CN115031416A - 一种超低氮热风炉系统及其控制方法 - Google Patents

一种超低氮热风炉系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及热风炉燃烧气体低污染处理领域，具体涉及一种超低氮热风炉系统及其控制方法。一种超低氮热风炉系统，包括设有端板的高温腔体的热风炉本体，端板上设有进火口、进气口；所述进火口与烧嘴的喷口连通，所述烧嘴受第一助燃空气管道上设有第一助燃风流量调节阀、第一燃气管道上设有第一燃气切断阀控制，所述第一燃气切断阀进气前端设有燃气流量调节阀；所述进气口与二次风入口风道连通，所述二次风入口风道与第二空气管道、第二燃气管道连通，第二空气管道上设有第二助燃风流量调节阀，第二燃气管道上设有第二燃气切断阀，第二燃气切断阀进气前端设有燃气流量调节阀。本发明通过有焰燃烧先预热后进行高温无焰燃烧，实现低NOx、CO的低排放。

Description

一种超低氮热风炉系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及热风炉燃烧气体低污染处理领域，具体涉及一种超低氮热风炉系统及其控制方法。
背景技术
随着现代蓄热技术在工业中的广泛应用，一些燃烧高热值燃料的加热设备通常运行在高温环境中。在传统有焰燃烧模式下，化学反应集中在一个比较狭小的火焰面上进行，造成温度分布不均匀，火焰锋面温度高，导致了热力型NOx的大量生成以及CO的生成和排放。
如今发展资源节约型、环境友好型经济已逐渐成为经济发展的主要方向，因此，国家对于氮氧化物排放标准越来越严格，在一些环保要求特别严苛的地方，NOx、CO等有害气体的排放标准非常低(NOx排放要求甚至达到30mg/m3)，而在实际燃烧过程中，NOx与CO的生成量几乎成反相关，炉膛温度高时，CO排放量较低，而NOx排放又较高，反之，炉膛温度低时，NOx排放较低，而CO排放又往往较高。
对此学者们提出多种新型燃烧模式，但是都有一定的技术缺陷：催化燃烧所使用的催化剂制备费用高昂，并且在高温工况时，催化剂的稳定性不好，寿命短；富油-淬灭-贫油燃烧可达到超低排放(小于18.5mg/m3)，但目前对于它的研究仍主要集中在燃气轮机上；纯氧燃烧虽然能够实现NOx的近零排放，但前期纯氧富集的投资非常大。
与其他新型的低污染燃烧方式对比，无焰燃烧技术设备简单，燃烧温度均匀，燃烧稳定，效率高，排放低，节约能源，抑制NOx的生成，减少CO的产生，在工业上有着广泛的应用前景。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种超低氮热风炉系统，包括热风炉本体，所述热风炉本体包括高温腔体，所述高温腔体进风一侧设有端板，所述端板上设有进火口、进气口；
所述进火口与烧嘴的喷口连通，所述烧嘴分别与第一助燃空气管道、第一燃气管道连通，所述第一助燃空气管道上设有第一助燃风流量调节阀，所述第一燃气管道上设有第一燃气切断阀，所述第一燃气切断阀进气前端设有燃气流量调节阀；
所述进气口与二次风入口风道连通，所述二次风入口风道通入二次风，所述二次风入口风道分别与第二空气管道、第二燃气管道连通，所述第二空气管道上设有第二助燃风流量调节阀，所述第二燃气管道上设有第二燃气切断阀，所述第二燃气切断阀进气前端设有燃气流量调节阀。
优选的，还包括，控制器，所述高温腔体内设有第一热电偶，所述控制器与第一热电偶、第一助燃风流量调节阀、第二助燃风流量调节阀、燃气流量调节阀相连。
优选的，所述热风炉本体还包括低温腔体，所述低温腔体套设在所述高温腔体外；
所述二次风入口风道包括A通道、B通道，所述A通道通过进气口与高温腔体连通，所述B通道与低温腔体连通。
所述A通道、B通道之间设有二次风分配阀。
优选的，所述A通道内设有燃气喷射器，所述燃气喷射器与第二燃气管道连接。
优选的，所述燃气流量调节阀进气前端设有燃气安全切断阀组。
优选的，所述低温腔体与所述高温腔体间设有混合器，所述混合器上均匀分布有低温二次风喷口。
优选的，所述高温腔体远离烧嘴的一侧还设有热风传输通道，所述热风传输通道内设有第二热电偶，所述第二热电偶与所述控制器相连。
一种超低氮热风炉低排放控制方法，包括以下步骤：
