脈衝燃燒控制技術

3.無需線上調整，即可實現燃燒氣氛的精確控制。 可按用戶設定的燃燒氣氛對爐內的煙氣殘氧進行控制。 可對窯爐的進出料進行控制。

1、前言
工業爐的燃燒控制水平直接影響到生產的各項指標，例如：產品質量、能源消耗等。目前國內的工業爐一般都採用連續燃燒控制的形式，即通過控制燃料、助燃空氣流量的大小來使爐內的溫度、燃燒氣氛達到工藝要求。由於這種連續燃燒控制的方式往往受到燃料流量的調節和測量等環節的制約，所以目前大多數工業爐的控制效果不佳。隨著工業爐工業的迅猛發展，脈衝式燃燒控制技術也應運而生，並在國內外得到一定程度的套用，取得了良好的使用效果。
2、工業爐行業採用脈衝燃燒的必要性
目前高檔工業產品對爐內溫度場的均勻性要求較高，對燃燒氣氛的穩定可控性要求較高，使用傳統的連續燃燒控制無法實現。隨著寬斷面、大容量的工業爐的出現，必須採用脈衝燃燒控制技術才能控制爐內溫度場的均勻性。
3、脈衝燃燒控制的原理和優勢
顧名思義，脈衝燃燒控制採用的是一種間斷燃燒的方式，使用脈寬調製技術，通過調節燃燒時間的占空比（通斷比）實現窯爐的溫度控制。燃料流量可通過壓力調整預先設定，燒嘴一旦工作，就處於滿負荷狀態，保證燒嘴燃燒時的燃氣出口速度不變。當需要升溫時，燒嘴燃燒時間加長，間斷時間減小；需要降溫時，燒嘴燃燒時間減小，間斷時間加長。控制圖見圖1。
脈衝燃燒控制的主要優點為：
1.傳熱效率高，大大降低能耗。
2.可提高爐內溫度場的均勻性。
3.無需線上調整，即可實現燃燒氣氛的精確控制。
4.可提高燒嘴的負荷調節比。
5.系統簡單可靠，造價低。
6.減少NOx的生成。
普通燒嘴的調節比一般為1：4左右，當燒嘴在滿負荷工作時，燃氣流速、火焰形狀、熱效率均可達到最佳狀態，但當燒嘴流量接近其最小流量時，熱負荷最小，燃氣流速大大降低，火焰形狀達不到要求，熱效率急劇下降，高速燒嘴工作在滿負荷流量50%以下時，上述各項指標距設計要求就有了較大的差距。脈衝燃燒則不然，無論在何種情況下，燒嘴只有兩種工作狀態，一種是滿負荷工作，另一種是不工作，只是通過調整兩種狀態的時間比進行溫度調節，所以採用脈衝燃燒可彌補燒嘴調節比低的缺陷，需要低溫控制時仍能保證燒嘴工作在最佳燃燒狀態。在使用高速燒嘴時，燃氣噴出速度快，使周圍形成負壓，將大量窯內煙氣吸人主燃氣內，進行充分攪拌混合，延長了煙氣在窯內的滯流時間，增加了煙氣與製品的接觸時間，從而提高了對流傳熱效率，另外，窯內煙氣與燃氣充分攪拌混合，使燃氣溫度與窯內煙氣溫度接近，提高窯內溫度場的均勻性，減少高溫燃氣對被加熱體的直接熱衝擊。
燃燒氣氛的調節是提高工業窯爐性能必不可少的一個環節，而傳統的連續燃燒控制只能通過線上測量煙氣殘氧量，反饋給燃燒氣氛控制器，然後實時調節控制助燃空氣流量執行器的輸出，才能精確控制爐內的燃燒氣氛。由於檢測煙氣殘氧的氧化鋯感測器的可靠性、壽命和價格的原因，在工業現場的使用往往不理想。有些窯爐自控系統乾脆採用一台比例跟隨器，使助燃空氣的流量與燃料的流量成固定的比例，但這種方法不得不將助燃空氣的富餘量留得很大，達不到最佳的節能和控制過剩氧含量（或過剩空氣係數）的要求。採用脈衝燃燒控制方式，可以將油壓和風壓一次性調整到合適值，在系統投人運行後，只需保持這兩個壓力穩定即可。對壓力進行測量和控制要比流量簡單得多，可以根據系統的實際情況採取全自動控制，也可以採取人工手動控制。
