本發(fā)明屬于生物質(zhì)氣化及其燃氣燃燒器控制，尤其涉及一種熱管控溫全預(yù)混多級引射式燃氣燃燒器的控制方法。

背景技術(shù)：

1、鍋爐中影響其熱效率的最大熱損失項是排煙損失，而影響排煙熱損失大小的主要因素是排煙量和排煙溫度。其中，影響排煙量的主要參數(shù)是燃燒過程的過量空氣系數(shù)。生物質(zhì)直燃屬于氣固異相接觸，這種接觸方式下的充分燃燒需要供應(yīng)更多的過量空氣，其理想的過量空氣系數(shù)一般在1.4-1.6之間。但在實際應(yīng)用中，視自動化控制水平的高低，氣固異相燃燒過程的過量空氣系數(shù)高達到2以上甚至超過3的情況并不罕見，過量空氣系數(shù)的增大將導(dǎo)致燃燒排煙量明顯上升，進而導(dǎo)致鍋爐排煙熱損失的明顯增大和鍋爐熱效率的急劇下降。研究表明，超過燃燒過程最佳過量空氣系數(shù)后，過量空氣系數(shù)每增大0.1，鍋爐熱效率大約會下降1.3％。這恰恰是傳統(tǒng)鏈條式鍋爐熱效率過低(低至60％左右)而被逐漸淘汰的重要原因之一。影響排煙溫度的參數(shù)可以歸納為換熱效率，而影響換熱效率的最主要因素是換熱系數(shù)。與煤炭相比，雖然生物質(zhì)燃料中的灰含量遠低于煤炭(僅約1/6左右)，但其中k、na等堿金屬的含量卻遠高于煤炭。堿金屬及其化合物的熔點都比較低，燃燒或者氣化時易揮發(fā)向上而進入氣相中，受冷后則凝固在下游的換熱器壁面上形成一層很難清理干凈的硬質(zhì)積灰(與燃煤鍋爐的積灰不同)，熱阻很高的厚灰層會嚴重降低換熱器受熱面的換熱效率，導(dǎo)致了換熱量嚴重下降、排煙溫度大幅上升和鍋爐熱效率嚴重下降。

2、生物質(zhì)燃料氣化成為燃氣的利用方式則能在極大程度上解決上述難題，尤其是在采用上吸式氣化爐且燃氣不降溫凈化而直接燃燒供熱的場合，原因在于：

3、(1)氣化過程將燃料由固態(tài)變成氣態(tài)后，其燃燒方式也由氣固異相燃燒變?yōu)榫嗳紵?，不但更易于燃盡，燃燒的自動控制也更容易實現(xiàn)，而且同時過量空氣系數(shù)還能通過自動控制維持在1.2以下，從而大大降低了煙氣排放量，也就降低了排煙損失，提高了熱效率。

4、(2)研究表明，相比生物質(zhì)的直燃過程，流化床氣化和下吸式氣化能夠?qū)?0～80％的堿金屬控制在氣化爐內(nèi)使其不進入氣相，而上吸式氣化則可以將超過99％的堿金屬控制在爐內(nèi)而不進入氣相。因為上吸式氣化產(chǎn)生的燃氣在離開氣化爐之前要依次向上流經(jīng)氧化區(qū)、還原區(qū)、干餾區(qū)和干燥區(qū)四段，在這個流動過程中，燃氣溫度出現(xiàn)大幅度下降，在氧化區(qū)因高溫而揮發(fā)進入氣相的堿金屬會再次冷凝成固態(tài)，并被料層阻擋過濾而滯留在爐內(nèi)。因此，相比生物質(zhì)直燃或其他類氣化方式，上吸式氣化過程產(chǎn)生的燃氣燃燒后在最大程度上抑制了在鍋爐下游換熱面產(chǎn)生積灰的可能性，從而能夠始終維持在很高的換熱效率。

