CN1971135A - 催化燃烧控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种催化燃烧控制系统，由流体预混控制系统和PLC控制器件两大部分连接组成，流体预混控制系统包括一台串联文丘里混合器的风机，文丘里混合器的喉管吸风口与比例调节阀连接，比例调节阀的进口与零压阀的出口连接，零压阀并联针阀，PLC控制器件包括一个PLC控制器CPU。采用流体控制与PLC自动控制相结合的技术，在一套流体预混系统中，只需通过PLC控制器件控制风机的输入频率来控制风机的输出风量，实现控制催化燃烧过程所需要的不同的燃气－空气混合浓度；可直接在催化燃烧器的催化剂载体上实现自动控制点火、预热有焰燃烧和催化燃烧；简化了催化燃烧器的结构，减小了体积，降低了成本，提高了自动化程度和控制精度。
Description
(一)技术领域
本发明涉及燃气催化燃烧器的催化燃烧控制系统和方法。
(二)背景技术
人类的生存和发展依赖着能源的开发和利用，但由能源开发和利用带来的环境污染等负面影响，也日益威胁着人类的生存和社会的可持续发展。如由矿物燃料普通燃烧产生的排放物SO2、NOx、CO2、CO和未完全燃烧的碳氢化合物UHC，造成酸雨、光化学烟雾和温室效应，对生态造成严重破坏并威胁着人类健康。要解决由于燃烧造成的环境污染问题，必须改变传统落后的燃烧方式，提高燃烧效率，开发研制新的燃烧器和燃烧控制技术，对燃烧污染进行综合防治。
催化燃烧能从根本上解决普通燃烧带来的燃烧效率低和污染排放高的新技术，它是借助催化剂，在一定条件下控制燃烧化学反应过程并释放出热量。催化燃烧能降低活化能，加速必要的化学反应，使有害的或不必要的反应降低到最低限度。目前天然气催化燃烧已实现燃烧效率高于99.99％，而烟气排放的有害物NOx、CO、UHC均小于10×10-6， 由此可见，催化燃烧能对燃料完全燃烧并对污染物进行有效控制，是非常理想和环境友好的燃烧方式。
催化燃烧机理复杂，条件苛刻，必须在一定条件下才能发生反应，其核心技术是催化剂组分、制备工艺和催化燃烧控制技术。以甲烷为主要成分的天然气的催化燃烧，多采用蜂窝陶瓷为载体，在多孔蜂窝载体的壁面上涂一层多孔的活性水洗层，使其形成粗糙多孔的表面以增大催化反应的表面积，选用适合天然气高温催化燃烧的稀土材料和贵金属催化剂常用Pd、Pt及涂层制备工艺，将催化剂负载在蜂窝陶瓷体表面，再将该陶瓷体安装在催化燃烧器上，然后根据催化剂的活性和催化燃烧机理，应用流体和PLC控制技术来控制催化燃烧的全过程。催化燃烧控制技术是控制和完成催化燃烧反应的必要条件之一，它主要包括空气与燃气按所需要的比例均匀混合、点火、预热、催化燃烧温度和安全控制等。
天然气催化燃烧为贫燃料、全预混无焰燃烧，空气与天然气混合浓度为5％左右，混合气体通过负载催化剂的蜂窝陶瓷体的温度大于催化剂的起燃温度T1，才能发生催化燃烧反应，在燃气混合浓度一定的情况下，催化燃烧的燃烧功率或温度T正比于混合气体的标准体积流量，而催化燃烧温度的上限必须控制在催化剂的最高限制温度T2以下，因此工业催化燃烧要求有较高的自动化控制程度。文献曾报道的甲烷蜂窝陶瓷催化燃烧器(V.Dopont，F.Moallemi，A.Williamas and S.-H.Zhang，Int.J.Energy Res.2000；24：1181-1201)，以及中国专利局所公开的发明专利申请说明书“催化燃烧装置”CN1173919A和“催化燃烧体系”CN1695002A在负载催化剂载体或催化燃烧器前，都需要一个预热燃烧器，或另设一套燃气混合系统提供启动燃料，催化燃烧前，先点燃预热燃烧器，由预热燃烧器加热催化剂，等催化剂的温度达到起燃温度时，再关闭预热燃烧器，然后再向催化燃烧器通贫燃料进行催化燃烧，因为贫燃料在常温条件下无法点燃和燃烧，因此先有的催化燃烧技术不但使催化燃烧器结构复杂、体积庞大，还增加了催化燃烧控制系统成本和技术难度。
(三)发明内容
本发明的目的是提供一种催化燃烧控制系统，采用流体控制与PLC自动控制相结合的技术，解决在一套流体预混系统中，只需通过PLC控制器件控制风机的输入频率f来控制风机的输出风量Qa，实现控制催化燃烧过程所需要的不同的燃气—空气混合浓度的问题；解决直接在催化燃烧器的催化剂载体上实现点火、预热有焰燃烧和催化燃烧问题；同时解决催化燃烧过程的吹扫、预热有焰燃烧、催化燃烧和安全自动控制问题，使催化燃烧器的结构得到简化，体积减小，成本降低，控制系统的自动化程度和控制精度得到提高。
为了实现上述目的，本发明提出以下技术方案：
一种催化燃烧控制系统，用于控制催化燃烧器1的燃烧反应，其特征在于：它由流体预混控制系统和PLC控制器件两大部分连接组成；
流体预混控制系统包括：一台风机3串联一个文丘里混合器4，用来吹扫催化燃烧器1和利用文丘里混合器4引射燃气并进行均匀预混，文丘里混合器4的出风口与催化燃烧器1的进风口连接，文丘里混合器4的喉管吸风口与一个比例调节阀5连接，用来设定催化燃烧的燃气与空气的预混浓度，比例调节阀5的进口与一个零压阀6的出口连接，用来保证燃气接近常压，零压阀6的进出口两端并联一个针阀7，用来设定点火到预热普通燃烧的最佳燃气与空气的预混浓度；
PLC控制器件包括：
