CN102269407A - 高效金属纤维表面燃烧装置和智能控制器及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高效金属纤维表面燃烧装置和智能控制器及其控制方法，特别涉及一种新型高效节能、绿色环保、接近零排放的全预混气体燃烧装置，属智能控制气体燃烧装置技术领域。由金属纤维表面燃烧装置和智能控制器组成；所述的金属纤维表面燃烧装置包括火焰传感器、点火头、混合腔、多孔引射管、无动力叶片混合器、轴承、风压开关、空气进口管、高速风机、点火变压器、气压开关、燃气进口、稳压阀、电磁阀A、燃气通道管、电磁阀B、节流元件、喷嘴、燃烧器基座、金属多孔支撑垫、多孔表面燃烧载体；智能控制系统安装固定在高速风机一侧；或制成分体式，通过引导线引出与金属纤维表面燃烧装置相连。
Description
技术领域
本发明涉及一种高效金属纤维表面燃烧装置和智能控制器及其控制方法，特别涉及一种新型高效节能、绿色环保、接近零排放的全预混气体燃烧装置，属智能控制气体燃烧装置技术领域。
背景技术
近年来，要求降低燃烧污染物排放的呼声日趋强烈，一些国家已陆续颁布了严格的排放标准，其中包括民用燃气具NOX等污染物的排放标准。民用燃气具在室内使用，排放的污染物即使在良好的通风条件下也往往超过室内空气质量标准规定的浓度极限。因此，开发低污染的工业燃烧设备及民用燃气具势在必行。
目前市场无论燃煤、燃油、燃气炉具不同程度存在能耗高、污染物排放高、热利用低的恶性循环。尽管也出现一些比传统炉具较好的产品，如：表面燃烧技术、全预混技术等。但大部分预混燃烧具有很薄的自由火焰，因为混合气体的传热不充分，所以化学反应在一个很窄的区域内进行，燃烧室的其他空间不能发生化学反应，所以燃烬度和污染排放较高。另外，同时还存在使用寿命短、热强度差、难以控制等技术瓶颈。在此种背景下，研究和开发新型高效、低污染的燃气燃烧技术和先进的燃烧装置，对于提高民用燃气具的档次，拓宽燃气在工业领域的应用都有重要的理论意义和实际应用价值。
经检索，本发明技术领域中，未见与本发明完全相同或类似的产品及文献报道。
发明内容：
本发明的目的是针对上述不足，提供一种先进的高效金属纤维表面燃烧装置和智能控制器，以提高能源利用率和最大限度的减少有害气体排放，为未来燃烧气具市场和智能控制器开创了一个承前启后的全新局面，得益于中华民族并与世界同步。
本发明高效金属纤维表面燃烧装置和智能控制器及其控制方法是采取以下技术方案实现：
高效金属纤维表面燃烧装置和智能控制器由金属纤维表面燃烧装置和智能控制器组成。所述的金属纤维表面燃烧装置包括火焰传感器、点火头、混合腔、多孔引射管、无动力叶片混合器、轴承、风压开关、空气进口管、高速风机、点火变压器、气压开关、燃气进口、稳压阀、电磁阀A、燃气通道管、电磁阀B、节流元件、喷嘴、燃烧器基座、金属多孔支撑垫、多孔表面燃烧载体；
燃气进口通过稳压阀与电磁阀A连接；电磁阀A通过燃气通道管与电磁阀B密封固定连接；电磁阀B的另外一端与节流元件紧密连接；电磁阀A一侧连接有气压开关；喷嘴安装在节流元件延伸段头部，并设置在多孔引射管内部；多孔引射管下部与高速风机出口采用法兰连接；高速风机周边设置固定有风压开关、空气进口管、点火变压器；燃烧器基座一端开口，另一端延伸段开孔并装有法兰片，和多孔引射管法兰对接；金属多孔支撑垫通过焊接固定在燃烧器基座开口处，内部形成混合腔；多孔表面燃烧载体铆焊固定在金属多孔支撑垫上；火焰传感器、点火头安装在燃烧器基座一侧；轴承设置在无动力叶片混合器轴上、下两端，并通过轴套固定；无动力叶片混合器居中安装在多孔引射管内；按序装配完成一套金属纤维表面燃烧装置。
