渦輪增壓、微計算機控制富氧燃氣燃燒器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種渦輪增壓、微計算機控制富氧燃氣燃燒器。本燃氣燃燒器利用渦輪增壓和微計算機控制技術，提高氣體燃燒器中氧氣的含量和空氣的溫度，使可燃氣與燃燒所需的氧氣充分混合和完全燃燒，達到最佳燃燒狀態(tài)，釋放最大熱值，進而節(jié)約能源和減少低NOx、CO氣體的排放，保護了環(huán)境。本實用新型最大的優(yōu)點在于對高海拔地區(qū)氧氣含量低的特點，可解決目前鼓風式燃氣燃燒器存在的不足，確保燃氣燃燒器在高海拔環(huán)境下高效工作。
【專利說明】渦輪增壓、微計算機控制富氧燃氣燃燒器

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及工業(yè)鍋爐中使用的燃氣燃燒器。

【背景技術】
[0002] 目前中小型工業(yè)鍋爐使用的燃燒器最為普遍是鼓風式擴散燃燒器。鼓風式擴散 燃燒的形式有單噴嘴，多管式、單管多孔式。它的特點是結構緊湊，體積輕巧，占地面積小， 燃燒熱強度大，火焰可調節(jié)等特點。但也存在著一些不足：如鼓風式燃燒器只是增加風量， 并不能增加單位體積中氧氣的含量，這點對高海拔地區(qū)尤為重要。高海拔地區(qū)的氧含量比 海平面要低20%_40%，使用現(xiàn)有的鼓風式燃燒器勢必由于氧的含量低，造成燃氣不能充分燃 燒，形成浪費。燃燒后的混合氣體產生大量的NOx和C0,對大氣造成污染。另外，現(xiàn)有的鼓 風式燃氣燃燒器采用繼電器控制的時序控制，缺少對混合可燃氣相應數(shù)據(jù)參數(shù)的采集與處 理，在工況改變的條件下，不能做相應調整，使可燃氣不能充分燃燒釋放出最大熱值。


【發(fā)明內容】

[0003] 基于上述，本實用新型的目的旨在研發(fā)一種渦輪增壓、微計算機控制富氧燃氣燃 燒器，利用渦輪增壓和微計算機控制技術，提高氣體燃燒器中氧氣的含量和空氣的溫度，使 可燃氣與燃燒所需的氧氣充分混合和完全燃燒，達到最佳燃燒狀態(tài)，釋放最大熱值。
[0004] 本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的：
[0005] -種渦輪增壓、微計算機控制富氧燃燒器是由高速伺服電機、渦輪、渦輪機外殼、 壓縮機輸氣管道、儲氣氣缸、風扇、風冷電機、氣缸輸氣管道、燃燒器支座、MCU控制箱、鍵盤、 LCD顯示屏、蝸殼、燃氣分配室、法蘭盤、火道、燃氣過濾及壓力傳感器、壓力調節(jié)閥、流量調 節(jié)閥、電磁截止閥、燃氣管道、氣缸安全閥、氣缸溫度傳感器、壓縮空氣室、點火電極、溫度傳 感器、氧傳感器和熄火傳感器等組成。伺服電機連接渦輪，渦輪機外殼底部的聯(lián)接法蘭通 過壓縮機輸氣管道與儲氣氣缸連通，儲氣氣缸頂部裝有風冷電機，風冷電機帶有風扇并居 于儲氣氣缸內的頂部，儲氣氣缸上設有氣缸安全閥和氣缸溫度傳感器；儲氣氣缸通過氣缸 輸氣管道與蝸殼連通，蝸殼內置有燃燒器支座，燃燒器支座置放與電源相連的MCU控制箱， MCU控制箱上有鍵盤和LCD顯示屏；蝸殼邊緣一端有燃氣分配室和火道，燃氣分配室和火道 用法蘭盤連接；燃氣分配室內壓縮空氣室有小孔，端部裝有溫度傳感器和氧傳感器；火道 裝有點火電極和熄火傳感器，燃氣分配室上方的燃氣管道上依序裝有燃氣過濾及壓力傳感 器、壓力調節(jié)閥、流量調節(jié)閥和電磁截止閥。
