CN105650672A - 空燃电子比例调节系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空燃电子比例调节系统,将检测到的入炉空气温度参数输入空燃电子比例调节控制器中;将M个预选燃烧工况点单独所需的理论最小燃气流量分别与入炉空气温度进行积算出每个预选燃烧工况点的最佳空燃流量;确定每个最佳空燃流量匹配的空气调节阀开度和燃气调节阀开度;控制启动点火;在点火之后,控制燃烧设备炉膛内的燃烧负荷从点火负荷依次经过M个预选燃烧工况点后达到全负荷,其中,在经过每个预选燃烧工况点时,控制空气调节阀调节至与当前最佳空燃流量匹配的空气调节阀开度,以及控制燃气调节阀调节至与当前最佳空燃流量匹配的燃气调节阀开度。解决了现有燃烧设备炉膛内燃烧效率不高的技术问题,实现了精准空燃配比。

Description

空燃电子比例调节系统
技术领域
本发明涉及燃烧技术领域,具体涉及一种空燃电子比例调节系统。
背景技术
化石燃料作为不可再生型资源在全球工业化进程中面临日渐枯竭,节能减排已成为全球性主题。全国在运燃气类热力设备近20万台套,年燃烧气体燃料约400~700亿立方米。在日复一日消耗着巨量资源的同时,燃烧产物CO2排放约7700~13500万吨/年,NOx排放量也相应巨大。
目前,常规燃烧设备炉内燃烧由于空燃配比不佳,导致燃烧效率不高,燃烧工况负荷点位一般设计为4~6个。
发明内容
本发明实施例通过提供一种空燃电子比例调节系统,解决了现有燃烧设备炉内燃烧效率不高的技术问题。
本发明实施例提供的一种空燃电子比例调节系统,包括空气调节阀、燃气调节阀,空燃电子比例调节控制器,所述空燃电子比例调节控制器的控制端与所述空气调节阀的控制信号输入端连接,所述空燃电子比例调节控制器的控制端与所述燃气调节阀的控制信号输入端连接,所述空燃电子比例调节控制器用于执行如下步骤:
将检测到的入炉空气温度参数输入所述空燃电子比例调节控制器中;
将M个预选燃烧工况点单独所需的理论最小燃气流量分别与所述入炉空气温度进行积算出每个所述预选燃烧工况点的最佳空燃流量,其中,M为8~40的整数;
确定每个所述最佳空燃流量匹配的空气调节阀开度和燃气调节阀开度;
控制启动点火;
在点火之后,控制燃烧设备炉膛内的燃烧负荷从点火负荷依次经过所述M个预选燃烧工况点后达到全负荷,其中,在经过每个所述预选燃烧工况点时,控制所述空气调节阀调节至与当前最佳空燃流量匹配的空气调节阀开度,以及控制所述燃气调节阀调节至与所述当前最佳空燃流量匹配的燃气调节阀开度,并自动记忆存储。
优选的,所述空燃电子比例调节控制器还用于:
在所述控制燃烧设备炉膛内的燃烧负荷从点火负荷依次经过所述M个预选燃烧工况点后达到全负荷的过程中,监测每个所述预选燃烧工况点的燃烧状况;
在监测到第i预选燃烧工况点的燃烧效率小于预设效率阈值时,对所述第i预选燃烧工况点所匹配的所述最佳空燃流量进行修正,其中,所述第i预选燃烧工况点为所述M个预选燃烧工况点中的任一个,i为大于1小于等于M的整数。
优选的,所述空燃电子比例调节控制器具体控制所述燃烧设备炉膛内燃烧过程经过运行验证的40个所述预选燃烧工况点,其中,每个所述预选燃烧工况点对应一组阀开度值,40个所述预选燃烧工况点中包括多个典型工况和介于相邻所述典型工况间的多个过渡工况。
优选的,所述典型工况包括火力顺次增大的如下工况:点火工况、第一火力工况、第二火力工况、第三火力工况,最大火力工况;
其中,所述点火工况对应的一组阀开度值为:所述燃气调节阀开度6%,所述空气调节阀开度为10%;
其中,所述第一火力工况对应的一组阀开度值为:所述燃气调节阀开度18%,所述空气调节阀开度为30%;
其中,所述第二火力工况对应的一组阀开度值为:所述燃气调节阀开度33%,所述空气调节阀开度为50%;
其中,所述第三火力工况对应的一组阀开度值为:所述燃气调节阀开度40%,所述空气调节阀开度为70%;