5、不過，上吸式氣化也存在明顯不足，具體體現(xiàn)在：

6、(1)燃氣中焦油的含量比流化床和下吸式高得多，焦油一旦冷凝，將會附著在風(fēng)機的葉片以及閥門、連接管道壁面等部位，一方面會腐蝕下游設(shè)備，另一方面，也會導(dǎo)致出現(xiàn)嚴重堵塞。

7、(2)與下吸式以及流化床時氣化過程高達800℃以上的燃氣溫度相比，上吸式氣化爐所產(chǎn)氣化燃氣的溫度通常不高于200℃，因而其燃燒反應(yīng)的速度遠遠低于前兩者，當采用空氣氣化(而不是富氧氣化)時，所產(chǎn)氣化燃氣的熱值也比較低，尤其是氣化爐啟動階段所產(chǎn)粗燃氣中含有大量的來自燃料中的水蒸氣遇冷凝結(jié)為大量白霧狀的細小液滴，燃燒性能非常差，以上諸多不利因素的疊加，導(dǎo)致上吸式氣化爐產(chǎn)出的燃氣常常會出現(xiàn)點火引燃困難、燃燒穩(wěn)定性差等問題。也因此，上吸式生物質(zhì)氣化爐的啟動過程往往耗時較長，長時間無法成功點火成為常態(tài)，不但導(dǎo)致燃料大量浪費，而且嚴重影響氣化爐用戶的正常使用，從而大大限制了上吸式氣化爐的使用場合。這種情況在氣化爐的容量較大時會變得愈發(fā)的嚴重。

8、此外，各種氣化利用相比直燃而言也存在著有待克服的難題。例如，除加壓氣化爐外，其他種類的氣化爐所產(chǎn)生的氣化燃氣均需要經(jīng)過加壓后才能在下游燃燒器內(nèi)使用，但為了避免燃氣中富含的焦油可能引發(fā)的腐蝕、堵塞等難題，常規(guī)的升壓設(shè)備如增壓風(fēng)機等設(shè)備，則要求燃氣必須先進行除塵、除焦油等凈化步驟，而上述這些步驟通常又要求燃氣必須降溫。顯然，燃氣的凈化和降溫必然帶來系統(tǒng)復(fù)雜性的急劇上升和能源利用效率的明顯下降。而實際上，如果不是在燃氣輪機、燃氣內(nèi)燃機等要求苛刻的場合，而是在直接供熱的場合時，燃氣的凈化和降溫過程其實并不是必須的。此時，可以提高燃氣壓力的技術(shù)路徑有兩種：

9、(1)依靠氣化空氣鼓風(fēng)機提供的壓力，在上吸式氣化爐的上部自由空間維持燃氣燃燒所需要的正壓，但是因為進料過程也是在頂部進行，所以此時必須使用帶有密封的進料裝置。而帶有密封的進料過程，也就意味著只能采用間歇式進料的方式，這種升壓方式也易造成燃氣泄露。

10、(2)對所產(chǎn)生的燃氣采用其他非傳統(tǒng)式鼓風(fēng)機升壓(如引射式，或噴射式)的方式，避免焦油冷凝附著所引起的葉片腐蝕堵塞等問題。同時維持氣化爐上部自由空間區(qū)域處于微負壓狀態(tài)，此時可以實現(xiàn)連續(xù)進料而不致產(chǎn)生燃氣的漏出。因為此時負壓較小，進料管內(nèi)燃料本身的阻力就足以防止空氣的大量漏入，而燃氣不降溫凈化直接燃用的利用方式，也使得即使有少量的空氣因爐內(nèi)負壓漏入，也會在不遠的下游迅速燃盡，從而不會出現(xiàn)累積而引發(fā)爆炸等安全問題。

11、不過，現(xiàn)有的這種全預(yù)混引射式燃燒器也存在著明顯的不足，即燃燒器的負荷調(diào)節(jié)不方便，因為負荷下降后，引射氣體的流速也隨之降低，此時噴射過程難以再起到高效升壓的作用，難以保證氣化爐上部的負壓狀態(tài)。同時，燃氣與空氣的混合效果也變差，導(dǎo)致易出現(xiàn)燃燒不完全、甚至熄火等問題。

