW功率，则需要并联8-10台锅炉设备，设备组庞大繁琐，并且并没有从根本上提高单台锅炉的输出功率。因此，如何能够在保证热效率的前提下，增大单台锅炉设备的输出功率，是一个亟待解决的问题。

综上所述，在保证锅炉热效率的同时，寻找到一种新的设计方法以弥补单台大功率脉动燃烧锅炉的空白是非常必要的。

发明内容

本发明的目的在于设计一种单台大功率的脉动燃烧蒸汽锅炉，期望通过将中型脉动燃烧器在锅壳内部并联的方式提高其单台蒸汽锅炉的输出功率。

本发明所采取的技术方案是：采用多组脉动燃烧器联动方式为蒸汽锅炉供热，即多个脉动燃烧器并联浸没于锅壳内；并联的脉动燃烧器的安全点火及控制通过电控系统程序设定，实现并联的多个脉动燃烧器中每个脉动燃烧器独立的点火-熄火保护-重新启动，达到安全自动控制功能；在去耦室内加入管网作为余热回收装置，以充分利用热量、提高蒸汽锅炉热效率。

所述脉动燃烧器采用亥姆霍兹型脉动燃烧器的基本结构。

所述脉动燃烧器的数量7个，单个脉动燃烧器的功率为130kW，并联后的输入功率达到800kW以上。

所述7个脉动燃烧器的燃烧室和尾管全部浸入蒸汽锅壳水中，7个脉动燃烧器平行排列，其位置分别位于正六边形的六个顶点及中心处，布置形式紧凑，传热效果好；为充分利用热能，脉动燃烧器的燃烧室和尾管的总长度不小于3.6m。

所述安全点火及控制程序，保证并联的多个脉动燃烧器中任意一个未点燃的燃烧器，可进行单独的循环点火直至点火成功；多个脉动燃烧器之间独立点火，实现并联结构安全的点火-熄火保护-重新启动过程。

所述脉动燃烧器采用空气阀主阀和空气阀支阀联合控制，每个空气阀支阀均配备一台风机；点火前开启空气阀支阀，空气由风机供应，点火后开启空气阀主阀，空气由采用单向阀的空气阀主阀的自吸作用供给。

本发明所述的多燃烧器并联加热大功率脉动燃烧蒸汽锅炉的点火控制方法如下：

启动控制器，同时开启空气阀支阀和风机，风机通过空气阀支阀对脉动燃烧器进行吹扫，20秒后控制燃气进入的电磁阀开启，此时燃气和空气在燃烧室内混合，电热塞开启并持续点火15秒；之后，对7组并联脉动燃烧器的点火情况进行巡检，筛选出未点火成功的脉动燃烧器。通过光电传感器通过燃烧室壁面上的观火孔来探测燃烧室内点火是否成功。如果点火成功就将信号传回控制器，之后关闭风机和电热塞，并关闭空气阀支阀，开启空气阀主阀，燃烧室通过空气阀主阀进入空气；如果点火失败，传感器探测不到光和热，则报警信号灯亮起，关闭电热塞，同时关闭燃气电磁阀停止进燃气，再次风机吹扫约20秒钟后开启电磁阀重新进行点火，如此循环，直至点火成功。将此控制程序作为一个子程序，将它同时运用到7个脉动燃烧器的点火控制中，若某一个燃烧器点火失败，立刻单独的启动子程序对其再次点火。这样就实现了对燃烧器组的安全点火的自动控制。

本发明的有益效果如下：

(1)采用锅炉锅壳内部并联脉动燃烧器的方式，在确保脉动燃烧稳定运行的前提下，实现了800KW大功率的蒸汽锅炉设计；

(2)设计出燃烧器组安全点火-熄火保护-启动的自动控制程序，保证7个脉动燃烧器点火的安全性及可靠性；

(3)增加余热回收装置，使得排烟温度降低至180℃，减少了热量损失。

附图说明

图1为脉动燃烧锅炉本体结构布置的主视图；

图2为脉动燃烧锅炉本体结构布置的侧视图；

图3为并联的脉动燃烧器结构和点火控制部件示意图(以第一层两个燃烧器并联为例)；

图4为单个控制装置的基本结构示意图；

图5为并联点火的控制程序流程图。

附图标号：

1-锅炉铭牌；2-锅壳；3-脉动燃烧器；4-水位计；5-电热塞；6-压力表；7-入孔；8-主汽阀；9-副汽阀；10-安全阀；11-气液分离器；12-电控制箱；13-进水管；14-排污管；15-烟气去耦室；16-烟囱；17-尾管；18-水管；19-底座；20-燃气电磁阀；21-燃气管道；22-空气阀主阀；23-空气阀支阀；24-光电传感器；25-风机。

具体实施方式

本发明提供了一种多燃烧器并联加热大功率脉动燃烧蒸汽锅炉，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。

如图1、图2所示，上述大功率蜗壳式并联脉动燃烧锅炉是由锅炉铭牌1、锅壳2、脉动燃烧器3、水位计4、电热塞5、压力表6、入孔7、主汽阀8、副汽阀9、安全阀10、气液分离器11、电控制箱12、进水管13、排污管14、烟气去耦室15、烟囱16、尾管17、水管18、底座19、燃气电磁阀20、燃气管道21、空气阀主阀22、空气阀支阀23、光电传感器24、风机25组成。其中，脉动燃烧器3亥姆霍兹型脉动燃烧器的基本结构，其数量为7个；7个脉动燃烧器3平行排列，其位置分别位于正六边形的六个顶点及中心处。每个脉动燃烧器3的功率为130kW，并联后的输入功率大于800kW。脉动燃烧器3的燃烧室和尾管17的总长度为3.6m，可以充分利用热能。

在烟气去耦室15内设置网状的水管18，作为余热回收装置，使得排烟温度降低至180℃，以充分利用热量、提高蒸汽锅炉热效率。

如图3、图4、图5所示，点火控制及保护装置的具体实现过程为：按下启动按钮，风机25开始持续吹风20秒，对脉动燃烧器3内部进行吹扫，20秒后控制燃气电磁阀20和电热塞5打开，这时液化气进入脉动燃烧器3的燃烧室与空气混合，同时电热塞5持续点火15秒钟；判断脉动燃烧器3启动次数，若是第一次启动，则对7个脉动燃烧器3进行巡检，使光电传感器24开始感应脉动燃烧器3的燃烧室点火是否成功，如果点火成功就将信号传回控制箱12，然后关闭电热塞5以及风机25，并将空气阀支阀23关闭，空气阀主阀22开启，则表示稳定运行；如果点火失败，光电传感器24感受不到信号，控制箱12接不到信号，报警信号灯亮起，同时关闭电热塞5、燃气电磁阀20熄灭，停止进燃气，之后调用启动的子程序，重新单独循环点火程序，直至点火完成。各脉动燃烧器3之间独立点火，点火过程直至所有脉动燃烧器点火成功才结束。

Claims

1.多燃烧器并联加热大功率脉动燃烧蒸汽锅炉，其特征在于，本发明采用多组脉动燃烧器联动方式为蒸汽锅炉供热，即多个脉动燃烧器并联浸没于锅壳内；并联的脉动燃烧器的安全点火及控制通过电控系统程序设定，实现并联的多个脉动燃烧器中每个脉动燃烧器独立的点火-熄火保护-重新启动，达到安全自动控制功能；在去耦室内加入管网作为余热回收装置，以充分利用热量、提高蒸汽锅炉热效率；采用空气阀主阀和空气阀支阀联合控制，每个空气阀支阀均配备一台风机；点火前开启空气阀支阀，空气由风机供应，点火后开启空气阀主阀，空气由采用单向阀的空气阀主阀的自吸作用供给；

所述安全点火及控制程序为：启动控制器，同时开启空气阀支阀和风机，风机通过空气阀支阀对脉动燃烧器进行吹扫，20秒后控制燃气进入的电磁阀开启，此时燃气和空气在燃烧室内混合，电热塞开启并持续点火15秒；之后，对7组并联脉动燃烧器的点火情况进行巡检，筛选出未点火成功的脉动燃烧器；通过光电传感器来探测燃烧室内点火是否成功：如果点火成功就将信号传回控制器，之后关闭风机和电热塞，并关闭空气阀支阀，开启空气阀主阀，燃烧室通过空气阀主阀进入空气；如果点火失败，则报警信号灯亮起，关闭电热塞，同时关闭燃气电磁阀停止进燃气，再次风机吹扫约20秒钟后开启电磁阀重新进行点火，如此循环，直至点火成功；

将此控制程序作为一个子程序，将它同时运用到7个脉动燃烧器的点火控制中，若某一个燃烧器点火失败，立刻单独的启动子程序对其再次点火，保证并联的多个脉动燃烧器中任意一个未点燃的燃烧器，可进行单独的循环点火直至点火成功；多个脉动燃烧器之间独立点火，实现并联结构安全的点火-熄火保护-重新启动过程。

2.根据权利要求1所述的多燃烧器并联加热大功率脉动燃烧蒸汽锅炉，其特征在于，所述脉动燃烧器的数量为7个，单个脉动燃烧器的功率为130kW，并联后的输入功率达到800kW以上。

3.根据权利要求2所述的多燃烧器并联加热大功率脉动燃烧蒸汽锅炉，其特征在于，所述7个脉动燃烧器的燃烧室和尾管全部浸入蒸汽锅壳水中，7个脉动燃烧器平行排列，其位置分别位于正六边形的六个顶点及中心处；为充分利用热能，脉动燃烧器的燃烧室和尾管的总长度不小于3.6m。