其中,所述最大火力工况对应的一组阀开度值为:所述燃气调节阀开度65%,所述空气调节阀开度为95%。
优选的,所述空燃电子比例调节控制器具体用于:根据如下公式进行积算每个所述最佳空燃流量:
V K = α 273 + T 273 { 1 / 21 ( 0.5 H 2 + 0.5 CO + Σ ( m + n 4 ) C m H n + 1.5 H 2 S - Q 2 ) } × V R
其中,Vk为空气热态工况流量,VR为所述理论最小燃气流量,H2、CO、CmHn、H2S、O2表示燃气中每种气体组分的体积分数,m为碳原子数,n为氢原子数,α为过剩空气系数,T为入炉空气温度。
优选的,所述空燃电子比例调节控制器具体用于:根据如下公式积算关系得到每个所述空气调节阀开度:
当β为0%~10%时,Vk=(0%~10%)×Vkm
当β为11%~30%时,Vk=(11%~30%)×Vkm×1.05;
当β为31%~40%时,Vk=(31%~40%)×Vkm×1.08;
当β为41%~75%时,Vk=(41%~75%)×VVkm×1.1;
当β为80%~90%时,Vk=95%×Vkm
当β为>91%时,Vk=Vkm
其中,β为所述空气调节阀开度,Vk为所述空气热态工况流量,Vkm为空气热态全流量。
优选的,所述空燃电子比例调节控制器还用于:根据如下公式积算关系得到每个所述燃气调节阀开度:
当§为0%~10%时,VR=(0~10%)×VRm
当§为11%~30%时,VR=(11~30%)×VRm×1.05;
当§为31%~40%时,VR=(31~40%)×VRm×1.08;
当§为41%~75%时,VR=(41~75%)×VRm×1.1;
当§为80%~90%时,VR=95%×VRm
当§为>91%时,VR=VRm
其中,§为所述燃气调节阀开度,VR为所述理论最小燃气流量,VRm为燃气全流量。
优选的,所述空燃电子比例调节控制器具体为可编程逻辑控制器,其中,已在对所述可编程逻辑控制器的编程中输入燃气的组分特性、α值选取范围,以及参与计算的全部数学算式。
本发明实施例提供的一种或多种技术方案,至少实现了如下技术效果或优点:
本发明实施例提供的空燃电子比例调节系统,将检测到的入炉空气温度参数值输入空燃电子比例调节控制器中;将M个预选燃烧工况点单独所需的理论最小燃气流量分别与入炉空气温度进行积算出每个预选燃烧工况点的最佳空燃流量,确定每个最佳空燃流量匹配的空气调节阀开度和燃气调节阀开度;从而能够使燃烧负荷变化在经过每个预选燃烧工况点时,控制空气调节阀调节至与当前最佳空燃流量匹配的空气调节阀开度,以及控制燃气调节阀调节至与当前最佳空燃流量匹配的燃气调节阀开度。确定出的多组最佳阀开度值足够保证燃烧工况负荷变化要求,解决了现有燃烧设备炉内燃烧效率不高的技术问题,达到精准空燃配比,实现燃烧效率的提高,达到燃烧效率100%。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,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,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中空燃电子比例调节系统与燃烧设备连通的结构示意图;
图2为本发明实施例中空燃电子比例调节系统的工作流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例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作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。
