1、全自動燃?xì)馊紵鞯脑O(shè)計?設(shè)計計算?全自動燃?xì)馊紵鞯脑O(shè)計21文章編號:1004-8774(2002)04-21-04全自動燃?xì)馊紵鞯脑O(shè)計馮良,郭定云(1同濟(jì)大學(xué),上海200092;2上海炬煉熱能設(shè)備制造有限公司,上海201613;)摘要:全自動燃?xì)馊紵骷夹g(shù)是現(xiàn)代燃燒應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展方向之一,文章介紹了全自動燃?xì)馊紵鞯臉?gòu)成及技術(shù)特點,燃燒器頭部,燃?xì)夤苈?空氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設(shè)計方法.關(guān)鍵詞:全自動燃?xì)馊紵?燃?xì)夤苈?空氣系統(tǒng);控制系統(tǒng);設(shè)計方法中圖分類號:TK223.23文獻(xiàn)標(biāo)識碼:ADesignforAutomaticGasBurnersFENGLiang,GUODing-yun2(1

2、.TongjiUniversity,Shanghai200092,China;2.ShanghaiDrlandThermalEquipmentManufacturingCo.,Shanghai201613,crana)Abstract:Automaticgasburnersareimportantequipmentingascombustionandutilization.Thepaperintroducedtheconfigurationandtechnologicalcharacteristicsofautomaticgasburners,anddesignmethodsofcombust

3、ionheadgaspipesystem,airsystemandcontrolsystem.Keywords:AutomaticgasburnerGaspipesystem;Airsystem;Controlsystem;Designmethod1引言隨著我國對環(huán)境保護(hù)的重視,以及東海天然氣,“西氣東輸”等工程的相繼實施,創(chuàng)造出了一個繁榮的天然氣應(yīng)用市場.目前我國的全自動燃?xì)馊紵魇袌龌旧媳粐鈴S商的產(chǎn)品所壟斷,國產(chǎn)品牌屈指可數(shù).如果國產(chǎn)燃?xì)馊紵骷夹g(shù)和產(chǎn)品不能適時跟上市場需求,形成技術(shù)特色,創(chuàng)出名牌,就有可能被大量涌人的國外產(chǎn)品完全占據(jù)市場,從而失去本可以獲得顯著經(jīng)濟(jì),社會效益的機(jī)遇,因

4、此在我國發(fā)展全自動燃?xì)馊紵骶哂刑貏e重要意義.2全自動燃?xì)馊紵鞯幕窘M成及特點全自動燃?xì)馊紵饔扇細(xì)庀到y(tǒng),空氣系統(tǒng),燃燒器頭部及控制系統(tǒng)四部分組成(見圖1).其中燃?xì)庀到y(tǒng)包括燃?xì)怆姶砰y,燃?xì)夤苈芳肮芗?空氣系統(tǒng)包括調(diào)風(fēng)機(jī)構(gòu),風(fēng)機(jī),空氣通道等;控制系統(tǒng)包括程序控制器,點火器,火焰探測器等部件.全自動燃?xì)馊紵骶哂絮r明的產(chǎn)品特點,采用機(jī)電一體化設(shè)計,集風(fēng)機(jī),閥門,控制器,點火器,火焰探測器及程序控制器于一體,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊,并收稿日期:20020423圖11.控制箱2.風(fēng)機(jī)3.電磁閥4.空氣通道5.燃?xì)馔ǖ?.空氣壓力開關(guān)7.點火變壓器8.頭部具有預(yù)吹掃,自動點火,大小火工作,火焰監(jiān)控,后吹掃,

5、空氣壓力不足保護(hù),燃?xì)鈮毫Ω叩统薇Ｗo(hù),突然停電保護(hù)等功能,能充分保證燃燒器安全,高效,低污染運(yùn)行.通過對燃燒器頭部和助燃風(fēng)機(jī)的合理設(shè)計,全自動燃?xì)馊紵髂茏龅饺紵矢?噪聲小,并能大大減低燃燒產(chǎn)物中一氧化碳等污染物的排放量,可以符合當(dāng)今歐洲嚴(yán)格的空氣排放標(biāo)準(zhǔn).為了實現(xiàn)燃?xì)馊紵鞯陌踩煽考叭詣涌刂?燃燒控制及火焰檢測系統(tǒng)全部采用自動化專業(yè)廠家工業(yè)鍋爐2002年第4期(總第74期)生產(chǎn)的零部件,點火前送風(fēng),點火,燃燒工況及非正常保護(hù)等環(huán)節(jié)均采用程序自動控制.3全自動燃?xì)馊紵鞯慕Y(jié)構(gòu)3.1燃燒器頭部燃燒器頭部可以有多種不同的設(shè)計方法,合理的設(shè)計可保證燃燒器能快速,均勻地混合燃?xì)饪諝?而一次空

6、氣的比例可調(diào)節(jié),能達(dá)到控制火焰長度的目的,從而保證燃燒穩(wěn)定,同時燃燒區(qū)域內(nèi)也不會因高氧含量而產(chǎn)生大量NOx的問題.該燃燒器的頭部包括空氣通道,燃?xì)馔ǖ?頭部混合室,穩(wěn)焰板,活動火焰擴(kuò)散口等部分.為使燃?xì)饪諝獬浞只旌?從而抑制煙氣中污染物的產(chǎn)生,頭部設(shè)計了具有交替排列環(huán)狀燃?xì)饪諝獬隽骺椎念^部混合室,燃燒器工作時,燃?xì)庥芍虚g通道經(jīng)燃?xì)饪卓谶M(jìn)入頭部混合室,一次空氣經(jīng)空氣孔道進(jìn)入頭部混合室,混合后從穩(wěn)焰板上密集小孔中噴出燃燒,而二次空氣由混合室與火焰擴(kuò)散口之間的通道進(jìn)入爐膛,與未燃盡燃?xì)膺M(jìn)行擴(kuò)散燃燒(見圖2).燃?xì)馔ǖ阑鹧鏀U(kuò)散12空氣孔道燃?xì)饪?2從頭部混合室后穩(wěn)焰板上噴出的燃?xì)饪諝饣旌衔?點火后產(chǎn)生

7、一定長度的火焰.穩(wěn)焰板上有呈菱形排列的直徑為2mm的小孔.燃燒器工作時,+穩(wěn)焰板密集小孔上的小火相互牽制,即對燃燒器穩(wěn)焰板上其它小火的根部進(jìn)行點火,保證了火焰不發(fā)生脫火現(xiàn)象,同時因穩(wěn)焰板的小火孔的金屬壁具有降低火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊淖饔?也不會發(fā)生回火現(xiàn)象,從而擴(kuò)大了燃燒器穩(wěn)定工作的范圍.燃燒器頭部設(shè)置有活動火焰擴(kuò)散口,通過調(diào)整其與頭部混合室之間的相對位置,可以改變二次空氣的流通面積.對燃燒器來說,一次空氣流通面積是固定的,因此改變二次空氣流通就可改變空氣的分配比例,從而保證混合室內(nèi)的空氣流量在燃燒所需空氣的40%-70%,形成部分預(yù)混式燃燒.改變一次空氣的比例,可達(dá)到控制火焰長度的目的,保證燃燒在一

8、定的區(qū)域里完成,避免因火焰太長接觸到冷表面而產(chǎn)生不完全燃燒的現(xiàn)象.3.2燃?xì)夤苈废到y(tǒng)全自動燃?xì)馊紵魅細(xì)夤苈废到y(tǒng)由手動切斷閥,電磁組合閥,燃?xì)夥峙涔艿兰叭細(xì)鈬娍捉M成.本燃?xì)夤苈废到y(tǒng)的設(shè)計主要目的是在燃燒器前燃?xì)夤?yīng)壓力下,克服閥門,管道,管件,頭部混合室,燃?xì)鈬娍诘鹊牧鲃幼枇?保證一定的燃?xì)饬髁?使燃燒器的熱負(fù)荷滿足要求.燃?xì)馑鑹毫锳P=APj+AP2+AP3+AP4式中:Pl一電磁閥流動阻力,Pa;P燃?xì)夤苈妨鲃幼枇?Pa;P,燃?xì)饣旌鲜铱卓诹鲃幼枇?Pa;P燃?xì)獬隽髯枇?Pa.下面分析各部分的阻力及相應(yīng)的計算方法.(1)電磁閥流動阻力電磁閥流動阻力一般可根據(jù)電磁閥生產(chǎn)廠家提供的閥門流量

9、一壓降關(guān)系圖(或表)如圖3,以燃燒器熱負(fù)荷折算相應(yīng)的燃?xì)饬髁?查找得出相應(yīng)的壓力損失值.如果缺乏資料,可以利用空氣進(jìn)行測試.,-,I-I斌閥門壓降(Pa)圖3閥門流量壓降關(guān)系圖由于壓降與流量的平方成正比,特定的燃?xì)怆姶砰y,可以得出AP=aL;式中:Lg氣體流量,m3/h;a一試驗得出的常數(shù).注意在使用燃?xì)饬髁繅航店P(guān)系圖時,相對密度的修正.(2)燃?xì)夤苈妨鲃幼枇?因此對于一個需要進(jìn)行燃?xì)?設(shè)計計算?全自動燃?xì)馊紵鞯脑O(shè)計燃?xì)夤苈妨鲃幼枇Πㄈ細(xì)夤艿姥爻套枇途植孔枇?即AP:=P:+P:,而AP2寺pAP2=pg式中:九一沿程阻力系數(shù),九=o?l1(魯),幺為管道內(nèi)壁的粗糙度,d為管道內(nèi)徑;卜燃

10、氣管道長度,II1;氣管道內(nèi)徑,II1;燃?xì)夤苈肪植孔枇ο禂?shù),包括彎頭及突擴(kuò)口等;W燃?xì)饬魉?m/s;p燃?xì)饷芏?kg/m.(3)頭部混合室流動阻力這部分阻力主要為混合室上燃?xì)鈬娍诘牧鲃幼枇?即AP=pg式中:一孔口阻力系數(shù).(4)燃?xì)獬隽髯枇@部分阻力主要為燃?xì)馐軣崤蛎涀枇统隹趧訅侯^損失,即P4=P:+P:式中:P膨脹阻力,P,_弋百273+t一1)等pP出口動壓頭損失,AP4百273+t?孚p其中t為頭部孔口出口處的燃?xì)鉁囟?3.3空氣系統(tǒng)空氣系統(tǒng)由調(diào)風(fēng)機(jī)構(gòu),風(fēng)機(jī)及空氣通道組成.在空氣系統(tǒng)設(shè)計時,主要考慮燃燒器最大熱負(fù)荷情況下的空氣參數(shù)要求,包括風(fēng)量及全壓,對風(fēng)機(jī)進(jìn)行選擇.風(fēng)量計算按下式

11、進(jìn)行:L.VoLg式中:一過量空氣系數(shù),一般取1-3;,廠.一燃?xì)獾睦碚摽諝饬?m3/m燃?xì)?L一燃?xì)饬髁?m.而空氣的全壓為P.=Pa1+P2+AP.3十AP”式中:AP一空氣沿程流動阻力,Pa;Pa2一空氣局部阻力,Pa;P一空氣出流阻力,Pa;P”一爐膛背壓,Pa.P,P小P計算方法與燃?xì)夤苈贩椒ㄏ嗤?這里不再敘述.而爐膛背壓P的大小反映燃燒器的適應(yīng)性能,該值取得越高,燃燒器的適應(yīng)能力就越強(qiáng).4燃燒器控制系統(tǒng)燃燒器控制系統(tǒng)由程序控制器,風(fēng)門調(diào)節(jié)器,風(fēng)機(jī),點火器,火焰探測器,燃?xì)鈮毫﹂_關(guān),空氣壓力開關(guān),燃?xì)怆姶砰y等設(shè)備組成.其中程序控制器是燃燒器控制的核心部件,而其它設(shè)備為開關(guān)信號源,或命

12、令執(zhí)行部件.燃燒器控制系統(tǒng)的控制功能分為兩部分:燃燒控制及火焰安全控制.燃燒控制內(nèi)容包括參數(shù)測量,控制計算和發(fā)出燃?xì)忾y門以及空氣蝶閥的執(zhí)行命令,其中燃?xì)忾y門和空氣蝶閥用來調(diào)整燃燒過程中的燃料和空氣流量.一般來講,這些過程都是些模擬量,或者說是可以連續(xù)被平滑改變.而燃燒控制的目的就是使被加熱物的溫度(或壓力)處于一個設(shè)定的范圍之內(nèi).火焰安全控制系統(tǒng),有時稱為燃燒器管理系統(tǒng),它不斷地檢測一些與安全有關(guān)的開關(guān)信號,以保證被加熱鍋爐的安全運(yùn)行.例如它檢測燃料的壓力,控制鍋爐點火前的前吹掃時間以及其它ON/OFF主控制開關(guān).同時,控制系統(tǒng)通過火焰監(jiān)測器監(jiān)視火焰狀態(tài),如果發(fā)生熄火,則關(guān)閉燃燒器.由于技術(shù)的

