專利名稱:控制工業(yè)用同流換熱爐的方法與系統(tǒng)的制作方法
本發(fā)明所涉及的是控制工業(yè)用同流換熱爐的方法與系統(tǒng)，在本發(fā)明中要測量燃料與空氣流入的速率，并產(chǎn)生不少于一種的控制信號，以用來控制和所測得的空氣流入速率成函數(shù)關(guān)系的燃料空氣比。本發(fā)明也涉及到實現(xiàn)本發(fā)明方法的整個系統(tǒng)。
同流換熱燃燒空氣的予熱在輻射式加熱管和燃燒爐中已成為廣泛運用的工藝了，把氣體引入一個艙室去予熱，若在工業(yè)用燃燒爐中，該氣體的速率一般要進行控制，以便把從該爐中輸出的熱量調(diào)整到艙室中所需的熱量。
眾所周知，只有把燃燒系統(tǒng)設(shè)計成燃料空氣為理想配比時才能獲得最大的燃燒效率。是通過用控制燃燒室氣流的方法來獲得理想配比的，這時控制系統(tǒng)處于最大溫度狀態(tài)，燃燒空氣也予熱到這一溫度上。當(dāng)這種系統(tǒng)起動起來時，燃燒空氣被予熱到較低的溫度，空氣的粘度也是低的，流過同流換熱器的空氣和同流換熱器間的摩擦力也比較低，因此用含富空氣的混合氣體向燃燒爐提供燃料。
配備有一種調(diào)節(jié)系統(tǒng)或一種開關(guān)控制系統(tǒng)的工業(yè)用同流換熱爐，可在比較短的時間內(nèi)點火而輸出足夠的熱量，以后就熄火。在這種情況下，燃燒空氣予熱系統(tǒng)在確定了燃料與空氣的理想配比后要達到最高燃燒空氣予熱溫度所需的時間至少等于這種燃燒爐工作時間的80%。由于空氣流量控制是予定的，該控制系統(tǒng)要一直運行到可獲得最大燃燒空氣予熱溫度的理想燃料與氣體比，這樣，啟動的時間就太長了，于是就引起了對這種燃燒爐使用上的改進。
本發(fā)明的目的就是以一種改善熱效率的方式，通過控制這種燃燒爐參數(shù)來進行改進的。這種燃燒爐在這種熱效率下工作并可降低能源和其它消費品的消耗。
為達此目的，本發(fā)明認識到為使配備有接通斷開控制或調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的工業(yè)用或其它用途的燃燒爐獲得最低的能源消耗，至少用一個調(diào)節(jié)裝置來控制燃料空氣比，最好調(diào)節(jié)空氣流量，該裝置最好能連續(xù)地對燃料空氣比進行校正，以跟上燃燒空氣予熱到的溫度的不斷增加。
基于這樣的認識，本發(fā)明建議除了燃料和燃燒空氣的流入速率之外，還要測量在這種燃燒爐的同流換熱器的出口處的廢氣溫度以及燃燒空氣的溫度。通過同流換熱器的壓降是燃料和燃燒空氣流入速率、燃燒空氣溫度、廢氣溫度以及同流換熱器幾何特征數(shù)據(jù)的連續(xù)函數(shù)。上述燃料空氣之比作為上述壓降的函數(shù)來控制。
因此本發(fā)明的一個特點就是，既使在配有接通斷開控制式或調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的燃燒爐的情況下，也能把燃料空氣之比作為燃燒空氣被予熱的溫度的函數(shù)來進行控制。優(yōu)先用調(diào)整燃燒空氣流入速率來連續(xù)控制燃料空氣之比既使在比較長的燃燒爐啟動時間內(nèi)也能獲得最佳熱效率，因而節(jié)省了能源。本發(fā)明所提供的方法既能運用于散熱式管道燃燒系統(tǒng)，又能運用于燃燒爐，燃燒產(chǎn)物可用來加熱出口室。
