控制至少一輻射管燃燒器操作和安全的電子控制模塊和方法技術

本發(fā)明專利技術涉及一種用于控制至少一個輻射管燃燒器的控制模塊，所述燃燒器包括燃料供應閥、氧化物供應閥和燃燒煙道氣體排放管道，其中，所述控制模塊包括：用于測量燃燒質量的裝置，其安裝在所述至少一個燃燒器的燃燒煙道氣體排放管道中；用于測量燃料流率的單元；用于測量氧化物流率的單元；以及用于驅動所述至少一個燃燒器的裝置，其作用在所述至少一個燃燒器的氧化物和燃料供應閥的打開百分比上，以基于由用于確定燃燒質量的裝置傳送的信息來調節(jié)氧化物流率與燃料流率的比率。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
控制至少一輻射管燃燒器操作和安全的電子控制模塊和方法本申請是申請日為2016年12月15日、申請?zhí)枮?01680073367.3、專利技術名稱為“控制至少一輻射管燃燒器操作和安全的電子控制模塊和方法”的專利技術專利申請的分案申請。
本專利技術涉及一種用于優(yōu)化控制工業(yè)輻射管燃燒器的燃燒和安全的電子控制模塊和方法，該燃燒器配備給用于連續(xù)熱處理金屬條帶的水平線或垂直線。
技術介紹
參照附圖的圖1，其示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的用于連續(xù)熱處理金屬條帶的垂直線的一部分的示意性示例。它包括用于例如通過熱氣噴嘴預熱條帶2的區(qū)域Z1、用于通過輻射管燃燒器加熱條帶的區(qū)域Z2、用于保持條帶的溫度并且也配備有輻射管燃燒器的區(qū)域Z3，以及區(qū)域Z4和緊隨的未詳細說明的區(qū)域，用于條帶的其他加工，例如其冷卻。該線由絕緣外殼1組成，其中，條帶2進入各種滾輪3上，所述滾輪在多個垂直通道中引導它。在每個垂直通道的頂部布置有由矩形示意性表示的輻射管4、5。在現(xiàn)代化的退火線上，安裝的輻射管(因此燃燒器)的數(shù)量可以在200和400之間。這些燃燒器中的每一個都是單獨控制的，并且在開-關模式下工作，并且輻射管例如在推-拉模式下操作。在圖1中，其燃燒器關閉的輻射管4顯示為白色，其燃燒器開啟的輻射管5顯示為黑色。加熱區(qū)Z2可產(chǎn)生的最大加熱功率Pmax對應于所有輻射管的同時接通。根據(jù)現(xiàn)有技術，當區(qū)域Z2所需的加熱功率Prequise小于Pmax，例如等于Pmax的60％時，加熱區(qū)中的輻射管的每個燃燒器被點燃為60％的周期時間，一般設定為1或2分鐘。可以理解的是，在任何時刻需要的加熱功率Prequise是通過在等于Prequise/Pmax的百分比的部分周期時間內調節(jié)每個輻射管燃燒器的操作時間而獲得的。圖2是位于條帶2的一側上的輻射管4、5的列，其在滾輪3上延伸。在該圖中示出了該列中的每個輻射管4、5的供應/排放；氧化物的供應，例如燃燒空氣，被圖示為6，液體或氣體燃料的供應，例如天然氣，為7，并且煙道氣體的排放為8。可以理解的是，根據(jù)供應/排放管道上的輻射管的流體連接的位置，對于每個輻射管，空氣供應或氣體供應或煙道氣體排放壓力是不同的。隨后，為了簡化本專利技術的描述，我們將使用術語“氣體”來指定供應燃燒器的燃料，無論其性質如何，并且術語“空氣”來指定氧化物，而無論其氧含量如何。根據(jù)生產(chǎn)的爐操作速度的變化，條帶形式的變化，或其必須達到的溫度的變化，導致操作的燃燒器的數(shù)量的變化，這引起燃燒器上的空氣、氣體或煙道氣體壓力波動。另一方面，燃燒器的點燃和熄火也會引起位于爐附近或相同區(qū)域內的燃燒器管道上的壓力波動。另外，增加輻射管的溫度可以減少多余的空氣。在安裝有熱處理線的生產(chǎn)場所也可以看出，氣體的性質或組成可能會波動，有時候會有相當大的比例，例如與平均值相比，熱值變化+/-10％值。該設備還可以供應有幾種類型的氣體，例如天然氣和焦爐煤氣，其密度或熱值具有非常不同的特性。可以看出，燃燒器的操作條件可以根據(jù)空氣或氣體供應或煙道氣體排放壓力、使用的氣體的特性、輻射管的操作溫度、以及在該列中、該區(qū)域中或流體環(huán)中相鄰燃燒器的點燃和熄火的影響而變化很大。這些變化可以是快速的，并且再加上開-關模式下燃燒器的點燃和熄火周期的速度，例如具有每小時30或60次點燃和熄火周期，這會單獨在燃燒器的操作中以及在列、區(qū)域或流體環(huán)中引起顯著的干擾。所有這些變化都會引起與期望的理論值相比空氣-氣體比的顯著波動和/或諸如CO(一氧化碳)或NOx(氮氧化物)的污染物的顯著產(chǎn)生。