大火空气量不变自动改变大火功率的脉冲控制系统及方法与流程

1.本发明涉及燃烧器技术领域，具体涉及大火空气量不变自动改变大火功率的脉冲控制系统及方法。


背景技术：

2.在一些热处理加热炉上，为了加强炉内气流搅动而获取更好的炉温均匀性，脉冲燃烧控制是大家普遍采取的加热方案，对于明火加热的脉冲控制系统，典型的管路配置方案如图3所示，通过控制系统控制空气管路上的大火切断阀与小火切断阀的开启时间来满足炉膛的热量需求。而以上这种脉冲控制系统，一旦调试完成，其大火功率基本就是恒定不变的，如果炉膛热量需求较少，空气管路上的大火切断阀开启时间就很短，烧嘴绝大部分时间都处于小火状态，同时，这种比例阀控制形式燃气与空气的配比是一定的，当烧嘴处于小火阶段时，燃气量与空气量都很小，烧嘴出口流速非常低，对炉膛气氛的搅动效果非常微弱，所以这种脉冲燃烧在炉膛热量需求较少时，炉膛温度均匀性会受到很大的挑战。而实际应用中，同一炉窑在不同工况下对热量的需求变化是很大的，比如多用炉及降温速度受控的一些炉窑。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种大火空气量不变自动改变大火功率的脉冲控制系统及方法，用以解决脉冲燃烧系统在炉膛热量需求变化很大的工况下炉膛温度均匀性的问题。
4.为解决上述技术问题，本发明采用了以下方案：
5.大火空气量不变自动改变大火功率的脉冲控制系统，包括燃烧系统及燃烧监控系统，所述燃烧系统包括烧嘴、燃气主管道及空气主管道，烧嘴位于炉膛内，燃气主管道与烧嘴的燃气接口连接，空气主管道与烧嘴的空气接口连接，燃气主管道上设有空燃比例阀，空气主管道上设有空气调节组件，燃烧监控系统能对空气调节组件、空燃比例阀发送脉冲开关控制信号，空燃比例阀与空气主管道连通且连接点位于空气调节组件与烧嘴之间，还包括调压管路系统，燃气主管道上设有与所述调压管路系统接通的限流比例阀，所述限流比例阀位于空燃比例阀与烧嘴之间。
6.与现有技术相比，现有技术通过控制系统控制空气管路上的大火切断阀与小火切断阀的开启时间来满足炉膛的热量需求，而这种脉冲控制系统，一旦调试完成，其大火功率基本就是恒定不变的，如果炉膛热量需求较少，空气管路上的大火切断阀开启时间就很短，烧嘴绝大部分时间都处于小火状态，同时，这种比例阀控制形式燃气与空气的配比是一定的，当烧嘴处于小火阶段时，燃气量与空气量都很小，烧嘴出口流速非常低，对炉膛气氛的搅动效果非常微弱。本方案中，通过增加了调压管路系统和限流比例阀，调压管路系统用于调节进入的空气压力，限流比例阀用于调节输入烧嘴的燃气流量，空燃比例阀根据调压管路系统中的空气压力，自动调节开口的大小，进而改变燃气的通过量，空气调节组件用于调
节空气进入烧嘴的通量，当炉膛热量需求比较小时，系统期望将大火功率降低，同时维持额定功率下对应的空气量，确保比较大的烧嘴出口速度，增强炉膛内的扰动，此时，调压管路系统调节管路中的空气压力降低，致使限流比例阀的反馈压力降低，从而使得通过其的燃气流量很小，如果控制系统给出的大火指令，空气调节组件调节进入烧嘴的空气量增多，管道内压力升高，空燃比例阀在较高的空气反馈压力下处于全部开启状态，但由于空燃比例阀下游的限流比例阀的流通量减少，燃气阻力增大，从而导致此时进入烧嘴的燃气流量小于烧嘴大火对应的额定流量，从而降低了烧嘴的燃烧功率，达到在大火空气量不变的条件下自动改变大火功率的作用，如果控制系统给出的小火指令，则空气调节组件调节的空气进入量很少，空气调节组件下游压力较低，空燃比例阀在较低的空气反馈压力下开口变得很小，流经燃气比例阀的燃气流量很小，由于燃气流量太小，限流比例阀对非常小流量的燃气阻碍力非常小，从而对系统的小火功率影响非常小，这样在脉冲燃烧状态下，可以确保在不改变烧嘴额定功率对应空气量的情况下，灵活改变脉冲燃烧工况下的大火功率。
7.优选的，所述调压管路系统包括限流空气管、压力调节阀及限流空气切断阀，限流空气管一端连接有助燃风机，另一端通过压力调节阀及限流空气切断阀与大气相通，限流比例阀与限流空气管接通且连接点位于压力调节阀进口的管路上。助燃风机用以提供大量的且有压空气，压力调节阀用于对限流空气管进行泄压，压力调节阀的开度越大，泄压越大，限流比例阀的反馈压力越低使得其开口变得越低，从而通过的燃气量越少，反之亦然。
8.优选的，所述空气调节组件包括空气小火切断阀和空气大火切断阀，空气小火切断阀和空气大火切断阀相互并联在空气主管道上。空气小火切断阀用以大量的空气通过，空气大火切断阀用以少量的空气通过。