12、綜上所述，上吸式氣化燃氣的燃燒需要解決的問題可以概括為：啟動階段點火非常困難；未凈化燃氣升壓困難，如采用引射式升壓方式，則燃燒器變負荷不易，易造成燃燒不完全，熄火等問題。

13、此外，采用兩級引射空氣，可以實現(xiàn)燃燒過程的空氣分級，從而能夠有效降低nox的排放。因此，亟需設(shè)計一種采用兩級引射空氣的燃氣燃燒器。

14、通過上述分析，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及缺陷為：現(xiàn)有上吸式氣化燃氣的燃燒方案中，啟動階段點火非常困難；且未凈化燃氣升壓困難，如采用引射式升壓方式，則燃燒器變負荷不易，易造成燃燒不完全以及熄火等問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為克服相關(guān)技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明公開實施例提供了一種熱管控溫全預(yù)混多級引射式燃氣燃燒器的控制方法，尤其涉及一種生物質(zhì)氣化爐快速啟動、穩(wěn)燃及其熱管控溫全預(yù)混多級引射式燃氣燃燒器的控制方法，所述技術(shù)方案如下：

2、本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種熱管控溫全預(yù)混雙引射式燃氣燃燒器的控制方法，該方法包括以下步驟：

3、s1，將燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庖胫列顭崾礁邷乜諝獍l(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生高溫空氣；

4、s2，當采用高溫空氣點火成功后，氣化爐被快速點火啟動，產(chǎn)生的燃氣在高溫空氣助燃下被迅速點燃實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒，此后中高溫?zé)峁軉?，中高溫?zé)峁苷舭l(fā)端內(nèi)的充液吸收火焰熱量蒸發(fā)后到達冷凝端釋放熱量加熱粗燃氣，使溫度提升至可維持穩(wěn)定燃燒的溫度(通常為300℃)以上；

5、其中，以外部天然氣為熱源，利用蓄熱式換熱技術(shù)產(chǎn)生500℃以上的高溫空氣作為氣化爐點火空氣，能夠使得氣化爐快速且均勻的啟動成功，同時高溫空氣作為引射和助燃空氣，也能夠令氣化爐啟動初期產(chǎn)生的低熱值劣質(zhì)燃氣快速點火成功并穩(wěn)定燃燒(注意如果啟動成功的初期撤去外部天然氣熱源而不采取其他預(yù)熱空氣或預(yù)熱氣化燃氣等穩(wěn)燃措施，氣化燃氣的燃燒仍然不穩(wěn)定，隨時可能再次熄火)。此后，氣化燃氣燃燒釋放的熱量在中高溫?zé)峁艿恼舭l(fā)端2放出熱量，在蒸發(fā)端的工作液體吸熱后蒸發(fā)為蒸汽，并流動至熱管的冷凝端11釋放出熱量，加熱來自氣化爐的低溫(100-200℃之間)氣化燃氣，使其升溫至300℃以上，從而能夠在外部天然氣熱源撤離后仍能夠繼續(xù)穩(wěn)定燃燒。中高溫?zé)峁軆?nèi)的高溫工作介質(zhì)蒸汽在冷凝端11放熱后冷凝為液態(tài)，液態(tài)工作介質(zhì)在管內(nèi)吸液芯或自身重力作用下重新回到蒸發(fā)端2進行下一個吸熱放熱循環(huán)。

6、s3，根據(jù)鍋爐和熱風(fēng)爐在內(nèi)的后續(xù)用熱設(shè)備反饋的溫度和流量信號，智能監(jiān)測與控制氣化爐和燃氣燃燒器的實際運行負荷。