一个PLC控制器CPU14；
一个与PLC控制器CPU14控制信号输出端连接、并用于控制风机3输入频率f的变频器15；
一个分别连接PLC控制器CPU控制信号输出端和变频器15的输入端的数/模转换模块18；
一个用于检测催化剂载体的温度、用于控制恒温催化燃烧的温度传感器13；
一个与温度传感器信号连接、并与PLC控制器CPU信号输入端连接的模/数转换模块17；
一个连接于燃气主管20中、用于控制燃气预混开关、并与零压阀6连接的主火电磁阀8；
一个用于控制点火器11的燃气开关、连接在燃气支管21中的点火电磁阀9；
一个用于对点火器11放电点火的点火变压器10；
一个置于点火器附近、用于判断点火器11和催化剂载体2是否被点燃的紫外线探头12；
一个置于催化剂载体2前方、并与PLC控制器CPU14信号连接的可见光探测器16；
一个与PLC控制器CPU14信号连接的文本显示器。
上述催化剂载体2是蜂窝陶瓷载体或金属载体，载体上负载着催化剂。
一种应用上述催化燃烧控制系统的催化燃烧控制方法：由PLC控制器CPU14通过变频器15控制风机3的输入频率，风机3的输入频率与输出的空气流量Qa成正比，当空气通过文丘里混合器4的喷嘴时，在喷嘴周围形成负压引射燃气，被引射的燃气一股通过零压阀6，通过零压阀6的燃气标准流量与引射燃气的空气标准流量成等比关系；另一股燃气通过与零压阀6并联的针阀7，通过针阀7的标准燃气流量基本恒定，两股燃气合并后经过比例调节阀5进入文丘里的混合腔和渐扩段与空气均匀预混，燃气与空气的预混浓度Qg/Qg+Qa与空气通过文丘里喷嘴的雷诺数或流量有关，当雷诺数较小时，燃气与空气的混合浓度较高，随着雷诺数的逐渐增加，燃气与空气的混合浓度会逐渐降低，当雷诺数大于一值后，燃气与空气的混合浓度不再随雷诺数的增加而改变，参见图3和图5，根据本发明流体混合控制的雷诺数与燃气混合浓度的关系和变频器的输出频率与燃气混合浓度Qg/Qg+Qa的关系，通过控制风机3的输入频率，分别控制点火、预热、催化燃烧所需的不同的燃气与空气混合浓度，以及在催化燃烧阶段控制催化燃烧功率或温度。
这种应用上述催化燃烧控制系统的催化燃烧控制方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：运行开始，PLC控制器CPU14通过变频器15启动风机3。
步骤2：前吹扫，通过变频器15控制风机频率不断增加，变频器15的输入频率f与风机3的输出流量Qa成正比，空气通过文丘里混合器4进入催化燃烧器1完成前吹扫；在步骤2中，变频器频率的增量为0.1～1Hz/S。
步骤3：点火器点火，前吹扫完成后，PLC控制器CPU14通过变频器15将风机3的输入频率降低，并导通点火变压器10放电打火，同时打开点火电磁阀9，燃气通过燃气支管21进入点火器11，点火器11被点燃，若点火器11没有点燃，则关闭点火电磁阀9。
在步骤3中，在点火变压器10接通8秒内，由紫外线探头12判断点火器11是否点着火，当点着火时，PLC控制器CPU14命令主火电磁阀8开启，燃气通过针阀7和零压阀6汇合后经过比例调节阀5，被文丘里混合器4的空气引射而混合，均匀预混气体进入催化燃烧器1，通过催化剂载体2被点火器11点燃；催化燃烧器1被点燃后，PLC控制器CPU14通过变频器15将风机的输入频率提高，此时关闭点火电磁阀9，催化剂载体2处于普通燃烧预热阶段。
步骤4：催化燃烧器点火，点火器11点燃后，打开主火电阀8，燃气从燃气主管20通过零压阀6和针阀7汇合后，通过比例调节阀5进入文丘里混合器4与空气进行均匀混合，燃气与空气的混合浓度略大于燃气的爆炸上限，燃气混合气体进入催化燃烧器1，通过催化剂载体2时被点火器11点燃；若催化剂载体2没有被点燃，则会关闭主火电磁阀8，风机3再次进行后吹扫，重新点火。
步骤5：预热，点火成功后，增加风机3的频率，当频率达到预热控制点频率后，燃气与空气的混合浓度略小于燃气理论完全燃烧浓度，维持预热频率不变，关闭点火电磁阀9，催化剂载体2处于普通燃烧预热阶段。
步骤6：起燃温度检测，若温度传感器13的检测温度低于催化剂的起燃温度，维持预热控制点频率不变，继续普通燃烧预热，随着预热温度逐渐升高，达到起燃温度时，增加风机3频率，直至频率到达催化燃烧稳定起始频率或设定催化燃烧温度所对应的频率。
步骤7：设定温度判断，通过催化燃烧控制系统使风机维持催化燃烧稳定起始频率或设定的温度所对应的频率，若燃烧温度低于设定温度，则增加风机控制频率，若燃烧温度高于设定温度，则降低风机控制频率，风机控制增减频率的增量为0.01～1Hz/s；在步骤7中，由温度传感器13检测催化剂载体2的设定温度，进行设定温度判断。
步骤8：催化燃烧控制，燃烧进入催化燃烧段后，重复步骤7，增减风机的频率，催化燃烧控制系统在催化剂的起燃温度和最高限制温度之间自动控制恒温催化燃烧。
步骤9：停止或熄火检测，在催化燃烧稳定阶段，若人工命令熄火或催化剂载体2故障等原因熄火，则会进入步骤10，若否，则返回步骤7；在步骤9中，由可见光探测器16在催化燃烧阶段进行停止或熄火检测。
步骤10：关闭主火电磁阀8，风机吹扫催化燃烧器1后进入步骤11。
步骤11：结束，风机停止。