在同流換熱燃燒爐中，用噴射嘴進行強制排廢氣也是本發(fā)明的一種典型應(yīng)用。一般的噴嘴按最佳使用而設(shè)計，其特點是把攜帶燃燒生成物的空氣流出速率降到最小(以下簡稱噴嘴空氣流出速率)，而把在使用條件下的壓力增加到最大，這是一般噴嘴的一個缺點。依照本發(fā)明，對噴嘴處空氣流出速率根據(jù)同流換熱爐燃燒溫度的變化進行調(diào)節(jié)，從而使噴嘴的使用達到最佳狀態(tài)。由于測量了與本發(fā)明控制燃料與空氣比相一致的燃燒產(chǎn)物的溫度，作為燃燒生成物溫度的函數(shù)去控制噴嘴處空氣流出速率就可以用比較簡單的方法和比較低的成本來實現(xiàn)。
我們知道，對每個噴嘴系統(tǒng)來說，當(dāng)噴嘴氣流率與噴嘴空氣流率和廢氣流率之和的比為一定值時，只有取某一特定的噴嘴管與噴嘴口橫截面積(或直徑)的比值，才能使進口處與擴散段處之間的壓力增加達到最大值。由于噴嘴處空氣流率的變化，所以速率比不會保持不變，上述橫截面積或直徑比僅是對特定使用條件下的最佳比。
在本發(fā)明一個實施例中，測量被燃燒爐加熱的燃燒室里的溫度，并連續(xù)調(diào)整噴嘴管和噴嘴口噴氣橫截面積或直徑之比，以便在給定噴嘴空氣流率和給定噴嘴空氣與廢氣混合流流率的情況下使噴嘴管和噴嘴輸出擴散器間的壓力增加達到最大值。按照本發(fā)明把燃料空氣比調(diào)到最佳，按照本發(fā)明所提供的方法調(diào)節(jié)噴嘴，使噴嘴處空氣流量最小，并保證使噴嘴進氣管和輸出擴散器的壓力增加為最大值，這樣做就能使能源和消耗品的消耗最少。
在為強制排氣噴嘴所提供的本發(fā)明的最佳實施例中，噴嘴空氣流率與廢氣流率的比值在工作溫度條件下是固定不變的。在本發(fā)明系統(tǒng)起動時間內(nèi)(此時溫度仍低于工作溫度，且廢氣流率也低于流進噴嘴室的廢氣流率的最大值)，噴嘴空氣流率就是作為廢氣溫度的函數(shù)來控制的已流進噴嘴室的噴嘴氣體流率。該實施例的一個優(yōu)點是既傳送燃燒空氣又傳送廢氣噴嘴氣體的壓氣機可以在相同速度的狀態(tài)工作，因此不需要控制壓氣機速度。
為了控制流進噴嘴室的氣體，可以將流進噴嘴氣體所通過的噴口橫截面積按同流換熱爐燃燒生物溫度的函數(shù)來進行調(diào)節(jié)。
眾所周知，工業(yè)用爐都通過一個以上的燃燒爐來加熱。在本發(fā)明的更復(fù)雜的實施例中，測量每個噴嘴室的壓力，并把它們和被燃燒爐加熱的燃燒室中的壓力進行比較。某個燃燒爐工作不佳(如測量裝置或控制裝置故障)或因此使控制作用受到影響，都會導(dǎo)至燃燒爐互相干擾，為了防止這種干擾，就要對噴嘴處氣流速度作為上述比較結(jié)果的函數(shù)進行調(diào)整。
用于完成本發(fā)明方法的系統(tǒng)配有用于測量燃料和空氣流入速度和燃燒空氣溫度的裝置以及用于測量同流換熱器出口處廢氣溫度的裝置，它還配有計算機，把同流換熱器幾何數(shù)據(jù)輸入到該機中去，該計算機和測量裝置相連，根據(jù)燃料和空氣流入速率、燃燒空氣溫度和廢氣溫度和已輸入的同流換熱器的幾何特征數(shù)據(jù)計算通過同流換熱器的壓降，并產(chǎn)生壓降模擬控制信號對調(diào)節(jié)裝置進行調(diào)整。該調(diào)節(jié)裝置通過調(diào)整燃燒空氣流量來調(diào)整燃料氣體和燃燒空氣之比。