7、其中，負荷情況由熱用戶一側(cè)根據(jù)各傳感器信號判斷提供，本發(fā)明專利使用熱用戶一側(cè)提供的數(shù)據(jù)并執(zhí)行相關(guān)的自動控制操作。至于熱用戶一側(cè)如何判斷和提供這一數(shù)據(jù)，不屬于本專利所涉及的內(nèi)容。

8、在步驟s1中，以天然氣等具有較高熱值的清潔氣態(tài)燃料作為燃料進行燃燒。

9、在步驟s1中，空氣發(fā)生器連續(xù)產(chǎn)生的高溫空氣溫度超過500℃。

10、在步驟s1中，高溫空氣流向氣化爐底部作為氣化空氣，在啟動初期在氣化爐的氧化區(qū)全截面上實現(xiàn)快速、均勻點火，高溫空氣還通過管道引入至引射式燃燒器的中心噴管或環(huán)縫內(nèi)作為引射/助燃空氣實現(xiàn)燃氣快速穩(wěn)定燃燒。

11、在步驟s2中，中高溫?zé)峁艿膯舆^程為：氣化燃氣燃燒后產(chǎn)生的高溫火焰及煙氣，在流經(jīng)中高溫?zé)峁艿恼舭l(fā)端時釋放熱量，使得蒸發(fā)端的工作介質(zhì)吸熱后由液態(tài)蒸發(fā)為蒸汽狀態(tài)，并流動至熱管的冷凝端；隨后被溫度較低的氣化燃氣冷卻后釋放出熱量，處于100-200℃之間的低溫氣化燃氣被加熱升溫至300℃以上；中高溫?zé)峁軆?nèi)的工作介質(zhì)在冷凝端放出熱量后由蒸汽狀態(tài)冷凝為液態(tài)，液態(tài)工作介質(zhì)在管內(nèi)吸液芯或自身重力作用下重新回到蒸發(fā)端進行下一個吸熱、放熱循環(huán)。

12、在步驟s2中，中高溫?zé)峁艿睦淠藢⒋秩細鉁囟燃訜嶂练€(wěn)定燃燒溫度以上后，引射空氣和氣化空氣均可切換至普通空氣預(yù)熱器。

13、在步驟s2中，當燃燒穩(wěn)定后，采用天然氣等燃料加熱的蓄熱式高溫空氣發(fā)生裝置停止運行，同時關(guān)閉相應(yīng)管道上的閥門；開啟位于鍋爐或熱風(fēng)爐尾部的普通空氣預(yù)熱器上的閥門以及鼓風(fēng)機，由普通空氣預(yù)熱器產(chǎn)生200℃的熱空氣進入引射器的中心或環(huán)縫噴管，完成引射燃氣升壓以及助燃的過程。

14、在步驟s3中，至少采用兩級空氣引射方式，每一級引射空氣采用中心噴嘴引射或環(huán)縫引射方式，引射器中心噴管內(nèi)的空氣流速在40m/s以上。

15、在步驟s3中，正常運行階段自動控制過程包括：

16、步驟1，周期性采集終端熱用戶的溫度、壓力以及流量數(shù)據(jù)并根據(jù)標定公式估算終端熱用戶當前實際所需負荷率；

17、步驟2，根據(jù)終端熱用戶的估算負荷率估算換熱設(shè)備和產(chǎn)熱設(shè)備當前實際所需空氣量以及煙氣排放總量；

18、步驟3，判斷估算負荷率是否為零，若是，則將產(chǎn)熱設(shè)備中的鼓風(fēng)機、振動電機以及上料電機立刻停止運行，將電磁閥1-3立刻全部關(guān)閉，將排渣電機和引風(fēng)機延遲一段時間再停止運行，同時返回步驟1；

19、步驟4，若估算負荷率不為零，則周期性采集引射式燃燒器出口溫度傳感器的數(shù)據(jù)并判斷是否出現(xiàn)熄火，若否，則返回數(shù)據(jù)采集步驟，若是，則啟動電子打火器再返回數(shù)據(jù)采集步驟；

