CN112833393B - 一种蓄热式燃烧器的控制方法 - Google Patents

一种蓄热式燃烧器的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种蓄热式燃烧器的控制方法，蓄热式燃烧器在无长明火的情况下，通过对燃烧器控制的控制程序进行优化，将控制分成点火模式和正常工作模式，强制处于排烟状态的蓄热式烧嘴蓄热到一定程度，待换向后空气带走蓄热体积蓄的热量提高空气温度，进而提高进入燃烧器内部混合气的热值，此时点火变压器放电能够更加容易的点燃低热值燃气，通过将本控制方法引入到蓄热式燃烧器的控制中可有效提高冷态点火的成功率、降低爆鸣的概率，提高燃烧器的安全性能和燃烧性能。

Description

一种蓄热式燃烧器的控制方法
技术领域
本发明属于燃烧器控制技术领域，具体涉及一种蓄热式燃烧器的控制方法。
背景技术
空气单蓄热燃烧器，简称蓄热式燃烧器，是利用蓄热式技术回收烟气余热的加热炉。采用该技术可以充分利用低热值的燃气，因此具有明显的节能优势且避免了低热值的燃气被直接排放到大气中造成严重的污染，被广泛的应用于各钢铁企业的轧钢加热炉。但蓄热式燃烧器在使用中仍存在诸多问题，其中影响最大的问题是冷态点火成功率较低，影响加热炉的正常工作。
蓄热式燃烧器现有的使用情况：加热炉分为多个供热区，每个供热区设置有若干个蓄热式燃烧器，在加热炉检修完毕开始冷态点火进入生产状态时，蓄热式燃烧器点火成功率较低，且容易爆鸣，蓄热式燃烧器的换向及点火完全有PLC控制，其换向和点火过程如下：
（1）空、燃气换向阀周期的同时得电或失电，使空、燃气通过U型辐射管两端的烧嘴进入周期的进气或排烟状态；
（2）一端烧嘴处于进空气状态时，此时打开燃气电磁阀开始供燃气，同时该端烧嘴点火变压器开始放电点火，点火时间为5s；
（3）点火时间5s结束后，切换至火焰检测模式，此时若检测到火焰信号则继续燃烧；若检测不到火焰信号则切断燃气电磁阀，此时燃烧器停止燃烧，保证安全；
（4）正常工作时，换向周期到则换向阀动作，蓄热式燃烧器另一端的蓄热式烧嘴开始进空、燃气进入燃烧状态，则上个换向周期进气燃烧的烧嘴转入排烟状态；
（5）正常工作时，若空气换向阀排烟温度超过设定值，则切断燃气电磁阀，此时燃烧器停止燃烧，以保护换向阀及管道。
上述蓄热式燃烧器的使用现状，存在以下问题：
（1）蓄热式燃烧器的空、燃气进气量不平衡，且空燃配比不合适，导致点火不正常或燃烧状态不佳，存在空气过量或燃气过量导致能耗高、燃烧不充分容易冒黑烟等现象；
（2）燃气热值较低，在常温下较难点火，且由于该蓄热式燃烧器体积较小、集成度较高，无法安装燃烧高热值燃气的长明火烧嘴来引燃热值较低的燃气，故冷态点火时成功率很低，安全性能较差，未点着的燃气进入到排烟总管聚集，有导致爆炸的可能；
（3）点火前及点火失败后，辐射管内未燃尽的可燃气和烟气聚集，待到下次点火时，容易点不着火或产生爆鸣等情况。
（4）燃气电磁阀动作与换向阀动作间无延时，导致燃气进气过量导致容易出现爆鸣的情况。
发明内容
为了克服现有技术领域存在的上述技术问题，本发明的目的在于，提供一种蓄热式燃烧器的控制方法，通过将该控制方法引入到蓄热式燃烧器的控制中可有效提高冷态点火的成功率、降低爆鸣的概率，提高燃烧器的安全性能和燃烧性能。
本发明提供的一种蓄热式燃烧器的控制方法，一种蓄热式燃烧器的控制方法将蓄热式燃烧器工作状态分为点火模式和正常工作模式，两种模式由燃烧器控制的控制程序判断完成：
一、模式判断：
（1）判断空气换向阀排烟温度实际值PV是否为常温或小于设定值X，若满足此条件则蓄热式燃烧器工作自动进入点火模式；
（2）点火模式中，判断空燃气换向阀每次换向后，空气排烟温度都能超过设定值SP，且达到SP值的时间小于T4时，则蓄热式燃烧器自动进入正常工作模式；
由于正常工作模式中，蓄热体蓄热量较大，点火成功率大为提高，为提高燃烧效率，正常工作模式中无吹扫控制功能。