[0006] 本實用新型的優(yōu)點和產生的效益是：
[0007] 1、渦輪增壓器能往燃燒器中壓入比正常條件下多10%_40%的空氣，也就是多增加 了 10%-40%的氧氣，達到節(jié)約能源目的。保證了燃氣分配室燃氣燃燒所需的氧氣，使燃氣充 分混合燃燒，釋放最大熱值。同時空氣在壓縮時溫度也得到提高，使混合氣體燃燒時更能提 高燃氣燃燒溫度。對于在高海拔地區(qū)使用，更能體現(xiàn)本燃燒器的優(yōu)點。
[0008] 2、以32位MCU為核心的控制器和以時序繼電器控制器相比較，前者有更大的優(yōu)越 性。目前以ARM為核心的32位MCU其運算速度已相當于過去的小型計算機，而且在芯片上 集成了豐富的外設。通過程序的編制，可使MCU控制器對燃燒器進行開機檢測、燃氣壓力檢 測和點火。實時采集傳感器的反饋數(shù)據(jù)，根據(jù)鍵盤輸入的不同燃氣參數(shù)，編制最佳算法，進 行渦輪增壓器電機的轉速調節(jié)，燃氣流量的調節(jié)，進行空氣量和燃氣量的調整，形成最佳比 例混合，可提高燃燒器功率。同時快速檢測燃燒器的工況，出現(xiàn)故障及時切斷氣源，保障燃 燒器安全運行。在最佳算法的控制上，這點時序繼電器控制器是無法可比的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1是本實用新型結構示意圖。
[0010] 圖2是圖1中燃氣分配室和火道示意圖。
[0011] 圖3是圖2中A向蝸殼示意圖。
[0012] 圖4是本實用新型微控系統(tǒng)電氣方框圖。

【具體實施方式】
[0013] 下面，結合附圖對本實用新型技術方案再做進一步的說明：
[0014] 如圖1-3所示，一種渦輪增壓、微計算機控制富氧燃燒器是由高速伺服電機1、渦 輪2、潤輪機外殼3、壓縮機輸氣管道4、儲氣氣缸5、風扇6、風冷電機7、氣缸輸氣管道8、燃 燒器支座9、MCU控制箱10、鍵盤11、IXD顯示屏12、蝸殼13、燃氣分配室14、法蘭盤15、火 道16、燃氣過濾及壓力傳感器17、壓力調節(jié)閥18、流量調節(jié)閥19、電磁截止閥20、燃氣管道 21、氣缸安全閥22、氣缸溫度傳感器23、壓縮空氣室24、點火電極25、火道溫度傳感器26、 氧傳感器27和熄火傳感器28組成。伺服電機1連接渦輪2,渦輪機外殼3底部的聯(lián)接法 蘭通過壓縮機輸氣管道4與儲氣氣缸5連通，儲氣氣缸5頂部裝有風冷電機7,風冷電機7 帶有風扇6并居于儲氣氣缸5內的頂部，儲氣氣缸5上設有氣缸安全閥22和氣缸溫度傳感 器23 ;儲氣氣缸5通過氣缸輸氣管道8與蝸殼13連通，蝸殼13內置有燃燒器支座9,燃燒 器支座9置放與電源相連的MCU控制箱10, MCU控制箱10上有鍵盤11和IXD顯示屏12 ; 蝸殼13邊緣一端有燃氣分配室14和火道16,燃氣分配室14和火道16用法蘭盤15連接； 燃氣分配室14內壓縮空氣室24有兩排小孔、端部裝有溫度傳感器26和氧傳感器27 ;火道 16裝有點火電極25和熄火傳感器28,燃氣分配室14上方的燃氣管道21依序裝有燃氣過 濾及壓力傳感器17、壓力調節(jié)閥18、流量調節(jié)閥19和電磁截止閥20。