本发明的有益效果：请参见图3，已有的文丘里枛零压阀混合技术，只能提供等比例预混气体，本发明可按需要提供连续不同比例的预混气体，满足点火、预热普通燃烧、催化燃烧的燃气与空气不同混合浓度的特殊要求。本发明在零压阀旁并联一个针阀，用来设定流经它的燃气流量，当空气流量Qa或雷诺数Re较小时，一股与空气流量等比例的燃气通过零压阀，另一股等流量的燃气通过针阀，两股燃气汇合后经过比例调节阀进入文丘里与空气混合，此时空气与燃气混合浓度较高，随着空气流量Qa或雷诺数Re的逐渐提高，空气与燃气的混合浓度会逐渐平滑的下降，当雷诺数大于一值后，空气与燃气的混合浓度为一常数，不再随雷诺数增加而改变。因此通过控制风机的流量Qa或雷诺数，就可达到所需要的点火、预热普通燃烧、催化燃烧不同的空气与燃气的混合比，同时在催化燃烧段控制燃烧功率或燃烧温度。
为了使催化燃烧器的结构得到简化，体积减小，控制系统的自动化程度和控制精度得到提高，本发明采用流体控制与PLC自动控制相结合的技术，提供了一种流体预混控制系统，它包括：一个风机，用来吹扫和提供燃气预混所需要的空气；一个与风机串连的文丘里混合器；一个与文丘里混合器连接的比例调节阀，一个零压阀和一个与零压阀并联的针阀，共同用来控制空气与燃气的混合比，当空气(Qa)通过文丘里混合器的喷嘴时，在喷嘴周围形成负压而引射燃气(Qg)，被引射的燃气一股通过零压阀，另一股通过与零压阀并联的针阀，两股燃气汇合后通过比例调节阀进入文丘里混合器与空气在混合腔和渐扩段混合，均匀混合气体进入催化燃烧器整流后，再通过负载催化剂的蜂窝陶瓷载体即可燃烧。本发明的空气与燃气的混合比或燃气混合浓度(Qg/(Qa+Qg)与文丘里喷嘴的空气雷诺数Re有关，而该雷诺数Re是空气流量Qa的函数Re∝f(Qa)，换句话说，只要控制了空气流量Qa，就能控制燃气混合浓度和燃气与空气的混合气总流量。
本发明采用流体控制与PLC自动控制相结合的技术，其PLC控制系统由一组可编程序控制器和一个变频器组成，可以完成以下五个功能：①用来控制风机的输入频率f来控制风机的输出流量Qa，从而达到吹扫、燃气混合浓度和燃烧功率或温度的控制；②用来控制燃气电磁阀的开或关；③用来控制点火器变压器的开或关；④通过温度传感器判别温度，控制催化燃烧过程；⑤通过紫外线探头和可见光检测器来判断点火、熄火和安全控制。
本发明仅须设置一套燃气预混系统，通过控制风机的输入频率f来控制风机的输出风量Qa，可实现催化燃烧所需要的不同混合比，仅在一套燃气预混系统中即可实现直接在催化燃烧器的催化剂载体上实现点火、有焰燃烧预热和催化燃烧。解决了催化燃烧器结构复杂、体积庞大，催化燃烧控制系统成本高和技术难度大的技术问题，无需像已有的催化燃烧器必须设置一个预热燃烧器和两套燃气预混系统。因此本发明使催化燃烧器的结构得到简化，体积减小，而控制系统的自动化程度和控制精度得到提高，成本大幅降低，尤其适合工业大功率燃气催化燃烧器的控制。
(四)附图说明
图1是本发明催化燃烧控制系统的结构示意图。
图2是催化燃烧可编程序控制器与被控制器件关系的示意图。
图3是已有技术与本发明技术效果对比的曲线示意图。
图4是表示变频器的输出频率f与风机的输出流量Qa成线性关系的曲线图。
图5是表示本发明变频器的输出频率f与燃气混合浓度的控制关系的曲线图。
图6是本发明的催化燃烧控制执行流程图。
1-催化燃烧器；2-负载催化剂载体；3-风机；4-文丘里混合器；5-比例调节阀；6-零压阀；7-针阀；8-主火电磁阀；9-点火电磁阀；10-点火变压器；11-点火器；12-紫外线探头；13-温度传感器。14-PLC控制器CPU；15-变频器；16-可见光探测器；17-模/数转换模块；18-数/模转换模块；19-文本显示器；20-燃气主管；21-燃气支管。
f-风机输入频率、f1-点火控制频率、f2-预热燃烧控制频率、f3-催化燃烧稳定起始频率、f4-最高温度控制频率、fb-吹扫控制频率。L1-点火燃气预混浓度、L2-预热普通燃烧燃气预混浓度、L3-催化燃烧燃气预混浓度。Qa-风机输出的标准空气流量、Qg-预混的燃气标准流量。T1-起燃温度、T2-最高限制温度、Tc-设定燃烧温度。
(五)具体实施方式
参见图1、图2，本发明催化燃烧控制系统由流体预混控制系统和PLC控制器件两大部分连接组成。
流体预混控制系统包括：一台风机3串联一个文丘里混合器4，用来吹扫催化燃烧器1和利用文丘里混合器4引射燃气并进行均匀预混，文丘里混合器4的出风口与催化燃烧器1的进风口连接，文丘里混合器4的喉管吸风口与一个比例调节阀5连接，用来设定催化燃烧阶段最佳燃气预混浓度，比例调节阀5的进口与一个零压阀6的出口连接，用来保证进入比例调节阀5的燃气接近常压，零压阀6的进出口两端并联一个针阀7，用来设定点火到预热有焰燃烧的最佳燃气预混浓度。
PLC控制器件包括：
一个PLC控制器CPU14，具有存储器特性，I/O特性，集成的通信功能，电源特性，数字量输入输出特性，例如型号S7-200，CPU244。
一个与PLC控制器CPU14控制信号输出端连接、并用于控制风机3输入频率f的变频器15。
一个分别连接PLC控制器CPU14控制信号输出端和变频器15的输入端的数/模转换模块18，模块的型号例如EM232。
一个用于检测负载催化剂载体的温度的温度传感器13。