若同流換熱器配有一個用于強制排氣噴嘴的話，則噴嘴管道和噴氣口要配有用于調(diào)節(jié)管道和噴氣口橫截面積或直徑比值的這樣的裝置。同時用于測量被一個或數(shù)個燃燒爐加熱的燃燒室里的壓力的裝置和上述計算機相連，產(chǎn)生一個作為燃燒室里的壓力和廢氣溫度的函數(shù)的控制信號去控制一個調(diào)節(jié)裝置，該調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)整上述橫截面積或直徑之比。
下面參照附圖以不受限制的方法來敘述本發(fā)明，其中
圖1表示一個根據(jù)本發(fā)明來控制同流換熱器的系統(tǒng)。
圖2是一個本發(fā)明提供的噴嘴另一個實施例的局部剖面圖，包括一個調(diào)節(jié)噴嘴處氣流速率的裝置。
首先參看圖1，燃氣同流換熱爐1把爐子燃燒室2加熱，燃氣管道3、空氣管道5被燃燒爐1的同心管道14圍住?？諝夤艿?裝有熱交換散熱片，伸入到套管14和空氣管道5之間的環(huán)狀空間里，也伸入到管道5和管道3之間的環(huán)狀空間。從燃燒室2產(chǎn)生出來的廢氣通過外部環(huán)狀空間流到噴嘴系統(tǒng)26，空氣與廢氣以相反的方向流動。
燃氣流量由燃氣流量控制閥4控制，空氣流量由空氣管道6相連的空氣流量控制閥7控制。
噴嘴系統(tǒng)26由配有錐形輸入口17的混合管15和裝有錐形噴口的噴嘴管16所組成，噴嘴16的噴口相對于混合管15的錐形輸入口可軸向移動，因此調(diào)整了混合管15的直徑或橫截面積和噴嘴管16的噴口橫截面積或直徑之比，使噴嘴室和輸出擴散器之間的壓力的增加為最佳。噴口用馬達驅(qū)動的調(diào)節(jié)器18按控制信號的函數(shù)進行調(diào)整。
在同流換熱爐1工作期間，控制燃燒爐的計算機11通過調(diào)節(jié)燃氣流量控制閥4來控制燃氣流量，通過用線路12去調(diào)節(jié)燃燒空氣流量控制閥7而進一步控制燃燒空氣流量，通過調(diào)節(jié)馬達帶動的調(diào)節(jié)器18來控制噴嘴系統(tǒng)26的橫截面積或直徑之比，通過調(diào)節(jié)噴嘴處空氣流量控制閥25來控制噴嘴處空氣流率。為控制輸進同流換熱爐1的燃燒混合氣中的燃料空氣之比，用通過線路10和計算機11相連的溫度測量裝置8來測量燃燒溫度，用通過線路13和計算機11相連的流量計9來測量燃燒空氣流率，用通過線路24和計算機11相連的流量計23來測量燃氣流率，通過溫度測量裝置21來測量廢氣溫度，該測量裝置通過廢氣管路2和噴嘴系統(tǒng)26相連和通過線路22和計算機11相連，有關(guān)同流換熱器幾何特征數(shù)據(jù)在由本發(fā)明涉及的系統(tǒng)去控制同流換熱爐系統(tǒng)之前就輸入到計算機中去了。計算機11計算燃燒空氣予熱的溫度并根據(jù)上述數(shù)據(jù)來計算與燃燒空氣予熱的溫度相應(yīng)的同流換熱器的壓降。壓降是調(diào)節(jié)燃燒空氣流量閥的尺度。該流量閥控制著向同流換熱燃燒爐所供燃燒混合氣的燃料氣體比，根據(jù)燃燒空氣被予熱的溫度的變化來連續(xù)調(diào)整燃料空氣比。