本发明实施例提供的一种空燃电子比例调节系统,参考图1所示,包括空气调节阀1、燃气调节阀2和空燃电子比例调节控制器3,空燃电子比例调节控制器3的控制端与空气调节阀1的控制信号输入端连接,空燃电子比例调节控制器3的控制端与燃气调节阀2的控制信号输入端连接,参考图2所示,空燃电子比例调节控制器3用于执行如下步骤:
S1、将检测到入炉空气温度参数输入空燃电子比例调节控制器3中。具体的,入炉空气温度由燃烧设备4的测温系统进行检测并输出。
S2、将M个预选燃烧工况点单独所需的理论最小燃气流量分别与入炉空气温度进行积算出每个预选燃烧工况点的最佳空燃流量,其中,M为8~40的整数;
在具体实施过程中,空燃电子比例调节控制器3具体用于根据如下公式1进行积算每个最佳空燃流量:
V K = α 273 + T 273 { 1 / 21 ( 0.5 H 2 + 0.5 CO + Σ ( m + n 4 ) C m H n + 1.5 H 2 S - Q 2 ) } × V R (公式1)
其中,Vk为空气热态工况流量,VR为理论最小燃气流量;H2、CO、CmHn、H2S、O2表示燃气中每种气体组分的体积分数;m为碳原子数,n为氢原子数;α为过剩空气系数,T为入炉空气温度。
具体的,过剩空气系数α为1.05~1.15,在具体实施过程中进行不断修正得到更适配的过剩空气系数。
比如,以点火工况为例,理论计算出点火工况所需的理论最小燃气流量,将此理论最小燃气流量带入公式1计算出点火工况下的空气热态工况流量。
在具体实施过程中,预选燃烧工况点至少选择9个,预选燃烧工况点包括多个典型工况和介于相邻典型工况间的多个过渡工况。典型工况包括火力顺次增大的如下工况:点火工况、第一火力工况、第二火力工况、第三火力工况,最大火力工况。
S3、确定每个最佳空燃流量匹配的空气调节阀开度和燃气调节阀开度。
在具体实施过程中,为了建立全面完善的最佳空燃比关系,通过大量运行验证,确定40组最佳的阀开度值,即:M为40,40个预选燃烧工况点与40组最佳的阀开度值一对一的对应,则空燃电子比例调节控制器3具体控制燃烧过程负荷变化经过运行验证的40个预选燃烧工况点并验证后固化相应工况值,形成程序化模式,从而满足燃烧工况负荷变化要求。
在具体实施过程中,空燃电子比例调节控制器3具体用于根据如下公式积算关系得到每个预选燃烧工况点下的空气调节阀开度:
当β为0%~10%时,Vk=(0%~10%)×Vkm
当β为11%~30%时,Vk=(11%~30%)×Vkm×1.05;
当β为31%~40%时,Vk=(31%~40%)×Vkm×1.08;
当β为41%~75%时,Vk=(41%~75%)×VVkm×1.1;
当β为80%~90%时,Vk=95%×Vkm
当β为>91%时,Vk=Vkm
其中,β为空气调节阀开度,Vk为空气热态工况流量,Vkm为空气热态全流量。
在具体实施过程中,空燃电子比例调节控制器3还用于根据如下公式积算关系得到每个预选燃烧工况点下的燃气调节阀开度:
当§为0%~10%时,VR=(0~10%)×VRm
当§为11%~30%时,VR=(11~30%)×VRm×1.05;
当§为31%~40%时,VR=(31~40%)×VRm×1.08;
当§为41%~75%时,VR=(41~75%)×VRm×1.1;
当§为80%~90%时,VR=95%×VRm
当§为>91%时,VR=VRm
其中,§为燃气调节阀开度,VR为理论最小燃气流量,VRm为燃气全流量。
通过上述计算燃气调节阀开度的公式和计算空气调节阀开度的公式进行积算,得到40组最佳的阀开度值。为了说明书简洁,对40组最佳的阀开度值中对应典型工况的多组阀开度值进行举例说明,这里不对过渡工况的阀开度值进行描述:
点火工况对应的一组阀开度值为:燃气调节阀开度6%,空气调节阀开度为10%;第一火力工况对应的一组阀开度值为:燃气调节阀开度18%,空气调节阀开度为30%;第二火力工况对应的一组阀开度值为:燃气调节阀开度33%,空气调节阀开度为50%;第三火力工况对应的一组阀开度值为:燃气调节阀开度40%,空气调节阀开度为70%;最大火力工况对应的一组阀开度值为:燃气调节阀开度65%,空气调节阀开度为95%。
