CN201496997U - 一种新型铝熔炼炉的燃烧控制装置 - Google Patents

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赵卫东
石云卿
刘和平
朱东根
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Abstract

本实用新型涉及铝熔炼炉的燃烧控制装置，在烧嘴的天然气进气管路上设置天然气流量孔板，在烧嘴的空气进气管路上设置空气流量孔板，天然气流量孔板的进气口接入天然气，出气口通过天然气执行器与烧嘴的天然气进气口相连接，空气流量孔板的进气口接入空气，出气口通过空气执行器与烧嘴的空气进气口相连接；在天然气流量孔板的进气口与出气口之间设置天然气差压变送器，在空气流量孔板的进气口与出气口之间设置空气差压变送器，两差压变送器的信号线均接入PLC控制器，天然气执行器和空气执行器的信号线也均接入PLC控制器。该技术方案可以调节空气和天然气的质量配比，精确控制天然气与空气的燃烧量比，使天然气充分燃烧，达到最佳的燃烧状况。

Description

一种新型铝熔炼炉的燃烧控制装置
技术领域
本实用新型涉及以天然气为燃料的铝熔炼炉的燃烧控制方法，具体涉及天然气与空气精确流量配比的燃烧控制装置。
背景技术
由于天然气的广泛应用，目前国内铝熔炼炉的加热方式主要以天然气为主，一般以空气作为助燃氧气来源，但空气中除含有氧气外还有氮气等惰性气体，燃料采用干天然气(干燥，脱硫后)，其主要成分是甲烷(CH4)，如果天然气完全燃烧后，其方程式为CH4+2O2＝＝CO2+2H2O，可以看出其燃烧产物为二氧化碳和水，其燃烧产物对人体不构成危害。如果燃烧不充分，会有两种情况，一是如果空气过量则其产物会含有一氧化二氮(N2O)、一氧化氮(NO)、三氧化二氮(N2O3)、二氧化氮(NO2)、四氧化二氮(N2O4)、五氧化二氮(N2O5)等，氮氧化物对眼睛和上呼吸道粘膜刺激较轻，侵入呼吸道深部的细支气管及肺泡，会生成亚硝酸盐，严重时可出现以肺水肿为主的病变，导致高铁血红蛋白症和中枢神经损害症状；二是如果天然气过量则其燃烧不完全，产物会产生一氧化碳(CO)，并造成能源浪费。
因此，需要将天然气与空气充分精确配比。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种新型精确流量配比的燃烧控制装置，可将天然气与空气充分配比，确保完全燃烧。
本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：
一种新型铝熔炼炉的燃烧控制装置，特点是：在烧嘴的天然气进气管路上设置天然气流量孔板，在烧嘴的空气进气管路上设置空气流量孔板，所述天然气流量孔板的进气口接入天然气，天然气流量孔板的出气口通过天然气执行器与烧嘴的天然气进气口相连接，所述空气流量孔板的进气口接入空气，空气流量孔板的出气口通过空气执行器与烧嘴的空气进气口相连接；另外，在所述天然气流量孔板的进气口与出气口之间设置天然气差压变送器，在所述空气流量孔板的进气口与出气口之间设置空气差压变送器，所述天然气差压变送器的信号线和空气差压变送器的信号线均接入PLC控制器，所述天然气执行器的信号线和空气执行器的信号线也均接入PLC控制器。
进一步地，上述的一种新型铝熔炼炉的燃烧控制装置，在天然气流量孔板位置安装热电偶，热电偶的信号线接入PLC控制器。
本实用新型技术方案的实质性特点和进步主要体现在：
①本实用新型在烧嘴的天然气和空气管路上各安装一个在实验室已标定好的流量孔板，实验室中标定孔板的前后压差，在一定的温度状态下，在管径一定的情况下，其前后压差决定了天然气或空气的流量(即体积)，从而得出其质量，精确测量所需配比质量；
②在烧嘴前各有一个执行器，用于调节空气和天然气的质量配比，可以精确的控制天然气与空气的燃烧量比，达到充分燃烧的目的；
③在天然气和空气的每个流量孔板前后安装一个差压变送器，用于测量前后压差；天然气和空气管路的差压信号、温度信号、烧嘴前执行器的控制信号均接入PLC，由CPU按照计算公式，内部运算得出炉膛需要的热负荷，通过调节烧嘴前执行器的开度控制烧嘴在整个调节范围0％-100％，保证整个过程空气与天然气的配比在设定的比值工作，控制天然气充分燃烧，达到最佳的燃烧状况；
④通过对燃烧产物的测定，与没有安装该控制装置的铝熔炼炉相比，其NOX排量减少70％以上，符合环保要求，大大降低了生产成本；堪称是具有新颖性、创造性的好技术，简易适用，市场应用前景广阔。
附图说明
下面结合附图对本实用新型技术方案作进一步说明：
图1：本实用新型装置的结构示意图。
图中各附图标记的含义见下表：
  附图标记 含义   附图标记 含义   附图标记 含义
1   天然气流量孔板 2 空气流量孔板 3 天然气执行器
4 空气执行器 5   天然气差压变送器 6   空气差压变送器
