CN110160082A - 一种燃料气燃烧控制方法、系统及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种燃料气燃烧控制方法、系统及装置，包括：实时测量燃料气的流量；分析燃料气中的气体组分，并确定每种气体组分在燃料气中的体积分数及该气体组分完全燃烧所需的空气系数；根据燃料气流量及燃料气中每种气体组分所占的体积分数和该种气体组分完全燃烧所需的空气系数确定完全燃烧当前流量的燃烧气所需助燃空气的流量值，以根据助燃空气的流量值控制助燃空气的实际进气流量。本发明根据燃料气的流量、每种气体组分在燃料气中的体积分数及该气体组分完全燃烧所需的空气系数计算出所需的助燃空气的流量值，最终根据助燃空气的流量值控制助燃空气的实际进气流量，提高了燃烧过程的自动化程度，可精确控制燃料气与助燃空气的流量比例。
Description
技术领域
本发明涉及加热炉控制技术领域，具体而言，涉及一种燃料气燃烧控制方法、系统及装置。
背景技术
在食品、化工、冶金等行业的生产过程中，通常需要使用热量进行干燥、加热等操作，采用鼓入热风的方式明显更易于实现，因此应用较为广泛。
热风的来源除电加热外，基本均为采用各种窑炉，使用燃料气燃烧发热后将热风输送走供使用。现有的窑炉在燃烧时，可能由于气流不稳、燃料气组分波动等原因，造成产出的热风温度出现波动，不利于热风的利用。
另外，通常各种窑炉都是由金属板材焊接加工制成后，再在内壁敷设有耐火材料衬里，在燃烧过程中，如果气流不稳或燃料气组分波动等原因引起升温或降温速率过快、温度波动过大等异常情况时，可能会损坏耐火材料，导致受损脱落，进而可能发生烧穿设备，发生泄漏，造成火灾爆炸等安全事故，因而需要在使用过程中谨慎操作。
因此，寻找一种能够精确控制空气/燃料气的流量和组分比例，进而保持窑炉稳定运行的方法，是行业内急需解决的问题。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种燃料气燃烧控制方法、系统及装置，旨在解决现有技术中因气流不稳或燃料气组分波动等原因导致窑炉难以稳定运行的问题。
第一方面，本发明提出了一种燃料气燃烧控制方法，包括以下步骤：步骤1，实时测量燃料气的流量；步骤2，分析所述燃料气中的气体组分，并确定每种气体组分在所述燃料气中的体积分数及该气体组分完全燃烧所需的空气系数；步骤3，根据所述燃料气的流量及所述每种气体组分在所述燃料气中的体积分数和该种气体组分完全燃烧所需的空气系数确定完全燃烧当前流量的燃烧气所需助燃空气的流量值，以根据所述助燃空气的流量值控制助燃空气的实际进气流量。
进一步地，上述燃料气燃烧控制方法中，所述步骤3中，当燃料气为一种时，其完全燃烧所需的助燃空气的流量由下式确定：
其中，Fsair是当燃料气为一种时所需的助燃空气流量；Ffuel为当前测量的该种燃料气的流量；Vk为该种燃料气中的第k种气体组分所占的体积分数；Ck为该种燃料气中的第k种气体组分完全燃烧所需的空气系数；K1为第一空气过量控制系数；s为该种燃料气中气体组分的种类数；s、k均为大于等于1的正整数，k小于等于s。
进一步地，上述燃料气燃烧控制方法中，所述步骤3中，当燃料气为多种时，所有燃料气完全燃烧所需的助燃空气的总流量由下式确定：
其中，Fmair是当燃料气为多种时所需的助燃空气总流量；Fi为当前测量的第i种燃料气的流量；Vj为该第i种燃料气中的第j种气体组分所占的体积分数；Cj为该第i种燃料气中的第j种气体组分完全燃烧所需的空气系数；K2为第二空气过量控制系数；q为每种燃料气中气体组分的种类数；p为燃料气的种类数；p、q、i、j均为大于等于1的正整数，i小于等于p，j小于等于q。
进一步地，上述燃料气燃烧控制方法中，所述燃料气中每种气体组分完全燃烧所需的空气系数由该气体组分完全燃烧所需的氧气消耗系数除以空气中氧气的百分含量得到。
进一步地，上述燃料气燃烧控制方法中，所述步骤3中，对燃料气流量和助燃空气流量的控制方式为串级控制。