智能控制器安装固定在高速风机一侧；或制成分体式，通过引导线引出与金属纤维表面燃烧装置相连。
所述节流元件采用市售节流阀。
所述燃气采用液化石油气、天然气、沼气等可燃气体。经喷嘴改装后亦可采用其他可燃气体，如：甲烷、乙烷、氢气等。
所述的多孔表面燃烧载体是采用市售的耐高温多孔金属纤维毡体或无纺编制多孔金属软体物；也可采用催化蜂窝陶瓷板。无论采用何种多孔表面燃烧载体，其复合后的特征为厚度确保在1.5-8mm、孔径68-180um、孔隙率75-90%、可耐高温800-1100℃。所述的多孔表面燃烧载体根据目标客户要求可制成圆形、方形、长方形、锥形或其他任意图形。
所述的多孔表面燃烧载体采用铁铬铝合金复合体材料制成。
所述的燃烧装置基座采用自制或委托加工成一面开口的盒状体，而另一面开孔并向外延伸，同时设置有对接法兰，中间为空腔，即混合腔，便于混合气体填充。其制作工艺可采用球墨制铁法一次性成型后精加工获得；也可采用金属薄板根据要求金加工后铆焊制得。
所述的金属多孔支撑垫采用304、316L不锈钢，特别选用与多孔表面燃烧载体同质材料，并制出如同燃烧器基座开口处所需大小尺寸的多孔薄板，其厚度为0.25-2mm、孔径为0.6-1.5mm，冲孔时往外翻边，安装时翻边朝上。也可采用多组小规格催化陶瓷板材，厚度为2.5-8mm、孔径为0.8-1.5mm组合后获得。
所述的无动力叶片混合器是采用金属薄板，根据空气动力学原理，在叶片壁面上冲孔，制成涡流状旋转片，并由2-6片组成；也可根据目标客户和功率大小要求制成滚波状叶轮。
所述的多孔引射管采用304、316L不锈钢管，也可采用其他金属有缝管、无缝管，多孔引射管直径根据功率采用Φ50-300 mm，管长是管径的8-15倍。一头封盖后，在盖上开直径Φ0.5-1.0mm小孔；另一头布置有可供对接的法兰，管上部周向开有直径Φ0.8-1.5mm小孔，管壁壁厚为0.6-2mm。
所述的智能控制器采用市售PLC可编程控制器或单片机控制器，也可根据目标客户要求研制更加新型先进的并可远程控制的台式、分体式、嵌入式控制器。
所述的高速风机采用市售滚轮式高速风机，也可采用旋片泵式高速空气压力风机或其他相适应的送风装置。
所述的电磁阀A、电磁阀B、节流元件、轴承、风压开关采用市售符合国家标准的产品。
所述的点火头、火焰传感器、喷嘴采用市售符合国家标准或行业标准的电子元器件。
本发明高效金属纤维表面燃烧装置和智能控制器的控制方法如下所述：
当目标客户需要启动本燃烧装置时，首先打开启动开关，即接通电源，并设定所需的目标温度为700-1050℃；此时，智能控制器读数5秒后，高速风机自动启动，并进入预吹扫过程；数秒后，智能控制器发出许可燃气进入指令，此时电磁阀A打开燃气，顺利通过燃气通道管到达电磁阀B，在节流元件流量控制下，按设定的燃气比例定量通过并由喷嘴喷出。与此同时，风压开关根据智能控制指令，不断按空气比例按量注入，燃气与空气进入多孔引射管下部，由于燃气分子密度高于空气分子密度，决定了燃气向空气扩展，加上自身压力和高速风机的喷射能力，使两股气流会合后向顶部冲击，而无动力叶片混合器充分利用了这种冲击，高速旋转将燃气与空气快速混合，混合气体由设置在引射管的多孔处向混合腔扩散，并填满整个混合腔，混合气体从分布在金属多孔支撑垫的多孔中均匀排出，并通过多孔表面燃烧载体的细小孔中喷出，在智能控制器发出点火指令后，点火变压器及时产生电流，使点火头点火成功，进入界面燃烧状态。燃烧界面的温度高低由火焰传感器根据实测数反馈给智能控制器来完成。当出现回火、熄火等情况，火焰传感器向智能控制器反馈信息，智能控制器控制电磁阀A、电磁阀B，关闭燃气供应，智能控制器自动复位，重新开始进入点火程序。所述燃气与空气配比为1:1或1:1.1。
当目标客户要求停机时，智能控制系统会及时发出指令，马上关闭燃气进口电磁阀A、电磁阀B，高速风机再继续运行数秒后，整个系统完全关闭。待第二次开启，以此循环。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，本发明前述的和其它的目的、特征和优点将变得更为清晰。其中：
图1 本发明高效金属纤维表面燃烧装置和智能控制系统主视图
图2 本发明高效金属纤维表面燃烧装置和智能控制系统的控制原理框图
图中序号：1、火焰传感器；2、点火头；3、混合腔；4、多孔引射管；5、无动力叶片混合器；6、轴承；7、风压开关；8、高速风机；9、智能控制系统；10、点火变压器；11、气压开关；12、燃气进口；13、稳压阀；14、电磁阀A；15、燃气通道管；16、电磁阀B；17、节流元件；18、喷嘴；19、燃烧器基座；20、金属多孔支撑垫；21、多孔表面燃烧载体。
具体实施方式
结合图1至图2所示，本发明高效金属纤维表面燃烧装置和智能控制器是采取以下技术方案实现的：
本发明高效金属纤维表面燃烧装置和智能控制器包括金属纤维表面燃烧装置和智能控制器组成。所述的金属纤维表面燃烧装置包括：火焰传感器1、点火头2、混合腔3、多孔引射管4、无动力叶片混合器5、轴承6、风压开关7、空气进口管22、高速风机8、点火变压器10、气压开关11、燃气进口12、稳压阀13、电磁阀A14、燃气通道管15、电磁阀B16、节流元件17、喷嘴18、燃烧器基座19、金属多孔支撑垫20、多孔表面燃烧载体21；所述的智能控制器9采用PLC控制器或单片机控制器。
燃气进口12通过稳压阀13与电磁阀A14连接；电磁阀A14通过燃气通道管15与电磁阀B16密封固定连接；电磁阀B16的另外一端与节流元件17紧密连接；电磁阀A14一侧连接有气压开关11；喷嘴18安装在节流元件17延伸段头部，并设置在多孔引射管4内部；多孔引射管4下部与高速风机8出口采用法兰连接；高速风机8周边设置固定有风压开关7、空气进口管、点火变压器10；燃烧器基座19一端开口，另一端延伸段开孔并装有法兰片，和多孔引射管4法兰对接；金属多孔支撑垫20通过焊接固定在燃烧器基座19开口处，内部形成混合腔3；多孔表面燃烧载体21铆焊固定在金属多孔支撑垫20上；火焰传感器1、点火头2安装在燃烧器基座19一侧；轴承6设置在无动力叶片混合器5轴上、下两端，并通过轴套固定；无动力叶片混合器5居中安装在多孔引射管4内；按序装配完成一套金属纤维表面燃烧装置。
智能控制器9安装固定在高速风机8一侧；也可根据目标客户要求制成分体式，通过引导线引出与金属纤维表面燃烧装置相连。
所述节流元件17采用市售节流阀。
所述燃气采用液化石油气、天然气、沼气等可燃气体。经喷嘴改装后亦可采用其他可燃气体，如：甲烷、乙烷、氢气等。