13、不斷進(jìn)步,現(xiàn)在一般把燃燒控制和火焰安全控制系統(tǒng)兩部分功能做在一起,而且這些系統(tǒng)都是基于微處理器的.燃燒器控制系統(tǒng)主要功能應(yīng)包括燃燒器自動啟動,停止,負(fù)荷比例調(diào)節(jié)等.火焰安全控制內(nèi)容應(yīng)包括預(yù)吹掃,自動點火,燃燒工況監(jiān)控,點火失敗保護(hù),熄火保護(hù),燃?xì)鈮毫Ω叩统薇Ｗo(hù),空氣壓力不足保護(hù),斷電保護(hù),預(yù)防燃?xì)庑孤┦鹿实?燃燒器控制原理圖見圖4.控制系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)如下:(1)預(yù)吹掃工業(yè)鍋爐2002年第4期(總第74期)電源在設(shè)燃?xì)鈮毫υ谠O(shè)定范圍?:.一Y風(fēng)機(jī)工作蘭蘭f預(yù)吹掃I_一_00_一囪.I三蘭小火電磁闊工作LNNts風(fēng)機(jī)停止工作燃?xì)怆姶砰y停止工作圖4燃燒器控制系統(tǒng)工藝流程圖燃燒器點火前,必須有一段

14、時間的預(yù)吹掃,把爐膛與煙道內(nèi)可能留有的可燃?xì)怏w吹除,保證爐膛及煙道內(nèi)可燃?xì)怏w濃度不在爆炸極限范圍之內(nèi).(2)自動點火燃?xì)馊紵鞑捎酶邏狐c火變壓器產(chǎn)生的電弧點火,為了保證點火成功率,一般要求點火電壓大于3.5kV,電流大于15mA.點火時間一般為25s.燃燒工況由火焰探測器進(jìn)行監(jiān)控,一旦發(fā)生熄火,火焰探測器把信號反饋到控制器,在12s內(nèi)切斷燃?xì)忾y,并進(jìn)行后吹掃.(3)點火失敗保護(hù)燃燒器點火時,首先接通點火變壓器產(chǎn)生電弧,并接通燃?xì)?如果火焰探測器在一定的時間內(nèi)感應(yīng)不到火焰信號,燃燒器關(guān)閉燃?xì)忾y并進(jìn)行吹掃.(4)燃?xì)鈮毫Ω叩统薇Ｗo(hù)燃?xì)馊紵髟谝欢ǖ娜細(xì)鈮毫Ψ秶鷥?nèi)穩(wěn)定燃燒.限定燃?xì)飧叩蛪旱哪康氖谴_

15、保火焰穩(wěn)定性(不脫火,不熄火,不回火),同時限定燃燒器的熱負(fù)荷范圍.燃燒器通過氣體壓力開關(guān)感測壓力,并輸出開關(guān)量信號,一旦壓力超出設(shè)定范圍,則通過燃燒控制器切斷燃燒器的燃?xì)忾y.(5)空氣壓力不足保護(hù)燃?xì)馊紵髟O(shè)計熱負(fù)荷通常較大,其燃燒方式多采用強(qiáng)制鼓風(fēng)式.如果風(fēng)機(jī)發(fā)生故障造成空氣供應(yīng)中斷或空氣供應(yīng)量不足,會發(fā)生燃燒不完全,甚至?xí)l(fā)生爐膛爆燃或向風(fēng)機(jī)回火等現(xiàn)象,所以應(yīng)立即切斷燃?xì)夤?yīng).一般用氣體壓力開關(guān)感測空氣壓力信號,并輸出開關(guān)量信號,通過燃燒控制器切斷燃燒器的燃?xì)忾y.(6)斷電保護(hù)燃燒器在工作過程中如果突然發(fā)生斷電事故,必須立即切斷燃?xì)夤?yīng),以保護(hù)設(shè)備安全.因此燃?xì)饪刂崎y必須是常閉型的,一旦斷電,自動切斷燃?xì)夤﹋立.5結(jié)語燃燒器頭部,燃?xì)夤苈?空氣系統(tǒng)以及燃燒器控制系統(tǒng)的合理配備是保證全自動燃?xì)馊紵餍阅艿年P(guān)鍵所在.通過對燃燒器的全方位控制,不僅大大提高了自動化程度,使整個系統(tǒng)的點火,熄火保護(hù),送風(fēng)及一系列重要參數(shù)的檢測均實現(xiàn)了自動化,并且也使燃燒空氣,燃?xì)饬髁磕芨鶕?jù)需要自動調(diào)節(jié),為燃?xì)馊紵耐耆?安全,高效提供了保障.針對天然氣,液化石油氣和人工煤氣等不同的燃?xì)夥N類,可以設(shè)計出不同功率的全自動燃?xì)馊紵?相信國產(chǎn)全自動燃?xì)馊紵鲗V泛應(yīng)