CN106196052A - 智能脉冲燃烧系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能脉冲燃烧系统，该智能脉冲燃烧系统包括燃气管路、助燃空气管路、燃烧器和控制系统，燃气管路将燃气通入燃烧器，助燃空气管路将空气通入燃烧器，控制系统控制燃气管路、助燃空气管路和燃烧器协调工作，实现智能脉冲燃烧控制。本发明根据判断检测到的工业炉实际温度与预先设定温度的偏差值的大小，由控制系统控制燃烧器内燃烧状态的切换和燃烧持续时间，实现智能脉冲燃烧控制。本发明可实现燃烧气氛的精确控制，提高传热效率，大大降低能耗；它无需在线调整，可提高烧嘴的负荷调节比；且系统简单可靠，造价低；此外，还能减少NOx的生成。

Description

智能脉冲燃烧系统

技术领域

本发明涉及工业炉燃烧工艺的控制方法和系统，它可广泛应用于冶金、电力、化工、石化等行业，对提高产品质量、降低能耗、减少污染发挥了重大作用。

背景技术

在现代工业炉要求炉温自动控制，尤其是热处理炉的升温和保温阶段，相应的必须实施燃烧自动控制，二者构成工业炉热工控制的基础和核心。燃烧控制方式基本分为比例燃烧控制和脉冲燃烧控制两种，对不同燃料及炉型而言，其选择和展开十分重要，决定了能否满足产品工艺要求及工业炉热工性能的先进性、可靠性和经济性。

目前国内普遍采用比例控制、双交叉限幅控制等连续燃烧控制形式，但往往受燃料量的测量和调节这一关键环节的制约，控制效果不佳，近年来国际上出现了脉冲燃烧控制技术，克服了这些弊端，被称为“未来工业炉控制技术的发展方向”。

脉冲燃烧控制技术是通过控制烧嘴的燃烧时序和燃烧的时间来控制炉子的温度，并且每个燃烧器可以进行单独的调节和控制。这种控制方式的动态性能好,控制温度波动小，节约燃料，目前已经得到的广泛的重视和应用。

发明内容

在本发明的目的在于实现燃烧气氛的精确控制，提高传热效率，降低能耗；提高烧嘴的负荷调节比；造价低；减少NOx的生成。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种智能脉冲燃烧系统，用于工业炉内温度控制，包括燃气管路、助燃空气管路、燃烧器、温度传感器和控制系统，燃气管路将燃气通入燃烧器，助燃空气管路将空气通入燃烧器，燃烧器与工业炉相连，温度传感器位于工业炉内，控制系统控制燃气管路、助燃空气管路和燃烧器协调工作，实现智能脉冲燃烧控制。

燃气管路入口依次设置过滤器，减压稳压阀，紧急切断阀，燃气电磁阀和燃气调节阀，通入燃气后，燃气依次经过过滤器过滤，通过减压稳压阀调节燃气流量并维持稳定压力，打开紧急切断阀和燃气电磁阀，燃气调节阀的开度用于调节燃气量，通入燃烧器。

助燃空气管路入口依次设有波纹管，手动调节阀及空气电磁阀，通入空气后，波纹管将空气维持一个稳定的压力水平，调节手动调节阀，打开空气电磁阀和燃气电磁阀，空气和燃气达到预先设定的燃空比并通入燃烧器。

控制系统包括点火控制器，点火变压器，脉冲控制器和温度控制器，点火控制器控制点火变压器输出高频电压打出火花点燃燃气，若点火失败，点火控制器关闭紧急切断阀同时发出红灯报警。

脉冲控制器根据判断工业炉内实际温度与预先设定的温度值的偏差值的大小，控制燃气电磁阀和空气电磁阀的开关动态调节，和燃烧器燃烧时序，实现工业炉内两种以上的燃烧状态的切换和燃烧持续时间，达到智能脉冲燃烧控制。

温度控制器与工业炉内温度传感器相连，用于检测炉内温度值和计算偏差值。

燃烧器的数量是事先给定的，燃烧器与工业炉相连，位于工业炉四周，燃烧器内设有火焰监视器，混合箱和点火器，火焰监视器与点火控制器相连，用于检测燃烧器中点火是否成功，若点火失败，将信息反馈给点火控制器。混合箱用于放置混合气体，并使燃气和空气充分混合，便于达到最佳燃烧状态。

点火器点火时，先控制点火变压器输出高频电压打出火花，将燃烧器按照一定的时序依次点燃。

该发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：

采用智能脉冲燃烧控制方法，可以在燃烧器燃烧时通过烟气含氧量分析仪准确找到处于满负荷状态下的燃空比关系值，一次性调整好投运后，只需要将燃气和助燃空气压力维持在一个稳定的水平，就可以达到控制目的。获得最佳燃烧效果，并且炉内气氛符合要求。这样大大提高了燃烧效率，降低了能耗，并提高了产品质量。