20、步驟5，若估算負荷率不為零，則同步判斷產(chǎn)熱及換熱設(shè)備鼓引風(fēng)機、上料、振動以及排渣設(shè)備與負荷相關(guān)電機的當前功率是否與估算負荷率相匹配，若否，則根據(jù)估算負荷率等比例調(diào)節(jié)相關(guān)電機功率使得與估算負荷率相匹配；

21、步驟6，若與負荷相關(guān)電機的當前功率與估算負荷率相匹配，則全開電磁閥1，計算當前估算負荷率下使第一級引射管內(nèi)空氣流速處于設(shè)定范圍的電磁閥2開度；判斷電磁閥2所需開度是否大于零，若是，則將電磁閥1全開，電磁閥2按計算開度執(zhí)行調(diào)節(jié)并返回步驟1；若否，則將電磁閥1全開，關(guān)閉電磁閥2，同時返回步驟1。

22、結(jié)合上述的所有技術(shù)方案，本發(fā)明所具備的優(yōu)點及積極效果為：

23、1.本發(fā)明的蓄熱式高溫空氣發(fā)生裝置產(chǎn)生的高溫空氣分為兩部分，一部分作為氣化爐點火空氣，另一部分通過管道引入至引射式燃燒器的中心噴管，即可以作為引射空氣，此時引射空氣也是助燃空氣，又兼起到高溫助燃的作用，高溫條件能夠改善氣化爐啟動初期點火困難的問題；采用蓄熱方法加熱水蒸氣，產(chǎn)生高溫水蒸氣用于氣化過程，增大燃氣中的氫氣含量，改善啟動過程的燃燒性能。

24、2.本發(fā)明采用兩級甚至多級引射方式，配合高溫?zé)峁艿募訜嶙饔?，至少可以保證在負荷變化時第一級引射器內(nèi)的引射空氣仍然具有很高的流速，從而仍能高效地起到增壓、加強混合以及穩(wěn)燃的作用。

25、3.本發(fā)明采用智能監(jiān)測與控制方式實現(xiàn)負荷變化過程中的燃燒穩(wěn)定性調(diào)節(jié)；通過控制閥門降低其中一級引射器內(nèi)的引射空氣流量，另一級引射器內(nèi)的空氣流量(也即流速)隨之上升，從而可以繼續(xù)保證其引射性能；引射的主要作用有兩個：作用一是使得燃氣升壓并在氣化爐上方形成負壓，避免燃氣泄露；作用二是引射之后使得燃氣和空氣充分混合從而保證燃盡。

26、與傳統(tǒng)點火系統(tǒng)相比，本發(fā)明的核心創(chuàng)新點如下：

27、1.點火啟動階段蓄熱式點火、穩(wěn)燃系統(tǒng)實現(xiàn)上吸式氣化爐的超快速且均勻地點火，解決傳統(tǒng)上吸式氣化爐啟動困難、啟動周期過長的難題；

28、2.正常運行階段中高溫?zé)峁芊€(wěn)燃系統(tǒng)實現(xiàn)了氣化爐低熱值燃氣的持續(xù)穩(wěn)定燃燒，解決傳統(tǒng)上吸式氣化爐因燃氣熱值低、溫度低而在正常運行階段也容易出現(xiàn)熄火的問題，以上兩點組合在一起，實現(xiàn)傳統(tǒng)上吸式氣化爐的快速點火和持續(xù)穩(wěn)定地燃燒。

29、3.正常運行階段負荷變化時，燃燒器多級引射的設(shè)計，以及中高溫?zé)峁軐τ谌細獾募訜岱€(wěn)燃作用，解決了常規(guī)引射式燃氣器負荷調(diào)節(jié)困難的難題。而且，引射式燃燒本身可實現(xiàn)燃氣增壓，無需使用傳統(tǒng)的燃氣增壓風(fēng)機，克服了燃氣增壓風(fēng)機增壓過程必須先進行焦油脫除、飛灰凈化的難題。