一个与温度传感器13信号连接、并与PLC控制器CPU14信号输入端连接的模/数转换模块17，模块的型号例如EM235。
一个连接于燃气主管20中、用于控制燃气预混开关、并与零压阀6连接的主火电磁阀8。
一个用于控制点火器11的燃气开关、连接在燃气支管21中的点火电磁阀9。
一个用于对点火器11放电点火的点火变压器10。
一个置于点火器附近、用于判断点火器11和负载催化剂载体2是否被点燃的紫外线探头12。
一个置于负载催化剂载体2前方、并与PLC控制器CPU14信号连接的可见光探测器16。
一个与PLC控制器CPU14信号连接的文本显示器19，用于参数设定、工作状态和数据显示，例如型号TD-200。
一种应用上述催化燃烧控制系统的催化燃烧控制方法：由PLC控制器CPU14通过变频器15控制风机3的输入频率f，风机3的输入频率f与输出的空气流量Qa成正比，当空气通过文丘里混合器4的喷嘴时，在喷嘴周围形成负压引射燃气，被引射的燃气一股通过零压阀6，通过零压阀6的燃气标准流量与引射燃气的空气标准流量成等比关系；另一股燃气通过与零压阀6并联的针阀7，通过针阀7的标准燃气流量基本恒定，两股燃气合并后经过比例调节阀5进入文丘里的混合腔和渐扩段与空气均匀预混，燃气与空气的预混浓度Qg/Qg+Qa与空气通过文丘里喷嘴的雷诺数或流量有关，当雷诺数较小时，燃气与空气的混合浓度较高，随着雷诺数的逐渐增加，燃气与空气的混合浓度会逐渐降低，当雷诺数大于一值后，燃气与空气的混合浓度不再随雷诺数的增加而改变，参见图3和图5，根据本发明流体混合控制的雷诺数与燃气混合浓度的关系和变频器的输出频率f与燃气混合浓度Qg/Qg+Qa的关系，通过控制风机3的输入频率，分别控制点火、预热、催化燃烧所需的不同的燃气与空气混合浓度，以及在催化燃烧阶段控制催化燃烧功率或温度。
参见图1、图2、图5和图6，本发明的催化燃烧控制方法采用流体控制与PLC自动控制相结合的技术，其具体控制步骤如下：
步骤1：运行前通过文本19设定参数如温度，发出运行指令，PLC控制器CPU 14通过变频器15启动风机3。
步骤2：前吹扫，通过数/模转换模块18调节变频器15的输出频率控制风机的输入频率，频率由0增加到fb，维持频率fb不变，空气通过文丘里混合器4进入催化燃烧器1，完成前吹扫。
步骤3：点火器点火，前吹扫完成后，PLC控制器CPU14通过变频器15将风机3的输入频率由fb降低到f1，频率递减的增量为0.1～1Hz/s，维持频率f1，并导通点火变压器10放电打火，同时打开点火电磁阀9，燃气通过燃气支管21进入点火器11，点火器11被点燃，若点火器11没有点燃，则关闭点火电磁阀9。
本发明在点火变压器10接通8秒内，由紫外线探头12判断点火器11是否点着火后，当点着火时，PLC控制器CPU14命令主火电磁阀8开启，燃气通过针阀7和零压阀6汇合后经过比例调节阀5，被文丘里混合器4的空气引射而混合，均匀预混气体进入催化燃烧器1，通过催化剂载体2被点火器11点燃；催化燃烧器1被点燃后，PLC控制器CPU14通过变频器15将风机的输入频率由f1提高f2，频率增加的增量为0.01～1Hz/s，维持频率f2，催化剂载体2处于普通燃烧预热阶段，此时关闭点火电磁阀9。
步骤4：催化燃烧器点火，点火器11点燃后，打开主火电阀8，燃气从燃气主管20通过零压阀6和针阀7汇合后，通过比例调节阀5进入文丘里混合器4与空气进行均匀混合，燃气与空气的混合浓度L1略大于燃气的爆炸浓度上限，燃气混合气体进入催化燃烧器1，通过催化剂载体2时被点火器11点燃；若催化剂载体2没有被点燃，则会关闭主火电磁阀8，风机3再次进行后吹扫，重新点火。
步骤5：预热，点火成功后，增加风机3的频率，当频率达到预热控制点频率f2后，燃气与空气的混合浓度略小于燃气理论完全燃烧浓度L2，维持频率不变，关闭点火电磁阀9，催化剂载体2处于普通有焰燃烧预热阶段。
步骤6：起燃温度检测，若温度传感器13的检测温度低于催化剂的起燃温度t1，维持预热控制点频率f2不变，继续预热燃烧，随着预热温度逐渐升高，达到起燃温度t1时，增加风机3频率，直至频率到达催化燃烧稳定起始频率f3或设定催化燃烧温度Td(T2＞Td≥T1)所对应的频率fd。
步骤7：设定温度判断，通过PLC控制系统使风机维持催化燃烧稳定起始频率f3或设定的温度tc所对应的频率fd，若温度传感器13检测催化剂载体2的燃烧温度低于设定温度，则增加风机控制频率，若燃烧温度高于设定温度，则降低风机控制频率，风机控制增减频率的增量为0.01～1Hz/s。
步骤8：催化燃烧控制，燃烧进入催化燃烧稳定阶段后，重复步骤7，通过温度判断，增减风机的频率，使催化燃烧器1在起燃温度t1和最高限制温度t2之间自动控制恒温催化燃烧。
步骤9：停止或熄火检测，在催化燃烧稳定阶段，若命令熄火或可见光探测器16检测到催化剂载体2熄火，则会进入步骤10，若否，则返回步骤7。
步骤10：关闭主火电磁阀8，风机吹扫催化燃烧器1后进入步骤11。
步骤11：结束，风机停止。
控制参数的选择与燃烧器的燃烧功率有关，实施例如下：
点火控制频率范围f1＝5～10Hz；
预热燃烧频率范围f2＝11～19Hz；
催化燃烧段控制频率范围f3-f4为20～50Hz；
