[其他]控制工业用同流换热炉的方法与系统

说明书

本发明所涉及的是控制工业用同流换热炉的方法与系统，在本发明中要测量燃料与空气流入的速率，并产生不少于一种的控制信号，以用来控制和所测得的空气流入速率成函数关系的燃料空气比。本发明也涉及到实现本发明方法的整个系统。

同流换热燃烧空气的予热在辐射式加热管和燃烧炉中已成为广泛运用的工艺了，把气体引入一个舱室去予热，若在工业用燃烧炉中，该气体的速率一般要进行控制，以便把从该炉中输出的热量调整到舱室中所需的热量。

众所周知，只有把燃烧系统设计成燃料空气为理想配比时才能获得最大的燃烧效率。是通过用控制燃烧室气流的方法来获得理想配比的，这时控制系统处于最大温度状态，燃烧空气也予热到这一温度上。当这种系统起动起来时，燃烧空气被予热到较低的温度，空气的粘度也是低的，流过同流换热器的空气和同流换热器间的摩擦力也比较低，因此用含富空气的混合气体向燃烧炉提供燃料。

配备有一种调节系统或一种开关控制系统的工业用同流换热炉，可在比较短的时间内点火而输出足够的热量，以后就熄火。在这种情况下，燃烧空气予热系统在确定了燃料与空气的理想配比后要达到最高燃烧空气予热温度所需的时间至少等于这种燃烧炉工作时间的80%。由于空气流量控制是予定的，该控制系统要一直运行到可获得最大燃烧空气予热温度的理想燃料与气体比，这样，启动的时间就太长了，于是就引起了对这种燃烧炉使用上的改进。

本发明的目的就是以一种改善热效率的方式，通过控制这种燃烧炉参数来进行改进的。这种燃烧炉在这种热效率下工作并可降低能源和其它消费品的消耗。

为达此目的，本发明认识到为使配备有接通断开控制或调节控制系统的工业用或其它用途的燃烧炉获得最低的能源消耗，至少用一个调节装置来控制燃料空气比，最好调节空气流量，该装置最好能连续地对燃料空气比进行校正，以跟上燃烧空气予热到的温度的不断增加。

基于这样的认识，本发明建议：除了燃料和燃烧空气的流入速率之外，还要测量在这种燃烧炉的同流换热器的出口处的废气温度以及燃烧空气的温度。通过同流换热器的压降是燃料和燃烧空气流入速率、燃烧空气温度、废气温度以及同流换热器几何特征数据的连续函数。上述燃料空气之比作为上述压降的函数来控制。

因此本发明的一个特点就是，既使在配有接通断开控制式或调节控制系统的燃烧炉的情况下，也能把燃料空气之比作为燃烧空气被予热的温度的函数来进行控制。优先用调整燃烧空气流入速率来连续控制燃料空气之比既使在比较长的燃烧炉启动时间内也能获得最佳热效率，因而节省了能源。本发明所提供的方法既能运用于散热式管道燃烧系统，又能运用于燃烧炉，燃烧产物可用来加热出口室。

在同流换热燃烧炉中，用喷射嘴进行强制排废气也是本发明的一种典型应用。一般的喷嘴按最佳使用而设计，其特点是把携带燃烧生成物的空气流出速率降到最小（以下简称喷嘴空气流出速率），而把在使用条件下的压力增加到最大，这是一般喷嘴的一个缺点。依照本发明，对喷嘴处空气流出速率根据同流换热炉燃烧温度的变化进行调节，从而使喷嘴的使用达到最佳状态。由于测量了与本发明控制燃料与空气比相一致的燃烧产物的温度，作为燃烧生成物温度的函数去控制喷嘴处空气流出速率就可以用比较简单的方法和比较低的成本来实现。

我们知道，对每个喷嘴系统来说，当喷嘴气流率与喷嘴空气流率和废气流率之和的比为一定值时，只有取某一特定的喷嘴管与喷嘴口横截面积（或直径）的比值，才能使进口处与扩散段处之间的压力增加达到最大值。由于喷嘴处空气流率的变化，所以速率比不会保持不变，上述横截面积或直径比仅是对特定使用条件下的最佳比。

在本发明一个实施例中，测量被燃烧炉加热的燃烧室里的温度，并连续调整喷嘴管和喷嘴口喷气横截面积或直径之比，以便在给定喷嘴空气流率和给定喷嘴空气与废气混合流流率的情况下使喷嘴管和喷嘴输出扩散器间的压力增加达到最大值。按照本发明把燃料空气比调到最佳，按照本发明所提供的方法调节喷嘴，使喷嘴处空气流量最小，并保证使喷嘴进气管和输出扩散器的压力增加为最大值，这样做就能使能源和消耗品的消耗最少。

在为强制排气喷嘴所提供的本发明的最佳实施例中，喷嘴空气流率与废气流率的比值在工作温度条件下是固定不变的。在本发明系统起动时间内（此时温度仍低于工作温度，且废气流率也低于流进喷嘴室的废气流率的最大值），喷嘴空气流率就是作为废气温度的函数来控制的已流进喷嘴室的喷嘴气体流率。该实施例的一个优点是既传送燃烧空气又传送废气喷嘴气体的压气机可以在相同速度的状态工作，因此不需要控制压气机速度。