9.优选的，所述燃气主管道上设有燃气切断阀，燃气切断阀位于空燃比例阀进口的管路上。燃气切断阀用于阻断或者导通燃气是否进入烧嘴。
10.优选的，所述燃气主管道上并联多个燃气支管，空气主管道上并联多个与燃气支管对应的空气支管，每个相互对应的燃气支管、空气支管分别连接同一个烧嘴的燃气接口和空气接口，每个燃气支管上依次设有燃气切断阀、空燃比例阀及限流比例阀，每个空气支管上设有空气调节组件，每个燃气支管上的空燃比例阀与对应的空气支管连通且连接点位于空气调节组件与烧嘴之间，每个燃气支管上的限流比例阀分别与调压管路系统接通。
11.优选的，所述炉膛内设有用于检测燃气主管道、燃气支管、空气主管道及空气支管相应烧嘴燃烧情况的温度控制区。温度控制区用于实时检测各主管道、支管道上相应烧嘴燃烧的情况，避免发生安全事故。
12.大火空气量不变自动改变大火功率的脉冲控制方法，应用于所述的脉冲控制系统中，当炉膛热量需求比较小时，系统期望将大火功率降低，同时维持额定功率下对应的空气量，开启限流空气切断阀，压力调节阀开启到适宜开度并对限流空气管进行泄压，限流比例阀的反馈压力降低使得限流比例阀开口变小，如果控制系统给出的大火指令，此时空气大火切断阀开启，空气小火切断阀关闭，使得空气切断阀下游压力较高，空燃比例阀在较高的空气反馈压力下处于全部开启状态，由于空燃比例阀下游的限流比例阀开口变小，阻力增大，使得此时进入烧嘴的燃气流量小于烧嘴大火时对应的额定流量。
13.优选的，如果控制系统给出的小火指令，此时空气大火切断阀断开，空气小火切断阀开启，空气切断阀下游压力较低，空燃比例阀在较低的空气反馈压力下开口变得很小，流
经空燃比例阀的燃气流量小，由于燃气流量小，限流比例阀对小流量的燃气阻力小，使得对系统的小火功率影响小。
14.本发明具有的有益效果：
15.1、通过在常规脉冲控制管路上增加一个限流比例阀及限流空气管(包含压力调节阀及限流空气切断阀)，可以确保在不改变烧嘴额定功率对应空气量的情况下，灵活改变脉冲燃烧工况下的大火功率。
16.2、在限流空气管末端增加一个压力调节阀及限流空气切断阀，脉冲燃烧状态下，烧嘴大火需要额定功率时，限流空气切断阀关闭即可；烧嘴大火功率需要变小时，开启限流空气切断阀，然后调节压力调节阀的开度即可实现。
17.3、通过确保大火助燃风量不变的情况下调小烧嘴对应的大火功率，可以让脉冲控制系统在炉膛热量需求量较小的工况下延长大火的工作时间，保证大火状态下更高的烧嘴出口速度。
附图说明
18.图1为本发明的结构示意图；
19.图2为实施例2的结构示意图；
20.图3为背景技术中现有的脉冲控制系统的结构示意图。
21.附图标记：1
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燃气切断阀，2
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空燃比例阀，3
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限流比例阀，4
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空气小火切断阀，5
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空气大火切断阀，6
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限流空气管，7
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压力调节阀，8
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限流空气切断阀，9
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烧嘴，10
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助燃风机，11
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燃气主管道，12
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空气主管道，13
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燃气支管，14
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空气支管。
具体实施方式
22.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。
23.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。
24.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。
25.实施例1
26.如图1所示，大火空气量不变自动改变大火功率的脉冲控制系统，包括燃烧系统及燃烧监控系统，所述燃烧系统包括烧嘴9、燃气主管道11及空气主管道12，烧嘴9位于炉膛内，燃气主管道11与烧嘴9的燃气接口连接，空气主管道12一端与烧嘴9的空气接口连接，另一端也可以连接助燃风机10，燃气主管道11上设有空燃比例阀2，空气主管道12上设有空气
调节组件，空气调节组件包括空气小火切断阀4和空气大火切断阀5，空燃比例阀2与空气主管道12通过导压管连通且连接点位于空气调节组件与烧嘴9之间，还包括调压管路系统，所述调压管路系统包括限流空气管6、压力调节阀7及限流空气切断阀8，限流空气管6一端连接有助燃风机10，另一端通过压力调节阀7及限流空气切断阀8与大气相通，限流比例阀与限流空气管6接通且连接点位于压力调节阀7进口的管路上。助燃风机10用以提供大量的且有压空气，压力调节阀7用于对限流空气管6进行泄压，压力调节阀7的开度越大，泄压越大，限流比例阀3的反馈压力越低使得其开口变得越低，从而通过的燃气量越少，反之亦然。燃气主管道11上设有与所述调压管路系统接通的限流比例阀3，通过限流空气管6上的气压变化，限流比例阀3的反馈压力跟随变化，使得限流比例阀3的开口跟随变化，从而使得通过燃气流量随之变化，从而能达到改变烧嘴9功率的效果，所述限流比例阀位于空燃比例阀2与烧嘴9之间，燃烧监控系统能对空气调节组件、空燃比例阀2发送脉冲开关控制信号，所述燃烧监控系统由检测元件以及控制软、硬件组成。检测元件包括测炉温的热电偶，红外测温计、测炉压的压力变送器(即测压仪)、残氧分析仪、激光检测器、电机编码器和控制单元等。控制软件包括温度控制程序、炉压控制程序、流量控制程序、plc控制程序等，空气调节组件、空燃比例阀2均可以与控制单元通过电缆连接。
27.本实施例中，通过增加一个限流比例阀3及一根限流空气管6实现的，该限流比例阀3的空气反馈压力来自于限流空气管6，限流空气管6一端与助燃风机10出口相通、另一端通过一个压力调节阀7及限流空气切断阀8与大气相通，当炉膛热量需求比较小时，系统期望将大火功率降低，同时维持额定功率下对应的空气量，确保比较大的烧嘴9出口速度，增强炉膛内的扰动。具体做法是：开启限流空气切断阀8，压力调节阀7开启到一定开度，对限流空气管6进行泄压，限流比例阀3的反馈压力降低，限流比例阀3开口变小。在这种工况下，如果控制系统给出的大火指令，空气大火切断阀5开启，空气小火切断阀4关闭，空气切断阀下游压力较高，空燃比例阀2在较高的空气反馈压力下处于全部开启状态，但由于空燃比例阀2下游的限流比例阀33开口变小，阻力增大，从而导致此时进入烧嘴9的燃气流量小于烧嘴9大火对应的额定流量(具体流量值取决于压力调节阀7的开度，开度越大，泄压越大，限流比例阀3的反馈压力越低，限流比例阀3开口变得越小，通过限流比例阀3的流量越小,反之亦然)；如果控制系统给出的小火指令，空气大火切断阀5断开，空气小火切断阀4开启，空气切断阀下游压力较低，空燃比例阀2在较低的空气反馈压力下开口变得很小，流经空燃比例阀2的燃气流量很小，由于燃气流量太小，限流比例阀3对非常小流量的燃气阻力非常小，从而对系统的小火功率影响非常小。这样通过在常规脉冲控制管路上增加一个限流比例阀3及限流空气管6(包含压力调节阀7及限流空气切断阀8)，可以确保在不改变烧嘴9额定功率对应空气量的情况下，灵活改变脉冲燃烧工况下的大火功率，脉冲燃烧状态下，烧嘴9大火需要额定功率时，限流空气切断阀8关闭即可；烧嘴9大火功率需要变小时，开启限流空气切断阀8，然后调节压力调节阀7的开度即可实现，通过确保大火助燃风量不变的情况下调小烧嘴9对应的大火功率，可以让脉冲控制系统在炉膛热量需求量较小的工况下延长大火的工作时间，保证大火状态下更高的烧嘴9出口速度。