與連續燃燒控制相比，脈衝燃燒控制系統中參與控制的儀表大大減少，僅有溫度感測器、控制器和執行器，省略了大量價格昂貴的流量、壓力檢測控制機構。並且，由於只需要兩位式開關控制，執行器也由原來的氣動（電動）閥門變為電磁閥門，增加了系統的可靠性，大大降低了系統造價。
4、脈衝燃燒控制技術在工業爐窯中的套用
我公司為在工業爐行業中普及脈衝燃燒控制技術，研製開發出了“神霧脈衝燃燒系統”，由高速燃燒器和工業爐控制系統兩部分組成，採用脈衝燃燒技術來完成工業爐的升溫、控溫。對於燃氣窯爐內部溫度場和溫度波動力±2°C，對於燃油（柴油）窯爐內部溫度場和溫度波動為±3°C，在使用重柴油為燃料的窯爐上效果良好。
普通燃燒器當窯爐內部溫度低於燃料自燃溫度時，燃燒器燃料間斷後火焰立即熄滅，無法繼續燃燒，為此我公司研製開發了帶有先導點火裝的高速燃燒器，此先導點火裝置的發熱量只占燃燒器設計發熱量的1/20-1/30，對爐內溫度不會產生影響，解決了熄火這一問題，並採用當今最先進的霧化技術--氣泡霧化技術，使燃燒器的霧化效果更好、霧化介質使用量更少，原來燒輕柴油的窯爐現可燒重柴油。
工業爐控制系統採用工業PC機作為控制單元，採用先進的現場匯流排體系結構，功能強大、畫面豐富、用戶界面友好。所有部件均選用進口產品，從而使系統更加可靠。。
該系統具有以下功能：
實時監測爐內各點的溫度、煙氣殘氧、爐膛壓力、油（煤氣）壓、助燃風壓、燃料流量和助燃風流量等參數。
具有上、下限報警功能，報警列印功能，報警上、下限由用戶設定，並能將報警記錄儲存，用戶可任意查詢、列印。
可按用戶設定的溫度值或溫度曲線對爐內各區段進行升、降控制，其中升溫採用脈衝燃燒控制，降溫採用強制脈衝風冷控制。
可按用戶設定的燃燒氣氛對爐內的煙氣殘氧進行控制。
可對爐膛壓力進行控制。
可對窯爐的進出料進行控制。
具有歷史數據查詢功能，可按用戶需要存儲、顯示、列印歷史數據。
具有報表列印功能，實時脫機列印班報、日報、月報。
具有動態工藝圖，可顯示整個窯爐的工藝流程圖，實時動態顯示爐內各點參數，實時動態顯示爐內火焰燃燒狀態。
在實際套用過程中，採用普通的脈寬調製的方法調節燃燒占空比時，當占空比接近0%或100%時，間斷或燃燒的時間太短，現場的運行效果不理想，於是我們引人了最小時間這一概念，將間斷和燃燒的最小時間定為3秒，當占空比接近0%或100%時，延長相應的燃燒和間斷時間即可解決這一問題。
5、結論
脈衝燃燒作為一項新技術有著廣闊的套用前景，可廣泛套用於陶瓷、冶金、石化等行業，對提高產品質量、降低燃耗、減少污染將發揮重大作用，是工業爐行業自動控制的一次革新，將成為未來工業爐燃燒技術的發展方向。