全自动燃气燃烧器的设计
全自动燃气燃烧器的设计全自动燃气燃烧器的设计?设计计算?全自动燃气燃烧器的设计21文章编号:1004-8774(2002)04-21-04全自动燃气燃烧器的设计冯良,郭定云(1同济大学,上海200092;2上海炬炼热能设备制造有限公司,上海201613;)摘要:全自动燃气燃烧器技术是现代燃烧应用领域的发展趋势之一,文章介绍了全自动燃气燃烧器的构成及技术特点,燃烧器头部,燃气管路,空气系统和控制管理系统的设计方法.关键词:全自动燃气燃烧器;燃气管路;空气系统;控制管理系统;设计方法中图分类号:TK223.23文献标识码:ADesignforAut...
?设计计算?全自动燃气燃烧器的设计21文章编号:1004-8774(2002)04-21-04全自动燃气燃烧器的设计冯良,郭定云(1同济大学,上海200092;2上海炬炼热能设备制造有限公司,上海201613;)摘要:全自动燃气燃烧器技术是现代燃烧应用领域的发展趋势之一,文章介绍了全自动燃气燃烧器的构成及技术特点,燃烧器头部,燃气管路,空气系统和控制管理系统的设计方法.关键词:全自动燃气燃烧器;燃气管路;空气系统;控制管理系统;设计方法中图分类号:TK223.23文献标识码:ADesignforAutomaticGasBurnersFENGLiang,GUODing-yun2(1.TongjiUniversity,Shanghai200092,China;2.ShanghaiDrlandThermalEquipmentManufacturingCo.,Shanghai201613,crana)Abstract:Automaticgasburnersareimportantequipmentingascombustionandutilization.Thepaperintroducedtheconfigurationandtechnologicalcharacteristicsofautomaticgasburners,anddesignmethodsofcombustionheadgaspipesystem,airsystemandcontrolsystem.Keywords:AutomaticgasburnerGaspipesystem;Airsystem;Controlsystem;Designmethod1引言随着我们国家对环境保护的重视,以及东海天然气,“西气东输”等
的相继实施,创造出了一个繁荣的天然气应用市场.目前我国的全自动燃气燃烧器市场基本上被国外厂商的产品所垄断,国产品牌屈指可数.如果国产燃气燃烧器技术和产品不能适时跟上市场需求,形成技术特色,创出名牌,就非常有可能被大量涌人的国外产品完全占据市场,从而失去本能够得到显着经济,社会效益的机遇,因此在我们国家发展全自动燃气燃烧器具有很重要意义.2全自动燃气燃烧器的基本组成及特点全自动燃气燃烧器由燃气系统,空气系统,燃烧器头部及控制管理系统四部分所组成(见图1).其中燃气系统包括燃气电磁阀,燃气管路及管件等;空气系统包括调风机构,风机,空气通道等;控制管理系统包括程序控制器,点火器,火焰探测器等部件.全自动燃气燃烧器具有鲜明的产品特点,采用机电一体化设计,集风机,阀门,控制器,点火器,火焰探测器及程序控制器于一体,产品结构紧密相连,并收稿日期:20020423图11.控制箱2.风机3.电磁阀4.空气通道5.燃气通道6.空气压力开关7.点火变压器8.头部具有预吹扫,自动点火,大小火工作,火焰监控,后吹扫,空气压力不足保护,燃气压力高低超限保护,突然停电保护等功能,能充分保证燃烧器安全,高效,低污染运行.通过对燃烧器头部和助燃风机的合理设计,全自动燃气燃烧器能做到燃烧效率高,噪声小,并能大幅度降低燃烧产物中一氧化碳等污染物的排放量,可以符合当今欧洲严格的空气排放标准.为实现燃气燃烧器的安全可靠及全自动控制,燃烧控制及火焰检测系统全部采用自动化专业厂家工业锅炉2002年第4期(总第74期)生产的零部件,点火前送风,点火,燃烧工况及非正常保护等环节均采用程序自动控制.3全自动燃气燃烧器的结构3.1燃烧器头部燃烧器头部可以有多种不同的设计方法,合理的设计可保证燃烧器能快速,均匀地混合燃气空气,而一次空气的比例可调节,能达到控制火焰长度的目的,来保证燃烧稳定,同时燃烧区域内也不会因高氧含量而产生大量NOx的问