為了解決這個問題，一般選擇相對于化學計量值的+10％至+20％的過量空氣值，使得無論空氣和氣體供應的條件以及氣體的特性如何而進行燃燒。這附加的部分燃燒空氣不參與燃燒。相反，加熱它所需的能量為被損失的能量，犧牲了設備的效率。可以看出，根據(jù)現(xiàn)有技術的設備不能根據(jù)氣體特性或其供應的變化以及在火焰點燃和熄火階段期間(這在具有在開-關模式下操作的大量燃燒器的裝置上大量發(fā)生)有效地控制火焰的質量。可以理解的是，燃燒器點燃、操作和熄火階段的每個時刻的空氣-氣體比是以下的結果：在每個時刻空氣和氣體閥的開啟百分比、供應管道中的空氣和氣體壓力以及相對于理論設定值的氣體的實際熱值。根據(jù)閥的開啟和關閉特性、它們的實際密封、它們的密封裝置的磨損以及空氣和氣體供應特性的變化(例如，由于管道阻礙而導致的壓力變化)，或者在氣體中的熱值變化，這些差異在火焰點燃和熄火階段是特別重要的。對燃燒質量的近似控制的這些瞬態(tài)階段，也就是說空氣和氣體流率和/或空氣和氣體流率之間的比率(空氣/氣體比率)具有一系列后果：·污染物產(chǎn)量的增加，特別是氮氧化物(NOx)，其釋放率越來越有限，有時甚至征稅，·可能產(chǎn)生未燃燒的副產(chǎn)品(未燃燒的燃料)，尤其是CO，這會降低裝置的效率，并可能導致管道、氣室和最終煙道氣體排放環(huán)的爆炸，從而危及設備和人員的安全，·產(chǎn)生可能是氧化或還原性的不被控制的燃燒氣氛(atmosphere)，這可能會減少暴露于此氣氛的設備的使用壽命，例如高溫操作且暴露于一個或多個燃燒器的燃燒氣體的輻射管以及基本上所有由耐火鋼制成的設備。根據(jù)現(xiàn)行標準安裝的電流控制設備，例如EN746-2和EN298，控制火焰的存在，而不驗證所述火焰的質量。這意味著它們是開環(huán)操作模式，不能優(yōu)化燃燒。可以看出，現(xiàn)有技術的所有缺陷導致在任何時候控制每個燃燒器的燃燒的缺陷，影響裝置的不同方面，特別是燃燒效率的降低、排放的污染物水平的劣化、與燃燒氣體接觸的材料的阻力、管道、氣室和最終煙道氣體排放環(huán)中氣體爆炸風險的建立或者更普遍地對位于附近的設備或人員造成的風險。這些燃燒控制缺陷涉及燃燒器操作周期的規(guī)模或氣體的打開/關閉時間和/或空氣供應閥的快速現(xiàn)象。這些對燃燒和燃燒器操作的安全控制不佳的短時間要求安裝快速控制裝置，優(yōu)選為局部的，盡可能靠近被控制的燃燒器，并且以關閉控制環(huán)的形式以快速反應時間而操作。一些商業(yè)設備包括位于空氣和氣體供應或煙道氣體中的傳感器，以校正燃燒器的操作條件，但沒有一個能夠優(yōu)化開-關周期的每個操作階段并補償供應氣體的熱值的變化。此外，根據(jù)現(xiàn)有技術的設備不能夠快速檢測輻射管中的故障，無論是元件的故障還是劣化的操作模式。
技術實現(xiàn)思路
根據(jù)本專利技術的電子-控制模塊和方法使得可以優(yōu)化輻射管燃燒器的燃燒，以減少排放的污染物的量，以補償供應氣體的加熱功率的變化，以通過減少以確保燃燒器的正常操作所需的過量空氣而改善燃燒并且快速檢測所述輻射管上的故障。根據(jù)本專利技術，一種用于至少一個輻射管燃燒器的控制模塊，所述燃燒器包括燃料供應閥、氧化物供應閥和燃燒煙道氣體排放管道，所述控制模塊的特征在于其包括：·安裝在至少一個燃燒器的燃燒煙道氣體排放管中的測量燃燒質量的裝置，·燃料流量測量裝置，·氧化物流量測量裝置，·用于控制至少一個燃燒器的裝置，其根據(jù)由燃燒質量控制裝置傳遞的信息來作用在至少一個燃燒器的氧化物和燃料供本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
1.用于至少一個輻射管燃燒器(4、5)的控制模塊，所述至少一個輻射管燃燒器包括燃料供應閥、氧化劑供應閥、燃燒煙道氣體排放管道(8)、燃料流量測量裝置、和氧化劑流量測量裝置，燃燒質量測量裝置安裝在所述燃燒煙道氣體排放管道(8)中，并且/n其中，控制模塊配置成可操作地耦合到所述至少一個輻射管燃燒器，使得所述控制模塊配置成：/n-控制所述至少一個輻射管燃燒器，這是通過基于從安裝在所述至少一個輻射管燃燒器的所述燃燒煙道氣體排放管道中的燃燒質量測量裝置接收的信息，調整在所述至少一個輻射管燃燒器的所述氧化劑供應閥和所述燃料供應閥的打開百分比，以適應于氧化劑流率相對于燃料流率的比率，以及/n-利用從燃燒質量測量裝置、燃料流量測量裝置和氧化劑流量測量裝置接收的數(shù)據(jù)，計算燃料燃燒功率Va，將計算出的燃料燃燒功率Va值與理論值進行比較，以檢測超過預定閾的偏差。/n