計算機根據(jù)溫度測量裝置21測量的測量的燃氣溫度和通過線路28與計算機11相連的壓力測量裝置27在燃燒室2中測得的壓力而產(chǎn)生控制信號來調(diào)整混合管道15和噴嘴管道16的噴口的橫截面積或直徑之比。當(dāng)噴嘴空氣流率以及它和廢氣流率之比發(fā)生變化時，就要以把燃燒室和噴嘴26的輸出擴散器間的壓力增加到極值為前提來調(diào)整上述橫截面積或直徑之比，這樣，就會使上述壓力增加為極值所需要的噴嘴空氣流率減少到最小，從而使能源消耗降為最低。
如象大多數(shù)工業(yè)用燃燒爐那樣，都用不止一個燃燒爐來加熱燃燒室2，裝置29用于測量每個噴嘴室中的壓力，把該壓力通過線路30輸送到計算機中去，然后比較燃燒室2和各噴嘴室間的壓力，以保證在任一個燃燒爐出現(xiàn)故障的情況下將不會把其余的燃燒爐調(diào)整到不正確的工作條件上去，而把燃燒室2中的壓力降到低于規(guī)定的水平上。
圖2描述了另一個用于從同流換熱爐1強制排氣的噴嘴31的實施例。廢氣按箭頭32給出的方向流向噴嘴31，當(dāng)噴嘴空氣流按箭頭34所指方向流過空氣管道33時，它就一起被輸送了。噴嘴室35配有壓力測量裝置36，它所測得的壓力通過線路37送到計算機中。在圖2所述的本發(fā)明的實施例中，噴嘴口38相對于混合管道39是不動的。此實施例的特點在于有噴嘴空氣管33上的空氣口40?？諝饪?0可以用一個裝置(圖上用環(huán)41表示)來鎖定，環(huán)41由馬達帶動，按雙向箭頭43所示的方向移動，因而控制了送往噴嘴室35的全部噴嘴處空氣流，根據(jù)按上述方法測得的廢氣溫度控制噴嘴處空氣總流量。若啟動同流換熱爐1，廢氣的溫度是低的，口40就開的比較大，然后隨著廢氣溫度增大到工作溫度而逐漸減小，達到工作溫度時，由最大廢氣流率所規(guī)定的噴嘴處空氣流率通過噴嘴口38釋放。
在沒有附圖的本發(fā)明的另一實施例中，在環(huán)41上可以沿徑向開孔，并可在口40上面移動，以控制口40的不受限制的橫截面積。
權(quán)利要求
1、一種控制工業(yè)用同流換熱燃氣爐的方法。使用該方法，測量燃料和空氣流入速率，所測得的流入速率可提供多個控制系統(tǒng)使用，以便把上述流入速率作為函數(shù)去控制燃料空氣比；其特點是，還要測量和燃燒爐結(jié)合在一起的同流換熱器出口處廢氣的溫度和燃燒爐入口處燃燒空氣的溫度，根據(jù)所測得的燃氣流率、燃燒空氣流率、廢氣溫度、燃燒空氣溫度及燃燒爐幾何特征不斷確定通過同流換熱器的壓降，然后根據(jù)此壓降的變化控制燃燒爐進口處的燃料與空氣之比。
2、根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特點是根據(jù)所測得的燃氣流率、燃燒空氣流率、廢氣溫度和燃燒空氣溫度的變化產(chǎn)生控制信號，用上述控制信號去控制燃燒空氣流量以達到控制燃燒空氣之比的目的，這里，燃氣流量是保持不變的。
3、根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的方法，其特點是用噴嘴來進行強制排氣，根據(jù)燃燒生成物溫度的變化對攜帶燃燒爐燃燒生成物的空氣流率進行控制。
4、根據(jù)權(quán)利要求
3所述的方法，其特點是不斷地測量在被燃燒爐加熱的燃燒室中的壓力，連續(xù)控制噴嘴管道和噴嘴噴口處橫截面之比，以使噴嘴室和噴嘴擴散器之間的壓力增加到極值。
