CN104456617A - 一种蓄热式燃烧装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种蓄热式燃烧装置的控制方法，其包括启动步骤、燃烧步骤、切换步骤和循环步骤。与现有技术相比，本发明的方法具有如下突出技术效果：排烟顺畅、炉压稳定；温差小，加热质量好；节能效果显著；污染物排放少。因此，本发明的方法属于环境协调型蓄热式燃烧技术。

Description

一种蓄热式燃烧装置的控制方法

技术领域

本发明涉及一种燃烧装置的控制方法，特别是涉及一种蓄热式燃烧装置的控制方法

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设备的安全运行。

因此，排烟不畅、炉压过高、总烟气余热回收率较低是目前蓄热式燃烧技术中尚未被解决的技术问题之一。

另一方面，现有蓄热式燃烧装置的控制方法在换向时炉压波动较大，严重时对炉膛的冲击较大，影响炉子的安全运行。

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，希望提供一种环保、节能和安全的蓄热式燃烧装置的控制方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种蓄热式燃烧装置的控制方法，采用这种蓄热式燃烧装置的控制方法进行燃烧生产时，不仅可以大幅提高烟气余热回收率，降低NOx的排放量，达到节能与环保的双重效益，而且还可以实现蓄热式燃烧装置通畅排烟，大大提高了装置工作的稳定，确保装置工作的安全性。

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装置的控制方法，其包括如下步骤：

启动步骤：启动m个蓄热式燃烧器用于燃烧，同时启动n个蓄热式燃烧器用于排烟，其中n＞m，且n+m≥3，n和m为自然数；

燃烧步骤：使用于燃烧的蓄热式燃烧器进行燃烧工作，并且通过用于排烟的蓄热式燃烧器将烟气排出；

切换步骤：切换用于燃烧的蓄热式燃烧器中的至少一个用于排烟，切换用于排烟的蓄热式燃烧器中的至少一个用于燃烧，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；

循环步骤：返回执行燃烧步骤和切换步骤，直至燃烧工作结束。

本发明的蓄热式燃烧装置的控制方法，能够始终保证处于排烟状态的燃烧器的数量比处于燃烧状态的燃烧器的数量多，燃烧过程所产生的高温烟气被及时排出，确保设备的排烟顺畅和生产安全，提高了蓄热式燃烧装置进行燃烧生产的可靠性和安全性。

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。

炉膛内的全部高温烟气均通过用于排烟的蓄热式燃烧器排出，使得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可以提高到80％以上，可以比现有技术中成对设置燃烧器的蓄热式燃烧系统节能至少20％～25％，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。

根据本发明的一个具体实施例，在所述切换步骤中，切换用于燃烧的蓄热式燃烧器中的至少一个用于排烟，同时切换用于排烟的蓄热式燃烧器中的至少一个用于燃烧。同时切换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，切换用于燃烧的蓄热式燃烧器中的一个用于排烟，同时切换用于排烟的蓄热式燃烧器中的一个用于燃烧。由此排烟效果更好，炉压稳定

根据本发明的一个具体实施例，所述切换步骤中，顺次地切换用于燃烧的蓄热式燃烧器用于排烟，并且顺次地切换用于排烟的蓄热式燃烧器用于燃烧。由此确保处于排烟状态的燃烧起的数量比处于燃烧状态的燃烧器的数量多，不仅可以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，本发明的方法还可以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，在一个周期中，每一个用于燃烧的蓄热式燃烧器的燃烧工作时间为T×m/(m+n)，其中T为周期的时长。

根据本发明的一个具体实施例，在启动步骤中同时启动所述m个蓄热式燃烧器用于燃烧，其中m≥2。

与现有技术相比，本发明的一种蓄热式燃烧装置的控制方法具有如下突出技术效果：

(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派出，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提高到了80％以上，比现有技术中成对设置燃烧器的蓄热式燃烧装置节能至少20％～25％，节能潜力巨大。

(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方法。

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是根据本发明的一种蓄热式燃烧装置的控制方法的流程示意图；

图2是采用图1所示蓄热式燃烧装置的控制方法的一个优选蓄热式燃烧装置的示意图。

图3是采用图1所示蓄热式燃烧装置的控制方法的另一个优选蓄热式燃烧装置的示意图。

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

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

下面将结合附图和实施例对本发明的实施方案作进一步详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。

本发明所提供的一种蓄热式燃烧装置的控制方法，包括启动步骤、燃烧步骤、切换步骤和循环步骤，如图1所示。下面将结合附图详细地描述本发明的一种蓄热式燃烧装置的控制方法及其各个步骤。