所述的多孔表面燃烧载体21是采用市售的耐高温多孔金属纤维毡体或无纺编制多孔金属软体物；也可采用催化蜂窝陶瓷板。无论采用何种多孔表面燃烧载体21，其复合后的特征为厚度确保在1.5-8mm、孔径68-180um、孔隙率75-90%、可耐高温800-1100℃。所述的多孔表面燃烧载体可制成圆形、方形、长方形、锥形或其他任意图形。
所述的多孔表面燃烧载体21采用铁铬铝合金复合体材料制成。
所述的燃烧装置基座19为一面开口的盒状体，而另一面开孔并向外延伸，同时设置有对接法兰，中间为空腔，即混合腔3，便于混合气体填充。其制作工艺可采用球墨制铁法一次性成型后精加工获得；也可采用金属薄板根据要求金加工后铆焊制得。
所述的金属多孔支撑垫20采用304、316L不锈钢，特别选用与多孔表面燃烧载体21同质材料，并制出如同燃烧器基座19开口处所需大小尺寸的多孔薄板，其厚度为0.25-2mm、孔径为0.6-1.5mm，冲孔时往外翻边，安装时翻边朝上。也可采用多组小规格催化陶瓷板材，厚度为2.5-8mm、孔径为0.8-1.5mm组合后获得。
所述的无动力叶片混合器5是采用金属薄板，根据空气动力学原理，在叶片壁面上冲孔，制成涡流状旋转片，并由2-6片组成；也可根据目标客户和功率大小要求制成滚波状叶轮。
所述的多孔引射管4采用304、316L不锈钢管，也可采用其他金属有缝管、无缝管，多孔引射管直径根据功率采用Φ50-300 mm，管长是管径的8-15倍。一头封盖后，在盖上开直径Φ0.5-1.0mm小孔；另一头布置有可供对接的法兰，管上部周向开有直径Φ0.8-1.5mm小孔，管壁壁厚为0.6-2mm。
所述的智能控制系统9采用市售PLC可编程控制器或单片机控制器，也可根据目标客户要求研制更加新型先进的并可远程控制的台式、分体式、嵌入式控制器。
所述的高速风机8采用市售滚轮式高速风机，也可采用旋片泵式高速空气压力风机或其他相适应的送风装置。
所述的电磁阀A14、电磁阀B16、节流元件17、轴承6、风压开关7采用市售符合国家标准的产品。
所述的点火头2、火焰传感器1、喷嘴18采用市售符合国家标准或行业标准的电子元器件。
本发明新型高效金属纤维表面燃烧装置和智能控制器及其控制方法具有完美的性价比优势和无法企及的特种材料优势，具体如下：
1、特种耐高温多元素金属纤维多孔表面燃烧载体技术超前启后，无动力叶片混合器独占鳌头
本发明所采用的多孔表面燃烧载体是本装置的核心材料。所述的多孔表面燃烧载体21采用铁铬铝合金复合体材料制成。使用天然气、液化石油气进行高强度燃烧实验，在700oC~1050 oC，通过自动控制多小时燃烧实验完全达到和超越原设计标准，为大批量市场应用打下了良好基础，同时得到西北有色金属研究院粉末冶金研究所，纤维多孔材料研究室等多位专家的认同，也为未来耐高温多孔表面燃烧载体技术的延续和改进提供了有力的保证。同时采用独创的无动力叶片混合器能依靠燃气和空气向前运动的冲击力，自动旋转，在有限的距离内完美的把燃气和空气充分混合，成为理想的燃烧混合气体。
2、符合国家产业调整政策、市场需求量大，竞争优势显著
我国天然气正处于大发展时期，而民用燃烧器和工业燃烧器大都比较落后，目前市场可见的优秀全预混燃烧器炉具也不是以彻底改变排放物、低污染重大课题，而且热利用停留在85%~91%左右。本发明把全预混技术与多孔金属表面燃烧核心技术完美结合在一起，燃烧器在封闭的环境中，以高温辐射和热对流方式，多孔表面燃烧载体所表现出来特有的机械强度异常坚固，抗重击力令人满意，完全可以作为未来燃烧器行业的主力装备，具有极大的推广应用和广阔的市场前景，据专家预测2010~2015年多孔表面燃烧产品市场拥有20亿以上份额。
3、社会效益显著，绿色环保，真正实现燃气燃烧的低污染、低噪音和低排放
新型高效金属纤维表面燃烧装置采用对燃料和空气进行全预混方式，通过智能控制系统的精密调节和控制，保证了燃气和空气的完全混合，使燃料燃烧更充分。采用多孔金属纤维作为燃烧表面基材，在1000℃以上仍具有优良的抗氧化性能和热强度。新型高效金属纤维表面燃烧装置具有耐热冲击、低压降、安全无回火、反应迅速、热惯性小、冷却快。燃烧产物中CO与NOX含量很低，在高热强度下(900千瓦/平方米)，CO含量低于40ppm, NOX含量低于120ppm，相对于传统燃气燃烧器有害气体释放少，燃烧效率高，可谓是目前的燃烧技术的“一枝独秀”。
4、使用寿命长、制造简便、回收成本快
本发明所使用的多孔金属纤维作为燃烧载体，是由金属纤维在高温高压下烧结压制而成，具有强度高，韧性好，经久耐用等优点。本发明使用的元器件，国内均已投产，组装也相对简便，为批量生产和成本控制打下了良好基础。
将本发明作为新型锅炉用燃烧器，其经济效益与传统燃气锅炉相比优势如下：
由上表可见，在相同工作条件下，运用本发明的新型锅炉与传统燃气锅炉相比，耗气量下降22.25%，年节约燃气可达19655.25元，特别是运用到工业中，本发明将显现巨大的经济效益，成本回收期缩短，市场化竞争优势明显。
Claims (10)
1.一种高效金属纤维表面燃烧装置和智能控制器，其特征在于由金属纤维表面燃烧装置和智能控制器组成；所述的金属纤维表面燃烧装置包括火焰传感器、点火头、混合腔、多孔引射管、无动力叶片混合器、轴承、风压开关、空气进口管、高速风机、点火变压器、气压开关、燃气进口、稳压阀、电磁阀A、燃气通道管、电磁阀B、节流元件、喷嘴、燃烧器基座、金属多孔支撑垫、多孔表面燃烧载体；
燃气进口通过稳压阀与电磁阀A连接；电磁阀A通过燃气通道管与电磁阀B密封固定连接；电磁阀B的另外一端与节流元件紧密连接；电磁阀A一侧连接有气压开关；喷嘴安装在节流元件延伸段头部，并设置在多孔引射管内部；多孔引射管下部与高速风机出口采用法兰连接；高速风机周边设置固定有风压开关、空气进口管、点火变压器；燃烧器基座一端开口，另一端延伸段开孔并装有法兰片，和多孔引射管法兰对接；金属多孔支撑垫通过焊接固定在燃烧器基座开口处，内部形成混合腔；多孔表面燃烧载体铆焊固定在金属多孔支撑垫上；火焰传感器、点火头安装在燃烧器基座一侧；轴承设置在无动力叶片混合器轴上、下两端，并通过轴套固定；无动力叶片混合器居中安装在多孔引射管内；智能控制系统安装固定在高速风机一侧；或制成分体式，通过引导线引出与金属纤维表面燃烧装置相连。
2.根据权利要求1 所述的高效金属纤维表面燃烧装置和智能控制器，其特征在于所述的多孔表面燃烧载体采用耐高温多孔金属纤维毡体或无纺编制多孔金属软体物；或采用催化蜂窝陶瓷板。
3.根据权利要求1 所述的高效金属纤维表面燃烧装置和智能控制器，其特征在于所述的多孔表面燃烧载体厚度在1.5-8mm、孔径68-180um、孔隙率75-90%、可耐高温800-1100℃；所述的多孔表面燃烧载体制成圆形、方形、长方形、锥形或其他任意图形。