S1：使超低氮热风炉系统处于第一状态，所述第一状态为：
燃气流量调节阀、第一燃气切断阀、第一助燃风流量调节阀处于开启状态，第二燃气切断阀、第二助燃风流量调节阀处于关闭状态，燃气和助燃空气在烧嘴中混合点燃并通过进火口在高温腔体形成火焰燃烧；
S2：使超低氮热风炉系统处于第二状态，所述第二状态为：
燃气流量调节阀、第二燃气切断阀、第二助燃风流量调节阀处于开启状态，第一燃气切断阀、第一助燃风流量调节阀处于关闭状态，燃气、助燃空气和二次风通过进气口在高温腔体形成无焰燃烧。
优选的，，S1与S2之间还包括SA：控制器获得当前高温腔体的温度t，根据温度t判断是否将第一状态切换至第二状态。
优选的，SA具体包括：
SA1：高温腔体内的第一热电偶检测当前高温腔体的温度t；
SA2：第一热电偶将温度t发送至控制器；
SA3：若t＜800度，控制器控制超低氮热风炉系统保持第一状态，并根据温度调节第一助燃风流量调节阀、燃气流量调节阀控制流量加大；
若t＞800度，控制器控制超低氮热风炉系统切换至第二状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明通过利用有焰燃烧将燃烧腔体预热后进行高温无焰燃烧，借助高温无焰燃烧技术的超低NOx排放，由于燃料燃烧在高温腔体内发生，在高温的环境下保证燃料燃烧更加完全，同时保证了CO的低排放。
2、在高温腔体外套设低温腔体，也就意味着将传统的低温热风炉炉体分为高温腔体和低温腔体，高温腔体在内，低温腔体在外，有效降低了热风炉壳体表面温度，有效避免了热风炉壳体可能出现的高温区域，减薄了热风炉外保温层的厚度，热风炉周围环境更加友好。
3、在热风炉二次风入口增加二次风分配阀，自动调整进入高温腔体与低温腔体的二次风风量，为高温腔体内实现安全稳定的无焰燃烧创造了条件。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。
图1为本发明第一实施例的一种超低氮热风炉系统的结构示意图；
图2为本发明第二实施例的超低氮热风炉低排放控制方法的流程示意图；
图3为本发明第二实施例的燃气流量、助燃风流量调节控制的方法流程图；
图4为本发明第二实施例的第一电偶温度检测的方法流程图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-燃气安全切断阀组，2-燃气流量调节阀，3-第一燃气切断阀，4-第二燃气切断阀，5-燃气喷射器，6-二次风入口风道，61-A通道，62-B通道，7-二次风分配阀，8-热风炉本体，81-高温腔体，811-端板，8111-进火口，8112-进气口，82-低温腔体，9-内保温层，10-第二助燃风流量调节阀，11-第一助燃风流量调节阀，12-烧嘴，13-第一热电偶，14-混合器，15-热风炉出口风道，16-热风传输通道，17-第二热电偶，18-控制器，19-低温二次风喷口。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖向”、“纵向”、“侧向”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“开有”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面通过参考附图并结合实施例来详细说明本发明：
需要理解的是，传统燃烧方式中进入反应区前反应物的浓度高而温度低，无焰燃烧方式中进入反应区前反应物的浓度低而温度高。无焰燃烧过程中，通过把高温预热空气和燃料通过不同喷口喷入燃烧室，形成强烈的烟气回流，并与燃料和空气剧烈混合，从而延缓了空气和燃料的扩散混合，由于无焰燃烧中反应物浓度降低，反应区域扩大，燃料在高温低氧的气氛下燃烧，反应发生在一个宽广的区域，有时甚至会充满整个炉膛，火焰体积成倍扩大，火焰锋面消失，整个炉膛温度分布均匀，提高了炉膛的容积热负荷，辐射传热增强。不再出现传统燃烧方式中出现的局部高温髙氧区，从而将NOx浓度控制在较低水平。
实施例1
如图1所示，一种超低氮热风炉系统，包括热风炉本体8，所述热风炉本体8包括高温腔体81，所述高温腔体81进风一侧设有端板811，所述端板811上设有进火口8111、进气口8112；