启动步骤包括启动m个蓄热式燃烧器用于燃烧，同时启动n个蓄热式燃烧器用于排烟，其中n＞m，且n+m≥3，n和m为自然数，即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至少多1个。在本实施例中，如图2所示，m＝1，n＝2，控制器开始启动第一蓄热式燃烧器21用于燃烧，同时启动第二蓄热式燃烧器22和第三蓄热式燃烧器23用于排烟。

燃烧步骤中控制器将启动步骤中用于燃烧的第一蓄热式燃烧器21进行燃烧生产，同时第二蓄热式燃烧器22和第三蓄热式燃烧器23及时将炉膛内的烟气全部排出。此时第一燃气阀511和第一助燃气体换向阀521打开，第一烟气换向阀531关闭，同时第二燃气阀512、第二助燃气体换向阀522、第三燃气阀513以及第三助燃气体换向阀523关闭，第二烟气换向阀532和第三烟气换向阀533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由第一助燃气体换向阀521进入第一蓄热式燃烧器21后，在经过蓄热式燃烧器21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经第二蓄热式燃烧器22和第三蓄热式燃烧器23被及时排出。高温烟气在通过第二蓄热式燃烧器22和第三蓄热式燃烧器23的蓄热室208时，将热量储存在蓄热体203内，然后在引风机601的作用下以低于200℃的低温烟气经过第二烟气换向阀532和第三烟气换向阀533而排出。

切换步骤中包括切换用于燃烧的蓄热式燃烧器中的至少一个用于排烟，同时切换用于排烟的蓄热式燃烧器中的至少一个用于燃烧，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。在本实施例中，切换步骤中将用于燃烧的第一蓄热式燃烧器21切换为用于排烟，同时将用于排烟的第二蓄热式燃烧器22切换为用于燃烧，那么切换后的燃烧装置中，第一蓄热式燃烧器21和第三蓄热式燃烧器23用于排烟，第二蓄热式燃烧器22用于燃烧。

循环步骤包括返回执行切换步骤和燃烧步骤，直至燃烧工作结束。在本实施例中，将用于燃烧的第二蓄热式燃烧器21切换为用于排烟，同时将用于排烟的第三蓄热式燃烧器22切换为用于燃烧，那么再次切换后的燃烧装置中，第一蓄热式燃烧器21和第二蓄热式燃烧器22用于排烟，第三蓄热式燃烧器22用于燃烧。当第三蓄热式燃烧器完成燃烧工作后，本发明的方法即完成了一个周期，从此进入下一个周期进行循环工作，直至燃烧工作结束。

在本实施例中，在切换步骤中，切换用于燃烧的蓄热式燃烧器中的一个用于排烟，同时切换用于排烟的蓄热式燃烧器中的一个用于燃烧。由此排烟效果更好，炉压稳定。

在本实施例中，在所述切换步骤中，顺次地切换第一蓄热燃烧器21、第二蓄热式燃烧器22和第三蓄热式燃烧器23交替用于燃烧或用于排烟，由此确保处于排烟状态的燃烧起的数量比处于燃烧状态的燃烧器的数量多1个，这样不仅可以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。还可以进一步减小炉膛内压差的变化，确保燃烧生产的稳定进行。

在本实施例中，切换步骤在三个蓄热式燃烧器之间周期性地执行。顺次执行完切换步骤后再从用于燃烧的第一蓄热式燃烧器21开始重新执行切换步骤，循环进行燃烧生产，直至生产结束。

在本实施例中，所述设备包含3个蓄热式燃烧器，设定周期时长为60s，那么在一个周期中，每个蓄热式燃烧器用于燃烧的工作时间优选为20s，每个蓄热式燃烧器用于排烟的工作时间则为40s，控制器在两个蓄热式燃烧器之间切换的间隔时间等于用于燃烧的蓄热式燃烧器燃烧的工作时间20s。

表1是将本发明的一个优选实施例用于连接有三个蓄热式燃烧器的熔铝炉时，在生产过程中记录的实验参数。

表1

从表1可见，利用本发明的方法，熔铝炉的排烟温度低于130℃，余热助燃空气温度比进烟温度仅低100℃左右，预热助燃空气的温度效率提高到了92％，炉压波动范围仅在±60Pa以内，因此相比于现有技术，本发明的控制方法更加节能、环保和安全。

