CN104456616B - 一种蓄热式燃烧设备的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种蓄热式燃烧设备的控制方法，其包括点火步骤、启动步骤、燃烧步骤和切换步骤。本发明的方法不仅克服了传统蓄热式燃烧设备成对控制方法的技术偏见，而且取得了预料不到的节能技术效果，有效解决了现有高温空气燃烧技术中换向时易出现爆鸣暴炉以及燃料浪费严重的现象。

Description

一种蓄热式燃烧设备的控制方法

技术领域

本发明涉及一种燃烧设备的控制方法，特别是涉及一种蓄热式燃烧设备的控制方法。

背景技术

工业炉窑是工业生产的主要耗能设备，能耗占到了工业总能耗的60％，因此其节能技术的研究具有极其重要的意义。

现有工业炉窑普遍使用蓄热式燃烧系统来对烟气的余热进行回收利用。然而目前国内外使用的蓄热式燃烧系统均是采用成对布置，即一组数量的蓄热式燃烧器用于燃烧，另一组数量相同的蓄热式燃烧器用于排烟，定时换向，蓄热体交替蓄热与放热。在这种成对分布燃烧器的蓄热式燃烧系统中，由于提供燃烧用的助燃气体所使用的管道空间与排烟所使用的烟气管道空间相等，而助燃气体与燃料混合燃烧后产生的烟气体积会增多，标况烟气量至少是助燃气体量的1.1-1.3倍，排烟温度为180℃时，烟气的工况体积是助燃气体体积的1.6-1.8倍，使炉膛处于一个高压、不安全状态。现有的解决办法是在炉体上增加辅助烟道让30％左右的高温烟气直接排走，但是这又会导致总烟气余热回收率只有50％-60％，且排烟温度过高会直接影响环保装置的安全运行。

另外，传统蓄热式燃烧设备的控制方法在换向时，不仅炉压波动大，极易出现爆鸣爆炉现象，而且换向时间较长，燃料浪费严重。

出于这种考虑，本发明的发明人进行了深入研究，目的是解决相关领域现有技术所暴露出来的问题，希望提供一种更加环保、节能和安全的蓄热式燃烧设备的控制方法，以最大限度地回收烟气余热。

发明内容

本发明的目的是提供一种蓄热式燃烧设备的控制方法，其包括点火步骤、启动步骤、燃烧步骤、切换步骤和循环步骤，不仅克服了传统蓄热式燃烧设备成对控制方法的技术偏见，而且取得了预料不到的节能技术效果，有效解决了现有高温空气燃烧方法中换向时易出现爆鸣暴炉以及燃料浪费严重的现象。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供了一种蓄热式燃烧设备的控制方法，其包括如下步骤：

点火步骤：使一个蓄热式燃烧器首先进行点火燃烧；

启动步骤：逐一启动m-1个蓄热式燃烧器用于燃烧，直至有m个蓄热式燃烧器均用于燃烧，n个蓄热式燃烧器用于排烟，其中n＞m，n+m≥5，n和m为自然数；

燃烧步骤：用于燃烧的蓄热式燃烧器进行燃烧工作，用于排烟的蓄热式燃烧器将炉膛内的烟气排出；

切换步骤：切换一个用于燃烧的蓄热式燃烧器用于排烟，切换一个用于排烟的蓄热式燃烧器用于燃烧，使得用于排烟的蓄热式燃烧器的数量比用于燃烧的蓄热式燃烧器的数量多，且至少有另一个蓄热式燃烧器保持燃烧工作；

循环步骤：返回执行燃烧步骤，直至燃烧工作结束。

将本发明的控制方法应用于蓄热式燃烧设备，一方面可以提高设备燃烧效率，保证燃料充分燃烧，另一方面能够保证蓄热式燃烧设备内部的炉压稳定，避免了传统成对分布燃烧器的蓄热式燃烧设备在交替切换时容易出现的爆鸣爆炉现象的发生。再一方面保证炉膛内炉温的稳定。此外，燃烧过程所产生的全部高温烟气均通过蓄热式燃烧器排出，总的烟气余热回收率可以提高到了85％以上，比现有技术中成对设置燃烧器的蓄热式燃烧设备可以节能至少20％～25％，节能潜力巨大，不仅解决了现有技术中总烟气余热回收率较低的问题，而且相比于现有技术更加节能、环保和安全。