28.具体的，所述燃气主管道11上设有燃气切断阀1，燃气切断阀1位于空燃比例阀2进口的管路上，燃气切断阀1用于阻断或者导通燃气是否进入烧嘴9。
29.实施例2
30.如图2所示，所述燃气主管道11上并联多个燃气支管13，空气主管道12上并联多个与燃气支管13对应的空气支管14，例如2号燃气支管13对应2号空气支管14，每个相互对应的燃气支管13、空气支管14分别连接同一个烧嘴9的燃气接口和空气接口，即2号燃气支管13和2号空气支管14连接在2号烧嘴9上，这样炉膛里就可以设置多个烧嘴9，每个燃气支管13上依次设有燃气切断阀1、空燃比例阀2及限流比例阀3，每个空气支管14上设有空气调节组件，每个燃气支管13上的空燃比例阀2与对应的空气支管14连通且连接点位于空气调节组件与烧嘴9之间，每个燃气支管13上的限流比例阀3分别与调压管路系统接通。
31.具体的，所述炉膛内设有用于检测燃气主管道11、燃气支管13、空气主管道12及空气支管14相应烧嘴9燃烧情况的温度控制区。温度控制区用于实时检测各主管道、支管道上相应烧嘴9燃烧的情况，避免发生安全事故。
32.实施例3
33.大火空气量不变自动改变大火功率的脉冲控制方法，将该方法应用于所述的脉冲控制系统中，首先当炉膛热量需求比较小时，系统期望将大火功率降低，同时维持额定功率下对应的空气量，开启限流空气切断阀8，压力调节阀7开启到适宜开度并对限流空气管6进行泄压，限流比例阀3的反馈压力降低使得限流比例阀3开口变小，如果控制系统给出的大火指令，此时空气大火切断阀5开启，空气小火切断阀4关闭，使得空气切断阀下游压力较高，空燃比例阀2在较高的空气反馈压力下处于全部开启状态，由于空燃比例阀2下游的限流比例阀3开口变小，阻力增大，使得此时进入烧嘴9的燃气流量小于烧嘴9大火时对应的额定流量。
34.如果控制系统给出的小火指令，此时空气大火切断阀5断开，空气小火切断阀4开启，空气切断阀下游压力较低，空燃比例阀2在较低的空气反馈压力下开口变得很小，流经空燃比例阀2的燃气流量小，由于燃气流量小，限流比例阀3对小流量的燃气阻力小，使得对系统的小火功率影响小。
35.本方的工作原理：当烧嘴9得到点火指令后，燃气切断阀1打开，空气大火切断阀5关闭，空气小火切断阀4开启，限流空气切断阀8处于关闭状态，限流调压阀得到的反馈压力即为风机的出口压力，由于风机出口压力较高，限流调压阀处于全开状态，烧嘴9前的小火助燃空气压力反馈到空燃比例阀2形成小火对应的燃气量流经全开的限流比例阀33进入烧嘴9与小火空气进行混合并点燃，形成小火火焰。
36.当需要额定功率的大火时，空气大火切断阀5打开，空气小火切断阀4关闭(有些系统也会让小火切断阀仍然保持开启状态，甚至小火切断阀由一个手动精调阀替代)，限流空气切断阀8处于关闭状态，限流调压阀得到的反馈压力仍为风机的出口压力，限流调压阀处于全开状态，烧嘴9前的大火助燃空气压力反馈到空燃比例阀22形成大火额定功率对应的燃气量流经限全开的限流比例阀33进入烧嘴9与大火空气进行混合并燃烧，形成大火火焰。烧嘴9一旦点燃，就可以通过控制系统控制空气大火切断阀5及空气小火切断阀4的通断来实现烧嘴9大小火的交替轮换，实现脉冲燃烧。
37.当炉膛热量需求比较小时，系统期望将大火功率降低，同时维持额定功率下对应的空气量，确保比较大的烧嘴9出口速度，增强炉膛内的扰动。具体做法是：开启限流空气切断阀8，压力调节阀7开启到一定开度，对限流空气管6进行泄压，限流比例阀3的反馈压力降低，限流比例阀3开口变小。在这种工况下，如果控制系统给出的大火指令，空气大火切断阀
5开启，空气小火切断阀4关闭，空气切断阀下游压力较高，空燃比例阀2在较高的空气反馈压力下处于全部开启状态，但由于空燃比例阀2下游的限流比例阀33开口变小，阻力增大，从而导致此时进入烧嘴9的燃气流量小于烧嘴9大火对应的额定流量；如果控制系统给出的小火指令，空气大火切断阀5断开，空气小火切断阀4开启，空气切断阀下游压力较低，空燃比例阀2在较低的空气反馈压力下开口变得很小，流经空燃比例阀2的燃气流量很小，由于燃气流量太小，限流比例阀3对非常小流量的燃气阻力非常小，从而对系统的小火功率影响非常小。
38.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。