作为本发明的另一个优选实施例，如图3所示。在本实施例中，一种蓄热式燃烧装置包括五个蓄热式燃烧器2，m＝2，n＝3。控制器开始启动第一蓄热式燃烧器21和第二蓄热式燃烧器22首先用于燃烧，同时启动第三蓄热式燃烧器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，用于排烟的蓄热式燃烧器比用于燃烧的蓄热式燃烧器多一个。

燃烧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，同时第三蓄热式燃烧器23、第四蓄热式燃烧器24以及第五蓄热式燃烧器25用于排烟工作。

切换步骤中，控制器既可以同时切换第一蓄热式燃烧器21和第二蓄热式燃烧器22用于排烟，并且同时切换其余3个用于排烟的蓄热式燃烧器中的任2个用于燃烧；又可以不同时切换第一蓄热式燃烧器21和第二蓄热式燃烧器22用于排烟。例如，控制器首先切换第一蓄热式燃烧器21用于排烟，但是不同时切换第三蓄热式燃烧器23、第四蓄热式燃烧器24和第五蓄热式燃烧器25中的任一个用于燃烧(此状态下，仅第二蓄热式燃烧器22用于燃烧烧，其余4个蓄热式燃烧器用于排烟)，间隔一段时间后，控制器再切换用于燃烧的第二蓄热式燃烧器22用于排烟，同时切换第三蓄热式燃烧器23、第四蓄热式燃烧器24和第五蓄热式燃烧器25中的任一个用于燃烧。

优选地，第一蓄热式燃烧器21和第二蓄热式燃烧器22同时进行燃烧工作一段时间后，例如30s后，控制器同时切换第一蓄热式燃烧器21和第二蓄热式燃烧器22用于排烟，并且同时切换第三蓄热式燃烧器23和第四蓄热式燃烧器24用于燃烧。然后第三蓄热式燃烧器23和第四蓄热式燃烧器24进行燃烧工作，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进行排烟工作，及时将炉膛内的烟气全部排出。第三蓄热式燃烧器23和第四蓄热式燃烧器24燃烧工作一段时间后，例如30s，控制器顺次切换第三蓄热式燃烧器23和第四蓄热式燃烧器24用于排烟，同时顺次切换第一蓄热式燃烧器21和第五蓄热式燃烧器25用于燃烧。然后第一蓄热式燃烧器21和第五蓄热式燃烧器25进行燃烧工作，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24用于排烟。以此类推。

在本实施例中，在切换步骤中，切换用于燃烧的蓄热式燃烧器中的2个用于排烟，同时切换用于排烟的蓄热式燃烧器中的2个用于燃烧。由此排烟效果更好，炉压稳定。

在本实施例中，切换步骤在五个蓄热式燃烧器之间周期性地执行，顺次执行完切换步骤后再从用于燃烧的第一蓄热式燃烧器21和第二蓄热式燃烧器22开始重新执行燃烧步骤，循环进行燃烧生产，直至生产结束。

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 (8)

1.一种蓄热式燃烧装置的控制方法，其包括如下步骤：

启动步骤：启动m个蓄热式燃烧器用于燃烧，同时启动n个蓄热式燃烧器用于排烟，其中n＞m，且n+m≥3，n和m为自然数；

燃烧步骤：使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：切换用于燃烧的蓄热式燃烧器中的至少一个用于排烟，切换用于排烟的蓄热式燃烧器中的至少一个用于燃烧，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；

循环步骤：返回执行燃烧步骤，直至燃烧工作结束。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，炉膛内的全部烟气通过用于排烟的蓄热式燃烧器排出。

3.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，切换用于燃烧的蓄热式燃烧器中的至少一个用于排烟，同时切换用于排烟的蓄热式燃烧器中的至少一个用于燃烧。

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，切换用于燃烧的蓄热式燃烧器中的一个用于排烟，同时切换用于排烟的蓄热式燃烧器中的一个用于燃烧。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的方法，其特征在于，在所述切换步骤中，顺次地切换用于燃烧的蓄热式燃烧器用于排烟，并且顺次地切换用于排烟的蓄热式燃烧器用于燃烧。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的方法，其特征在于，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。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在一个周期中，每一个用于燃烧的蓄热式燃烧器的燃烧工作时间为T×m/(m+n)，其中T为周期的时长。

8.根据权利要求1～7中任意一项所述的方法，其特征在于，在所述启动步骤中，同时启动所述m个蓄热式燃烧器用于燃烧，其中m≥2。