CN103776051B - 一种瓦斯气燃烧控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种瓦斯气燃烧控制方法，通过实施锅炉燃瓦斯气压力、燃气浓度动态控制调节和烟气含氧量的监测和对燃烧风量的精确调节，在经济环保模式和安全运行模式下相互转化燃烧，在保证安全的同时，使燃烧后的烟气中空气过剩系数量达到最佳值，所有燃料充分燃烧，燃烧效率最高，同时烟气排放量最小，污染物的含量最低。

Description

一种瓦斯气燃烧控制方法

技术领域

本发明涉及一种瓦斯气燃烧控制方法。

背景技术

目前由于全球经济高速发展，能源消耗愈来愈大。伴随着全球环境污染日益严重、恶劣，对人类生存环境产生深远的影响，要求降低有机能源消耗，减少污染物的排量的呼声也愈来愈高。同时我国近年来经济发展速度快，能源消耗量也日益增加，环保要求逐年提高，大力推广清洁燃烧，使用燃瓦斯气锅炉，逐步淘汰燃煤锅炉，但锅炉的运行使用费用也增加了许多。单位热量的能耗费提高了，因此节能的经济效益更高，意义更大，同时也能减少污染的排放量，减少对环境的污染。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提供了一种瓦斯气燃烧控制系统，通过实施锅炉燃瓦斯气压力、燃气浓度动态控制调节和烟气含氧量的监测和对燃烧风量的精确调节，在经济环保模式和安全运行模式下相互转化燃烧，在保证安全的同时，使燃烧后的烟气中空气过剩系数量达到最佳值，所有燃料充分燃烧，燃烧效率最高，同时烟气排放量最小，污染物的含量最低。

本发明的技术方案是通过以下技术方案实现的：

一种瓦斯气燃烧控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a、启动引风机，再延时启动鼓风机；

b、分别调节鼓风机、引风机至最大频率，通燃气，清扫炉膛内原来残留的气体，同时进行燃烧切断阀的检漏；

c、检验风压，同时进行火焰检测装置自检；

d、吹扫完毕后，将鼓风机、引风机调到点火阶段对应频率；

e、点火阶段，先将高压点火器通电工作延时一秒后，给电磁阀通电，火焰检测器开始投入监控，延时3秒后能检测到火焰信号，则点火成功，否则报警实行连锁燃烧；

f、点火成功后开始按小负荷量投入主燃气，此时火焰信号正常，主气投入燃烧正常，否则报警施行连锁燃烧；稳定燃烧7-10秒后，进入负荷自动调节阶段；

g、燃气正常燃烧，即甲烷含量的波动在30％～50％，燃气压力在5kPa～25kPa时按照经济环保模式运行，若安全保护子系统发出报警则系统进入安全运行模式，安全运行模式运行条件为甲烷的含量在25％～30％或燃气压力在5kPa～8kPa，当燃烧的烟温持续下降,燃气压力降到5kPa以下或燃气浓度低于25％时施行连锁燃烧；对燃气浓度、燃气压力、烟气含氧量、烟温检测，满足正常运行要求，转入普通运行模式，再进行参数调节至经济环保模式的运行；

h、停炉时，先切断燃料调节阀，燃气风机实施后吹扫阶段延时30～60秒后鼓风机停止，引风机再延时60～100秒后停止，后吹扫阶段完成。

燃气与助燃空气配比实行：燃气的流量满足：F_气＝K₁·P_气·K₂·V_阀，其中F_气为燃气的流量，P_气为燃气的压力，K₁为P_气对应的系数，V_阀为燃气调节阀的开度，K₂为V_阀对应的系数；

鼓风机的风量满足：F_风＝K₃·f，其中F_风鼓风机的风量，f为鼓风机转速，K₃为风量系数；

燃气的热量满足：Q_热＝η·F_气，其中Q_热为燃气的热量，η为燃气的浓度；则燃气的热量与鼓风机的风量有对应的关系：F_风＝K₄·Q_热＝K₃·f，其中K_4：热量与风量的比值是定值；

即鼓风机转速满足：

所述经济环保模式下燃烧后产生的烟气的含氧量控制在2.5～3.0％。

所述连锁燃烧表现为关闭燃烧切断阀，其运行条件为：燃气压力低于5kPa、燃气浓度低于25％、锅炉蒸汽压力高于设定值、锅炉水位低于设定值、炉膛烟压超过设定值中的一种。