二、点火模式程序控制流程：
（1）吹扫：空、燃气换向阀同时得电或失电，燃气电磁阀关闭，如此空气进气对蓄热式燃烧器进行吹扫，吹扫时间为T1；
（2）进燃气：打开燃气电磁阀，使燃气通过燃气换向阀分配到蓄热式燃烧器一端需要开始点火的烧嘴；
（3）点火：燃气电磁阀打开的同时，需要点火的一端的烧嘴对应的点火变压器开始放电点火，变压器放电时间为T2；
（4）火焰检测：T2时间到，点火变压器停止放电，通过火焰检测器对该烧嘴进行检测，若检测到火焰则继续燃烧进如下一步（5）控制流程，若无火焰信号则关闭燃气电磁阀，切断燃烧器并报点火不成功故障，由操作员进行确认和复位，来决定是否再次点火；
（5）控制流程：判断空气换向阀排烟温度实际值PV从换向开始计时达到设定值SP所需的时间T3，若该值小于设定时间T4则自动进入正常工作模式，若大于设定时间T4则继续停留在点火模；
（6）无论T3大于还是小于T4，若PV大于SP则蓄热式燃烧器都需要换向燃烧，换向过程中先行切断燃气电磁阀的同时开始计时，计时时间T5时间后，空、燃气换向阀同时得电或失电，开始换向；
（7）换向完成后重复执行步骤“（1）”至“（6）”；
三、正常工作模式
通过判断PV与SP的值的同时判断T3与T4的值，决定蓄热式燃烧器是否自动进入正常工作模式，工作流程如下：
（1）吹扫：空、燃气换向阀同时得电或失电，燃气电磁阀关闭，如此空气进气对蓄热式燃烧器进行吹扫，吹扫时间为T6；
（2）进燃气：打开燃气电磁阀，使燃气通过燃气换向阀分配到蓄热式燃烧器一端需要开始点火的烧嘴；
（3）点火：燃气电磁阀打开的同时，需要点火的一端的烧嘴对应的点火变压器开始放电点火，变压器放电时间为T2；
（4）火焰检测：T2时间到，点火变压器停止放电，通过火焰检测器对该烧嘴进行检测，若检测到火焰则继续燃烧正常工作，若无火焰信号则关闭燃气电磁阀，切断燃烧器并报点火不成功故障，由操作员进行确认和复位，来决定是否再次点火以维持正常工作。
所述正常工作模式吹扫时间T6小于点火模式吹扫时间T1。
蓄热式燃烧器在无长明火的情况下，通过对燃烧器控制的控制程序进行优化，将控制分成点火模式和正常工作模式，强制处于排烟状态的蓄热式烧嘴蓄热到一定程度，待换向后空气带走蓄热体积蓄的热量提高空气温度，进而提高进入燃烧器内部混合气的热值，此时点火变压器放电能够更加容易的点燃低热值燃气。
处于点火模式时，通过判断空气换向阀排烟温度升温时间，当条件满足时自动进入正常工作模式。
蓄热式燃烧器处于点火模式中时设置有燃烧器吹扫功能，通过吹扫功能将未点燃的燃气或残留在燃烧器中的烟气驱散，创造良好的燃烧氛围，提高点火成功率，防止燃烧器爆鸣。
通过设置在蓄热式燃烧器换向阀前的限流孔板来和配套的手动调节阀精确调节空燃气进气量，使空燃比在合适范围内，也可有效提高点火成功率，同时使燃烧器在封闭的空间内燃烧状态更佳，节能减排的效果更好。
本发明提供的一种蓄热式燃烧器的控制方法，其有益效果在于，原单蓄热式燃烧器体积紧凑，无长明火烧嘴安装空间及配套的系统，故无法通过安装长明烧嘴来引燃低热值燃气来提高点火的成功率和安全性，故本发明通过优化燃烧器控制器的控制程序、空燃气增加限流孔板来提高点火成功率，降低爆鸣概率，与原控制方式及设备的配置相比，本发明通过增加空燃气限流孔板和优化控制程序合理分配空燃气进气流量的配比、提高混合气的热值、对残留在辐射管内的烟气或未燃尽的燃气进行吹扫等手段并用，可以有效提高点火成功率，有效防止点火过程中燃气过量导致的爆鸣情况，同时还可通过限流孔板及对应的调节手阀精确调节使燃烧状态更佳，烟气中未燃尽的一氧化碳更少、降低过量的空气带走热量造成热损失，如此也提高了节能减排的效果。
附图说明
图1是本发明加热炉燃烧系统工作原理简图；
图2是自动化控制系统简图；
图中标注：
1.蓄热式燃烧器；2.空气换向阀；3.燃气换向阀；4.燃气电磁阀；5.西门子PLC；6.蓄热式烧嘴控制器；7.操作站。
具体实施方式
下面参照附图，结合一个实施例，对本发明提供的一种蓄热式燃烧器的控制方法进行详细的说明。
实施例
本实施例的一种蓄热式燃烧器的控制方法将蓄热式燃烧器工作状态分为点火模式和正常工作模式，两种模式由燃烧器控制的控制程序判断完成：
一、模式判断：
（1）判断空气换向阀排烟温度实际值PV是否为常温或小于设定值X，若满足此条件则蓄热式燃烧器工作自动进入点火模式，所述设定值X为200℃；
（2）点火模式中，判断空燃气换向阀每次换向后，空气排烟温度都能超过设定值SP，且达到SP值的时间小于T4时，则蓄热式燃烧器自动进入正常工作模式，所述设定值SP为240℃，时间T4为4min；
由于正常工作模式中，蓄热体蓄热量较大，点火成功率大为提高，为提高燃烧效率，正常工作模式中无吹扫控制功能。
二、点火模式程序控制流程：
（1）吹扫：空、燃气换向阀同时得电或失电，燃气电磁阀关闭，如此空气进气对蓄热式燃烧器进行吹扫，吹扫时间为T1，所述吹扫时间T1为10s；
（2）进燃气：打开燃气电磁阀，使燃气通过燃气换向阀分配到蓄热式燃烧器一端需要开始点火的烧嘴；
（3）点火：燃气电磁阀打开的同时，需要点火的一端的烧嘴对应的点火变压器开始放电点火，变压器放电时间为T2，所述吹扫时间T2为5 s；
（4）火焰检测：T2时间到，点火变压器停止放电，通过火焰检测器对该烧嘴进行检测，若检测到火焰则继续燃烧进如下一步（5）控制流程，若无火焰信号则关闭燃气电磁阀，切断燃烧器并报点火不成功故障，由操作员进行确认和复位，来决定是否再次点火；
（5）控制流程：判断空气换向阀排烟温度实际值PV从换向开始计时达到设定值SP所需的时间T3，若该值小于设定时间T4则自动进入正常工作模式，若大于设定时间T4则继续停留在点火模；
（6）无论T3大于还是小于T4，若PV大于SP则蓄热式燃烧器都需要换向燃烧，换向过程中先行切断燃气电磁阀的同时开始计时，计时时间T5时间后，空、燃气换向阀同时得电或失电，开始换向；
（7）换向完成后重复执行步骤“（1）”至“（6）”；
三、正常工作模式
通过判断PV与SP的值的同时判断T3与T4的值，决定蓄热式燃烧器是否自动进入正常工作模式，工作流程如下：
（1）吹扫：空、燃气换向阀同时得电或失电，燃气电磁阀关闭，如此空气进气对蓄热式燃烧器进行吹扫，吹扫时间为T6；
（2）进燃气：打开燃气电磁阀，使燃气通过燃气换向阀分配到蓄热式燃烧器一端需要开始点火的烧嘴；
（3）点火：燃气电磁阀打开的同时，需要点火的一端的烧嘴对应的点火变压器开始放电点火，变压器放电时间为T2；
（4）火焰检测：T2时间到，点火变压器停止放电，通过火焰检测器对该烧嘴进行检测，若检测到火焰则继续燃烧正常工作，若无火焰信号则关闭燃气电磁阀，切断燃烧器并报点火不成功故障，由操作员进行确认和复位，来决定是否再次点火以维持正常工作。
所述正常工作模式吹扫时间T6小于点火模式吹扫时间T1，燃烧器吹扫时间T6缩短为0.5s-2s，混合气由于通过蓄热体的预热，因而温度较高，提高了热值，较为容易点火，无需花费大量时间吹扫辐射管内残留烟气，缩短吹扫时间T6降低冷空气带走的热量，如此相当于增加了燃烧时间，可有效提高燃烧效率。
将燃烧器控制器的工作状态分为两种模式：点火模式和正常工作模式，以上两种模式通过对排烟温度进行检测及判断来进行切换，目的是通过点火模式快速提高蓄热烧嘴中蓄热体的蓄热量，在换向过程中使空气加热到1000摄氏度，在热空气与燃气混合过程中提高了混合气的热值，此时点火变压器点火成功率较高；
点火模式加入空气吹扫功能，即空气、燃气换向阀换向到位后，空气进气一段时间后，燃气电磁阀才开启，如此将上次点火不成功残留的烟气排尽，可有效提高成功率。
空气与燃气换向阀进气口处增加限流孔板，通过限流孔板的固有压力损失来均衡该区所有蓄热式燃烧器的空气与燃气进气流量，防止某一蓄热式燃烧器空气、燃气进气过多或过少导致空燃比不适宜，降低点火成功率和产生燃烧器爆鸣，同时通过限流孔板的测压孔测量差压及对应管道处设置的手动调节阀对进气流量进行精确调节，使燃烧状态达到最佳。
本发明所基于现有的双蓄热式加热炉燃烧系统，如图1所示为工作原理简图，控制系统对蓄热式燃烧器1上的空气换向阀2、燃气换向阀3、燃气电磁阀4、点火变压器、设置于排烟管道上的烟气温度等设备进行测控，所述用的设备均为现有的设备。通过蓄热式燃烧器1上U型辐射管两端的蓄热式烧嘴的燃烧或排烟状态的周期切换来完成“集中供热-废热利用-燃烧-集中排烟-废热回收”的周期过程。
如图2所示，自动化控制系统采用一套西门子PLC5，选用的主控制站为CPU 414-2DP，带有PROFIBUS-DP网络接口；分布式扩展I/O采用PROFIBUS-DP总线结构将CPU和蓄热式烧嘴控制器6连接；操作站7与主控制器通过工业以太网交换机通讯。控制器用于生产过程的逻辑和顺序控制、闭环调节控制、数据采集、计算和过程I／O处理等。操作站用于参数设定、操作和修改、报警和事故显示、过程画面。
人—机接口HMI采用研华高性能的工控机两台，一用一备，用户程序是基于WINDOWS 操作平台，使用西门子公司的wincc为组态软件，step7为控制系统软件。

Claims (2)

1.一种蓄热式燃烧器的控制方法，其特征在于：将蓄热式燃烧器工作状态分为点火模式和正常工作模式，两种模式由燃烧器控制的控制程序判断完成：
一、模式判断：
（1）判断空气换向阀排烟温度实际值PV是否为常温或小于设定值X，若满足此条件则蓄热式燃烧器工作自动进入点火模式；
（2）点火模式中，判断空、 燃气换向阀每次换向后，空气排烟温度都能超过设定值SP，且达到SP值的时间小于T4时，则蓄热式燃烧器自动进入正常工作模式；
二、点火模式程序控制流程：
（1）吹扫：空、燃气换向阀同时得电或失电，燃气电磁阀关闭，如此空气进气对蓄热式燃烧器进行吹扫，吹扫时间为T1；
（2）进燃气：打开燃气电磁阀，使燃气通过燃气换向阀分配到蓄热式燃烧器一端需要开始点火的烧嘴；
（3）点火：燃气电磁阀打开的同时，需要点火的一端的烧嘴对应的点火变压器开始放电点火，变压器放电时间为T2；
（4）火焰检测：T2时间到，点火变压器停止放电，通过火焰检测器对该烧嘴进行检测，若检测到火焰则继续燃烧进入 下一步（5）控制流程，若无火焰信号则关闭燃气电磁阀，切断燃烧器并报点火不成功故障，由操作员进行确认和复位，来决定是否再次点火；
（5）控制流程：判断空气换向阀排烟温度实际值PV从换向开始计时达到设定值SP所需的时间T3，若该值小于设定时间T4则自动进入正常工作模式，若大于设定时间T4则继续停留在点火模式 ；
（6）无论T3大于还是小于T4，若PV大于SP则蓄热式燃烧器都需要换向燃烧，换向过程中先行切断燃气电磁阀的同时开始计时，计时时间T5时间后，空、燃气换向阀同时得电或失电，开始换向；
（7）换向完成后重复执行步骤“（1）”至“（6）”；
三、正常工作模式
通过判断PV与SP的值的同时判断T3与T4的值，决定蓄热式燃烧器是否自动进入正常工作模式，工作流程如下：
（1）吹扫：空、燃气换向阀同时得电或失电，燃气电磁阀关闭，如此空气进气对蓄热式燃烧器进行吹扫，吹扫时间为T6；
（2）进燃气：打开燃气电磁阀，使燃气通过燃气换向阀分配到蓄热式燃烧器一端需要开始点火的烧嘴；
（3）点火：燃气电磁阀打开的同时，需要点火的一端的烧嘴对应的点火变压器开始放电点火，变压器放电时间为T2；
（4）火焰检测：T2时间到，点火变压器停止放电，通过火焰检测器对该烧嘴进行检测，若检测到火焰则继续燃烧正常工作，若无火焰信号则关闭燃气电磁阀，切断燃烧器并报点火不成功故障，由操作员进行确认和复位，来决定是否再次点火以维持正常工作。
2.根据权利要求1所述的一种蓄热式燃烧器的控制方法，其特征在于：所述正常工作模式吹扫时间T6小于点火模式吹扫时间T1。
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