根据本发明的一个具体实施例，炉膛内的全部烟气通过用于排烟的蓄热式燃烧器排出。

本发明的方法将燃烧过程所产生的全部高温烟气均通过用于排烟的蓄热式燃烧器排出，蓄热室的排烟温度即为实际排烟温度，总的烟气余热回收率提高到了85％以上，相比于现有技术更加节能。此外，本发明的方法还解决了现有技术中蓄热式燃烧器助燃气体过剩较多，燃烧效率偏低、火焰形状与刚度较差的问题，极大降低了烟气中CO、CO₂以及NOx等污染物的生成量。

根据本发明的一个具体实施例，在所述切换步骤中，至少有两个蓄热式燃烧器保持排烟工作。由此进一步提高了设备的排烟能力以及炉压的稳定。

根据本发明的一个具体实施例，在所述启动步骤中，以间隔时间段逐一启动m-1个蓄热式燃烧器，直至m个蓄热式燃烧器均用于燃烧。以间隔时间段滚动式逐一启动蓄热式燃烧器，由此保证了在启动步骤中至少有另一个蓄热式燃烧器保持燃烧工作，有效避免了爆鸣爆炉现象的发生。

根据本发明的一个具体实施例，在所述切换步骤中，逐一切换一个用于燃烧的蓄热式燃烧器用于排烟，同时逐一切换一个用于排烟的蓄热式燃烧器用于燃烧。逐一切换可以实现蓄热式燃烧器炉压的灵活控制，进一步提高了设备的安全性能。同时切换又可以实现烟气余热的极限回收和助燃气体的高效预热。

根据本发明的一个具体实施例，在所述切换步骤中，顺次地切换一个用于燃烧的蓄热式燃烧器用于排烟，并且顺次地切换一个用于排烟的蓄热式燃烧器用于燃烧。由此延长了单个蓄热式燃烧器用于排烟的工作时间，使得蓄热体吸热更加充分，在安全生产的前提下最大限度回收总的高温烟气的余热，改善了生产及周边环境，极大降低了烟气的热量损失，减少了生产劳动强度。经本发明的发明人的大量实验验证，在本发明的方法中，高温烟气可以以不高于200℃、以不高于180℃、以不高于150℃、以不高于120℃或以不高于100℃的温度经过换向阀排出。当用于排烟的蓄热式燃烧器经换向后用于燃烧时，预热助燃气体的温度效率可以提高到95％以上，助燃气体的预热温度可以比炉膛温度仅低100℃左右，从而进一步减小炉膛内压差的变化，确保燃烧生产的稳定进行。

根据本发明的一个具体实施例，在所述切换步骤中，周期性地切换用于燃烧的蓄热式燃烧器用于排烟，并且周期性地切换用于排烟的蓄热式燃烧器用于燃烧。由此可消除炉膛局部高温区，使温度分布更均匀。

根据本发明的一个具体实施例，所述间隔时间段为T/m，其中T为用于燃烧的蓄热式燃烧器每次用于燃烧的工作时间。

根据本发明的一个具体实施例，用于燃烧的蓄热式燃烧器每次用于燃烧的工作时间T为15～300秒，优选30～200秒。

在本发明的方法中，控制器切换所述蓄热式燃烧器被控制以交替用于燃烧或用于排烟。当所述蓄热式燃烧器用于燃烧时，其可对助燃气体进行预热；当所述蓄热式燃烧器用于排烟时，其又可吸收燃烧所产生的高温烟气的热量，准确控制蓄热式燃烧器用于燃烧的时间，不仅可以提高烟气余热回收率，而且可以提高燃烧效率。

在本发明的方法中，所述控制器是一种在短时间内，按照预定的组成程序，选择和切换蓄热式燃烧器交替用于燃烧和用于排烟的控制方式。执行顺序控制或微机控制的控制器包括至少一个中央处理单元的可编程控制器，一个ROM存储程序，接口和其它。在本发明的方法中，所述控制器分别与点火装置、燃气阀、助燃气体换向阀及烟气换向阀相连，用于控制点火装置的点火工作以及控制阀的工作。