【技術特征摘要】
20151217 FR 15626291.用于至少一個輻射管燃燒器(4、5)的控制模塊，所述至少一個輻射管燃燒器包括燃料供應閥、氧化劑供應閥、燃燒煙道氣體排放管道(8)、燃料流量測量裝置、和氧化劑流量測量裝置，燃燒質量測量裝置安裝在所述燃燒煙道氣體排放管道(8)中，并且
其中，控制模塊配置成可操作地耦合到所述至少一個輻射管燃燒器，使得所述控制模塊配置成：
-控制所述至少一個輻射管燃燒器，這是通過基于從安裝在所述至少一個輻射管燃燒器的所述燃燒煙道氣體排放管道中的燃燒質量測量裝置接收的信息，調整在所述至少一個輻射管燃燒器的所述氧化劑供應閥和所述燃料供應閥的打開百分比，以適應于氧化劑流率相對于燃料流率的比率，以及
-利用從燃燒質量測量裝置、燃料流量測量裝置和氧化劑流量測量裝置接收的數(shù)據(jù)，計算燃料燃燒功率Va，將計算出的燃料燃燒功率Va值與理論值進行比較，以檢測超過預定閾的偏差。


2.根據(jù)權利要求1所述的控制模塊，其中，燃燒質量測量裝置包括剩余氧氣傳感器(24)。


3.根據(jù)權利要求1所述的控制模塊，其中，所述控制模塊配置成控制兩個輻射管燃燒器，從氧化劑流量測量裝置和燃料流量測量裝置接收的數(shù)據(jù)和從燃燒質量測量裝置接收的信息來計算對于每個燃燒器的燃料的燃燒功率Va，將對于所述兩個燃燒器獲得的Va的兩個值進行比較，以檢測超過預定閾的偏差。


4.一種燃燒系統(tǒng)，包括：
至少一個輻射管燃燒器，包括：燃料供應閥、氧化劑供應閥、煙道氣體排放管道、燃料流量測量裝置和氧化劑流量測量裝置；
燃燒質量測量裝置，其安裝在所述輻射管燃燒器的煙道氣體排放管道中；以及
控制模塊，其可操作性地耦合到：燃料供應閥和氧化劑供應閥，以控制所述氧化劑供應閥和所述燃料供應閥的打開百分比，燃料流量測量裝置和氧化劑流量測量裝置，用于從燃料流量測量裝置和氧化劑流量測量裝置接收數(shù)據(jù)，和燃燒質量測量裝置，用于從燃燒質量測量裝置接收信息；
其中，所述控制模塊配置成：
基于從安裝在輻射管燃燒器的煙道氣體排放管道中的燃燒...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：P·托馬斯，
申請(專利權)人：法孚斯坦因公司，
類型：發(fā)明
國別省市：法國;FR