燃烧时始终处于满负荷状态，燃烧流速、火焰形状都处于最佳状态，炉墙两侧燃烧器交替燃烧，使得炉内气氛得以充分搅拌，炉内温度场均匀性大大增加，不但减少了高温燃气对钢料的直接冲击，而且显著降低了NOx的排放量。同时，与连续燃烧控制相比，脉冲燃烧控制系统中参与控制的仪表大为减少，仅有温度传感器、控制器和执行器，省略了许多加热昂贵的流量、压力检测控制机构。并且，由于只需要两位开关控制，执行器也由原来的气动阀门变为电磁阀，增加了系统的可靠性，不但降低了系统造价，也给以后系统的运行及维护带来了方便。

附图说明

图1为智能脉冲燃烧控制系统燃烧工艺曲线图；

图2为本发明的智能脉冲燃烧系统的原理示意图；

图3为本发明提供的智能脉冲燃烧器内部的结构图；

图4为本发明提供的智能脉冲燃烧系统的时序图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的原理和具体实施方式做进一步的说明。

脉冲燃烧采用一种间断燃烧方式实现炉内温度控制，燃料流量可通过压力调整预先设定，燃烧器一旦工作，根据加热工艺曲线要求，当需要升温时，设定目标温度，第二种燃烧状态时间加长，间断时间减少；当接近目标温度时，第二种燃烧状态时间减小，第一种燃烧状态时间加长，进入保温状态，当需要降温时，全部切换为第一种燃烧状态，如图1。

智能脉冲燃烧系统，包括燃气管路17、助燃空气管路18、燃烧器9、温度传感器16和控制系统，燃气管路17和助燃空气管路18与燃烧器9相连，温度传感器16摄于工业炉10内，控制系统作为中央控制单元，是整个燃烧系统的核心，控制燃气管路17、空气管路18和燃烧器9协调工作。

助燃空气管路18入口依次设有波纹管6，手动调节阀7及空气电磁阀8，通入空气后，波纹管6将空气维持一个稳定的压力水平，调节手动调节阀7，打开空气电磁阀8和燃气电磁阀4，空气和燃气达到预先设定的燃空比并通入燃烧器9。

燃气管路17入口依次设置过滤器1，减压稳压阀2，紧急切断阀3，燃气电磁阀4和燃气调节阀5，通入燃气后，燃气依次经过所述过滤器1过滤，通过所述减压稳压阀2调节燃气流量并维持稳定压力，打开紧急切断阀3和燃气电磁阀4，燃气调节阀5的开度用于调节燃气量，先通入空气一段时间后，由脉冲控制器12控制打开燃气电磁阀4，通燃气入燃烧器9。

控制系统包括点火控制器11，点火变压器13，脉冲控制器12和温度控制器15。

点火器902点火时，点火控制器11控制点火变压器13输出高频电压打出火花为第一燃烧状态，用于点燃燃气，产生两种以上不同燃烧状态，由燃烧器9自带的火焰监视器14检验燃烧器9内燃烧状态切换是否成功，若点火失败，将信息反馈给点火控制器11，由点火控制器11关闭紧急切断阀3同时发出红灯报警，如图2。考虑到工业炉一般离控制室距离较远，设计远程和就地两种点火方式，既可以在控制室通过操作员站画面点火、熄火，也可以通过现场操作箱按钮点火。

脉冲控制器12控制燃气电磁阀4和空气电磁阀8开关动态调节，实现两种以上的燃烧状态的切换和持续时间。温度控制器15与工业炉10内温度传感器16相连，检测工业炉10内温度值。对预先设定的温度和检测到的工业炉10内温度计算偏差值，由偏差值的动态检测结果作为脉冲控制器12控制燃烧器9燃烧时序和燃烧时间的依据，达到智能脉冲燃烧控制，实现精确控温，满足工艺效果。

脉冲控制器根据偏差值的大小输出开关量信号控制空气电磁阀和燃气电磁阀的开关频率和持续时间，即控制两种燃烧状态的切换频率和持续时间，从而控制相应加热段的温度。当开关量信号为“0”时，燃气调节阀开一小度(例：预先设定开度为10％)，以供第一燃烧状态燃烧用。当开关量信号为“1”并该烧嘴有小火时，燃气调节阀开一大开度(例：预先设定开度为90％)，根据温度偏差值控制开关量，既能达到脉冲燃烧控制，还能节约燃料，燃烧充分，实现最佳燃烧状态。