在本发明的方法中，所述助燃气体可以是空气、富氧或者氧气。

在本发明的方法中，所述燃料可以是气体燃料或者液体燃料。可用作本发明的气体燃料的实例包括但不限于：天然气、高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、发生炉煤气或者混合煤气。

与现有技术相比，本发明的一直蓄热式燃烧设备的控制方法具有如下突出优点：

(1)排烟顺畅、炉压稳定。燃烧产生的烟气能够及时地被蓄热式燃烧器全部排出，确保设备工作的安全性

(2)温差小，加热质量好。燃烧炉内温度分布均匀，温差达±5℃，加上炉内较低的含氧环境，对加热工件极为有利。既提高了加热速度和加热质量，又减少了工件氧化烧损率，大大提高了炉子产量。

(3)节能效果显著。总的烟气余热回收率可以提高到了85％以上，比现有技术中成对设置燃烧器的蓄热式燃烧设备可以节能至少25％～30％。

(4)污染物排放少。燃烧过程的充分性大大减少了烟气中CO、CO₂和其他温室气体的排放；高温低氧的燃烧环境以及烟气回流的掺混作用，大大抑制了NOx的生成，此外，高温环境抑制了二恶英的生成，排放废气迅速冷却，有效阻止了二恶英的再合成，故二恶英的排放大大减少；火焰在整个炉膛内逐渐扩散燃烧，燃烧噪音低。因此本发明的方法属于环境协调型蓄热式燃烧技术。

(5)安全系数更高。有效避免了传统蓄热式燃烧设备的控制方法在交替切换时容易出现的爆鸣爆炉现象的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见，下面简述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1表示本发明方法中的燃烧步骤在一个优选实施例中的示意图；

图2表示本发明方法中的点火步骤在一个优选实施例中的示意图；

图3表示本发明的一种蓄热式燃烧设备的控制方法在一个优选实施例中的流程示意图

在图中，相同的构件由相同的附图标记标示。附图并未按照实际的比例绘制。附图标记的说明如下：

1 炉体

101 炉膛

2、21、22、23、24、25 蓄热室燃烧器

201 进风口

202 排烟口

203 蓄热体

208 蓄热室

3 烧嘴

401 燃气管路

402 助燃气体管路

403 烟气管路

51 燃气阀

511 第一燃气阀

512 第二燃气阀

513 第三燃气阀

52 助燃气体换向阀

521 第一助燃气体换向阀

522 第二助燃气体换向阀

523 第三助燃气体换向阀

53 烟气换向阀

531 第一烟气换向阀

532 第二烟气换向阀

533 第三烟气换向阀

601 引风机

602 鼓风机

具体实施方式

本发明所提供的蓄热式燃烧设备的控制方法，其包括点火步骤、启动步骤、燃烧步骤、切换步骤和循环步骤，如图3所示。下面将详细地描述本发明的一种蓄热式燃烧设备的控制方法及其各个步骤。

在一个实施例中，蓄热式燃烧设备包括顺次排列的5个蓄热式燃烧器，即第一蓄热式燃烧器21、第二蓄热式燃烧器22、第三蓄热式燃烧器23、第四蓄热式燃烧器24和第五蓄热式燃烧器25，其中2个用于燃烧，3个用于排烟。设定每个蓄热式燃烧器每次用于燃烧的工作时间为60s，则切换的间隔时间为60s/2＝30s。

点火步骤包括使一个蓄热式燃烧器首先进行点火燃烧，如图2所示。在本实施例中，控制器控制第一蓄热式燃烧器21点火燃烧。

启动步骤包括逐一启动m-1个蓄热式燃烧器用于燃烧，直至有m个蓄热式燃烧器均用于燃烧，n个蓄热式燃烧器用于排烟，其中n＞m，n+m≥5，n和m为自然数。在本发明的实施例中，m＝2，n＝3，因此启动步骤中启动另1个蓄热式燃烧器用于燃烧，即启动第二蓄热式燃烧器22用于燃烧，第三蓄热式燃烧器23、第四蓄热式燃烧器24和第五蓄热式燃烧器25用于排烟。优选地，在第一蓄热式燃烧器21点火间隔时间30s后启动第二蓄热式燃烧器22。