所述进火口8111与烧嘴12的喷口连通，所述烧嘴12分别与第一助燃空气管道、第一燃气管道连通，所述第一助燃空气管道上设有第一助燃风流量调节阀11，所述第一燃气管道上设有第一燃气切断阀3，所述第一燃气切断阀3进气前端设有燃气流量调节阀2；
所述进气口8112与二次风入口风道6连通，所述二次风入口风道6通入二次风，所述二次风入口风道6分别与第二空气管道、第二燃气管道连通，所述第二空气管道上设有第二助燃风流量调节阀10，所述第二燃气管道上设有第二燃气切断阀4，所述第二燃气切断阀4进气前端设有燃气流量调节阀2。
需要理解的是，热风炉本体8的高温腔体81具有两条连通路径，也就将超低氮热风炉系统置于两种不同的状态，其中仅开启燃气流量调节阀2、第一燃气切断阀3、第一助燃风流量调节阀11可使得超低氮热风炉系统为在高温腔体81中进行火焰燃烧的状态，可称为第一状态，此时进行燃烧的是燃气和助燃空气的混合气体；而仅开启燃气流量调节阀2、第二燃气切断阀4、第二助燃风流量调节阀10可使得超低氮热风炉系统为在高温腔体81中进行无焰燃烧的状态，可称为第二状态，此时进行燃烧的是燃气、助燃空气和二次风的混合气体。通过第一状态的火焰燃烧对热风炉本体8的高温腔体81进行升温，待高温腔体81内温度升至设定温度，可调整热风炉系统转至第二状态的无焰燃烧，在无焰燃烧的状态下NOx浓度控制在较低水平，同时CO在高温状态下的生成量也处于较低水平。
具体的，还包括，控制器18，所述高温腔体81内设有第一热电偶13，所述控制器18与第一热电偶13、第一助燃风流量调节阀11、第二助燃风流量调节阀10、燃气流量调节阀2相连。
需要理解的是，通过第一热电偶13检测当前高温腔体81的实时温度，控制器18在接收第一热电偶13检测的实时温度是否达到预设值。
具体的，所述热风炉本体8还包括低温腔体82，所述低温腔体82套设在所述高温腔体81外；
所述二次风入口风道6包括A通道61、B通道62，所述A通道61通过进气口8112与高温腔体81连通，所述B通道62与低温腔体82连通。
所述A通道61、B通道62之间设有二次风分配阀7。
需要理解的是，来自低温腔体82的低温气流可以与来自高温腔体81的高温气流进行混合形成一定温度的混合气流，根据实际需要，混合气流的温度可以调整低温气流与高温气流的混合比例实现。二次风分配阀7用于调节A通道61与B通道62的二次风进风量。
具体的，所述A通道61内设有燃气喷射器5，所述燃气喷射器5与第二燃气管道连接。
具体的，所述燃气流量调节阀2进气前端设有燃气安全切断阀组1。
具体的，所述低温腔体82与所述高温腔体81间设有混合器14，所述混合器14上均匀分布有低温二次风喷口19。
具体的，所述高温腔体81远离烧嘴12的一侧还设有热风传输通道16，所述热风传输通道16内设有第二热电偶17，所述第二热电偶17与所述控制器18相连。
需要理解的是，第二热电偶17用于检测混合气流的温度是否达到了实际需要的预设值，可根据检测结果调节第一助燃风流量调节阀11、第二助燃风流量调节阀10。
在一种具体的实施例中，一种超低氮热风炉系统，包括热风炉本体8，热风炉本体8包括高温腔体81、低温腔体82，低温腔体82套设在高温腔体81外，高温腔体81内设有第一热电偶13，第一热电偶13共设有3个，分别是第一热电偶A、第一热电偶B、第一热电偶C，高温腔体81与低温腔体82相邻的部位设置有高温腔体81的内保温层9，热风炉本体8一端设有二次风入口风道6，二次风入口风道6包括A通道61、B通道62，其中B通道62与低温腔体82连通，A通道61与高温腔体81之间设有高温腔体端板，在高温腔体端板上设有进气口8112，A通道61与高温腔体81通过进气口8112连通。A通道61与B通道62之间设有二次风分配阀7，A通道61中部位置设有燃气喷射器5，燃气喷射器5与第二燃气切断阀4连接，第二助燃风流量调节阀10与位于燃气喷射器5上方的A通道61连接；高温腔体81靠近A通道61一侧与烧嘴12连通，烧嘴12连接有第一燃气切断阀3、第一助燃风流量调节阀11；燃气流量调节阀2一端连接有第一燃气切断阀3、第二燃气切断阀4均与连接，另一端则连接有燃气安全切断阀组1；