5、根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的方法，其特點是把噴嘴用于強制排氣。在給定工作溫度和燃燒生成物流出速率的情況下，用以調(diào)節(jié)攜帶燃燒爐中燃燒生成物的空氣流率。在溫度低于工作溫度的啟動時間內(nèi)，燃燒生成物的流出速率低于工作溫度下的速率，部份攜帶燃燒爐燃燒生成物的空氣流入噴嘴室，這種流入是根據(jù)燃燒生成物的溫度變化進行控制的。
6、根據(jù)權(quán)利要求
5所述的方法，其特點是通過連續(xù)地調(diào)節(jié)通向噴嘴室的空氣口的截面積來控制供往噴嘴室的那部分攜帶燃燒爐燃燒生成物的空氣流。
7、根據(jù)權(quán)利要求
3至6的任何一項的方法，其特點是在使用多個燃燒爐來加熱燃燒室的情況下，可測量燃燒室的壓力和每一個噴嘴室的壓力，然后把噴嘴室的壓力和被燃燒爐加熱的燃燒室的壓力進行比較，根據(jù)比較結(jié)果的變化來控制攜帶燃燒爐燃燒生成物的空氣流率。
8、完成由1到7所述的方法之一的系統(tǒng)，其特點是配有能測量燃料和空氣流入速率和燃燒空氣溫度的裝置，在同流換熱器的廢氣出口處配有測量燃燒生成物的溫度裝置，已輸入同流換熱器幾何特征數(shù)據(jù)的計算機和上述測量裝置相連，計算機根據(jù)燃料和空氣流入速率，燃燒空氣溫度和廢氣溫度計算通過同流換熱器的壓降，該壓降的模擬控制信號由計算機產(chǎn)生，以便調(diào)整用于調(diào)節(jié)燃料和燃燒空氣之比的調(diào)節(jié)裝置。
9、根據(jù)權(quán)利要求
8所述的一種系統(tǒng)，其特點是同流換熱爐配有一種用以強制排氣的噴嘴，該噴嘴管道和噴口處的橫截面積之比是可調(diào)的，由燃燒爐加熱的燃燒室中的壓力如上所述與計算機相連，根據(jù)測量裝置在噴嘴室測得的壓力和廢氣溫度由計算機產(chǎn)生控制信號，以控制調(diào)節(jié)裝置去調(diào)整橫截面積之比。
10、根據(jù)權(quán)利要求
9所述的一種系統(tǒng)，其特點是噴嘴口可在噴嘴管道內(nèi)沿軸向移動，調(diào)節(jié)裝置是一個用于在上述管道內(nèi)沿軸向移動噴嘴口的馬達。
11、根據(jù)權(quán)利要求
8所述的一種系統(tǒng)，其特點是同流換熱爐配有一種能強制排氣的噴嘴，輸送攜帶從燃燒爐來的燃燒生成物的空氣的管道在噴嘴處有開口，并裝有一種裝置，根據(jù)由前所述方法測得的廢氣溫度的變化連續(xù)控制這些開口的橫截面積。
專利摘要
一種用于控制工業(yè)用同流換熱爐的方法和系統(tǒng)。用以測量燃料和空氣流入速率，并送入計算機，計算機產(chǎn)生控制信號，根據(jù)流率來控制燃料與空氣之比。測量裝置用于測量和燃燒爐相結(jié)合的同流換熱器出口處廢氣溫度和燃燒爐入口燃燒空氣的溫度。計算機可以根據(jù)燃料流率、燃燒空氣流率、廢氣溫度和燃燒空氣的溫度(測量方法已述及)以及根據(jù)燃燒爐具體的幾何特征數(shù)據(jù)來計算通過同流換熱器的壓降，該壓降可用于控制燃燒爐入口處燃料與空氣之比。
文檔編號F23N5/00GK85103273SQ85103273
公開日1986年10月29日 申請日期1985年4月29日
發(fā)明者費里德姆 申請人:魯爾石油有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan