CN111810947B - 一种高温工业用多孔介质燃烧系统 - Google Patents

一种高温工业用多孔介质燃烧系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高温工业用多孔介质燃烧系统，包括空燃气混合系统、多孔介质燃烧装置、点火烧嘴与点火控制系统。空燃气混合系统设有空气管路、燃气管路、电磁切断阀、两个自动调节阀、混合器和防爆阀，两个自动调节阀之间通过比例关系实现空、燃气流量自动调节；多孔介质燃烧装置设有均气室、布风板、燃烧面板、烧嘴内衬；点火烧嘴设有喷嘴和喷管；点火控制系统设有电极、点火电源与控制装置，电极安装在点火烧嘴上，点火电源分别与电极和控制装置相连，控制装置设有点火模块、火焰检测模块和故障报警/连锁模块。本燃烧系统可延长电极使用寿命，提高点火稳定性，增强火焰监测效果，提升系统的可控性、完整性与安全性。

Description

一种高温工业用多孔介质燃烧系统
技术领域
本发明涉及一种高温工业用多孔介质燃烧系统，所述高温是指≥850℃以上，具体地说是本发明涉及一种温度≥850℃的工业应用的多孔介质燃烧系统。
背景技术
多孔介质燃烧技术具有燃烧效率高，氮氧化物排放低，加热效率高等优点，非常适合于节能环保要求下的工业应用。很多研究人员开发了多种多样的多孔介质燃烧装置，而针对多孔介质燃烧系统的研究却很少。目前，有报道的多孔介质燃烧系统，一方面很少涉及空燃气的自动调节和燃烧安全防控，缺少这些技术对于多孔介质的工业应用无疑是不完整的；另一方面其点火方式多以点火电极置于多孔介质燃烧面板上方或埋入多孔介质内的方式为主，点火电极借助高压放电点燃多孔介质处的气体，且点火电极亦为检测电极，检测电极与多孔介质燃烧装置的控制系统相连，当检测电极检测到多孔介质处的火焰时，认为燃烧正常，空燃气持续供给；当检测电极检测不到火焰信号时，认为燃烧出现故障，控制系统下达关闭燃烧指令，多孔介质燃烧装置停止工作。这种形式的点火系统存在如下问题：(1)电极处于高温辐射面板处，对电极材料的耐高温性能要求很高，且长期在高温环境下工作，会导致电极寿命缩短，另外电极损坏后，其拆换也很难；(2)当多孔介质燃烧装置负荷发生变化或供气管网压力发生波动时，多孔介质内的火焰面会沿轴线方向移动，而电极位置是固定的，因此会造成检测电极检测不到火焰的假报警、关闭燃烧等问题；(3)电极，尤其是埋入多孔介质内的电极，会影响气体流动和电极放电稳定性，造成燃烧不均匀，产生火焰面倾斜、火焰面破裂等不稳定燃烧问题，带来安全隐患。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，而提供一种高温工业用多孔介质燃烧系统，能够提高多孔介质燃烧系统的安全性和完整性，能增强多孔介质燃烧装置点火的稳定性，延长电极使用寿命，提升火焰监测的有效性。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：提供一种高温工业用多孔介质燃烧系统，包括空燃气混合系统、多孔介质燃烧装置、点火烧嘴与点火控制系统；
所述的空燃气混合系统设有燃气管路、空气管路、电磁切断阀、两个自动调节阀、混合器和防爆阀；所述燃气管路上设有电磁切断阀，用于在收到点火模块命令时自动打开或关闭燃气；两个自动调节阀分别设在空气管路和燃气管路上，两个自动调节阀之间通过比例关系实现空燃气流量的自动调节；空气管路和燃气管路分别与混合器连接，空气、燃气在混合器内实现均匀混合；混合器后的混合气体管道分为三条支管，其中一条支管上设有防爆阀，用于在异常工作时，泄压保证整个系统的安全；另外两条支管分别与主烧嘴手动阀和点火烧嘴手动阀连接，用以实现自动控制系统故障时的手动干预；主烧嘴手动阀与多孔介质燃烧装置连接，点火烧嘴手动阀与点火烧嘴连接；
所述的多孔介质燃烧装置设有均气室、布风板、燃烧面板和烧嘴内衬；均气室为渐扩型通道有利于对混合气体进行导流；布风板上设有小直径直通孔，以实现均匀布风与防止回火，布风板的材质为耐火材料面板，用以抵御高温侵蚀；燃烧面板为大孔密度泡沫陶瓷板；烧嘴内衬为轻型耐火材料内衬，以保护均气室，隔离炉膛对均气室内气体的传热；
所述的点火烧嘴为小功率明火烧嘴，由喷嘴和喷管组成，烧嘴上设置有电极安装孔与窥视孔；
所述的点火控制系统设有电极，点火电源与控制装置；所述的电极可拆卸地安装在点火烧嘴上；点火电源通过导线分别与控制装置和电极相连；所述的控制装置设有点火模块、火焰检测模块和故障报警/连锁模块，点火模块用于下达点火命令，火焰检测模块用于检测火焰电离产生的电流值，判断火焰是否存在，故障报警/连锁模块用于点火失败或检测不到火焰后报警，同时向燃气管路上的电磁切断阀发出阀门关闭指令。
所述的多孔介质燃烧装置中均气室为渐扩型通道，通道出口面积与通道入口面积之比为1.25:1～3:1。
所述的点火烧嘴中喷嘴和喷管为耐热钢铸造。
所述的点火烧嘴安装在多孔介质燃烧装置侧部，点火烧嘴出口靠在多孔介质面板旁边。
本发明高温工业用多孔介质燃烧系统的多孔介质燃烧装置中布风板上设有小直径直通孔，孔直径为0.8～1.2mm，以实现均匀布风与防止回火，布风板的材质为堇青石，厚度为10～12mm；燃烧面板为耐高温泡沫陶瓷板，孔密度大于35PPI；所述的点火烧嘴中的喷管直径18～25mm；所述的空燃气混合系统中设定的空燃比为1.03～1.05。
本发明的高温工业用多孔介质燃烧系统与现有的技术相比具有的优点是：
⑴、本发明的高温工业用多孔介质燃烧系统结构科学，解决了已有技术存在的空燃气的不能自动调节和燃烧安全防控问题。本燃烧系统设计了空燃气混合系统用于空气与燃气按比例混合，且具有防爆功能；设计的多孔介质燃烧装置用于组织混合气体燃烧，并且具有燃烧均匀、避免回火的功能；设计的点火烧嘴用于点燃多孔介质燃烧装置；设计的点火控制系统用于下达点火指令、点燃点火烧嘴、组织火焰检测、故障报警、以及下达切断燃烧指令等。通过科学的燃烧系统结构设计全面提升了燃烧系统的可控性、完整性与安全性。
⑵、在本发明的燃烧系统对点火系统进行了创新设计，通过独立于多孔介质燃烧装置的点火控制系统来进行安全有效的点火和检测，摒弃电极原先设在多孔介质燃烧面板处的设计，将电极设在点火烧嘴处，通过点火控制系统的控制装置点燃通过点火烧嘴的空燃气混合气，再由点火烧嘴点燃多孔介质燃烧装置。这样点火烧嘴在燃烧系统工作期间处于常明状态，火焰形态为自由空间火焰，不论燃烧负荷与管网压力如何波动，电极始终位于火焰中，保证了火焰检测的有效性。
⑶、本发明的燃烧系统中点火烧嘴安装在多孔介质燃烧装置侧部，点火烧嘴出口靠在多孔介质面板旁边，这样可保证通过多孔介质面板的混合气体的燃烧；电极安装在点火烧嘴上，便于拆卸和更换。
⑷、本发明的燃烧系统中电极始终处于小功率点火烧嘴的自由火焰当中，有效地延长了电极的使用寿命。另一方面通过设置空燃气比例控制以及防爆阀，提升了燃烧系统的可控性、完整性与安全性。
附图说明
图1为本发明一种高温工业用多孔介质燃烧系统的结构组成示意图。
图中：1—多孔介质燃烧装置；2—点火烧嘴；3—电极；4—点火电源；5—控制装置；6—燃气自动调节阀；7—电磁切断阀；8—空气自动调节阀；9—混合器；10—防爆阀；11—主烧嘴手动阀；12—点火烧嘴手动阀；13—燃气管路；14—燃气节点；15—空气管路；16—空气节点；17—炉墙。图中虚线为信号控制线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明一种高温工业用多孔介质燃烧系统作进一步详细的描述，但本发明的实施不限于此。