本发明产生的有益效果为：锅炉燃烧时，采用了烟气含氧量作为反馈量，经逻辑处理，并采取鼓风机变频调节手段，实现送风量精确调节手段，可实施最佳经济节能环保运行模式。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种瓦斯气燃烧控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a、启动引风机，再延时启动鼓风机；

b、分别调节鼓风机、引风机至最大频率，通燃气，清扫炉膛内原来残留的气体，同时进行燃烧切断阀的检漏；

c、检验风压，同时进行火焰检测装置自检；

d、吹扫完毕后，将鼓风机、引风机调到点火阶段对应频率；

e、点火阶段，先将高压点火器通电工作延时一秒后，给电磁阀通电，火焰检测器开始投入监控，延时3秒后能检测到火焰信号，则点火成功，否则报警实行连锁燃烧；

f、点火成功后开始按小负荷量投入主燃气，此时火焰信号正常，主气投入燃烧正常，否则报警施行连锁燃烧；稳定燃烧7-10秒后，进入负荷自动调节阶段；

g、燃气正常燃烧，即甲烷含量的波动在30％～50％，燃气压力在5kPa～25kPa时按照经济环保模式运行，若安全保护子系统发出报警则系统进入安全运行模式，安全运行模式运行条件为甲烷的含量在25％～30％或燃气压力在5kPa～8kPa，当燃烧的烟温持续下降,燃气压力降到5kPa以下或燃气浓度低于25％时施行连锁燃烧；对燃气浓度、燃气压力、烟气含氧量、烟温检测，满足正常运行要求，转入普通运行模式，再进行参数调节至经济环保模式的运行；

h、停炉时，先切断燃料调节阀，燃气风机实施后吹扫阶段延时30～60秒后鼓风机停止，引风机再延时60～100秒后停止，后吹扫阶段完成。

瓦斯气(包括各种材料)完全燃烧的标准检测是通过检测烟气中的CO、O₂的含量来实现，一般来说CO的浓度越低说明燃烧说明燃料燃烧充分，但CO的浓度检测较麻烦，检测过程耗时较长测量精度较差，同时CO检测装量成本较高，一般较少使用，但由于CO和O₂的浓度有着对应关系，检测容易实现，既快又准，所以可以采用O₂浓度检测方式作为检测燃烧的充分是否的指标。实验证明烟气中的O₂含量为2.5％—3.0％时，烟气中CO的浓度，可达100PPM以下,燃料的燃烧效率可达99.9％，瓦斯气中可燃物充分燃烧。因此本发明调节各参数经济环保模式下燃烧后产生的烟气的含氧量控制在2.5～3.0％，可以提高燃烧效率。

其中本方法中控制燃料与助燃空气配比实行

①、燃料的流量标定：对于相同的燃气管道及阀门等在一定的燃气压力下，一定的燃气调节阀的开度，对应一定的燃气流量，同时一定的燃气调节阀开度时不同的燃气供气压力，对应不同的燃气流量，因此燃气流量：

F_气＝K₁·P_气·K₂·V_阀

F_气—燃气的流量，P_气—燃气的压力，K₁—P_气对应的系数，V_阀—燃气调节阀的开度，K₂—V_阀对应的系数；

②燃烧空气流量：不同的鼓风机频率(转速或风阀开度)对应不同的空气流量

F_风＝K₃·f

F_风—鼓风机的风量，f—鼓风机转速(频率或风阀开度)，K₃—风量系数；

③燃料的热量，一定的可燃气体的浓度对应不同流量时，对应相应的热量

Q_热＝η·F_气

其中Q_热—燃气的热量，η—燃气的浓度；

④、可燃气体完全燃烧时，可燃气体所含热量值与完全燃烧的助燃空气流量有相应的对应关系

F_风＝K₄·Q_热＝K₃·f

K₄—热量与风量的比值是定值

⑤加入烟气含氧量后，可对助热风量实施精确调控，保证烟气含氧量控制在2.5％－3.0％范围以内，实现经济燃烧。

其中连锁燃烧表现为关闭燃烧切断阀，其运行条件为：燃气压力低于5KPa、燃气浓度低于25％、锅炉蒸汽压力高于设定值、锅炉水位低于设定值、炉膛烟压超过设定值中的一种。

甲烷的含量通常为25～50％，含量在30％以上才可完全燃烧，采用本发明的控制方式甲烷成份在25％以上便可以完全燃烧，系统中将工期系统远端测量到的甲烷成份参数输入到处理单元，指标分类(按含量百分比)分为过低：25～30％，低：30～35％，正常：35～40％，高：48～50％，并进行模糊化逻辑处理，为了系统调节控制相对稳定，设有较宽的调节死区，范围约为±1％。

燃气压力(即燃气流量)的处理，将燃气压力X范围(燃气压力分区具体数值视燃烧设备额定容量大小和实际供气条件确定)分为超压：X＞25kPa，偏高压：25kPa≥X＞20kPa，正常：20kPa≥X＞8kPa，偏低气压：8kPa≥X＞5kPa，低气压：X≤5kPa。在其中四个范围超压：报警、连锁燃烧、切断燃烧阀，低气压：报警、连锁燃烧切断燃气阀，偏高压时：报警、调节燃烧阀开度。