  7   烧嘴   8   PLC控制器   9   热电偶
  A   天然气入口   B   空气入口
具体实施方式
铝熔炼炉采用蓄热式烧嘴对铝进行加热熔化，一般两个烧嘴为一对，每台炉子可以安装多对，一个烧嘴燃烧，另一个烧嘴排烟并蓄热，从而到达较高热效率。为了精确的控制天然气与空气的燃烧状况，须在其各自的管路上安装可以计量其流量的检测设备，设计了一种天然气与空气充分配比、完全燃烧的控制装置。
如图1所示，铝熔炼炉的燃烧控制装置，主要包括流量孔板、执行器、差压变送器和PLC控制器，在烧嘴7的天然气进气管路上设置天然气流量孔板1，在烧嘴的空气进气管路上设置空气流量孔板2，天然气流量孔板1的进气口与天然气入口A相连通，天然气流量孔板1的出气口通过天然气执行器3与烧嘴7的天然气进气口相连接，空气流量孔板2的进气口与空气入口B相连通，空气流量孔板2的出气口通过空气执行器4与烧嘴7的空气进气口相连接；另外，在天然气流量孔板1的进气口与出气口之间设置天然气差压变送器5，在空气流量孔板2的进气口与出气口之间设置空气差压变送器6，天然气差压变送器5的信号线和空气差压变送器6的信号线均接入PLC控制器8，天然气执行器3的信号线和空气执行器4的信号线也均接入PLC控制器8。还在孔板位置安装热电偶9，热电偶9的信号线接入PLC控制器8。
需说明的是，图1示意了其中一个烧嘴天然气与空气燃烧控制的结构图，在烧嘴7的天然气和空气管路上各安装一个在实验室已标定好的流量孔板，即天然气流量孔板1和空气流量孔板2，天然气流量孔板1和空气流量孔板2进行实验室标定，在实验室中标定孔板的前后压差，在一定的温度状态下，在管径一定的情况下，其前后压差决定了天然气或空气的流量(即体积)，从而得出其质量，精确测量所需配比质量。
天然气流量孔板1和空气流量孔板2是充满流体的圆形管道中安装了节流件后，当被测流体流过节流件时，流束将在节流处形成局部收缩，从而使收缩截面内平均流速增加，在节流件上游侧静压力上升，下游侧静压力下降，于是在节流件的上、下游侧产生静压力差。流体的流速越大，在节流件前后产生的静压力差越大，这个静压力差与流量之间呈一定的函数关系，所以通过测量压差来衡量流体流过节流装置的流量大小。
在烧嘴前各有一个电动执行装置，即天然气执行器3和空气执行器4，用于调节空气和天然气的质量配比，可以精确的控制天然气与空气的燃烧量比，达到充分燃烧的目的。实验室数据是在实验室环境温度下测量出来的天然气和空气状态，在实际现场铝熔炼炉的应用中环境温度也是一个影响的因数，因此，还在管路安装孔板位置设有一个精度较高的温度测量装置，即热电偶9。另外，还在天然气和空气每个孔板前后安装一个差压变送器，即天然气差压变送器5和空气差压变送器6，分别用于测量天然气流量孔板1和空气流量孔板2前后压差。天然气和空气管路的差压信号、温度信号、烧嘴前执行器的控制信号均接入PLC(可编程控制器)8，经过CPU按照计算公式，内部运算得出炉膛需要的热负荷，通过调节烧嘴前执行器的开度控制烧嘴在整个调节范围0％-100％，保证整个过程空气与天然气的配比在设定的比值工作，使天然气充分燃烧，达到最好的燃烧状况。通过已知管路管径，与实验室的公式进行计算，可以方便的计算出所需天然气和空气的燃烧量。
通过对燃烧产物的测定，与没有安装该控制装置的铝熔炼炉相比，其NOX排量减少70％以上，符合环保要求，同时大大降低了生产成本，为一实用的新设计。
需要理解到的是：上述说明并非是对本实用新型的限制，在本实用新型构思范围内，所进行的添加、变换、替换等，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.一种新型铝熔炼炉的燃烧控制装置，其特征在于：在烧嘴的天然气进气管路上设置天然气流量孔板，在烧嘴的空气进气管路上设置空气流量孔板，所述天然气流量孔板的进气口接入天然气，天然气流量孔板的出气口通过天然气执行器与烧嘴的天然气进气口相连接，所述空气流量孔板的进气口接入空气，空气流量孔板的出气口通过空气执行器与烧嘴的空气进气口相连接；另外，在所述天然气流量孔板的进气口与出气口之间设置天然气差压变送器，在所述空气流量孔板的进气口与出气口之间设置空气差压变送器，所述天然气差压变送器的信号线和空气差压变送器的信号线均接入PLC控制器，所述天然气执行器的信号线和空气执行器的信号线也均接入PLC控制器。
2.根据权利要求1所述的一种新型铝熔炼炉的燃烧控制装置，其特征在于：在天然气流量孔板位置安装热电偶，热电偶的信号线接入PLC控制器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108225018A (zh) * 2017-12-29 2018-06-29 蚌埠隆华压铸机有限公司 一种天然气熔炉

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