吹扫频率f4＞fb≥f3；
催化剂起燃温度与催化剂组分有关，t1＝360～600℃；
催化剂最高控制温度t2＝1160℃；
常温t0＝40～50℃。
催化燃烧器1的运行控制过程：
PLC控制器CPU14发出指令，通过变频器15启动风机3，通过EM232模块18调节变频器15的输出频率控制风机3的风量Qa，启动频率从0逐渐增加到吹扫频率fb(f4＞fb≥f3)，变频器频率增加的增量为0.1～1Hz/S，风机维持频率fb，，空气通过文丘里混合器4进入催化燃烧器1中，完成前吹扫。
前吹扫完成后，PLC控制器CPU14通过EM232模块18调节变频器15的输出频率f，将风机的输入频率由fb降到f1，减小风机的流量，变频器频率降低的增量为0.1～1Hz/S，然后PLC控制器CPU14发出点火信号指令，导通点火变压器10放电打火，同时PLC控制器CPU14发出信号打开点火电磁阀9，使一股燃气流经点火器11处，燃气遇点火变压器10打火点燃；点火变压器10开始打火时，紫外线探头12同时开始对点火器11进行检测，若8秒钟内紫外线探头12检测点火器11未被点燃，PLC控制器CPU14将停止点火变压器10放电，同时关断点火电磁阀9。
紫外线探头12判断点火器11被点燃后，点火器11持续燃烧，同时PLC控制器CPU14控制主火电磁阀8开启，燃气分别通过针阀7和零压阀6汇合后经过比例调节阀5，进入文丘里混合器4与空气混合。参照图5，点火的风机频率f1所对应的燃气与空气的混合浓度为L1(对于天然气，L1＝17％左右)，均匀混合气体进入催化燃烧器1，通过负载催化剂的蜂窝陶瓷载体2时被点火器11点燃；若紫外线探头12检测负载催化剂的蜂窝陶瓷载体2未被点燃，PLC控制器15将关断主火电磁阀8，并进行后吹扫，数分钟后关闭风机，等待检查或重新点火。
紫外线探头12判断点火成功后，PLC控制器CPU14通过EM232模块18调节变频器15增加风机的输入频率f，提高风机的空气流量Qa，变频器频率增加的增量为0.01～1Hz/S，当变频器的输入频率达到到f2时，对应的燃气混合浓度为L2(对于天然气，L2＝10％左右)，维持变频器频率f2不变，同时关闭点火电磁阀9，催化剂载体2处于普通燃烧预热阶段，温度逐渐升高，当温度传感器13检测到催化剂载体2的预热温度达到催化剂的起燃温度t1时，PLC控制器CPU14通过EM232模块18调节变频器15，控制风机的输入频率f，频率由f2增加到f3或fd(f4＞fd≥f3)，对应的燃气与空气的混合浓度为L3(对于天然气，L3＝5％左右)，变频器频率增加的增量为0.01～1Hz/S，催化燃烧器进入催化燃烧阶段，在催化燃烧阶段，增加风机的输入频率，燃气混合浓度基本不变，但燃烧功率增加或燃烧温度增加。
在催化燃烧阶段，PLC控制器CPU14通过温度传感器13和模/数转换模块17判断催化剂载体2是否达到设定燃烧温度tc，若高于或低于设定温度，PLC控制器CPU14通过数/模转化模块18和变频器15控制风机减或增加风机频率来控制催化燃烧温度，达到恒温燃烧。
在催化燃烧阶段，若人为命令熄火或可见光探测器16检测到催化载体2熄火后，PLC控制器CPU14将关闭主火电磁阀8，并进行熄火后吹扫，当温度传感器13检测催化剂载体2的温度达到常温T0时，PLC控制器CPU14将发出指令停止风机3运行。
上述实施例是针对燃气为天然气催化燃烧描述的，但本发明不限于上述实施例。本发明适合所有类型的燃气催化燃烧控制，如煤层气、沼气、煤气、石油液化气、热裂解油制气、催化裂解油制气等。只需根据不同的燃气成分，选用适合该燃气成分的催化剂和对应的点火燃气混合浓度L1(略大于燃气爆炸浓度上限)、预热普通燃烧燃气混合浓度L2(略小于理论完全燃烧浓度)和催化燃烧燃气混合浓度L3(最佳催化燃烧浓度)，重新设定比例调节阀5和针阀7的开度，通过本发明的催化燃烧控制系统即可达到催化燃烧控制的目的。
Claims (8)
1.一种催化燃烧控制系统，用于控制催化燃烧器(1)的燃烧反应，其特征在于：它由流体预混控制系统和PLC控制器件两大部分连接组成；
流体预混控制系统包括：一台风机(3)串联一个文丘里混合器(4)，用来吹扫催化燃烧器(1)和利用文丘里混合器(4)引射燃气并进行均匀预混，文丘里混合器(4)的出风口与催化燃烧器(1)的进风口连接，文丘里混合器(4)的喉管吸风口与一个比例调节阀(5)连接，用来设定催化燃烧阶段最佳燃气-空气预混浓度，比例调节阀(5)的进口与一个零压阀(6)的出口连接，用来保证燃气接近常压，零压阀(6)的进出口两端并联一个针阀(7)，用来设定点火到预热有焰燃烧阶段的最佳燃气空-气预混浓度；
PLC控制器件包括：
一个PLC控制器CPU(14)；
一个与PLC控制器CPU(14)控制信号输出端连接、并用于控制风机(3)输入频率f的变频器(15)；
一个分别连接PLC控制器CPU(14)控制信号输出端和变频器(15)的输入端的数/模转换模块(18)；
一个用于检测催化剂载体的温度、用于控制恒温催化燃烧的温度传感器(13)；
一个与温度传感器(13)信号连接、并与PLC控制器CPU(14)信号输入端连接的模/数转换模块(17)；
一个连接于燃气主管(20)中、用于控制燃气预混开关、并与零压阀(6)连接的主火电磁阀(8)；