燃烧所需空气量的调节主要是通过改变鼓风机频率来实现，为了保证锅炉正常燃烧所需风压必须要将鼓风机变频器下限频率限定到最低风压所对应的风机频率之上，通常需要达到20Hz以上，同时还要保证频率的单位时间的变化率能满足符合燃气压力变化及燃气热值(燃料热值)变化的需要。

所需空气量的调节分为粗调、细调两种模式；粗调：主要根据负荷的要求调定相对的燃气量，再根据实际调定燃气量配比相应的空气量(即风机频率)实现基本的安全燃烧。细调：在安全燃烧的基础上加入烟气含氧量反馈调节回路，可有效调节燃料热值和气压变化而产生燃烧不充分。烟气的含氧量控制2.5％—3.0％,既保证燃料中可燃成分完全燃烧；又不使因空气量过大冷却炉膛烟温，降低传热效率，还能减少因烟气量增大带走更多的热量而造成排烟损失，节省燃料消耗实现经济燃烧，减少污染物排放量，提高环保效益。

燃烧负荷的自动控制调节，首先保证安全燃烧并控制锅炉的主蒸汽压力稳定在设定值附近，再就是经济环保燃烧，对于燃矿井瓦斯气或工业废气的锅炉来说，由于燃料成份不确定和供气压力相对不稳定，燃烧热值供应来源是一个多变参数，直接影响燃烧系统安全稳定运行和经济环保燃烧。

燃烧负荷调节的主要参数为蒸汽压力，由于蒸汽压力受负荷大小影响大，变化速率快，在此提出重要参数，蒸汽压力变化率并分为几种状态：快升、慢升、平稳、慢降、快降；同时将蒸汽压力分为几种状态：超高、高、正常、低，由此两类参数影响，逻辑量计并算出相应的实际负荷调节输出值，为了保证燃烧系统稳定运行，对应不同状态时分别设置有不同的调节死区范围值，蒸汽压力变化快时死区变小，平稳时死区变大，既防止超调又能使控制对象相对稳定。

对炉膛的负压调节主要是为了维持炉膛烟压在一定范围波动，建立一个良好的燃烧环境，使燃气与助燃空气的出口流速相对降低，混合时间长，混合充分，既有利于充分燃烧，同时燃烧产生的高温烟气在炉膛内流速相对降低，烟气滞留时间延长，提高的辐射受热面的热快递效率，另外维持适度的微负压(-30—50Pa)可有效防止烟压过高损坏设备和意外伤人事故发生，在炉膛负压调节过程中，引入燃烧量大小这一参数作为烟压调节回路的一个前馈量与烟压给定值及风机频率最为反馈量、测量值逻辑运算处理，输出合理的调节信号去控制引风机变频器输出频率，加入燃烧量这个前馈量信号可以提高烟气调节系统的反映速度，防止滞后调节现象发生，加入引风频率前馈量可有效提高调节系统的刚度，实现无差调节。

炉膛内烟温主要是为了反映炉膛燃烧状态，同时可作为火焰的辅助监视，由于燃烧时不同的燃烧量对应不同的炉膛温度，因此可将炉膛的烟温分为高、正常、低、极低四种状态，并与燃烧负荷量进行逻辑判断，如输出燃烧正常、熄火等状态的信号，同时增加连锁功能。

本发明在正常运行时主要采用经济环保运行模式，系统在正常启动后自动投入经济环保模式的条件为：燃气甲烷的波动在30％～50％，燃气压力在5kPa～25kPa(可以根据具体条件进行变化)，以及其他条件参数正常运行。在国家强制性标准“GB13271-2001锅炉大气污染物排放标准”和“GB/T17954锅炉运行管理标准”中将燃油燃气锅炉的空气过量系数限定为1.2，通过对空气过量系数的限定来控制锅炉燃烧产生的CO、CO₂、NO_X等污染物的排放浓度以达到理想的燃烧效率。

通常燃料燃烧所需空气量按理论计算为1NM³(1标准立方米)燃气(低位发热质为8600kcol/kg)完全燃烧所需空气量为8.1NM³。而实际调试时，大部分是凭肉眼和经验判断空气过量系数，普遍偏大，有的高达1.7-1.8(烟气含氧量高达13-15％)。即使采用烟气分析仪进行调试。但由于机械连接产生机械误差和重复误差导致空气过量系数也会达到1.4-1.5(烟气含氧量达到7-9％)。同时也存在燃料供给条件改变时或因风门等机械连接原因，也可能造成进风量偏小而造成锅炉燃烧时冒黑烟。形成较严重的不安全燃烧，有效热量损坏较大。因此锅炉燃烧时，可大致分为三种情况：

