CN104534505B - 一种燃烧节能安全控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃烧节能安全控制系统，包括带燃烧器和烟道的燃烧设备，所述燃烧器的进风口内设置有风机，燃烧器的燃气进气口与燃气源管路连接；燃烧器的进风口串接有风量调节器，燃烧器与燃气源连接的管路上设置有燃气流量调节器，所述风机、风量调节器和燃气流量调节器受控于一终端控制器；所述烟道内设置有包括检测烟气中O₂、CO、CH₄成份浓度以及烟气温度的传感器组，所述传感器组反馈连接至终端控制器；终端控制器网络连接至监管中心云数据处理平台。本发明还提供了一种燃烧节能控制方法。本发明解决了现有燃烧设备难以实现精确控制的问题，保证了燃烧系统的节能安全运行。

Description

一种燃烧节能安全控制系统及方法

技术领域

本发明涉及燃烧系统技术，具体是一种燃烧节能安全控制系统及方法。

背景技术

目前燃气锅炉的燃烧调试，通常是由工作人员凭肉眼观察进行调试，其燃烧状况完全由工作人员的经验决定，其往往凭火焰的颜色及形状对燃烧进行调试，这种主观调控往往都达不到理想的燃烧状况。虽然也有单位也通过烟气分析仪等设备对烟气成分进行检测分析，并据此定期调整燃烧器的空燃比，但燃烧工况始终是实时变化的，比如天然气压力波动会同比例影响天然气的流量，以致在大部分的运行时间里，燃烧空燃比事实上处于失控状态。

而燃烧空燃比失控通常是由于欠氧燃烧或者过氧燃烧造成。在欠氧燃烧时，天然气得不到充分燃烧，可燃气体会大量增加，部分天然气会在未经充分燃烧就排放掉了。这种情况肉眼基本无法察觉，只有在非常严重时，才会出现冒黑烟现象，但这时燃料损失已经超过20%。而在过氧燃烧时，肉眼则看不到任何异常，过氧燃烧对锅炉能效的影响非常大，过剩空气系数越大、能耗越高。实际运行中，燃气锅炉过剩空气系数超过1.5的情况非常普遍。

国家标准《燃气锅炉技术规范TSG G0003-2010》要求空气过量系数小于1.15，但实际上，目前的燃气锅炉调试及运行基本都是只能达到点着火、不冒烟的状态。同时，国标要求锅炉烟气的氧含量应控制在1%～3%，但是，由于燃气管网压力波动等原因，传统的锅炉燃烧控制方式完全不能适时调整燃烧状况，造成在大多数情况下燃烧工况恶化。

因此，对燃烧设备的燃烧过程进行在线实时自适应控制，以改善燃烧工况是提高燃烧效率和燃烧安全性的有效途径。如CN 103486608 A公开的一种锅炉自动化燃烧节能控制方法和节能系统，其通过变频器控制鼓风机的鼓风量和/或给煤机的给煤量，直至所述烟气含氧量的检测值在所述设定范围内。但是，对鼓风机进行变频控制，固然可以根据燃气量的大小增/减风量，却也会改变鼓风机的工作曲线，改变燃烧室内的压力，可能会影响燃烧的稳定性。

另外，燃烧系统的安全性也是一个亟待解决的问题。目前的燃烧系统几乎都有吹扫功能，目的是将燃烧设备炉膛内残留的可燃气体吹扫干净，然后再自动点火。但是，在实际运行中，如果燃气阀门有泄漏，尽管经过吹扫，可燃气体仍可能经过阀门泄漏进炉膛里造成安全隐患。目前，一些大中型的燃烧器上加装了燃气检漏装置在点火前对燃气阀门是否泄漏进行检测，检测合格才启动点火流程，但在燃气检漏装置故障的情况下仍可能出现点火爆炸。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃烧节能安全控制系统及方法，采用智能控制技术解决现有燃烧系统空气燃气配比难以实现精确控制的问题，并与监管中心云数据处理平台网络形成工控网络，采用互联网信息技术，实时在线监测燃烧工况。