[0015] 高速伺服電機1帶動渦輪2高速旋轉，將壓縮空氣由管道4送入儲氣氣缸5。當伺 服電機1轉速增快，渦輪2轉速也同步增快，通過壓縮機輸氣管道4將更多的空氣進入儲氣 氣缸5,儲氣氣缸5中的壓縮空氣再由氣缸輸氣管道8輸送給蝸殼13的邊緣一端燃氣分配 室14,壓縮空氣通過蝸殼13產生強烈旋轉后，進入內筒壓縮空氣室24繼續(xù)旋轉向前；燃 氣經由燃氣過濾及壓力傳感器17,進入壓力調節(jié)閥18調整為合適的燃氣壓力，再進入流量 調節(jié)電磁閥19,經過電磁截止閥20由管道21進入燃氣分配室14和壓縮空氣混合后。燃氣 通過燃氣管道21進入壓縮空氣室24內環(huán)套，從內筒中部和端部的兩排小孔噴出，并與高 速噴入的空氣流強烈混合后進入火道16。壓縮空氣和燃氣在燃氣分配室14中混合后，在火 道16處燃燒。當儲氣氣缸5的壓力超限時，由氣缸安全閥22泄放，氣缸溫度傳感器23監(jiān) 測儲氣氣缸5內壓縮空氣的溫度。
[0016] 燃氣分配室14內的氧傳感器27檢測混合氣體中氧的含量，火道16內點火電極25 的作用是點燃可燃氣，燃燒熄火時由熄火傳感器28檢測。
[0017] 微計算機控制子系統(tǒng)的核心芯片是意法半導體公司生產的ARM-CortexM3為內核 的32位MCU，型號STM32F103ZET6。該芯片目前是國內嵌入式系統(tǒng)常用的一款主流芯片，它 的特點是運算速度高，片上集成外設豐富，較大的RAM區(qū)和FLASH程序存儲區(qū)，完全能勝任 富氧燃燒器的控制與算法計算要求。
[0018] 圖4是微控系統(tǒng)電氣方框圖。由圖可見，微計算機為核心的控制子系統(tǒng)的功能是 利用由ARM核構成的32位MCU，編輯燃燒器所需的工作程序，完成燃燒器的點火、數(shù)據(jù)采集、 算法優(yōu)化、燃燒器工況檢測并把工況在IXD屏12上顯示，使燃燒器安全運行。下面，蝸殼式 旋流燃燒器工作過程分四個階段：準備階段、預吹掃階段、點火階段和正常燃燒階段予以分 述：
[0019] 1、準備階段
[0020] 控制系統(tǒng)得電后，開始內部程序自檢，同時，渦輪高速伺服電機1處于關閉狀 態(tài)，程序自檢完畢后，處于待機狀態(tài)，檢測燃氣過濾及壓力傳感器17,傳感器信號由相應 4-20MA變換電路送入MCU的模數(shù)轉換引腳A/D-4,當燃氣壓力處于正常范圍值時，程控器開 始啟動，進入預吹掃階段。電磁閥組帶有泄漏檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)在上述限制開關允許時先進 行閥門泄漏檢測，檢測通過后，才進入預吹掃階段。
[0021] 、預吹掃階段
[0022] MCU的引腳D/A-1通過相應的升壓電路使渦輪高速伺服電機1高速旋轉，驅動渦輪 2壓縮空氣向富氧燃燒器吹入空氣進行預吹掃，根據(jù)要求的不同，約吹掃2(Γ40秒后，準備 點火。整個預吹掃階段，氣缸溫度傳感器23測量壓縮空氣溫度，當溫度超標時，MCU通過引 腳UART和變頻器通信，由變頻器啟動風冷電機7帶動風扇6對儲氣氣缸5進行調速冷卻， 此目地是保證儲氣氣缸5中能壓縮足夠的富氧空氣。
[0023] 、點火階段：