(1)空气过量系数较小，冒黑烟，燃料不完全燃烧，烟气含量<2％。这种情况要尽可能避免发生，该区域内燃烧热量损失与烟气含量的关系呈现几何级数上升变化，即使微小的氧量变化，也会导致燃烧热量损失快速变化；

(2)空气过量系数较大：风量较大，凭肉眼较难判断。该区域内燃烧热量损失与烟气含氧量(空气过量系数)的关系呈线性变化。烟气含量增加1％燃料燃烧的热量损失会增加0.4～0.5％；

(3)空气过量系数适中，最佳节能环保运行区域，烟气含氧量约为2.5-3.5％。

综上所述，锅炉燃烧时，采用了烟气含氧量作为反馈量，经逻辑处理，并采取鼓风机变频调节手段，实现送风量精确调节手段，可实施最佳经济节能环保运行模式。

上述普通运行模式系统设计和调试时，按一定的负荷量分别对应相应的风量(鼓风频率或风门开度)和燃气量(燃气调节阀开度)组成一段运行曲线，是相对固定的配比。它不受燃气压力或燃气浓度的变化影响。因此运行时会出现炉膛爆燃(燃气压力高或燃气浓度高)或燃烧火焰被吹熄(燃气压力低或燃气浓度低)等严重事故。即使在能正常燃烧运行情况下，也会出现欠氧燃烧(燃气压力较高或燃气浓度较高)或富氧燃烧(燃气压力较低或燃气浓度较低)状况。欠氧燃烧时，由于燃烧所需空气不足，大量可燃物未能完全燃烧就被排到大气中，浪费燃料；富氧燃烧时，由于燃烧所需空气量过多，既降低炉膛温度，减少炉膛传热量，又产生更多废气，废气带走更多有效热量，降低热效率，浪费燃料，污染大气环境。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种瓦斯气燃烧控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a、启动引风机，再延时启动鼓风机；

b、分别调节鼓风机、引风机至最大频率，通燃气，清扫炉膛内原来残留的气体，同时进行燃烧切断阀的检漏；

c、检验风压，同时进行火焰检测装置自检；

d、吹扫完毕后，将鼓风机、引风机调到点火阶段对应频率；

e、点火阶段，先将高压点火器通电工作延时一秒后，给电磁阀通电，火焰检测器开始投入监控，延时3秒后能检测到火焰信号，则点火成功，否则报警实行连锁燃烧；

f、点火成功后开始按小负荷量投入主燃气，此时火焰信号正常，主气投入燃烧正常，否则报警施行连锁燃烧；稳定燃烧7-10秒后，进入负荷自动调节阶段；

g、燃气正常燃烧，即甲烷含量的波动在30％～50％，燃气压力在5kPa～25kPa时按照经济环保模式运行，若安全保护子系统发出报警则系统进入安全运行模式，安全运行模式运行条件为甲烷的含量在25％～30％或燃气压力在5kPa～8kPa，若当燃烧的烟温持续下降,燃气压力降到5kPa以下或燃气浓度低于25％时施行连锁燃烧；对燃气浓度、燃气压力、烟气含氧量、烟温检测，满足正常运行要求，转入普通运行模式，再进行参数调节至经济环保模式的运行；

h、停炉时，先切断燃料调节阀，燃气风机实施后吹扫阶段延时30～60秒后鼓风机停止，引风机再延时60～100秒后停止，后吹扫阶段完成。

2.如权利要求1所述的一种瓦斯气燃烧控制方法，其特征在于，燃气与助燃空气配比实行

燃气的流量满足：F_气＝K₁·P_气·K₂·V_阀，其中F_气为燃气的流量，P_气为燃气的压力，K₁为P_气对应的系数，V_阀为燃气调节阀的开度，K₂为V_阀对应的系数；

鼓风机的风量满足：F_风＝K₃·f，其中F_风鼓风机的风量，f为鼓风机转速，K₃为风量系数；

燃气的热量满足：Q_热＝η·F_气，其中Q_热为燃气的热量，η为燃气的浓度；则燃气的热量与鼓风机的风量有对应的关系：F_风＝K₄·Q_热＝K₃·f，其中K₄：热量与风量的比值是定值；

即鼓风机转速满足： 。

3.如权利要求1所述的一种瓦斯气燃烧控制方法，其特征在于，所述经济环保模式下燃烧后产生的烟气的含氧量控制在2.5～3.0％。

4.如权利要求1所述的一种瓦斯气燃烧控制方法，其特征在于，所述连锁燃烧表现为关闭燃烧切断阀，其运行条件为：燃气压力低于5kPa、燃气浓度低于25％、锅炉蒸汽压力高于设定值、锅炉水位低于设定值、炉膛烟压超过设定值中的一种。