.该燃烧器的头部包括空气通道,燃气通道,头部混合室,稳焰板,活动火焰扩散口等部分.为使燃气空气充分混合,从而抑制烟气中污染物的产生,头部设计了具有交替排列环状燃气空气出流孔的头部混合室,燃烧器工作时,燃气由中间通道经燃气孔口进入头部混合室,一次空气经空气孔道进入头部混合室,混合后从稳焰板上密集小孔中喷出燃烧,而二次空气由混合室与火焰扩散口之间的通道进入炉膛,与未燃尽燃气进行扩散燃烧(见图2).燃气通道火焰扩散12空气孔道燃气孔12从头部混合室后稳焰板上喷出的燃气空气混合物,点火后产生一定长度的火焰.稳焰板上有呈菱形排列的直径为2mm的小孔.燃烧器工作时,+稳焰板密集小孔上的小火相互牵制,即对燃烧器稳焰板上其它小火的根部进行点火,保证了火焰不发生脱火现象,同时因稳焰板的小火孔的金属壁具有降低火焰传播速度的作用,也不可能会发生回火现象,从而扩大了燃烧器稳定工作的范围.燃烧器头部设置有活动火焰扩散口,通过调整其与头部混合室之间的相对位置,能改变二次空气的流通面积.对燃烧器来说,一次空气流通面积是固定的,因此改变二次空气流通就可改变空气的分配比例,来保证混合室内的空气流量在燃烧所需空气的40%-70%,形成部分预混式燃烧.改变一次空气的比例,可达到控制火焰长度的目的,保证燃烧在一定的区域里完成,避免因火焰太长接触到冷表面而产生不完全燃烧的现象.3.2燃气管路系统全自动燃气燃烧器燃气管路系统由手动切断阀,电磁组合阀,燃气分配管道及燃气喷孔组成.本燃气管路系统的设计最大的目的是在燃烧器前燃气供应压力下,克服阀门,管道,管件,头部混合室,燃气喷口等的流动阻力,保证一定的燃气流量,使燃烧器的热负荷满足规定的要求.燃气所需压力为AP=APj+AP2+AP3+AP4式中:△Pl一电磁阀流动阻力,Pa;△P燃气管路流动阻力,Pa;△P,燃气混合室孔口流动阻力,Pa;△P燃气出流阻力,Pa.下面
各部分的阻力及相应的计算方式.(1)电磁阀流动阻力电磁阀流动阻力一般可根据电磁阀生产厂商提供的阀门流量一压降关系图(或表)如图3,以燃烧器热负荷折算相应的燃气流量,查找得出相应的压力损失值.如果缺乏资料,可通过空气来测试.\,-,I-I斌阀门压降(Pa)图3阀门流量压降关系图由于压降与流量的平方成正比,特定的燃气电磁阀,能得出AP=aL;式中:Lg气体流量,m3/h;a一试验得出的常数.注意在使用燃气流量压降关系图时,相对密度的修正.(2)燃气管路流动阻力0因此对于一个有必要进行燃气?设计计算?全自动燃气燃烧器的设计燃气管路流动阻力包括燃气管道沿程阻力和局部阻力,即AP:=△P:+△P:,而AP2寺pAP2=pg式中:九一沿程阻力系数,九=o?l1(鲁),幺为管道内壁的粗糙度,d为管道内径;卜燃气管道长度,II1;气管道内径,II1;燃气管路局部阻力系数,包括弯头及突扩口等;W燃气流速,m/s;p燃气密度,kg/m.(3)头部混合室流动阻力这部分阻力主要为混合室上燃气喷口的流动阻力,即AP=pg式中:一孔口阻力系数.(4)燃气出流阻力这部分阻力主要为燃气受热膨胀阻力和出口动压头损失,即△P4=△P:+△P:式中:△P膨胀阻力,△P,_弋百273+t一1)等p△P出口动压头损失,AP4百273+t?孚p其中t为头部孔口出口处的燃气温度.3.3空气系统空气系统由调风机构,风机及空气通道组成.在空气系统模块设计时,主要考虑燃烧器最大热负荷情况下的空气参数要求,包括风量及全压,对风机做出合理的选择.风量计算按下式进行:L.VoLg式中:一过量空气系数,一般取1-3;,厂.一燃气的理论空气量,m3/m燃气;L一燃气流量,m.而空气的全压为△P.=△Pa1+△P2+AP.3十AP”式中:AP一空气沿程流动阻力,Pa;△Pa2一空气局部阻力,Pa;△P一空气出流阻力,Pa;△P”一炉膛背压,Pa.△P,△P小△P计算方式与燃气管路方法相同,这里不再叙述.而炉膛背压△P的大小反映燃烧器的适应性能,该值取得越高,燃烧器的适应能力就越强.4燃烧器控制管理系统燃烧器控制管理系统由程序控制器,风门调节器,风机,点火器,火焰探测器,燃气压力开关,空气压力开关,燃气电磁阀等设备组成.其中程序控制器是燃烧器控制的核心部件,而其它设备为开关信号源,或命令执行部件.燃烧器控制管理系统的控制功能分为两部分:燃烧控制及火焰安全控制.燃烧控制