一个用于控制点火器(11)的开关、连接在燃气支管(21)中的点火电磁阀(9)；
一个用于对点火器(11)放电点火的点火变压器(10)；
一个置于点火器附近、用于判断点火器(11)和催化剂载体(2)是否被点燃的紫外线探头(12)；
一个置于催化剂载体(2)前方、并与PLC控制器CPU(14)信号连接的可见光探测器(16)；
一个与PLC控制器CPU(14)信号连接的文本显示器。
2.根据权利要求1所述的催化燃烧控制系统，其特征在于：上述催化剂载体(2)是蜂窝陶瓷载体或金属载体，载体上负载着催化剂。
3.一种应用权利要求1所述催化燃烧控制系统的催化燃烧控制方法，其特征在于：由PLC控制器CPU(14)通过变频器(15)控制风机(3)的输入频率，风机(3)的输入频率与输出的空气流量成正比，当空气通过文丘里混合器(4)的喷嘴时，在喷嘴周围形成负压引射燃气，被引射的燃气一股通过零压阀(6)，通过零压阀(6)的燃气标准流量与引射燃气的空气标准流量成等比关系；另一股燃气通过与零压阀(6)并联的针阀(7)，通过针阀(7)的标准燃气流量基本恒定，两股燃气合并后经过比例调节阀(5)进入文丘里的混合腔和渐扩段与空气均匀预混，燃气与空气的预混浓度与空气通过文丘里喷嘴的雷诺数或流量有关，当雷诺数较小时，燃气与空气的混合浓度较大，随着雷诺数的逐渐增加，燃气与空气的混合浓度逐渐降低，当雷诺数大于一值后，燃气与空气的混合浓度不再随雷诺数的增加而改变，根据流体混合控制的雷诺数与燃气混合浓度的关系，通过控制风机(3)的输入频率，分别控制点火、预热、催化燃烧所需的不同的燃气与空气混合浓度，以及在催化燃烧阶段控制催化燃烧功率或温度。
4.一种应用权利要求1所述催化燃烧控制系统的催化燃烧控制方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：运行开始，PLC控制器CPU(14)通过变频器(15)启动风机(3)；
步骤2：前吹扫，通过变频器(15)控制风机频率增加到吹扫频率，变频器(15)的输入频率与风机(3)的输出流量成正比，空气通过文丘里混合器(4)进入催化燃烧器(1)，完成前吹扫；
步骤3：点火器点火，前吹扫完成后，PLC控制器CPU(14)通过变频器(15)将风机(3)的输入频率降低到点火频率，并导通点火变压器(10)放电打火，同时打开点火电磁阀(9)，燃气通过燃气支管(21)进入点火器(11)，点火器(11)被点燃，若点火器(11)没有点燃，则关闭点火电磁阀(9)；
步骤4：催化燃烧器点火，点火器(11)点燃后，打开主火电阀(8)，燃气从燃气主管(20)通过零压阀(6)和针阀(7)汇合后，通过比例调节阀(5)进入文丘里混合器(4)与空气进行均匀混合，燃气与空气的混合浓度略大于燃气的爆炸浓度上限，燃气混合气体进入催化燃烧器(1)，通过催化剂载体(2)时被点火器(11)点燃；若催化剂载体(2)没有被点燃，则会关闭主火电磁阀(8)，风机(3)再次进行后吹扫，重新点火；
步骤5：预热，点火成功后，增加风机(3)的频率，当频率达到预热控制点频率后，燃气与空气的混合浓度略小于燃气理论完全燃烧浓度，维持预热频率不变，关闭点火电磁阀(9)，催化剂载体(2)处于普通燃烧预热阶段；
步骤6：起燃温度检测，若温度传感器(13)的检测温度低于催化剂的起燃温度，维持预热控制点频率不变，继续普通燃烧预热，随着预热温度逐渐升高，达到起燃温度时，增加风机(3)频率，直至频率到达催化燃烧稳定起始频率或设定催化燃烧温度所对应的频率；
步骤7：设定温度判断，通过PLC控制系统使风机维持催化燃烧稳定起始频率或设定的温度所对应的频率，若温度传感器(13)检测燃烧温度低于设定温度，则增加风机控制频率，若燃烧温度高于设定温度，则降低风机控制频率，风机控制增减频率的增量为0.01～1Hz/s；
步骤8：催化燃烧控制，燃烧进入催化燃烧阶段后，重复步骤7，通过温度判断，增减风机的频率，使催化燃烧器(1)在起燃温度和最高限制温度之间自动控制恒温催化燃烧；
步骤9：停止或熄火检测，在催化燃烧稳定阶段，若命令熄火或可见光探测器(16)检测到催化剂载体(2)熄火，则会进入步骤10，若否，则返回步骤7；
步骤10：关闭主火电磁阀(8)，风机吹扫催化燃烧器(1)后进入步骤11；
步骤11：结束，风机停止。
5.根据权利要求4所述的催化燃烧控制方法，其特征在于：在步骤2中，变频器增加的频率增量为0.1～1Hz/s。
6.根据权利要求4所述的催化燃烧控制方法，其特征在于：在步骤3中，在点火变压器(10)接通8秒内，由紫外线探头(12)判断点火器(11)是否点着火后，当点着火时，PLC控制器CPU(14)命令主火电磁阀(8)开启，燃气通过针阀(7)和零压阀(6)汇合后经过比例调节阀(5)，被文丘里混合器(4)的空气引射而混合，均匀预混气体进入催化燃烧器(1)，通过催化剂载体(2)被点火器(11)点燃；催化燃烧器(1)被点燃后，PLC控制器CPU(14)通过变频器(15)将风机的输入频率提高到预热燃烧控制频率，此时关闭点火电磁阀(9)，催化剂载体(2)处于普通燃烧预热阶段。
7.根据权利要求4所述的催化燃烧控制系统，其特征在于：在步骤7中，由温度传感器(13)检测催化剂载体(2)的预热温度或设定的催化燃烧温度，进行温度判断。