本发明的技术方案如下：

一种燃烧节能安全控制系统，包括带燃烧器和烟道的燃烧设备，所述燃烧器的进风口内设置有风机，燃烧器的燃气进气口与燃气源管路连接。所述燃烧器的进风口串接有风量调节器，燃烧器与燃气源连接的管路上设置有燃气流量调节器，所述风机、风量调节器和燃气流量调节器受控于一终端控制器。所述烟道内设置有包括检测烟气中O₂、CO、CH₄成份浓度以及烟气温度的传感器组，所述传感器组反馈连接至终端控制器。终端控制器网络连接至监管中心云数据处理平台。

本系统的终端控制器是与燃烧器原有燃烧控制系统并联连接的，不替代原有燃烧控制系统，仅在原有燃烧控制系统的基础上，依据检测到排放烟气中的特定成分浓度来控制风量调节器从而精确进风量，或控制进气管路上的燃气调节阀从而精确进气量。

进一步的，所述风量调节器包括框架本体，所述框架本体包括风道，所述风道的一端为与燃烧器进风口连接的风道接口，风道的另一端为风道进风口，风道内置风门调节挡板，风道外置风门执行器，风门调节挡板由与风门执行器相连的风量调节连杆控制，所述风门执行器与终端控制器控制连接。

进一步的，所述燃气流量调节器包括从燃气源向燃气进气口依次设置的燃气压力表、燃气过滤器、燃气调压阀、燃气关断阀和燃气流量调节阀，燃气压力表与终端控制器通信连接，燃气调压阀、燃气关断阀和燃气流量调节阀与终端控制器控制连接。

进一步的，所述终端控制器具有主控单元、显示记录单元、数据处理单元和通讯单元。所述主控单元对风机、风量调节器和燃气流量调节器发送执行指令。所述数据处理单元计算当前的化学不完全燃烧热损失、排烟热损失、燃烧效率和累计节能效益，自动生成燃烧状况分析报告。所述显示记录单元实时显示包括烟气O₂、CO、CH₄成份浓度、温度、燃气压力以及燃烧状况分析报告并储存。所述通讯单元通过有线网络或无线网络将显示记录单元的实时数据和燃烧状况分析报告上传至监管中心云数据处理平台。所述监管中心云数据处理平台根据终端控制器上传的实时数据和燃烧状况分析报告，实现现场燃烧数据监测和分析，生成燃烧设备运行及维护指导报告，形成操作指令、报警提示和故障预警，发送至现场设备操作维护人员的电脑终端或移动终端上。

进一步的，所述终端控制器的主控单元判断烟气中CH₄成份浓度，控制燃气关断阀的通断，并发送报警信息。

更进一步的，所述燃烧器设有受控于终端控制器的启停开关。

一种燃烧节能安全控制方法，具有以下控制过程：

传感器组检测烟气中的O₂、CO、CH₄成份浓度、烟气温度以及燃烧器中燃烧室的温度，将信号反馈至终端控制器。

由终端控制器根据烟气中的O₂、CO、CH₄成份浓度，对风机、风量调节器和燃气流量调节器发送执行指令，现场调节燃烧器的给风量和燃气量，同时判断到CH₄成份浓度超标时，向燃气关断阀发动中断燃气供应的指令，控制燃气关断阀切断气源，判断到燃烧室的温度超标时，向燃烧器发送停止运行指令，并现场报警和上传报警信息至监管中心云数据处理平台。

终端控制器现场显示和存储烟气中的O₂、CO、CH₄成份浓度、烟气温度以及燃烧室的温度，数据处理后得到化学不完全燃烧热损失、排烟热损失、燃烧效率、累计节能效益和燃烧状况分析报告并上传至监管中心云数据处理平台。

监管中心云数据处理平台根据接收到的现场信息生成燃烧设备运行及维护指导报告，通过发送至现场设备操作维护人员的电脑终端或移动终端以指导设备操作维护人员进行现场干涉控制。