高温腔体81远离A通道61一侧设有混合器14，混合器14上均匀分布有低温二次风喷口19，混合器14另一侧设置有热风炉出口风道15，热风炉出口风道15的另一侧设置热风传输通道16，在热风传输通道16中设有第二热电偶17。
其中第一热电偶13、第二热电偶17均与控制器18相连，第一助燃风流量调节阀11、第二助燃风流量调节阀10、燃气流量调节阀2同样与控制器18相连。
实施例2
一种超低氮热风炉低排放控制方法，包括以下步骤：
S1：使超低氮热风炉系统处于第一状态，所述第一状态为：
燃气流量调节阀2、第一燃气切断阀3、第一助燃风流量调节阀11处于开启状态，第二燃气切断阀4、第二助燃风流量调节阀10处于关闭状态，燃气和助燃空气在烧嘴12中混合点燃并通过进火口8111在高温腔体81形成火焰燃烧；
S2：使超低氮热风炉系统处于第二状态，所述第二状态为：
燃气流量调节阀2、第二燃气切断阀4、第二助燃风流量调节阀10处于开启状态，第一燃气切断阀3、第一助燃风流量调节阀11处于关闭状态，燃气、助燃空气和二次风通过进气口8112在高温腔体81形成无焰燃烧。
具体的，S1与S2之间还包括SA：控制器18获得当前高温腔体81的温度t，根据温度t判断是否将第一状态切换至第二状态。
具体的，SA具体包括：
SA1：高温腔体81内的第一热电偶13检测当前高温腔体81的温度t；
SA2：第一热电偶13将温度t发送至控制器18；
SA3：若t＜800度，控制器18控制超低氮热风炉系统保持第一状态，并根据温度调节第一助燃风流量调节阀11、燃气流量调节阀2控制流量加大；
若t＞800度，控制器18控制超低氮热风炉系统切换至第二状态。
具体的，所述第一热电偶13包括第一热电偶A、第一热电偶B、第一热电偶C，所述SA1具体包括：
SA11：高温腔体81内的第一热电偶A检测当前高温腔体81的温度t1；
SA12：第一热电偶B检测当前高温腔体81的温度t2；
SA13：第一热电偶C检测当前高温腔体81的温度t3；
SA14：t＝min{t1，t2，t3}。
工作原理：
启动系统时，通过控制二次风分配阀7，让A通道61关闭，从二次风入口风道6进入的二次风全部通过B通道62进入热风炉本体8的低温腔体82；
关闭第二燃气切断阀4、开启第一燃气切断阀3、将燃气流量调节阀2置于点火阀位，关闭第二助燃风流量调节阀10、开启第一助燃风流量调节阀11；
当系统接收到点火指令后，开启燃气安全切断阀组1，燃气经过燃气流量调节阀2、第一燃气切断阀3进入烧嘴12，助燃空气经过第一助燃风流量调节阀11到达烧嘴12，燃气和助燃空气在烧嘴12中混合并燃烧，并在热风炉本体8的高温腔体81内形成燃烧火焰，对高温腔体81进行升温。
置于高温腔体81内的第一热电偶13检测当前高温腔体81的温度，第一热电偶13共设有3个，分别是第一热电偶A、第一热电偶B、第一热电偶C，分别检测当前高温腔体81的温度值为t1、t2、t3，选取其中的最小值令其为t，判断t是否大于800度，若t＜800度，控制器18根据t、以及系统设定的热风温度值进行PID计算，得出一个2～18mA的流量调节信号，根据该流量调节信号调节第一助燃风流量调节阀11、燃气流量调节阀2控制燃气流量极易助燃空气流量加大，保证高温腔体81内的温度上升至800之上；
若t＞800度，关闭第一燃气切断阀3，将第一助燃风流量调节阀11调至低火阀位，打开第二燃气切断阀4、第二助燃风流量调节阀10，使燃气经过燃气喷射器5喷射在A通道61内并在A通道61内与对应的助燃空气混合，外加上二次风入口风道6通入的二次风，也就是燃气、助燃空气以及二次风三者混合后的混合气体经过进气口8112进入高温腔体81形成无焰燃烧。
高温下可减少CO的生成量，而无氧燃烧可抑制NOx的生成量，由此可以控制使CO以及NOx同时达到排放标准。
由于热风炉后续还会接到用户应用设备，在无焰燃烧后形成的高温气流通过高温腔体81后进入混合器14，并与来自低温腔体82的低温气流混合，形成一定温度的混合气流，混合气流通过热风炉出口风道15进入用户的热风传输通道16，根据安装在热风传输通道16上的第二热电偶17获取热风传输通道16的温度值，控制器18根据第二热电偶17反馈的温度值以及用户所需温度可以对第二助燃风流量调节阀10、燃气流量调节阀2进行调节。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种超低氮热风炉系统，其特征在于，包括热风炉本体(8)，所述热风炉本体(8)包括高温腔体(81)，所述高温腔体(81)进风一侧设有端板(811)，所述端板(811)上设有进火口(8111)、进气口(8112)；