本发明中，通过实时测量外界输送的燃料气的流量，分析所述燃料气中的气体组分，并确定每种气体组分在所述燃料气中的体积分数及该气体组分完全燃烧所需的空气系数，从而根据燃料气的流量、每种气体组分在燃料气中的体积分数及该气体组分完全燃烧所需的空气系数计算出所需的助燃空气的流量值，最终根据助燃空气的流量值控制助燃空气的实际进气流量，提高了燃烧过程的自动化程度，可精确的控制燃料气与助燃空气的流量比例，避免出现由于燃料气组分波动引起的升温或降温速率过快致使窑炉出现异常而难以稳定运行的情况，确保了燃烧过程的稳定进行；同时，也减少了操作人员的工作量，降低了因误操作而导致安全事故的概率。
第二方面，本发明提出了一种燃料气燃烧控制系统，该系统包括：燃料气流量检测单元，用于实时获取燃料气的流量；燃料气组分分析单元，其与所述燃料气流量检测单元连接，用于分析所述燃料气中的气体组分在所述燃料气中的体积分数，并确定每种气体组分完全燃烧所需的空气系数；助燃空气流量控制单元，其与所述燃料气流量检测单元及所述燃料气组分分析单元均连接，用于根据所述燃料气的流量及所述每种气体组分在所述燃料气中的体积分数和该种气体组分完全燃烧所需的空气系数确定完全燃烧当前流量的燃烧气所需助燃空气的流量值，并根据所述助燃空气的流量值控制助燃空气的实际进气流量。
进一步的，上述燃料气燃烧控制系统中，所述助燃空气流量控制单元中包括：第一计算模块，其用以确定单一种类燃料气完全燃烧所需的助燃空气的流量，所述第一计算模块根据下式确定助燃空气的流量：
其中，Fsair是当燃料气为一种时所需的助燃空气流量；Ffuel为当前测量的该种燃料气的流量；Vk为该种燃料气中的第k种气体组分所占的体积分数；Ck为该种燃料气中的第k种气体组分完全燃烧所需的空气系数；K1为第一空气过量控制系数；s为该种燃料气中气体组分的种类数；s、k均为大于等于1的正整数，k小于等于s。
进一步的，上述燃料气燃烧控制系统中，所述助燃空气流量控制单元中包括：第二计算模块，其用以确定多种类燃料气完全燃烧所需的助燃空气的流量，所述第二计算模块根据下式确定助燃空气的总流量：
其中，Fmair是当燃料气为多种时所需的助燃空气总流量；Fi为当前测量的第i种燃料气的流量；Vj为该第i种燃料气中的第j种气体组分所占的体积分数；Cj为该第i种燃料气中的第j种气体组分完全燃烧所需的空气系数；K2为第二空气过量控制系数；q为每种燃料气中气体组分的种类数；p为燃料气的种类数；p、q、i、j均为大于等于1的正整数，i小于等于p，j小于等于q。
本发明通过燃料气流量检测单元实时测量外界输送的燃料气的流量，通过燃料气组分分析单元分析所述燃料气中的气体组分，并确定每种气体组分在所述燃料气中的体积分数及该气体组分完全燃烧所需的空气系数，从而根据燃料气的流量、每种气体组分在燃料气中的体积分数及该气体组分完全燃烧所需的空气系数计算出所需的助燃空气的流量值，最终根据助燃空气的流量值控制助燃空气的实际进气流量，可精确的控制燃料气与助燃空气的流量比例，提高了燃烧过程的自动化程度，同时，增加了操作的便利性，降低了操作人员因误操作而导致安全事故的概率。
第三方面，本发明还提出了一种燃料气燃烧控制装置，该装置包括：控制器和设置在燃料气进气管线上的燃料气流量检测器及燃料气组分分析设备；其中，所述燃料气流量检测器用于检测待控制燃烧设备中输入的燃料气流量；所述燃料气组分分析设备与所述燃料气流量检测器连接，用于接收所述燃料气流量检测器检测的燃料气流量，并据此分析所述燃料气的气体组分及每种气体组分在所述燃料气中的体积分数和该气体组分完全燃烧所需的空气系数；
所述控制器与所述燃料气流量检测器及所述燃料气组分分析设备均连接，用于接收所述燃料气流量检测器检测的燃料气流量和所述燃料气组分分析设备分析的每种气体组分在所述燃料气中的体积分数和该气体组分完全燃烧所需的空气系数，并根据所述燃料气流量、每种气体组分在所述燃料气中的体积分数和该气体组分完全燃烧所需的空气系数控制该燃料气完全燃烧所需的助燃空气的流量。
进一步地，上述燃料气燃烧控制装置中，还包括：若干测温表决设备；其中，各所述测温表决设备靠近待控制燃烧设备的排气口设置，用以检测所述燃烧设备的温度；所述控制器与各所述测温表决设备连接，用于接收各所述测温表决设备检测的温度数据，并根据各所述温度数据控制所述燃料气的流量。
进一步地，上述燃料气燃烧控制装置中，还包括：火焰检测设备：其中，所述火焰检测设备设置在所述燃烧设备内靠近燃料气或助燃空气的进口处，用于检测所述燃烧设备内燃料气燃烧时的火焰强度；所述控制器与所述火焰检测设备连接，用于接收所述火焰检测设备获取的火焰强度信号，并根据所述火焰强度信号控制所述燃料气进气管线的开闭以及吹扫气路的开闭。
进一步地，上述燃料气燃烧控制装置中，还包括：氧含量测量设备；其中，所述氧含量测量设备设置在所述燃烧设备的排气管线上，用于实时检测所述燃烧设备内燃料气燃烧后的烟气中的含氧量；所述控制器与所述氧含量测量设备连接，用以接收所述氧含量测量设备发送的氧含量信号，并根据所述氧含量信号控制所述燃料气的流量以及所述助燃空气的流量。
本发明提供的燃料气燃烧控制装置，通过控制器接收燃料气的流量和气体组分的体积分数及空气系数，并根据接收的数据确定燃料气完全燃烧所需的助燃空气的流量，从而调节助燃空气的流量，实现了通过燃料气流量及其中的气体组分自动调节助燃空气流量的功能，减少了操作人员的工作量，降低了因误操作导致发生安全事故的机率。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的燃料气燃烧控制方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的燃料气燃烧控制系统的结构框图；
图3为本发明实施例提供的燃料气燃烧控制装置的结构框图；
图4为本发明实施例提供的燃料气燃烧控制装置的又一结构框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
方法实施例：
参阅图1，本发明实施例的燃料气燃烧控制方法包括以下步骤：。
步骤S1，实时测量燃料气的流量。
具体而言，可以通过燃料气流量检测装置对当前输入燃烧设备内的燃料气的流量进行实时检测。本实施例中的燃料设备可以为热风炉、烟气炉、惰性气体发生器和燃烧炉等工业窑炉中的任意一种，燃烧设备内的燃料气一般为多种气体的混合气。实际中可以有一种或多种燃料气通过各自的管线输入至窑炉内。如果是多种燃料气同时输入窑炉中时，需要分别检测每种燃料气的流量。
步骤S2，分析所述燃料气中的气体组分，并确定每种气体组分在所述燃料气中的体积分数及该气体组分完全燃烧所需的空气系数。
具体而言，可以通过燃料气组分测量装置对当前输入窑炉内的燃料气的气体组分进行分析，并确定每种气体组分的体积分数，以及根据每种气体的种类确定其对应的空气系数。例如燃料气中可以有CH4、C2H2、C2H4等气体，每种气体组分的空气系数由该气体组分完全燃烧所需的氧气消耗系数除以空气中氧气的百分含量得到。其中，该气体组分完全燃烧所需的氧气消耗系数可以根据该组分完全燃烧的反应方程式来确定。如果输入炉内的为多种燃料气，则需分别检测每种燃料气中的气体组分、确定不同燃料气中每种气体组分的体积分数，以及根据每种气体的种类确定其对应的空气系数。
步骤S3，根据所述燃料气的流量及所述每种气体组分在所述燃料气中的体积分数和该种气体组分完全燃烧所需的空气系数确定完全燃烧当前流量的燃烧气所需助燃空气的流量值，以根据所述助燃空气的流量值控制助燃空气的实际进气流量。
具体而言，实际中，燃料气的流量以及燃料气中的组分种类和含量往往有波动，因此，通过实时测量燃料气的流量及燃料气中的气体组成，并根据每种气体组分完全燃烧所需的空气系数来确定完全燃烧输入窑炉内的燃料气所需的助燃空气的流量。能够精确的控制燃料气和助燃空气的流量比例，从而有利于保证窑炉的稳定运行。
上述显然可以得出，本实施例中提供的燃料气的燃烧控制方法，通过实时测量外界输送的燃料气的流量，分析所述燃料气中的气体组分，并确定每种气体组分在所述燃料气中的体积分数及该气体组分完全燃烧所需的空气系数，从而根据燃料气的流量、每种气体组分在燃料气中的体积分数及该气体组分完全燃烧所需的空气系数计算出所需的助燃空气的流量值，最终根据助燃空气的流量值控制助燃空气的实际进气流量，提高了燃烧过程的自动化程度，可精确的控制燃料气与助燃空气的流量比例，避免出现由于燃料气组分波动引起的升温或降温速率过快致使窑炉出现异常而难以稳定运行的情况，确保了燃烧过程的稳定进行；同时，也减少了操作人员的工作量，降低了因误操作而导致安全事故的概率。
上述实施例中，对燃料气流量和助燃空气流量的控制可以为串级控制，当调节燃料气流量时，可以将不同气体组分完全燃烧所需的空气系数的计算值，作为所需燃空气流量的设定值，以直接调节助燃空气的流量，可进一步提高流量和组分的控制精度，从而进一步减少了操作人员的工作量和出错机率。
上述实施例中，所述步骤S3中，当燃料气为一种时，其完全燃烧所需的助燃空气的流量由下式确定：
其中，Fsair为助燃空气流量，其单位可以为Nm3/h；Ffuel为当前测量的该种燃料气的流量，其单位可以为Nm3/h；Vk为该种燃料气中的第k种气体组分所占的体积分数；Ck为该种燃料气中的第k种气体组分完全燃烧所需的空气系数；K1为第一空气过量控制系数s为该种燃料气中气体组分的种类数；s、k均为大于等于1的正整数，k小于等于s。
需要说明的是，K1可以大于等于1，为了保证燃料气能够完全燃烧，提高燃气利用效率，优选的，K1的取值为1.05～1.1，此时，K1相当于过量空气系数。
具体实施时，第k种气体组分完全燃烧所需的空气系数由该气体组分完全燃烧所需的氧气消耗系数除以空气中氧气的百分含量得到。以CmHn作为当前测量的燃料气中的第k种气体的分子式，那么该组分完全燃烧的反应方程式为：CmHn+(2m+n)/4O2＝mCO2+n/2H2O，由此得到，该气体组分的氧气消耗系数为(2m+n)/4，假设空气中氧气的百分含量为20.9％，则该第k种气体组分完全燃烧所需的空气系数为
为本领域技术人员所熟知的是，在步骤S1之前，可以根据窑炉温度的设定值确定入炉燃料气的流量值，从而控制入炉燃料气的实时流量，将上述计算得到的助燃空气流量作为助燃空气流量控制器的设定值，即可通过调节助燃空气线路上的流量调节阀来调节助燃空气的流量，从而实现了由炉温的设定来调节燃料气的流量，并由燃料气流量来调节助燃空气的流量，因而提高了燃料气燃烧过程的自动化程度，使得燃烧过程中燃料气和助燃空气的流量比例控制的更加精确，操作更便捷，减少了操作人员的工作量，降低了因误操作导致发生安全事故的概率。即：本实施例中，对炉温、燃料气流量和助燃空气流量的控制可以为串级控制，从而实现了根据炉温控制燃料气的流量、并通过燃料气流量控制助燃空气的流量，使得燃料燃烧过程中控制更精确，操作更方便。
上述各实施例中，所述步骤S3中，当燃料气为多种时，所有燃料气完全燃烧所需的助燃空气的总流量由下式确定：
其中，Fmair是当燃料气为多种时所需的助燃空气总流量，其单位可以为Nm3/h；Fi为当前测量的第i种燃料气的流量，其单位可以为Nm3/h；Vj为该第i种燃料气中的第j种气体组分所占的体积分数；Cj为该第i种燃料气中的第j种气体组分完全燃烧所需的空气系数；K2为第二空气过量控制系数；q为每种燃料气中气体组分的种类数；p为燃料气的种类数；p、q、i、j均为大于等于1的正整数，i小于等于p，j小于等于q。
需要说明的是，K2可以大于等于1，为了保证燃料气能够完全燃烧，提高燃气利用效率，K2的取值为1.05～1.1，此时，K2相当于过量空气系数。K2与K1可以相等，也可不等，根据实际燃烧情况确定即可。
具体而言，当设定的炉温较高，使得所需燃料气的流量过大，单一种类燃料气管线无法满足所需燃料气流量的要求时，本实施例还可根据需要，同时使用多种燃料气共同燃烧，或是在多种燃料气间自如切换。例如从第1种燃料切换到燃料气流量更大的第2种燃料…或第i种燃料运行的工况，或是控制第1种燃料、第2种燃料、…和第i种燃料同时燃烧。在同时使用多种燃料气时，只需要将各燃料气所需的助燃空气流量求和，即可调节助燃空气的总流量。
具体实施时，第j种气体组分完全燃烧所需的空气系数由该气体组分完全燃烧所需的氧气消耗系数除以空气中氧气的百分含量得到。以CmHn作为当前测量的燃料气中的第j种气体的分子式，那么该组分完全燃烧的反应方程式为：CmHn+(2m+n)/4O2＝mCO2+n/2H2O，由此得到，该气体组分的氧气消耗系数为(2m+n)/4，假设空气中氧气的百分含量为20.9％，则该第j种气体组分完全燃烧所需的空气系数为
可以看出，本实施例通过对每种燃料气中各气体组分的种类及含量进行分析，可以得到多种燃料同时燃烧时所需的助燃空气的总流量，更加精确的控制了燃料气和助燃空气的流量比例，可操作性较强，能进一步提高操作人员的工作效率，也有利于窑炉规模的放大。
系统实施例：
参阅图2，本发明还提供了一种燃料气燃烧控制系统，包括：燃料气流量检测单元100、燃料气组分分析单元200和助燃空气流量控制单元300；其中，燃料气流量检测单元100用于实时获取燃料气的流量，燃料气组分分析单元200与所述燃料气流量检测单元100连接，用于分析所述燃料气中的气体组分在所述燃料气中的体积分数，并确定每种气体组分完全燃烧所需的空气系数。所述助燃空气流量控制单元300与所述燃料气流量检测单元100及所述燃料气组分分析单元200均连接，用于根据所述燃料气的流量及所述每种气体组分在所述燃料气中的体积分数和该种气体组分完全燃烧所需的空气系数确定完全燃烧当前流量的燃烧气所需助燃空气的流量值，并根据所述助燃空气的流量值控制助燃空气的实际进气流量。
其中，所述燃料气中每种气体组分完全燃烧所需的空气系数由该气体组分完全燃烧所需的氧气消耗系数除以空气中氧气的百分含量得到。需要说明的是，该系统的具体实施过程参见上述方法实施例中的说明即可，本实施例在此不再赘述。
可以看出，本实施例通过燃料气流量检测单元实时测量外界输送的燃料气的流量，通过燃料气组分分析单元分析所述燃料气中的气体组分，并确定每种气体组分在所述燃料气中的体积分数及该气体组分完全燃烧所需的空气系数，从而根据燃料气的流量、每种气体组分在燃料气中的体积分数及该气体组分完全燃烧所需的空气系数计算出所需的助燃空气的流量值，最终根据助燃空气的流量值控制助燃空气的实际进气流量，可精确的控制燃料气与助燃空气的流量比例，提高了燃烧过程的自动化程度，同时，增加了操作的便利性，降低了操作人员因误操作而导致安全事故的概率。
上述实施例中，助燃空气流量控制单元300中包括：第一计算模块301，其用以确定单一种类燃料气完全燃烧所需的助燃空气的流量，所述第一计算模块根据下式确定助燃空气的流量：
其中，Fsair是当燃料气为一种时所需的助燃空气流量；Ffuel为当前测量的该种燃料气的流量；Vk为该种燃料气中的第k种气体组分所占的体积分数；Ck为该种燃料气中的第k种气体组分完全燃烧所需的空气系数；K1为第一空气过量控制系数；s为该种燃料气中气体组分的种类数；s、k均为大于等于1的正整数，k小于等于s。其中，第一计算模块301的具体实施过程参见上述方法实施例中的说明即可，本实施例在此不再赘述。
上述各实施例中，助燃空气流量控制单元300中还包括：第二计算模块302，其用以确定多种类燃料气完全燃烧所需的助燃空气的流量，所述第二计算模块根据下式确定助燃空气的总流量：
其中，Fmair是当燃料气为多种时所需的助燃空气总流量；Fi为当前测量的第i种燃料气的流量；Vj为该第i种燃料气中的第j种气体组分所占的体积分数；Cj为该第i种燃料气中的第j种气体组分完全燃烧所需的空气系数；K2为第二空气过量控制系数；q为每种燃料气中气体组分的种类数；p为燃料气的种类数；p、q、i、j均为大于等于1的正整数，i小于等于p，j小于等于q。
其中，第二计算模块302的具体实施过程参见上述方法实施例中的说明即可，本实施例在此不再赘述。
装置实施例：
参阅图3和图4，本发明还提供了一种燃料气燃烧控制装置，包括：控制器1和设置在燃料气进气管线上的燃料气流量检测器2及燃料气组分分析设备3；其中，所述燃料气流量检测器2用于检测待控制燃烧设备中输入的燃料气流量；所述燃料气组分分析设备3与所述燃料气流量检测器2连接，用于接收所述燃料气流量检测器2检测的燃料气流量，并据此分析所述燃料气的气体组分及每种气体组分在所述燃料气中的体积分数和该气体组分完全燃烧所需的空气系数；所述控制器1与所述燃料气流量检测器2及所述燃料气组分分析设备3均连接，用于接收所述燃料气流量检测器2检测的燃料气流量和所述燃料气组分分析设备3分析的每种气体组分在所述燃料气中的体积分数和该气体组分完全燃烧所需的空气系数，并根据所述燃料气流量、每种气体组分在所述燃料气中的体积分数和该气体组分完全燃烧所需的空气系数控制该燃料气完全燃烧所需的助燃空气的流量。
具体而言，燃料气流量检测器2及燃料气组分分析设备3均布置在燃料气进气管线上，二者可以分别通过管道与燃烧设备连通，本实施例中的燃烧设备可以为窑炉。控制器1可以布置在燃烧设备进口处的助燃空气进气管线上，用管道和燃烧设备连通。控制器1根据燃料气流量、每种气体组分在所述燃料气中的体积分数和该气体组分完全燃烧所需的空气系数确定助燃空气流量，再用此流量值作为控制器的设定值，进而自动调节助燃空气线上调节阀的开度，从而达到通过燃料气流量控制助燃空气流量的目的。如果是一种燃料气输入窑炉中时(如图3所示)，仅需通过该种燃料气的流量及该种燃料气中各气体组分的体积分数和各自所需要的空气系数即可得到所需的助燃空气流量。
如果是多种燃料气同时输入窑炉中时(如图4所示)，需要分别检测第1种燃料气、第2种燃料气的流量、……第i种燃料气的流量，将每种燃料气完全燃烧所需的空气流量加和就可以得到总的助燃空气流量。当一种燃料气难以满足燃烧要求时，控制器可以发出相应的信号，控制流量较小的燃料气输送管线关闭，并开启流量较大的燃料气输送管线，即可实现在不同燃料气管线中自动切换；当然控制器还可以控制多种燃料气同时输入燃烧设备内。
可以看出，通过控制器接收燃料气的流量和气体组分，并结合单一气体组分在燃料气中的体积分数及其完全燃烧反应时的反应方程式计算出所需该气体组分所需的氧气耗量系数，再根据助燃空气中的氧气浓度，进一步确定燃料气完全燃烧所需的助燃空气的流量，从而调节助燃空气的流量，实现了通过燃料气流量及其燃料气中的气体组分自动调节助燃空气流量的功能，减少了操作人员的工作量，降低了因误操作导致发生安全事故的机率；进一步的，在使用组分波动剧烈的燃料气燃烧时，可同时使用多种燃料气共同燃烧，或是在流量不同的多种燃料气之间自行切换，具有可操作性强的特点，有利于窑炉规模的放大。
上述实施例中，还包括：若干测温表决设备4；其中，各所述测温表决设备4靠近待控制燃烧设备的排气口设置，用以检测所述燃烧设备的温度；所述控制器与各所述测温表决设备4连接，用于接收各所述测温表决设备4检测的温度数据，并根据各所述温度数据控制所述燃料气的流量。
具体而言，测温表决设备4的数量可以根据实际情况确定，各个测温表决设备4设置在燃烧设备内，并在靠近排气口位置沿燃烧设备的圆周均匀布置，可防止因某一点故障或被杂物覆盖影响温度测量的准确性。可以将各个温度表决设备检测的温度数据求平均值得到燃烧设备的温度设定值，控制器可以根据该温度设定值控制燃料气进气管线上的调节阀开度，从而控制燃料气的进气流量，即实现了通过燃烧设备的温度控制燃料气流量。由于通过燃料气流量及其燃料气中的气体组分可以自动调节助燃空气的流量，因此可以实现通过炉温控制燃料气流量，并通过燃料气流量控制助燃空气流量的串级控制，进一步提高了燃烧过程的自动化控制，并进一步减少了操作人员的工作量。
上述各实施例中，还可以包括：火焰检测设备5：其中，所述火焰检测设备5设置在所述燃烧设备内靠近燃料气或助燃空气的进口处，用于检测所述燃烧设备内燃料气燃烧时的火焰强度；所述控制器与所述火焰检测设备5连接，用于接收所述火焰检测设备5获取的火焰强度信号，并根据所述火焰强度信号控制所述燃料气进气管线的开闭以及吹扫气的开闭。
优选的，所述火焰检测设备5中还可以设置显示器，以将燃烧设备内的燃烧情况显示在显示器上，便于操作人员更直观的观察燃烧设备内的燃烧情况。
具体而言，当火焰检测设备5获取的火焰强度过小或无火时，则控制器分别向燃料气进气管线上的调节阀和吹扫气路上的调节阀发送信号，以切断燃料气的输入，同时，打开吹扫气路以防止回火，并打开放空阀将管道内残存的燃料气排尽。需要说明的是，当燃料气为多种时，相应的也设置有多条吹扫气管线。
当使用单一燃料气，且其组分波动较大时，会导致燃料气或助燃空气流量变化较大，进而导致燃烧设备内燃烧情况恶化，严重时可能火焰熄灭。而如果熄火后炉内温度未明显降低时，操作人员可能错误地认为窑炉仍在正常燃烧中，未及时切断入炉的燃料气，则可能发生闪爆等事故，造成设备损坏或经济损失。通过火焰检测装置可以便于实时监测燃烧设备内燃料气的燃烧情况，从而能及时采取措施，进而有效避免上述安全事故的发生。
上述各实施例中，还可以包括：氧含量测量设备6；其中，所述氧含量测量设备6设置在所述燃烧设备的排气管线上，用于实时检测所述燃烧设备内燃料气燃烧后的烟气中的含氧量；所述控制器与所述氧含量测量设备6连接，用以接收所述氧含量测量设备6发送的氧含量信号，并根据所述氧含量信号控制所述燃料气的流量以及所述助燃空气的流量。
具体而言，氧含量测量设备6可以设置在窑炉排气管道上，该处气体温度比炉膛内燃烧区的温度低，更容易仪表选材，可降低投资成本。氧含量测量设备6监测的氧含量过低时，则意味着燃料气可能未充分燃烧，会造成燃气的浪费；氧含量过高，则可能影响下游用户的使用；或是可能有仪表测量不准，提示操作人员及时排查处理。
可以看出，通过氧含量测量设备6可以实时监测燃烧后产生的热气中的氧含量，从而据此调节燃料气或助燃气的流量，避免燃烧不充分或燃烧后产生的热风不能充分利用的情况。
此外，进燃料气管线的氮气管线上还设置有氮气切断阀，用管道和燃料气管线相连接，用于在停燃料后吹扫炉膛和燃料气管线，防止可燃气浓度高，在下一次点火时发生闪爆事故。燃料气放空管线上还设置有燃料气放空阀，用管道和燃料气管线相连接，停燃料后打开放空阀，将管线内的燃料气排放去火炬，并用氮气吹尽。
可以看出，本发明提供的燃料气燃烧控制装置，可以通过燃料气流量检测器及燃料气组分分析设备分别获取燃料气流量、燃料气中气体组分的体积分数与空气系数，从而通过控制器稳定精确的控制燃料气与助燃空气的流量比例，并且操作强度低，适于推广。进一步地，可根据窑炉内的实际温度，实现炉温控制燃料气流量、燃料气流量控制助燃空气流量的功能，使得燃料气与助燃空气的流量控制更精确。
综上，本发明通过实时测量外界输送的燃料气的流量，分析所述燃料气中的气体组分，并确定每种气体组分在所述燃料气中的体积分数及该气体组分完全燃烧所需的空气系数，从而根据燃料气的流量、每种气体组分在燃料气中的体积分数及该气体组分完全燃烧所需的空气系数计算出所需的助燃空气的流量值，最终根据助燃空气的流量值控制助燃空气的实际进气流量，提高了燃烧过程的自动化程度，可精确的控制燃料气与助燃空气的流量比例，避免出现由于燃料气组分波动引起的升温或降温速率过快致使窑炉出现异常而难以稳定运行的情况，确保了燃烧过程的稳定进行；同时，也减少了操作人员的工作量，降低了因误操作而导致安全事故的概率。
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 (12)
1.一种燃料气燃烧控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，实时测量燃料气的流量；
步骤2，分析所述燃料气中的气体组分，并确定每种气体组分在所述燃料气中的体积分数及该气体组分完全燃烧所需的空气系数；
步骤3，根据所述燃料气的流量及所述每种气体组分在所述燃料气中的体积分数和该种气体组分完全燃烧所需的空气系数确定完全燃烧当前流量的燃烧气所需助燃空气的流量值，以根据所述助燃空气的流量值控制助燃空气的实际进气流量。
2.根据权利要求1所述的燃料气燃烧控制方法，其特征在于，所述步骤3中，当燃料气为一种时，其完全燃烧所需的助燃空气的流量由下式确定：
其中，Fsair是当燃料气为一种时所需的助燃空气流量；Ffuel为当前测量的该种燃料气的流量；Vk为该种燃料气中的第k种气体组分所占的体积分数；Ck为该种燃料气中的第k种气体组分完全燃烧所需的空气系数；K1为第一空气过量控制系数；s为该种燃料气中气体组分的种类数；s、k均为大于等于1的正整数，k小于等于s。
3.根据权利要求1所述的燃料气燃烧控制方法，其特征在于，所述步骤3中，当燃料气为多种时，所有燃料气完全燃烧所需的助燃空气的总流量由下式确定：
其中，Fmair是当燃料气为多种时所需的助燃空气总流量；Fi为当前测量的第i种燃料气的流量；Vj为该第i种燃料气中的第j种气体组分所占的体积分数；Cj为该第i种燃料气中的第j种气体组分完全燃烧所需的空气系数；K2为第二空气过量控制系数；q为每种燃料气中气体组分的种类数；p为燃料气的种类数；p、q、i、j均为大于等于1的正整数，i小于等于p，j小于等于q。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的燃料气燃烧控制方法，其特征在于，所述燃料气中每种气体组分完全燃烧所需的空气系数由该气体组分完全燃烧所需的氧气消耗系数除以空气中氧气的百分含量得到。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的燃料气燃烧控制方法，其特征在于，所述步骤3中，对燃料气流量和助燃空气流量的控制方式为串级控制。
6.一种燃料气燃烧控制系统，其特征在于，包括：
燃料气流量检测单元，用于实时获取燃料气的流量；
燃料气组分分析单元，其与所述燃料气流量检测单元连接，用于分析所述燃料气中的气体组分在所述燃料气中的体积分数，并确定每种气体组分完全燃烧所需的空气系数；
助燃空气流量控制单元，其与所述燃料气流量检测单元及所述燃料气组分分析单元均连接，用于根据所述燃料气的流量及所述每种气体组分在所述燃料气中的体积分数和该种气体组分完全燃烧所需的空气系数确定完全燃烧当前流量的燃烧气所需助燃空气的流量值，并根据所述助燃空气的流量值控制助燃空气的实际进气流量。
7.根据权利要求6所述的燃料气燃烧控制系统，其特征在于，所述助燃空气流量控制单元中包括：第一计算模块，其用以确定单一种类燃料气完全燃烧所需的助燃空气的流量，所述第一计算模块根据下式确定助燃空气的流量：
其中，Fsair是当燃料气为一种时所需的助燃空气流量；Ffuel为当前测量的该种燃料气的流量；Vk为该种燃料气中的第k种气体组分所占的体积分数；Ck为该种燃料气中的第k种气体组分完全燃烧所需的空气系数；K1为第一空气过量控制系数；s为该种燃料气中气体组分的种类数；s、k均为大于等于1的正整数，k小于等于s。
8.根据权利要求6所述的燃料气燃烧控制系统，其特征在于，所述助燃空气流量控制单元中包括：第二计算模块，其用以确定多种类燃料气完全燃烧所需的助燃空气的流量，所述第二计算模块根据下式确定助燃空气的总流量：
其中，Fmair是当燃料气为多种时所需的助燃空气总流量；Fi为当前测量的第i种燃料气的流量；Vj为该第i种燃料气中的第j种气体组分所占的体积分数；Cj为该第i种燃料气中的第j种气体组分完全燃烧所需的空气系数；K2为第二空气过量控制系数；q为每种燃料气中气体组分的种类数；p为燃料气的种类数；p、q、i、j均为大于等于1的正整数，i小于等于p，j小于等于q。
9.一种燃料气燃烧控制装置，其特征在于，包括：控制器和设置在燃料气进气管线上的燃料气流量检测器及燃料气组分分析设备；其中，
所述燃料气流量检测器用于检测待控制燃烧设备中输入的燃料气流量；
所述燃料气组分分析设备与所述燃料气流量检测器连接，用于接收所述燃料气流量检测器检测的燃料气流量，并据此分析所述燃料气的气体组分及每种气体组分在所述燃料气中的体积分数和该气体组分完全燃烧所需的空气系数；
所述控制器与所述燃料气流量检测器及所述燃料气组分分析设备均连接，用于接收所述燃料气流量检测器检测的燃料气流量和所述燃料气组分分析设备分析的每种气体组分在所述燃料气中的体积分数和该气体组分完全燃烧所需的空气系数，并根据所述燃料气流量、每种气体组分在所述燃料气中的体积分数和该气体组分完全燃烧所需的空气系数控制该燃料气完全燃烧所需的助燃空气的流量。
10.根据权利要求10所述的燃料气燃烧控制装置，其特征在于，还包括：若干测温表决设备；其中，
各所述测温表决设备靠近待控制燃烧设备的排气口设置，用以检测所述燃烧设备的温度；
所述控制器与各所述测温表决设备连接，用于接收各所述测温表决设备检测的温度数据，并根据各所述温度数据控制所述燃料气的流量。
11.根据权利要求10所述的燃料气燃烧控制装置，其特征在于，还包括：火焰检测设备：其中，
所述火焰检测设备设置在所述燃烧设备内靠近燃料气或助燃空气的进口处，用于检测所述燃烧设备内燃料气燃烧时的火焰强度；
所述控制器与所述火焰检测设备连接，用于接收所述火焰检测设备获取的火焰强度信号，并根据所述火焰强度信号控制所述燃料气进气管线的开闭以及吹扫气路的开闭。
12.根据权利要求10所述的燃料气燃烧控制装置，其特征在于，还包括：氧含量测量设备；其中，
所述氧含量测量设备设置在所述燃烧设备的排气管线上，用于实时检测所述燃烧设备内燃料气燃烧后的烟气中的含氧量；
所述控制器与所述氧含量测量设备连接，用以接收所述氧含量测量设备发送的氧含量信号，并根据所述氧含量信号控制所述燃料气的流量以及所述助燃空气的流量。
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