燃烧步骤包括用于燃烧的蓄热式燃烧器进行燃烧工作，用于排烟的蓄热式燃烧器将炉膛内的烟气全部排出。在本实施例中，控制器将启动步骤中第一蓄热式燃烧器21和第二蓄热式燃烧器22进行燃烧工作，第三蓄热式燃烧器23、第四蓄热式燃烧器24和第五蓄热式燃烧器25将炉膛内的烟气全部排出。

此时第一燃气阀511、第二燃气阀512、第一助燃气体换向阀521和第二助燃气体换向阀522打开，第一烟气换向阀531关闭与第二烟气换向阀532关闭，同时第三燃气阀513、第三助燃气体换向阀523、第四燃气阀514、第四助燃气体换向阀524、第五燃气阀515以及第五助燃气体换向阀525关闭，第三烟气换向阀533、第四烟气换向阀534以及第五烟气换向阀535打开。从鼓风机602出来的常温空气(助燃气体)通过助燃气体管路402由分别第一助燃气体换向阀521进入第一蓄热式燃烧器21以及通过第二助燃气体换向阀522进入第二蓄热式燃烧器22，后，在经过蓄热式燃烧器21与蓄热式燃烧器22中的蓄热体203时被加热，在极短时间内常温空气被加热到接近炉膛101的温度，被加热的高温空气进入炉膛101后，卷吸周围炉膛内的烟气形成一股含氧量大大低于21％的稀薄贫氧高温气流，同时通过燃气管路401由第一燃气阀511和第二燃气阀512往稀薄高温空气中心注入燃料，燃料在贫氧(2％～20％)状态下实现燃烧，火焰从烧嘴喷出。与此同时，炉膛101内燃烧后产生的全部高温烟气通过烟气管路403经第三蓄热式燃烧器23、第四蓄热式燃烧器24以及第五蓄热式燃烧器25被及时排出。高温烟气在通过三蓄热式燃烧器23、第四蓄热式燃烧器24以及第五蓄热式燃烧器25各自的蓄热室208时，将热量储存在蓄热体203内，然后在引风机的作用下以低于200℃的低温烟气经过第三烟气换向阀533、第四烟气换向阀534和第五烟气换向阀535而排出。

在一个优选的实施例中，所述燃烧步骤中用于排烟的蓄热式燃烧器的数量与用于燃烧的蓄热式燃烧器的数量的比率n/m保持不变。在本实施例中，用于排烟的蓄热式燃烧器的数量与用于燃烧的蓄热式燃烧器的数量的比率1.5保持不变。

切换步骤包括切换一个用于燃烧的蓄热式燃烧器用于排烟，切换一个用于排烟的蓄热式燃烧器用于燃烧。在本实施例中，第二蓄热式燃烧器22用于燃烧工作时间30s后，第一蓄热式燃烧器用于燃烧的工作时间满60s，控制器切换第一蓄热式燃烧器21用于排烟，同时切换第三蓄热式燃烧器23用于燃烧，此时第二蓄热式燃烧器22和第三蓄热式燃烧器23用于燃烧，第一蓄热式燃烧器21、第四蓄热式燃烧器24和第五蓄热式燃烧器25用于排烟；间隔30s后，第二蓄热式燃烧器用于燃烧的工作时间满60s，第一蓄热式燃烧器22用于排烟的时间为30s，此时切换第二蓄热式燃烧器22用于排烟，同时切换第四蓄热式燃烧器24用于燃烧，此时第三蓄热式燃烧器23和第四蓄热式燃烧器24用于燃烧，第一蓄热式燃烧器21、第二蓄热式燃烧器22和第五蓄热式燃烧器25用于排烟。间隔30s后，第三蓄热式燃烧器23用于燃烧的时间满60s，第一蓄热式燃烧器22用于排烟的时间为60s，切换第五蓄热式燃烧器25用于燃烧，第三蓄热式燃烧器23用于排烟，此时第四蓄热式燃烧器24和第五蓄热式燃烧器25用于燃烧，第一蓄热式燃烧器21、第二蓄热式燃烧器22和第三蓄热式燃烧器23用于排烟；间隔30s后，第四蓄热式燃烧器24用于燃烧的时间满60s，第一蓄热式燃烧器22用于排烟的时间达到90s，切换第一蓄热式燃烧器用21于燃烧，第四蓄热式燃烧器24用于排烟，此时第一蓄热式燃烧器21和第五蓄热式燃烧器25用于燃烧，第二蓄热式燃烧器22、第三蓄热式燃烧器23和第四蓄热式燃烧器25用于排烟。间隔30s后，第五蓄热式燃烧器25用于燃烧的时间满60s，第二蓄热式燃烧器22用于排烟的时间达到90s，完成了一个周期，周期时长为180s。当再次切换第二蓄热式燃烧器22用于燃烧，第五蓄热式燃烧器25用于排烟，此时第一蓄热式燃烧器21和第二蓄热式燃烧器22用于燃烧，第三蓄热式燃烧器23、第四蓄热式燃烧器24以及第五蓄热式燃烧器25用于排烟，开始一个下一个周期，逐一、顺次切换五个蓄热式燃烧器分别用于燃烧或用于排烟，开始重新执行燃烧步骤，循环进行燃烧生产，直至燃烧生产结束。