4.根据权利要求1 所述的高效金属纤维表面燃烧装置和智能控制器，其特征在于所述的多孔表面燃烧载体采用铁铬铝合金复合体材料制成。
5. 根据权利要求1 所述的高效金属纤维表面燃烧装置和智能控制器，其特征在于所述的燃烧装置基座为一面开口的盒状体，而另一面开孔并向外延伸，同时设置有对接法兰，中间为空腔，即混合腔，便于混合气体填充。
6.根据权利要求1 所述的高效金属纤维表面燃烧装置和智能控制器，其特征在于所述的金属多孔支撑垫采用304、316L不锈钢，或选用与多孔表面燃烧载体同质材料，并制出如同燃烧器基座开口处所需大小尺寸的多孔薄板，其厚度为0.25-2mm、孔径为0.6-1.5mm，冲孔时往外翻边，安装时翻边朝上，或采用多组小规格催化陶瓷板材，厚度为2.5-8mm、孔径为0.8-1.5mm组合而成。
7.根据权利要求1 所述的高效金属纤维表面燃烧装置和智能控制器，其特征在于所述的无动力叶片混合器是采用金属薄板，在叶片壁面上冲孔，制成涡流状旋转片，并由2-6片组成；或制成滚波状叶轮。
8.根据权利要求1 所述的高效金属纤维表面燃烧装置和智能控制器，其特征在于所述的多孔引射管采用304、316L不锈钢管，或采用其他金属有缝管、无缝管，多孔引射管直径采用Φ50-300 mm，管长是管径的8-15倍，一头封盖后，在盖上开直径Φ0.5-1.0mm小孔；另一头布置有可供对接的法兰，管上部周向开有直径Φ0.8-1.5mm小孔，管壁壁厚为0.6-2mm。
9.根据权利要求1 所述的高效金属纤维表面燃烧装置和智能控制器，其特征在于所述的智能控制器采用市售PLC可编程控制器或单片机控制器。
10.权利要求1 所述的高效金属纤维表面燃烧装置和智能控制器的控制方法如下：
当目标客户需要启动本燃烧装置时，首先打开启动开关，即接通电源，并设定所需的目标温度为700-1050℃；此时，智能控制器读数5秒后，高速风机自动启动，并进入预吹扫过程；数秒后，智能控制器发出许可燃气进入指令，此时电磁阀A打开燃气，顺利通过燃气通道管到达电磁阀B，在节流元件流量控制下，按设定的燃气比例定量通过并由喷嘴喷出；与此同时，风压开关根据智能控制指令，不断按空气比例按量注入，燃气与空气进入多孔引射管下部，由于燃气分子密度高于空气分子密度，决定了燃气向空气扩展，加上自身压力和高速风机的喷射能力，使两股气流会合后向顶部冲击，而无动力叶片混合器充分利用了这种冲击，高速旋转将燃气与空气快速混合，混合气体由设置在引射管的多孔处向混合腔扩散，并填满整个混合腔，混合气体从分布在金属多孔支撑垫的多孔中均匀排出，并通过多孔表面燃烧载体的细小孔中喷出，在智能控制器发出点火指令后，点火变压器及时产生电流，使点火头点火成功，进入界面燃烧状态，燃烧界面的温度高低由火焰传感器根据实测数反馈给智能控制器来完成；当出现回火、熄火情况，火焰传感器向智能控制器反馈信息，智能控制器控制电磁阀A、电磁阀B，关闭燃气供应，智能控制器自动复位，重新开始进入点火程序；所述燃气与空气配比为1:1或1:1.1；
当目标客户要求停机时，智能控制器会及时发出指令，马上关闭燃气进口电磁阀A、电磁阀B，高速风机再继续运行数秒后，整个燃烧装置完全关闭，待第二次开启，以此循环。
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