进一步，所述终端控制器调节燃烧器的给风量和燃气量具体包括如下步骤：

步骤a：由终端控制器判定燃烧器的类型，若燃烧器为机械连杆型燃烧器或电子比调型燃烧器，则进入步骤b，其余燃烧器类型则进入步骤d。

步骤b：检测燃烧器燃气进气口的燃气压力，若燃气压力稳定，终端控制器自动根据烟气中的氧含量和/或可燃气体含量对风量调节器进行控制，调节空燃比；若燃气压力不稳定，则进入步骤c。

步骤c：终端控制器根据烟气中氧含量和/或可燃气体含量，先调节风量调节器，对进风量进行粗调，再通过变频调节风机实现对进风量进行精调，以调节空燃比。

步骤d：终端控制器根据烟气中氧含量和/或可燃气体含量，通过调节燃气流量调节器调节燃气流量，以调节空燃比。

本发明的终端控制器是与燃烧器原有燃烧控制系统并联连接的，不替代原有燃烧控制系统。仅在原有燃烧控制系统的基础上，依据检测到排放烟气中的特定成分浓度来控制风量调节器从而精确进风量，或控制进气管路上的燃气调节阀从而精确进气量。

可见本发明涉及的控制系统及控制方法在现有系统的基础上，跟据检测到排放烟气中的O₂、CO成份浓度，通过增设风量调节器和燃气流量调节器，实现燃烧器的给风量和燃气量的精确控制，通过风量调节器调控进入燃烧室的空气量，避免了变频调控风机引起燃烧室压力改变的问题，保证了系统运行的稳定性。并与监管中心云数据处理平台网络形成工控网络，实时在线监测燃烧工况，并记录和分析燃烧工况数据，从而及时预判和发现燃烧设备的异常，通过电脑终端或移动终端及时指导设备维护人员科学操作和正确维护燃烧设备，确保燃烧设备的各项工况参数达到最佳，实现燃烧设备节能和安全运行。并实时根据CH₄成份浓度控制燃气供应的通断，根据燃烧室的温度控制燃烧器的运行与否，保证整个燃烧系统的安全运行。

附图说明

图1为本发明系统的结构示意图；

图2为本发明的终端控制器与燃烧设备之间的控制关系图；

图3为本发明燃烧设备的结构示意图；

图4为本发明风量调节器的结构示意图；

图5为本发明燃气流量调节器的结构示意图；

图6为本发明的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

如图1和图2所示，一种燃烧节能安全控制系统，在现有燃烧器1的基础上增设风量调节器3和燃气流量调节器4，使作为就地控制端的终端控制器5除对现有燃烧器1进风口内的风机进行调控外，还调控风量调节器3和燃气流量调节器4。风量调节器3串接在现有燃烧器1的进风口进行调风，便于对给风量的精细控制。燃气流量调节器4一改现有燃烧器1燃气进气管路上缺乏流量调节的现况，其在燃气进气管上的设置使得燃气量受调控。终端控制器5的控制参数为燃烧排出的烟气成份，为此，在烟道2中设置检测O₂、CO、CH₄成份浓度以及烟气温度的传感器，甚至设置检测其它可燃气体成份浓度的传感器，终端控制器5根据传感器实时反馈的监测数据，调节风机、风量调节器3和燃气流量调节器4中的一个或多个，来达到空燃比的精细调控,。终端控制器5还与监管中心云数据处理平台形成工控网络，方便对系统的燃烧工况进行共享分析，以提高管理效率。

风量调节器3作为给风量的调节装置，其具体的一种实施例可以如图3和图4所示，其框架本体的风道34上下贯通，风道34的上端口为与燃烧器1进风口连接的风道接口35，风道34由支架31支撑悬空，风道34的下端口悬空。风道34内置风门调节挡板36，风道34外置由伺服电机33驱动的风门执行器，风门调节挡板36由风量调节连杆32控制，风量调节连杆32受风门执行器控制，风门执行器受终端控制器5控制。

燃气流量调节器4的具体结构如图3和图5所示，其包括从燃气源向燃气进气口依次设置的燃气压力表41、燃气过滤器42、燃气调压阀43、燃气关断阀44和燃气流量调节阀45，燃气压力表41可将燃气压力值传输至终端控制器5，燃气调压阀43、燃气关断阀44和燃气流量调节阀45均受终端控制器5控制。