在一个实施例中，在所述切换步骤中，顺次切换用于燃烧的蓄热式燃烧器中的1个用于排烟。由此将用于燃烧的1个蓄热式燃烧器切换为用于排烟，同时顺次切换用于排烟的燃烧器中的1个用于燃烧，由此将用于排烟的1个蓄热式燃烧器切换为用于燃烧，从而确保设备在任意时刻用于排烟的蓄热式燃烧器的数量比用于燃烧的蓄热式燃烧器的数量多。

在本实施例中，一个周期中，任一蓄热式燃烧器用于燃烧工作的时间为60s，而用于排烟工作的时间为90s，有效延长单个蓄热式燃烧器用于排烟的工作时间，使得蓄热体吸热更加充分，在安全生产的前提下最大限度回收总的高温烟气的余热，改善了生产及周边环境，极大降低了烟气的热量损失，减少了生产劳动强度。此外，本发明的方法还进一步减小了炉膛内压差的变化，确保燃烧生产的稳定进行，避免了爆鸣爆炉现象的发生。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (10)

1.一种蓄热式燃烧设备的控制方法，其包括如下步骤：

点火步骤：使一个蓄热式燃烧器首先进行点火燃烧；

启动步骤：逐一启动m-1个蓄热式燃烧器用于燃烧，直至有m个蓄热式燃烧器均用于燃烧，n个蓄热式燃烧器用于排烟，其中n＞m，n+m≥5，n和m为自然数；

燃烧步骤：用于燃烧的蓄热式燃烧器进行燃烧工作，用于排烟的蓄热式燃烧器将炉膛内的烟气排出；

切换步骤：切换一个用于燃烧的蓄热式燃烧器用于排烟，切换一个用于排烟的蓄热式燃烧器用于燃烧，使得用于排烟的蓄热式燃烧器的数量比用于燃烧的蓄热式燃烧器的数量多，且至少有另一个蓄热式燃烧器保持燃烧工作；

循环步骤：返回执行燃烧步骤，直至燃烧工作结束其中，炉膛内的全部烟气通过用于排烟的蓄热式燃烧器排出。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述切换步骤中，至少有两个蓄热式燃烧器保持排烟工作。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述启动步骤中，以间隔时间段逐一启动m-1个蓄热式燃烧器，直至m个蓄热式燃烧器均用于燃烧。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述切换步骤中，逐一切换一个用于燃烧的蓄热式燃烧器用于排烟，同时逐一切换一个用于排烟的蓄热式燃烧器用于燃烧。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述切换步骤中，以间隔时间段逐一切换一个用于燃烧的蓄热式燃烧器用于排烟，同时逐一切换一个用于排烟的蓄热式燃烧器用于燃烧。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述切换步骤中，顺次地切换一个用于燃烧的蓄热式燃烧器用于排烟，并且顺次地切换一个用于排烟的蓄热式燃烧器用于燃烧。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述切换步骤中，周期性切换用于燃烧的蓄热式燃烧器用于排烟，并且周期性切换用于排烟的蓄热式燃烧器用于燃烧。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述间隔时间段为T/m，其中T为用于燃烧的蓄热式燃烧器每次用于燃烧的工作时间。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，T为15～300秒。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，T为30～200秒。