[0024] MCU的1/0-3引腳輸出點火信號，由相應的高電壓電路給點火電極25,以產生電火 花，約3秒后，MCU的1/0-2引腳送信號給相應的開/關電路，該電路控制電磁截止閥20,閥 打開后，燃氣到達燃燒頭，與風機提供的空氣混合，然后被點燃。在閥打開后2秒內，熄火傳 感器28通過相應的電路應檢測到火焰的存在，只有這樣，MCU才繼續(xù)后面的程序，否則，MCU 鎖定并關閉電磁截止閥20停止供氣，同時報警。熄火傳感器28檢測到火焰后2秒，MCU應 關閉相應的1?壓點火電路。
[0025] 、正常燃燒階段
[0026] 點火正常并穩(wěn)定燃燒幾秒后，MCU根據(jù)由鍵盤11輸入的負荷控制算法，采集由氧 傳感器27、火道溫度傳感器26,并有相應4-20MA信號轉換電路輸入A/D-2、A/D-3引腳，由 引腳D/A-1、C調節(jié)渦輪高速伺服電機1轉速和燃氣流量電磁閥19,達到火力的比例式調節(jié)， 完成穩(wěn)定、高效燃燒的目的。此外，整個燃燒過程中，熄火傳感器28和燃氣過濾及壓力傳感 器17對富氧燃燒器實行監(jiān)控。LCD顯示屏12將富氧燃燒器的相應參數(shù)進行顯示。另外，通 過MCU本身的UART、CAN接口，可進行遠程聯(lián)機控制。
【權利要求】
1. 一種渦輪增壓、微計算機控制富氧燃燒器是由高速伺服電機（1)、渦輪（2)、渦輪機 外殼（3)、壓縮機輸氣管道（4)、儲氣氣缸（5)、風扇（6)、風冷電機（7)、氣缸輸氣管道（8)、 燃燒器支座（9)、MCU控制箱（10)、鍵盤（11)、LCD顯示屏（12)、蝸殼（13)、燃氣分配室（14)、 法蘭盤（15)、火道（16)、燃氣過濾及壓力傳感器（17)、壓力調節(jié)閥（18)、流量調節(jié)閥（19)、 電磁截止閥（20)、燃氣管道（21)、氣缸安全閥（22)、氣缸溫度傳感器（23)、壓縮空氣室 (24)、點火電極（25)、溫度傳感器（26)、氧傳感器（27)和熄火傳感器（28)組成，其特征是伺 服電機（1)連接渦輪（2)，渦輪機外殼（3)底部的聯(lián)接法蘭通過壓縮機輸氣管道（4)與儲氣 氣缸（5 )連通，儲氣氣缸（5 )頂部裝有風冷電機（7 )，風冷電機（7 )帶有風扇（6 )并居于儲氣 氣缸（5)內的頂部，儲氣氣缸（5)上設有氣缸安全閥（22)、氣缸溫度傳感器（23)、壓縮空氣 室（24)、點火電極（25)、溫度傳感器（26)、氧傳感器（27)和熄火傳感器（28)組成，其特征是 儲氣氣缸（5)通過氣缸輸氣管道（8)與蝸殼（13)連通，蝸殼（13)內置有燃燒器支座（9)， 燃燒器支座（9 )置放與電源相連的MCU控制箱（10 )，MCU控制箱（10 )上有鍵盤（11)和IXD 顯示屏（12);蝸殼（13)邊緣一端有燃氣分配室（14)和火道（16)，燃氣分配室（14)和火道 (16)用法蘭盤（15)連接；燃氣分配室（14)內壓縮空氣室（24)有小孔，端部裝有溫度傳感器 (26)和氧傳感器（27);火道（16)裝有點火電極（25)和熄火傳感器（28)，燃氣分配室（14) 上方的燃氣管道（21)上依序裝有燃氣過濾及壓力傳感器（17)、壓力調節(jié)閥（18)、流量調節(jié) 閥（19)和電磁截止閥（20)。
【文檔編號】F23D14/02GK203848287SQ201420266401
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權日:2014年5月23日
【發(fā)明者】曹東生 申請人:曹東生