所述进火口(8111)与烧嘴(12)的喷口连通，所述烧嘴(12)分别与第一助燃空气管道、第一燃气管道连通，所述第一助燃空气管道上设有第一助燃风流量调节阀(11)，所述第一燃气管道上设有第一燃气切断阀(3)，所述第一燃气切断阀(3)进气前端设有燃气流量调节阀(2)；
所述进气口(8112)与二次风入口风道(6)连通，所述二次风入口风道(6)通入二次风，所述二次风入口风道(6)分别与第二空气管道、第二燃气管道连通，所述第二空气管道上设有第二助燃风流量调节阀(10)，所述第二燃气管道上设有第二燃气切断阀(4)，所述第二燃气切断阀(4)进气前端设有燃气流量调节阀(2)。
2.根据权利要求1所述的一种超低氮热风炉系统，其特征在于，还包括，控制器(18)，所述高温腔体(81)内设有第一热电偶(13)，所述控制器(18)与第一热电偶(13)、第一助燃风流量调节阀(11)、第二助燃风流量调节阀(10)、燃气流量调节阀(2)相连。
3.根据权利要求1所述的一种超低氮热风炉系统，其特征在于，所述热风炉本体(8)还包括低温腔体(82)，所述低温腔体(82)套设在所述高温腔体(81)外；
所述二次风入口风道(6)包括A通道(61)、B通道(62)，所述A通道(61)通过进气口(8112)与高温腔体(81)连通，所述B通道(62)与低温腔体(82)连通。
所述A通道(61)、B通道(62)之间设有二次风分配阀(7)。
4.根据权利要求3所述的一种超低氮热风炉系统，其特征在于，所述A通道(61)内设有燃气喷射器(5)，所述燃气喷射器(5)与第二燃气管道连接。
5.根据权利要求1～4任一项所述的一种超低氮热风炉系统，其特征在于，所述燃气流量调节阀(2)进气前端设有燃气安全切断阀组(1)。
6.根据权利要求5所述的一种超低氮热风炉系统，其特征在于，所述低温腔体(82)与所述高温腔体(81)间设有混合器(14)，所述混合器(14)上均匀分布有低温二次风喷口(19)。
7.根据权利要求6所述的一种超低氮热风炉系统，其特征在于，所述高温腔体(81)远离烧嘴(12)的一侧还设有热风传输通道(16)，所述热风传输通道(16)内设有第二热电偶(17)，所述第二热电偶(17)与所述控制器(18)相连。
8.一种超低氮热风炉低排放控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：使超低氮热风炉系统处于第一状态，所述第一状态为：
燃气流量调节阀(2)、第一燃气切断阀(3)、第一助燃风流量调节阀(11)处于开启状态，第二燃气切断阀(4)、第二助燃风流量调节阀(10)处于关闭状态，燃气和助燃空气在烧嘴(12)中混合点燃并通过进火口(8111)在高温腔体(81)形成火焰燃烧；
S2：使超低氮热风炉系统处于第二状态，所述第二状态为：
燃气流量调节阀(2)、第二燃气切断阀(4)、第二助燃风流量调节阀(10)处于开启状态，第一燃气切断阀(3)、第一助燃风流量调节阀(11)处于关闭状态，燃气、助燃空气和二次风通过进气口(8112)在高温腔体(81)形成无焰燃烧。
9.根据权利要8所述的一种超低氮热风炉低排放控制方法，其特征在于，S1与S2之间还包括SA：控制器(18)获得当前高温腔体(81)的温度t，根据温度t判断是否将第一状态切换至第二状态。
10.根据权利要求9所述的一种超低氮热风炉低排放控制方法，其特征在于，SA具体包括：
SA1：高温腔体(81)内的第一热电偶(13)检测当前高温腔体(81)的温度t；
SA2：第一热电偶(13)将温度t发送至控制器(18)；
S3A3：若t＜800度，控制器(18)控制超低氮热风炉系统保持第一状态，并根据温度调节第一助燃风流量调节阀(11)、燃气流量调节阀(2)控制流量加大；
若t＞800度，控制器(18)控制超低氮热风炉系统切换至第二状态。
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