图3中，燃烧器9内设混合箱901和点火器902，混合箱901用于放置混合气体，并使燃气和空气充分混合，所有的燃烧器不同时点燃，而是按照一定的时序t依次点燃，便于达到最佳燃烧状态。

燃气和空气进入燃烧器内的混合箱充分混合，燃烧器一旦工作，就处于满负荷状态，本系统并不调节某个区域内燃料输入的大小，而是调节在给定区域内每个燃烧器被点燃的频率和持续时间。燃烧器的输入量n是事先给定的，分部在工业炉四周，每个燃烧器按照给定的开度和热量需求成正比的频率开闭，见图4。现代工业炉控温精度、温度均匀性要求高（实际温度和设定温度差不超过±5℃，同一加热段相邻两个区域温差不能超过±10℃），炉内设置温度传感器的数量是事先给定的，与燃烧器的数量一致，升温过程中，开大燃气调节阀的开度，全部切换为第二燃烧状态，当检测的炉内温度小于设定温度5℃时，部分燃烧器提前切换为第一燃烧状态，保持炉内温度稳定；若实测温度高于设定温度5℃时，燃烧器全部切换第一燃烧状态。

控制系统主要完成通讯、温度控制、数据的采集、重要的逻辑控制等，例如切断、点火正常／故障等。操作人员可以通过画面操作和监视工业炉燃烧工况，实现如点火、熄火操作、监视炉内温控实况、历史数据查询、打印报表、报警确认及查询等。

以上结合附图说明了本发明的具体实施方式，上述具体实施方式所示的具体结构和工艺过程仅仅为示例性的，而非限制性的，本发明所属技术领域的普通技术人员应当理解。

Claims (8)

1.一种智能脉冲燃烧系统，用于工业炉内温度控制，包括燃气管路、助燃空气管路、燃烧器、温度传感器和控制系统，其特征在于，所述燃气管路将燃气通入所述燃烧器，所述助燃空气管路将空气通入所述燃烧器，所述燃烧器与工业炉相连，所述温度传感器位于工业炉内，所述控制系统控制所述燃气管路、助燃空气管路和所述燃烧器协调工作，实现智能脉冲燃烧控制。

2.如权利要求1所述的智能脉冲燃烧系统，其特征在于：所述燃气管路入口依次设置过滤器，减压稳压阀，紧急切断阀，燃气电磁阀和燃气调节阀，通入燃气后，燃气依次经过所述过滤器过滤，通过所述减压稳压阀调节燃气流量并维持稳定压力，打开所述紧急切断阀和所述燃气电磁阀，所述燃气调节阀的开度用于调节燃气量，通入所述燃烧器。

3.如权利要求1所述的智能脉冲燃烧系统，其特征在于：所述助燃空气管路入口依次设有波纹管，手动调节阀及空气电磁阀，通入空气后，所述波纹管将空气维持一个稳定的压力水平，调节所述手动调节阀，打开所述空气电磁阀和所述燃气电磁阀，空气和燃气达到预先设定的燃空比并通入所述燃烧器。

4.如权利要求1所述的智能脉冲燃烧系统，其特征在于：所述控制系统包括点火控制器，点火变压器，脉冲控制器和温度控制器，所述点火控制器控制点火变压器输出高频电压打出火花点燃燃气，若点火失败，所述点火控制器关闭紧急切断阀同时发出红灯报警。

5.如权利要求4所述的智能脉冲燃烧系统，其特征在于，所述脉冲控制器根据判断工业炉内实际温度与预先设定的温度值的偏差值的大小，控制所述燃气电磁阀和所述空气电磁阀的开关动态调节，和所述燃烧器燃烧时序，实现工业炉内两种以上的燃烧状态的切换和燃烧持续时间，达到智能脉冲燃烧控制。

6.如权利要求4所述的智能脉冲燃烧系统，其特征在于，所述温度控制器与温度传感器相连，用于检测炉内温度值和计算偏差值。

7.如权利要求1所述的智能脉冲燃烧系统，其特征在于，所述燃烧器内设有火焰监视器，混合箱和点火器，所述火焰监视器与所述点火控制器相连，用于检测所述燃烧器中点火是否成功，若点火失败，将信息反馈给所述点火控制器，所述混合箱用于放置混合气体，并使燃气和空气充分混合，以便达到最佳燃烧状态。

8.如权利要求7所述的智能脉冲燃烧系统，其特征在于，所述点火器点火时，先控制所述点火变压器输出高频电压打出火花点燃燃气，使所述燃烧器依次点燃产生两种以上不同燃烧状态。