实施例1：本发明提供一种高温工业用多孔介质燃烧系统，其结构如图1所示，燃烧系统包括空燃气混合系统、多孔介质燃烧装置1、点火烧嘴2与点火控制系统；
所述的空燃气混合系统设有燃气节点14、燃气管路13、空气节点16、空气管路15、电磁切断阀7、两个自动调节阀、混合器9和防爆阀10；所述燃气管路上设有电磁切断阀，用于在收到点火模块命令时自动打开或关闭燃气；两个自动调节阀为燃气自动调节阀6和空气自动调节阀8，分别设在燃气管路和空气管路上，两个自动调节阀之间通过比例关系实现空燃气流量的自动调节；空气管路和燃气管路分别与混合器9连接，空气、燃气在混合器内实现均匀混合；混合器后的混合气体管道分为三条支管，其中一条支管上设有防爆阀10，用于在异常工作时，泄压保证整个系统的安全；另外两条支管分别与主烧嘴手动阀11和点火烧嘴手动阀12连接，主烧嘴手动阀与多孔介质燃烧装置1连接，点火烧嘴手动阀与点火烧嘴2连接。主烧嘴手动阀与点火烧嘴手动阀用以实现自动控制系统故障时的手动干预，确保燃烧系统的安全运行。
所述的多孔介质燃烧装置1安装在炉墙17中，多孔介质燃烧装置设有均气室、布风板、燃烧面板和烧嘴内衬；均气室为渐扩型通道有利于对混合气体进行导流，通道出口面积与通道入口面积之比为1.25:1；布风板上设有小直径直通孔，孔直径为0.8mm，布风板的材质为堇青石，厚度为10mm；燃烧面板为SiC材质泡沫陶瓷板，孔密度为35PPI；烧嘴内衬为轻型耐火材料内衬，以保护均气室、隔离炉膛对均气室内气体的传热。
所述的点火烧嘴2为小功率明火烧嘴，由喷嘴和喷管组成，喷嘴和喷管由耐热钢铸造，耐热钢的材质为0Cr25Ni20，喷管直径为18mm。点火烧嘴安装在多孔介质燃烧装置侧部，点火烧嘴出口明火端在炉墙17内侧靠在多孔介质面板旁边。点火烧嘴上设有电极的安装孔与窥视孔，即在点火烧嘴顶部设置有法兰孔，可以与电极法兰相连接，以实现电极3的拆装。
所述的点火控制系统设有电极3，点火电源4与控制装置5；所述的电极3为Cr30Ni50W13高镍铬材质制成，电极可拆卸地安装在点火烧嘴2上；点火电源4通过导线分别与控制装置5和电极3相连；所述的控制装置5设有点火模块、火焰检测模块和故障报警连锁模块，点火模块用于下达点火命令，火焰检测模块用于检测火焰电离产生的电流值，判断火焰是否存在，故障报警连锁模块用于点火失败或检测不到火焰后报警，同时向燃气管路上的电磁切断阀发出阀门关闭指令。
图中虚线为信号控制线。当控制装置5下达点火指令时，点火电源向电极加压，通过高压放电的形式进行点火。燃气管路13上设有燃气自动调节阀6和电磁切断阀7；空气管路15上设有空气自动调节阀8；两个自动调节阀通过空燃比相关联，空燃比设定为1.05，当燃烧负荷变动时，燃气自动调节阀中的燃气流量调节将自动带动空气自动调节阀进行空气流量调节，使空、燃气流量比例保持不变。空燃气自动调节阀的比例调节关系由控制装置5进行设定；燃气电磁切断阀7可根据控制装置的指令进行打开或关闭。
实施例2：本发明提供一种高温工业用多孔介质燃烧系统，其结构与实施例1基本相同，燃烧系统包括空燃气混合系统、多孔介质燃烧装置1、点火烧嘴2与点火控制系统；不同的只是；均气室的渐扩型通道中，通道出口面积与通道入口面积之比为2:1；孔密度为25PPI；布风板上设有小直径直通孔，孔直径为0.9mm，布风板的厚度为10.5mm，喷管直径为20mm；空燃比设定为1.04。
实施例3：本发明提供一种高温工业用多孔介质燃烧系统，其结构与实施例1基本相同，燃烧系统包括空燃气混合系统、多孔介质燃烧装置1、点火烧嘴2与点火控制系统；不同的只是；均气室的渐扩型通道中，通道出口面积与通道入口面积之比为2:1；孔密度为10PPI；布风板上设有小直径直通孔，孔直径为1.0mm，布风板的厚度为11mm，喷管直径为20mm；空燃比设定为1.03。