终端控制器5的主控单元负责对风机、风量调节器3和燃气流量调节器4发送执行指令。终端控制器5的数据处理单元计算当前的化学不完全燃烧热损失、排烟热损失、燃烧效率和累计节能效益，自动生成燃烧状况分析报告。终端控制器5的显示记录单元实时显示包括烟气O₂、CO、CH4成份浓度、温度、燃气压力以及燃烧状况分析报告并储存。终端控制器5的通讯单元通过有线网络或无线网络将显示记录单元的实时数据和燃烧状况分析报告上传至监管中心云数据处理平台。监管中心云数据处理平台根据终端控制器5上传的实时数据和燃烧状况分析报告，实现现场燃烧数据监测和分析，生成燃烧设备运行及维护指导报告，形成操作指令、报警提示和故障预警，发送至设备维护人员的电脑终端或移动终端上，实时提醒设备维护人员进行相关操作。

终端控制器5根据实时监测的烟气中的CH₄浓度，判断CH₄浓度是否超过预设值，当CH4浓度超过预设值时，其主控单元自动控制燃气关断阀44以切断气源，并现场报警和上传报警信息至监管中心云数据处理平台。

本系统终端控制器5的主控单元可以是单片机，也可以是PLC控制器或是PC机，其可以在任意一周期内计算并记录燃烧排烟热损失、化学不完全燃烧损失、排烟酸露点等，反应更多的燃烧工况。传感器组6除包括检测O₂含量、可燃气体含量和烟气温度的传感器外，还可增设氮化物等气体成份含量的传感器，是检测参数更全面。传感器除安装在烟道2，也可以是炉膛中或烟箱中等。当针对锅炉型燃烧器时，对应锅炉设置温度传感器，锅炉出现干烧时温度异常，终端控制器通过温度传感器检测到的异常温度值控制启停开关，进而在干烧时切断燃烧器电源的通断，保护锅炉。移动终端用于接收作为远端的监管中心云数据处理平台发来的指令，根据服务对象不同，可以是手机APP，也可以是手持PDA等便携式移动通讯设备。

本系统安装后，在系统投运前，自动计量设定周期内的燃烧能耗损失，并形成一个能耗基准值；在系统投运后，自动实时计量实际的燃烧能耗损失，与上述能耗基准值进行比较并计算节能量，为远端监管中心提供决策参考依据。本系统的燃烧器可以是机械鼓风式（燃气/燃油）燃烧器，也可以是引射式燃气燃烧器；所述燃烧设备可以是锅炉、加热炉、热媒油炉及其他工业炉窑。

参见图6，该系统的燃烧节能安全控制方法如下：由传感器组检测烟气中的O₂、CO、CH₄成份浓度、烟气温度以及燃烧器中燃烧室的温度，发送至终端制器5；由终端制器5根据烟气中的O₂、CO、CH₄成份浓度现场调节燃烧器的给风量和燃气量，同时判断到CH₄成份浓度超标时中断燃气的供应，判断到燃烧室的温度超标时停止燃烧器的运行。终端控制器5现场显示和存储烟气中的O₂、CO、CH₄成份浓度、烟气温度以及燃烧室的温度，数据处理后得到化学不完全燃烧热损失、排烟热损失、燃烧效率、累计节能效益和燃烧状况分析报告并上传至监管中心云数据处理平台。监管中心云数据处理平台根据接收到的现场信息生成燃烧设备运行及维护指导报告，通过发送至现场设备操作维护人员的电脑终端或移动终端以指导设备操作维护人员进行现场干涉控制。

在上述方法下，上述系统针对具体的燃烧器时，先判定燃烧器的类型。若燃烧器为机械连杆型燃烧器或电子比调型燃烧器，先检测燃烧器燃气进气口的燃气压力，若燃气压力稳定，终端控制器自动根据烟气中的氧含量和/或可燃气体含量对风量调节器进行控制，调节空燃比；若燃气压力不稳定，则终端控制器根据烟气中氧含量和/或可燃气体含量，先调节风量调节器，对进风量进行粗调，再通过变频调节风机实现对进风量进行精调，以调节空燃比。若为气动比调型燃烧器，则终端控制器根据烟气中氧含量和/或可燃气体含量，通过调节燃气流量调节器调节燃气流量，以调节空燃比。

总之，根据燃烧器的类型选择对应的调控方式时，可通过终端控制器的硬件设置完成，也可在终端控制器上通过人机对话界面软件实现。在上述调控方式中，终端控制器可以以烟气中的氧含量为主控参数，也可以以燃气含量为主控参数，通过调节给风量、燃气量，将氧含量和燃气含量调控到目标值上。

本系统的远端的监管云数据处理平台包含数据监控、数据分析、报警提示、故障预警、负荷预警、效率计算、节能量统计等功能，还具备对服务终端发送处理指导意见的功能。该监控系统可以24小时365天不间断接收就地终端控制器发出的数据，并对该数据进行自动分析，对报警信息做出提示，同时根据实时运行数据进行研究，分析数据曲线及变化趋势，对可能出现故障的点进行预警，并针对该可能出现的故障进行分类，并将该故障的处理意见汇总，自动形成设备健康及维护指导报告并发送至服务APP终端。

Claims (1)

1.一种基于燃烧节能安全控制系统的燃烧节能安全控制方法，其特征在于，具有以下控制过程：

传感器组检测烟气中的O₂、CO、CH₄成份浓度、烟气温度以及燃烧器中燃烧室的温度，将信号反馈至终端控制器；

由终端控制器根据烟气中的O₂、CO、CH₄成份浓度，对风机、风量调节器和燃气流量调节器发送执行指令，现场调节燃烧器的给风量和燃气量，同时判断到CH₄成份浓度超标时，向燃气关断阀发动中断燃气供应的指令，控制燃气关断阀切断气源，判断到燃烧室的温度超标时，向燃烧器发送停止运行指令，并现场报警和上传报警信息至监管中心云数据处理平台；

终端控制器现场显示和存储烟气中的O₂、CO、CH₄成份浓度、烟气温度以及燃烧室的温度数据，并对数据处理后得到化学不完全燃烧热损失、排烟热损失、燃烧效率、累计节能效益和燃烧状况分析报告并上传至监管中心云数据处理平台；

监管中心云数据处理平台根据接收到的现场信息生成燃烧设备运行及维护指导报告，通过发送至现场设备操作维护人员的电脑终端或移动终端以指导设备操作维护人员进行现场干涉控制；

其中，所述终端控制器调节燃烧器的给风量和燃气量具体包括如下步骤：

步骤a ：由终端控制器判定燃烧器的类型，若燃烧器为机械连杆型燃烧器或电子比调型燃烧器，则进入步骤b，其余燃烧器类型则进入步骤d ；

步骤b ：检测燃烧器燃气进气口的燃气压力，若燃气压力稳定，终端控制器自动根据烟气中的氧含量和/ 或可燃气体含量对风量调节器进行控制，调节空燃比；若燃气压力不稳定，则进入步骤c ；

步骤c ：终端控制器根据烟气中氧含量和/ 或可燃气体含量，先调节风量调节器，对进风量进行粗调，再通过变频调节风机实现对进风量进行精调，以调节空燃比；

步骤d ：终端控制器根据烟气中氧含量和/ 或可燃气体含量，通过调节燃气流量调节器调节燃气流量，以调节空燃比；

所述燃烧节能安全控制系统包括带燃烧器和烟道的燃烧设备，所述燃烧器的进风口内设置有风机，燃烧器的燃气进气口与燃气源管路连接，所述燃烧器的进风口串接有风量调节器，燃烧器与燃气源连接的管路上设置有燃气流量调节器，所述风机、风量调节器和燃气流量调节器受控于一终端控制器；所述烟道内设置有包括检测烟气中O₂、CO、CH₄成份浓度以及烟气温度的传感器组，所述传感器组反馈连接至终端控制器；终端控制器网络连接至监管中心云数据处理平台。