S4、控制启动点火,进入点火工况。
S5、在点火之后控制燃烧设备4炉膛内的燃烧负荷从点火负荷依次经过M个预选燃烧工况点后达到全负荷,其中,在经过每个预选燃烧工况点时,控制空气调节阀1调节至与当前最佳空燃流量匹配的空气调节阀开度,以及控制燃气调节阀2调节至与当前最佳空燃流量匹配的燃气调节阀开度,并自动记忆存储。
具体的,空燃电子比例调节控制器3根据编程指令,控制燃烧负荷自动、分步、分时段由点火工况经过40个预选燃烧工况点后达到全负荷。根据运行实例验证,固化的负荷特征点包括:点火负荷、30%负荷、50%负荷、90%负荷及全负荷,最多可有40个负荷点设定。
通过上述提供的空燃电子比例调节系统进行空气、燃气最佳空燃配比后进燃烧设备4炉膛内,提供了炉膛内良好的燃烧空燃比。
进一步的,本发明实施例提供的技术方案中,空燃电子比例调节控制器3还用于在控制燃烧设备4炉膛内的燃烧负荷从点火负荷依次经过M个预选燃烧工况点后达到全负荷的过程中,监测每个预选燃烧工况点的燃烧状况;在监测到第i预选燃烧工况点的燃烧效率小于预设效率阈值时,对第i预选燃烧工况点所匹配的最佳空燃流量进行修正,从而使得燃烧设备炉膛内燃烧的每个预选燃烧工况点都保持最佳燃烧状态,其中,第i预选燃烧工况点为M个预选燃烧工况点中的任一个,i为大于1小于等于M的整数。
从而通上述技术特征监测燃烧状况并随时进行参数修正,实现各工况保持最佳燃烧状态。
在具体实施过程中,空燃电子比例调节控制器3具体为可编程逻辑控制器。根据业主工艺系统要求固化若干负荷特征点(根据运行实例,一般为点火负荷、30%负荷、50%负荷、90%负荷及全负荷,最多可有40个负荷点设定),即可完成负荷变化要求操作。
通过上述本发明实施例提供的一种或多种技术方案,至少实现了如下技术效果或优点:
本发明实施例提供的空燃电子比例调节系统,将检测到的入炉空气温度参数输入空燃电子比例调节控制器中;将M个预选燃烧工况点单独所需的理论最小燃气流量分别与入炉空气温度进行积算出每个预选燃烧工况点的最佳空燃流量,确定每个最佳空燃流量匹配的空气调节阀开度和燃气调节阀开度;从而能够使燃烧负荷变化,在经过每个预选燃烧工况点时,控制空气调节阀调节至与当前最佳空燃流量匹配的空气调节阀开度,以及控制燃气调节阀调节至与当前最佳空燃流量匹配的燃气调节阀开度。确定出的多组最佳阀开度值足够保证燃烧工况负荷变化要求,解决了现有燃烧设备炉内燃烧效率不高的技术问题,达到精准空燃配比,实现燃烧效率的提高,达到燃烧效率100%。
尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种空燃电子比例调节系统,其特征在于,包括空气调节阀、燃气调节阀,和空燃电子比例调节控制器,所述空燃电子比例调节控制器的控制端与所述空气调节阀的控制信号输入端连接,所述空燃电子比例调节控制器的控制端与所述燃气调节阀的控制信号输入端连接,所述空燃电子比例调节控制器用于执行如下步骤:
将检测到的入炉空气温度参数输入所述空燃电子比例调节控制器中;
将M个预选燃烧工况点单独所需的理论最小燃气流量分别与所述入炉空气温度进行积算出每个所述预选燃烧工况点的最佳空燃流量,其中,M为8~40的整数;
确定每个所述最佳空燃流量匹配的空气调节阀开度和燃气调节阀开度;
控制启动点火;
在点火之后,控制燃烧设备炉膛内的燃烧负荷从点火负荷依次经过所述M个预选燃烧工况点后达到全负荷,其中,在经过每个所述预选燃烧工况点时,控制所述空气调节阀调节至与当前最佳空燃流量匹配的空气调节阀开度,以及控制所述燃气调节阀调节至与所述当前最佳空燃流量匹配的燃气调节阀开度,并自动记忆存储。
2.如权利要求1所述的空燃电子比例调节系统,其特征在于,所述空燃电子比例调节控制器还用于:
在所述控制燃烧设备炉膛内的燃烧负荷从点火负荷依次经过所述M个预选燃烧工况点后达到全负荷的过程中,监测每个所述预选燃烧工况点的燃烧状况;
在监测到第i预选燃烧工况点的燃烧效率小于预设效率阈值时,对所述第i预选燃烧工况点所匹配的所述最佳空燃流量进行修正,其中,所述第i预选燃烧工况点为所述M个预选燃烧工况点中的任一个,i为大于1小于等于M的整数。
3.如权利要求2所述的空燃电子比例调节系统,其特征在于,所述空燃电子比例调节控制器具体控制所述燃烧设备炉膛内燃烧过程经过运行验证的40个所述预选燃烧工况点,其中,每个所述预选燃烧工况点对应一组阀开度值,40个所述预选燃烧工况点中包括多个典型工况和介于相邻所述典型工况间的多个过渡工况。
4.如权利要求3所述的空燃电子比例调节系统,其特征在于,所述典型工况包括火力顺次增大的如下工况:点火工况、第一火力工况、第二火力工况、第三火力工况,最大火力工况;
其中,所述点火工况对应的一组阀开度值为:所述燃气调节阀开度6%,所述空气调节阀开度为10%;
其中,所述第一火力工况对应的一组阀开度值为:所述燃气调节阀开度18%,所述空气调节阀开度为30%;
其中,所述第二火力工况对应的一组阀开度值为:所述燃气调节阀开度33%,所述空气调节阀开度为50%;
其中,所述第三火力工况对应的一组阀开度值为:所述燃气调节阀开度40%,所述空气调节阀开度为70%;
其中,所述最大火力工况对应的组阀开度值为:所述燃气调节阀开度65%,所述空气调节阀开度为95%。
5.如权利要求4所述的空燃电子比例调节系统,其特征在于,所述空燃电子比例调节控制器具体用于:根据如下公式进行积算每个所述最佳空燃流量:
V K = α 273 + T 273 { 1 / 21 ( 0.5 H 2 + 0.5 C O + Σ ( m + n 4 ) C m H n + 1.5 H 2 S - Q 2 ) } × V R
其中,Vk为空气热态工况流量,VR为所述理论最小燃气流量,H2、CO、CmHn、H2S、O2表示燃气中每种气体组分的体积分数,m为碳原子数,n为氢原子数,α为过剩空气系数,T为入炉空气温度。
6.如权利要求5所述的空燃电子比例调节系统,其特征在于,所述空燃电子比例调节控制器具体用于:根据如下公式积算关系得到每个所述空气调节阀开度:
当β为0%~10%时,Vk=(0%~10%)×Vkm
当β为11%~30%时,Vk=(11%~30%)×Vkm×1.05;
当β为31%~40%时,Vk=(31%~40%)×Vkm×1.08;
当β为41%~75%时,Vk=(41%~75%)×VVkm×1.1;
当β为80%~90%时,Vk=95%×Vkm
当β为>91%时,Vk=Vkm
其中,β为所述空气调节阀开度,Vk为所述空气热态工况流量,Vkm为空气热态全流量。
7.如权利要求5所述的空燃电子比例调节系统,其特征在于,所述空燃电子比例调节控制器还用于:根据如下公式积算关系得到每个所述燃气调节阀开度:
当§为0%~10%时,VR=(0~10%)×VRm
当§为11%~30%时,VR=(11~30%)×VRm×1.05;
当§为31%~40%时,VR=(31~40%)×VRm×1.08;
当§为41%~75%时,VR=(41~75%)×VRm×1.1;
当§为80%~90%时,VR=95%×VRm
当§为>91%时,VR=VRm
其中,§为所述燃气调节阀开度,VR为所述理论最小燃气流量,VRm为燃气全流量。
8.如权利要求5-7中任一权项所述的空燃电子比例调节系统,其特征在于,所述空燃电子比例调节控制器具体为可编程逻辑控制器,其中,已在对所述可编程逻辑控制器的编程中输入燃气的组分特性、α值选取范围、以及参与计算的全部数学算式。
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