实施例4：本发明提供一种高温工业用多孔介质燃烧系统，其结构与实施例1基本相同，不同的只是；均气室的渐扩型通道中，通道出口面积与通道入口面积之比为3:1；布风板上设有小直径直通孔，孔直径为1.1mm，布风板的厚度为11.5mm，喷管直径为25mm。
实施例5：本发明提供一种高温工业用多孔介质燃烧系统，其结构与实施例1基本相同，燃烧系统包括空燃气混合系统、多孔介质燃烧装置1、点火烧嘴2与点火控制系统；不同的只是；均气室的渐扩型通道中，通道出口面积与通道入口面积之比为2:1；布风板上设有小直径直通孔，孔直径为1.0mm，布风板的厚度为11mm，燃烧面板为Al2O3材质的泡沫陶瓷板，喷管直径为20mm。
实施例6：本发明提供一种高温工业用多孔介质燃烧系统，其结构与实施例1基本相同，不同的只是；均气室的渐扩型通道中，通道出口面积与通道入口面积之比为2.5:1；布风板上设有小直径直通孔，孔直径为1.2mm，布风板的厚度为12mm，燃烧面板为ZrO2材质的泡沫陶瓷板，喷管直径为22mm。
本发明的燃烧系统解决了现有技术中多孔介质燃烧系统点火稳定性、安全性较低、点火装置使用寿命短和火焰监测困难的问题，本燃烧系统达到了提高点火稳定性和安全性，延长点火装置使用寿命，以及火焰有效监测的技术效果。

Claims (3)

1.一种高温工业用多孔介质燃烧系统，包括空燃气混合系统、多孔介质燃烧装置、点火烧嘴与点火控制系统；其特征在于：
所述的空燃气混合系统设有燃气管路、空气管路、电磁切断阀、两个自动调节阀、混合器和防爆阀；所述燃气管路上设有电磁切断阀，用于在收到点火模块命令时自动打开或关闭燃气；两个自动调节阀分别设在空气管路和燃气管路上，两个自动调节阀之间通过比例关系实现空燃气流量的自动调节；空气管路和燃气管路分别与混合器连接，空气、燃气在混合器内实现均匀混合；混合器后的混合气体管道分为三条支管，其中一条支管上设有防爆阀，用于在异常工作时，泄压保证整个系统的安全；另外两条支管分别与主烧嘴手动阀和点火烧嘴手动阀连接，用以实现自动控制系统故障时的手动干预；主烧嘴手动阀与多孔介质燃烧装置连接，点火烧嘴手动阀与点火烧嘴连接；
所述的多孔介质燃烧装置设有均气室、布风板、燃烧面板和烧嘴内衬；均气室为渐扩型通道有利于对混合气体进行导流；布风板上设有小直径直通孔，以实现均匀布风与防止回火，布风板的材质为耐火材料面板，用以抵御高温侵蚀；燃烧面板为大孔密度泡沫陶瓷板；烧嘴内衬为轻型耐火材料内衬，以保护均气室，隔离炉膛对均气室内气体的传热；
所述的点火烧嘴为小功率明火烧嘴，由喷嘴和喷管组成，所述的点火烧嘴安装在多孔介质燃烧装置侧部，点火烧嘴出口靠在多孔介质面板旁边；点火烧嘴上设置有电极安装孔与窥视孔；
所述的点火控制系统设有电极，点火电源与控制装置；所述的电极可拆卸地安装在点火烧嘴上；点火电源通过导线分别与控制装置和电极相连；所述的控制装置设有点火模块、火焰检测模块和故障报警/连锁模块，点火模块用于下达点火命令，火焰检测模块用于检测火焰电离产生的电流值，判断火焰是否存在，故障报警/连锁模块用于点火失败或检测不到火焰后报警，同时向燃气管路上的电磁切断阀发出阀门关闭指令。
2.根据权利要求1所述的高温工业用多孔介质燃烧系统，其特征在于：所述的多孔介质燃烧装置中均气室为渐扩型通道，通道出口面积与通道入口面积之比为1.25:1～3:1。
3.根据权利要求1所述的高温工业用多孔介质燃烧系统，其特征在于：所述的点火烧嘴中喷嘴和喷管为耐热钢铸造。
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