包括参数测量,控制计算和发出燃气阀门和空气蝶阀的执行命令,其中燃气阀门和空气蝶阀用来调整燃烧过程中的燃料和空气流量.通常来说,这些过程都是些模拟量,或是说可以连续被平滑改变.而燃烧控制的目的是使被加热物的温度(或压力)处于一个设定的范围以内.火焰安全控制管理系统,有时称为燃烧器管理系统,它不断地检测一些与安全有关的开关信号,以保证被加热锅炉的安全运行.例如它检测燃料的压力,控制锅炉点火前的前吹扫时间以及其它ON/OFF主控制开关.同时,控制管理系统通过火焰监测器监视火焰状态,如果发生熄火,则关闭燃烧器.由于技术的慢慢的提升,现在一般把燃烧控制和火焰安全控制管理系统两部分功能做在一起,而且这些系统都是基于微处理器的.燃烧器控制管理系统基本功能应包括燃烧器自动启动,停止,负荷比例调节等.火焰安全控制内容应包括预吹扫,自动点火,燃烧工况监控,点火失败保护,熄火保护,燃气压力高低超限保护,空气压力不足保护,断电保护,预防燃气泄漏事故等.燃烧器控制原理图见图4.控制管理系统主要技术指标如下:(1)预吹扫工业锅炉2002年第4期(总第74期)电源在设燃气压力在设定范围?::..一Y风机工作兰兰f预吹扫I●____■■●■■■■●■一●■■■■_●0●0_■■一囱.I三兰小火电磁阔工作LNNts风机停止工作■燃气电磁阀停止工作图4燃烧器控制管理系统工艺流程图燃烧器点火前,必须有一段时间的预吹扫,把炉膛与烟道内可能留有的可燃气体吹除,保证炉膛及烟道内可燃气体浓度不在爆炸极限范围以内.(2)自动点火燃气燃烧器采用高压点火变压器产生的电弧点火,为了能够更好的保证点火成功率,一般要求点火电压大于3.5kV,电流大于15mA.点火时间一般为2~5s.燃烧工况由火焰探测器进行监控,若发生熄火,火焰探测器把信号反馈到控制器,在1~2s内切断燃气阀,并进行后吹扫.(3)点火失败保护燃烧器点火时,首先接通点火变压器产生电弧,并接通燃气.如果火焰探测器在一定的时间内感应不到火焰信号,燃烧器关闭燃气阀并进行吹扫.(4)燃气压力高低超限保护燃气燃烧器在一定的燃气压力范围内稳定燃烧.限定燃气高低压的目的是确保火焰稳定性(不脱火,不熄火,不回火),同时限定燃烧器的热负荷范围.燃烧器通过气体压力开关感测压力,并输出开关量信号,一旦压力超出设定范围,则通过燃烧控制器切断燃烧器的燃气阀.(5)空气压力不足保护燃气燃烧器设计热负荷通常较大,其燃烧方式多采用强制鼓风式.如果风机出现故障造成空气供应中断或空气供应量不足,会发生燃烧不完全,甚至会发生炉膛爆燃或向风机回火等现象,所以应立即切断燃气供应.一般用气体压力开关感测空气压力信号,并输出开关量信号,通过燃烧控制器切断燃烧器的燃气阀.(6)断电保护燃烧器在工作过程中如果突然发生断电事故,必须立即切断燃气供应,以保护设备安全.因此燃气控制阀必须是常闭型的,一旦断电,自动切断燃气供j立.5结语燃烧器头部,燃气管路,空气系统和燃烧器控制管理系统的合理配备是保证全自动燃气燃烧器性能的关键.通过对燃烧器的全方位控制,不仅大幅度的提升了自动化程度,使总系统的点火,熄火保护,送风及一系列重要参数的检测均实现了自动化,并且也使燃烧空气,燃气流量能根据自身的需求自动调节,为燃气燃烧的完全,安全,高效提供了保障.针对天然气,液化石油气和人工煤气等不同的燃气种类,可以设计出不一样的功率的全自动燃气燃烧器.相信国产全自动燃气燃烧器将大范围的应用于蒸汽锅炉,热水锅炉,热风炉,焚烧炉,烘干炉,退火炉等工业炉窑上,为国产品牌争得一席之地.参考文献[1】赵哗青.国产全自动一体化燃烧机在锅炉上的应用[J】.上海煤气,2000,3.[2】仪謦,贾瑞清.全自动轻油燃烧器的研制【J】.煤炭技术,1998,3.[3】解文书,戴兰生.全自动燃烧机在工业炉上的应用[J】.工业炉,1996.3.作者简介:冯良(1963一),男,同济大学热能工程系毕业,副教授.1987年6月上海同济大学热能工程专业硕士研究生毕业,现从事燃气工程,燃气燃烧设备的教学,科研工作.一大
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