8.根据权利要求4所述的催化燃烧控制方法，其特征在于：在步骤9中，由可见光探测器(16)在催化燃烧阶段进行熄火检测。
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Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101334645B (zh) * | 2008-07-15 | 2010-06-02 | 西安交通大学 | 基于人行为特征的家用空调智能温度控制系统 |
| CN102418937A (zh) * | 2011-11-01 | 2012-04-18 | 德化县兰星自动化工程有限公司 | 应用于陶瓷窑炉的助燃空气和天然气线性比例控制系统 |
| CN102477705A (zh) * | 2010-11-22 | 2012-05-30 | 贵州钢绳厂附属企业公司 | 天然纤维绳芯表面针刺去除方法及装置 |
| CN102519041A (zh) * | 2011-12-23 | 2012-06-27 | 李延新 | 一种数控燃气燃烧机 |
| CN102913918A (zh) * | 2011-08-01 | 2013-02-06 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种高浓度有机废气的催化燃烧处理方法 |
| CN103045815A (zh) * | 2012-12-19 | 2013-04-17 | 苏州工业园区姑苏科技有限公司 | 一种燃气加热控制方法 |
| CN103727527A (zh) * | 2014-01-02 | 2014-04-16 | 北京建筑大学 | 一种大功率实用燃气催化燃烧炉窑 |
| CN103900103A (zh) * | 2014-04-16 | 2014-07-02 | 上海禾森机电有限公司 | 一种鼓风式燃烧器的控制方法 |
| CN104421959A (zh) * | 2013-09-10 | 2015-03-18 | 北新集团建材股份有限公司 | 一种燃气的燃烧系统及其点火方法 |
| CN104534508A (zh) * | 2014-12-24 | 2015-04-22 | 潍坊思创环保设备有限公司 | 一种沼气安全燃烧控制装置及控制方法 |
| CN107415460A (zh) * | 2017-08-24 | 2017-12-01 | 东莞方皓汽车配件有限公司 | 一种封闭式燃气风干机 |
| CN110073863A (zh) * | 2019-05-07 | 2019-08-02 | 中科盛火(北京)热能技术有限公司 | 一种气肥与热力联供装置及其控制方法 |
| CN110513092A (zh) * | 2019-09-18 | 2019-11-29 | 吉林大学 | 一种辅助油页岩原位开采用催化燃烧装置及其使用方法 |
| CN110513718A (zh) * | 2018-05-21 | 2019-11-29 | 安德森热能科技（苏州）有限责任公司 | 一种无焰燃烧控制系统的方法 |
| CN112303894A (zh) * | 2019-07-30 | 2021-02-02 | 芜湖美的厨卫电器制造有限公司 | 燃气热水器和燃气热水器的控制方法 |
| CN112610987A (zh) * | 2021-01-12 | 2021-04-06 | 广州合隆智能设备有限公司 | 一种炉灶系统 |
| CN113983681A (zh) * | 2016-09-30 | 2022-01-28 | 芜湖美的厨卫电器制造有限公司 | 燃气热水器 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5078973A (en) * | 1985-01-30 | 1992-01-07 | Babcoco-Hitachi Kabushiki Kaisha | Apparatus for treating flue gas |
| FR2741140B1 (fr) * | 1995-11-14 | 1998-01-30 | Applic Gaz Sa | Appareil de chauffage avec bruleur catalytique |
| JP3700352B2 (ja) * | 1997-11-18 | 2005-09-28 | 松下電器産業株式会社 | 触媒燃焼装置 |
| US6095793A (en) * | 1998-09-18 | 2000-08-01 | Woodward Governor Company | Dynamic control system and method for catalytic combustion process and gas turbine engine utilizing same |
| GB0130380D0 (en) * | 2001-12-19 | 2002-02-06 | Bg Intellectual Pty Ltd | A heat appliance |
| US7007487B2 (en) * | 2003-07-31 | 2006-03-07 | Mes International, Inc. | Recuperated gas turbine engine system and method employing catalytic combustion |
-
2006
- 2006-12-08 CN CNB2006102012418A patent/CN100422639C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101334645B (zh) * | 2008-07-15 | 2010-06-02 | 西安交通大学 | 基于人行为特征的家用空调智能温度控制系统 |
| CN102477705A (zh) * | 2010-11-22 | 2012-05-30 | 贵州钢绳厂附属企业公司 | 天然纤维绳芯表面针刺去除方法及装置 |
| CN102913918A (zh) * | 2011-08-01 | 2013-02-06 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种高浓度有机废气的催化燃烧处理方法 |
| CN102418937A (zh) * | 2011-11-01 | 2012-04-18 | 德化县兰星自动化工程有限公司 | 应用于陶瓷窑炉的助燃空气和天然气线性比例控制系统 |
| CN102418937B (zh) * | 2011-11-01 | 2013-12-11 | 德化县兰星自动化工程有限公司 | 应用于陶瓷窑炉的助燃空气和天然气线性比例控制系统 |
| CN102519041B (zh) * | 2011-12-23 | 2015-09-23 | 李延新 | 一种数控燃气燃烧机 |
| CN102519041A (zh) * | 2011-12-23 | 2012-06-27 | 李延新 | 一种数控燃气燃烧机 |
| CN103045815A (zh) * | 2012-12-19 | 2013-04-17 | 苏州工业园区姑苏科技有限公司 | 一种燃气加热控制方法 |
| CN104421959A (zh) * | 2013-09-10 | 2015-03-18 | 北新集团建材股份有限公司 | 一种燃气的燃烧系统及其点火方法 |
| CN103727527A (zh) * | 2014-01-02 | 2014-04-16 | 北京建筑大学 | 一种大功率实用燃气催化燃烧炉窑 |
| CN103900103A (zh) * | 2014-04-16 | 2014-07-02 | 上海禾森机电有限公司 | 一种鼓风式燃烧器的控制方法 |
| CN104534508A (zh) * | 2014-12-24 | 2015-04-22 | 潍坊思创环保设备有限公司 | 一种沼气安全燃烧控制装置及控制方法 |
| CN104534508B (zh) * | 2014-12-24 | 2016-09-07 | 潍坊思创环保设备有限公司 | 一种沼气安全燃烧控制装置及控制方法 |
| CN113983681A (zh) * | 2016-09-30 | 2022-01-28 | 芜湖美的厨卫电器制造有限公司 | 燃气热水器 |
| CN107415460A (zh) * | 2017-08-24 | 2017-12-01 | 东莞方皓汽车配件有限公司 | 一种封闭式燃气风干机 |
| CN110513718A (zh) * | 2018-05-21 | 2019-11-29 | 安德森热能科技（苏州）有限责任公司 | 一种无焰燃烧控制系统的方法 |
| CN110073863A (zh) * | 2019-05-07 | 2019-08-02 | 中科盛火(北京)热能技术有限公司 | 一种气肥与热力联供装置及其控制方法 |
| CN110073863B (zh) * | 2019-05-07 | 2024-03-26 | 中科盛火(北京)热能技术有限公司 | 一种气肥与热力联供装置及其控制方法 |
| CN112303894A (zh) * | 2019-07-30 | 2021-02-02 | 芜湖美的厨卫电器制造有限公司 | 燃气热水器和燃气热水器的控制方法 |
| CN110513092A (zh) * | 2019-09-18 | 2019-11-29 | 吉林大学 | 一种辅助油页岩原位开采用催化燃烧装置及其使用方法 |
| CN112610987A (zh) * | 2021-01-12 | 2021-04-06 | 广州合隆智能设备有限公司 | 一种炉灶系统 |
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| Publication number | Publication date |
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