线性-脉冲复合燃烧技术及其应用

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1、线性-脉冲复合燃烧技术及其应用关键词：单点脉冲燃烧，连续线性燃烧，分区均衡搅拌1．前言脉冲燃烧技术自问世以来，因其高效率燃烧，炉温均匀以及节能环保等技术优势得以在冶金，化工等行业的工业炉上推广应用。但是在抽屉窑炉，梭式窑炉等间歇式工作的陶瓷窑炉上应用尚不普遍。特别是在一些需要高精度控温的特种窑炉上，仍在沿用传统的线性燃烧技术。近年来，我们在脉冲燃烧技术与线性燃烧技术的融合创新上作了一些工作，推出了以线性-脉冲复合燃烧技术为基础的新型窑炉控制系统，并已应用在高级石英陶瓷制品的烧成窑炉上，得到了满意的效果。2．脉冲燃烧与连续线性燃烧的各自特点脉冲燃烧控制采用的是一种间断燃烧的方式，它使

2、用脉宽调制技术，通过调节燃烧时间的占空比（通断比）实现工业窑炉的温度控制。系统的空气/燃气流量可通过压力调整预先设定，烧嘴一旦工作，就处于满负荷状态，保证烧嘴燃烧时的燃气出口速度不变。通过调整燃烧和不燃烧两种状态的时间比进行温度调节。也就是说，当需要升温时，烧嘴燃烧时间长，熄火时间短；相反，需要降温时，烧嘴燃烧时间短，熄火时间长。 温度场均匀性是工业炉窑控制一个重要参数，它直接关系到产品的质量。连续线性燃烧方式燃烧时，炉内主要靠火焰辐射，离火焰近的地方温度高，离火焰远的地方温度低。它们之间的温差也较大。另外，烧嘴处于小负荷时，特别是燃料流量接近最小流量时，空/燃气流流速大大降低，火

3、焰形状达不到要求，温差也较大。而采用脉冲燃烧，在任何时候，只要烧嘴燃烧，烧嘴就处于满负荷状态，燃气流速、火焰形状都处于最佳。燃气速度快，使周围形成负压，而且使炉内形成环流，加上两侧烧嘴交替燃烧，使炉内充分搅拌,炉内温场均匀性大大改善。鉴于上述特点，脉冲燃烧的节能效果显著。如烧嘴功率及特性与窑炉特性匹配的好，一般可节能20%左右。但是，脉冲燃烧也有一些缺点。如在间歇式窑炉的初始点火升温及低温保温阶段，烧嘴的满负荷状态燃烧会造成烧嘴火焰周围温度瞬间过高，干扰了制品所需的低温烧成制度，严重的会造成制品损坏。另外，普通脉冲燃烧的机理造成了脉冲烧嘴工作时的背景功率不可调控，或为零功率（熄火）

4、，或为一个固定的功率（长期燃烧的点火小烧嘴），形成脉冲工作周期中烧嘴功率变化剧烈。这就成为了在炉温较低的阶段，温度很难平稳控制的原因。连续线性燃烧是目前以燃油或燃气为燃料的工业炉常用的加热方式。理论上，在烧嘴标称的功率调节范围内，输出功率可以连续平滑且线性地加以调节。相应的炉温也可平稳线性地控制。所以，脉冲燃烧方式在低温区间的缺陷可以用连续线性燃烧加以弥补。3．线性-脉冲复合燃烧技术的原理简介作为一项跨学科专业的技术创新，线性-脉冲复合燃烧技术的研发涉及到燃烧器（烧嘴），窑炉热工，自动控制等多个领域。目前的线性-脉冲复合燃烧控制系统主要由下列主要设备组成；A.背景（小火）功率可调节

5、，可适应连续线性/脉冲燃烧的烧嘴B．模拟线性/脉冲控制双模式电动执行机构C.采用(德)西门子SIMATICPCS7构成了线性-脉冲复合燃烧控制系统的高可靠性硬件设备，系统软件为我公司研发的线性-单点脉冲+分区均衡燃烧控制软件。现以配备了线性-脉冲复合燃烧控制系统的某型高精度控温燃气抽屉窑为实例，介绍这种新型燃烧方式及控制系统的工作原理。3．1窑炉概况及产品烧成工艺制度窑炉燃料：液化石油气生产产品：高强度且高均匀性的特殊陶瓷制品温控精度：<1．5℃窑内温差：8℃（升温阶段），4℃（保温阶段），检测方式为窑内空间的任一水平/垂直面最大升温速率：240℃/h最小升温速率：0℃/h，100

6、℃以上可任意设定保温温度与保温时间3．2控制模式：A.低温段:单点线性控温B．中温段:单点线性控温/背景功率可调节的单点脉冲控温/无扰过渡C．高温段:单点脉冲控温+分组均衡搅拌3．3控制算法：线性控温：自适应模糊控制单点脉冲控温：自适应模糊控制规则约束控制温度场均衡：程序控制（配方控制）动态（可选择）增强搅拌4．线性-脉冲复合燃烧控制系统的特点该控制系统的设计消化吸收了国外著名窑炉生产商控制系统的产品特点，并结合国内企业的使用要求，把连续线性燃烧与脉冲燃烧两种方式巧妙的结合，在系统控制模式设计上取得了重大创新。4.1脉冲时段的窑炉温度控制方式窑炉温度的控制为国内首创的新型单点脉冲燃

7、烧(燃烧气氛可控)+分组搅拌方式控制方式。温度及气氛的控制由多支燃烧器构成，每支燃烧器的助燃空气由特殊的脉冲执行机构来控制流量，装于燃气支管上的空/燃比例(可变)控制阀会依据工艺曲线要求的气氛而自动跟踪调节燃气的流量，稳定地控制窑内气氛。先进的分组搅拌方式大大减少了窑炉内的温差。新型单点脉冲燃烧窑炉与目前国内流行的脉冲窑炉的比较4.2.窑压、助燃风空气总管压力等回路的自动控制窑压由压力变送器采集后送至数显变送器，在显示当前值的同时，将信号送入系统的闭环控制单元，进行自