一种催化燃烧控制系统，用于控制催化燃烧器（１）的燃烧反应，其特征在于：它由流体预混控制系统和ＰＬＣ控制器件两大部分连接组成； 流体预混控制系统包括：一台风机（３）串联一个文丘里混合器（４），用来吹扫催化燃烧器（１）和利用文丘里混合器（４）引射燃气并进行均匀预混，文丘里混合器（４）的出风口与催化燃烧器（１）的进风口连接，文丘里混合器（４）的喉管吸风口与一个比例调节阀（５）连接，用来设定催化燃烧阶段最佳燃气－空气预混浓度，比例调节阀（５）的进口与一个零压阀（６）的出口连接，用来保证燃气接近常压，零压阀（６）的进出口两端并联一个针阀（７），用来设定点火到预热有焰燃烧阶段的最佳燃气－空气预混浓度； ＰＬＣ控制器件包括： 一个ＰＬＣ控制器ＣＰＵ（１４）； 一个与ＰＬＣ控制器ＣＰＵ（１４）控制信号输出端连接、并用于控制风机（３）输入频率ｆ的变频器（１５）； 一个分别连接ＰＬＣ控制器ＣＰＵ（１４）控制信号输出端和变频器（１５）的输入端的数／模转换模块（１８）； 一个用于检测催化剂载体的温度、用于控制恒温催化燃烧的温度传感器（１３）； 一个与温度传感器（１３）信号连接、并与ＰＬＣ控制器ＣＰＵ（１４）信号输入端连接的模／数转换模块（１７）； 一个连接于燃气主管（２０）中、用于控制燃气预混开关、并与零压阀（６）连接的主火电磁阀（８）； 一个用于控制点火器（１１）的开关、连接在燃气支管（２１）中的点火电磁阀（９）； 一个用于对点火器（１１）放电点火的点火变压器（１０）； 一个置于点火器附近、用于判断点火器（１１）和催化剂载体（２）是否被点燃的紫外线探头（１２）； 一个置于催化剂载体（２）前方、并与ＰＬＣ控制器ＣＰＵ（１４）信号连接的可见光探测器（１６）； 一个与ＰＬＣ控制器ＣＰＵ（１４）信号连接的文本显示器。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃气催化燃烧器的催化燃烧控制系统和方法。
技术介绍
人类的生存和发展依赖着能源的开发和利用，但由能源开发和利用带来的环境污染等负面影响，也日益威胁着人类的生存和社会的可持续发展。如由矿物燃料普通燃烧产生的排放物SO2、NOx、CO2、CO和未完全燃烧的碳氢化合物UHC，造成酸雨、光化学烟雾和温室效应，对生态造成严重破坏并威胁着人类健康。要解决由于燃烧造成的环境污染问题，必须改变传统落后的燃烧方式，提高燃烧效率，开发研制新的燃烧器和燃烧控制技术，对燃烧污染进行综合防治。催化燃烧能从根本上解决普通燃烧带来的燃烧效率低和污染排放高的新技术，它是借助催化剂，在一定条件下控制燃烧化学反应过程并释放出热量。催化燃烧能降低活化能，加速必要的化学反应，使有害的或不必要的反应降低到最低限度。目前天然气催化燃烧已实现燃烧效率高于99.99％，而烟气排放的有害物NOx、CO、UHC均小于10×10-6， 由此可见，催化燃烧能对燃料完全燃烧并对污染物进行有效控制，是非常理想和环境友好的燃烧方式。催化燃烧机理复杂，条件苛刻，必须在一定条件下才能发生反应，其核心技术是催化剂组分、制备工艺和催化燃烧控制技术。以甲烷为主要成分的天然气的催化燃烧，多采用蜂窝陶瓷为载体，在多孔蜂窝载体的壁面上涂一层多孔的活性水洗层，使其形成粗糙多孔的表面以增大催化反应的表面积，选用适合天然气高温催化燃烧的稀土材料和贵金属催化剂常用Pd、Pt及涂层制备工艺，将催化剂负载在蜂窝陶瓷体表面，再将该陶瓷体安装在催化燃烧器上，然后根据催化剂的活性和催化燃烧机理，应用流体和PLC控制技术来控制催化燃烧的全过程。催化燃烧控制技术是控制和完成催化燃烧反应的必要条件之一，它主要包括空气与燃气按所需要的比例均匀混合、点火、预热、催化燃烧温度和安全控制等。天然气催化燃烧为贫燃料、全预混无焰燃烧，空气与天然气混合浓度为5％左右，混合气体通过负载催化剂的蜂窝陶瓷体的温度大于催化剂的起燃温度T1，才能发生催化燃烧反应，在燃气混合浓度一定的情况下，催化燃烧的燃烧功率或温度T正比于混合气体的标准体积流量，而催化燃烧温度的上限必须控制在催化剂的最高限制温度T2以下，因此工业催化燃烧要求有较高的自动化控制程度。文献曾报道的甲烷蜂窝陶瓷催化燃烧器(V.Dopont，F.Moallemi，A.Williamas and S.-H.Zhang，Int.J.Energy Res.2000；241181-1201)，以及中国专利局所公开的专利技术专利申请说明书“催化燃烧装置”CN1173919A和“催化燃烧体系”CN1695002A在负载催化剂载体或催化燃烧器前，都需要一个预热燃烧器，或另设一套燃气混合系统提供启动燃料，催化燃烧前，先点燃预热燃烧器，由预热燃烧器加热催化剂，等催化剂的温度达到起燃温度时，再关闭预热燃烧器，然后再向催化燃烧器通贫燃料进行催化燃烧，因为贫燃料在常温条件下无法点燃和燃烧，因此先有的催化燃烧技术不但使催化燃烧器结构复杂、体积庞大，还增加了催化燃烧控制系统成本和技术难度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种催化燃烧控制系统，采用流体控制与PLC自动控制相结合的技术，解决在一套流体预混系统中，只需通过PLC控制器件控制风机的输入频率f来控制风机的输出风量Qa，实现控制催化燃烧过程所需要的不同的燃气—空气混合浓度的问题；解决直接在催化燃烧器的催化剂载体上实现点火、预热有焰燃烧和催化燃烧问题；同时解决催化燃烧过程的吹扫、预热有焰燃烧、催化燃烧和安全自动控制问题，使催化燃烧器的结构得到简化，体积减小，成本降低，控制系统的自动化程度和控制精度得到提高。为了实现上述目的，本专利技术提出以下技术方案一种催化燃烧控制系统，用于控制催化燃烧器1的燃烧反应，其特征在于它由流体预混控制系统和PLC控制器件两大部分连接组成；流体预混控制系统包括一台风机3串联一个文丘里混合器4，用来吹扫催化燃烧器1和利用文丘里混合器4引射燃气并进行均匀预混，文丘里混合器4的出风口与催化燃烧器1的进风口连接，文丘里混合器4的喉管吸风口与一个比例调节阀5连接，用来设定催化燃烧的燃气与空气的预混浓度，比例调节阀5的进口与一个零压阀6的出口连接，用来保证燃气接近常压，零压阀6的进出口两端并联一个针阀7，用来设定点火到预热普通燃烧的最佳燃气与空气的预混浓度；PLC控制器件包括一个PLC控制器CPU14；一个与PLC控制器CPU14控制信号输出端连接、并用于控制风机3输入频率f的变频器15；一个分别连接PLC控制器CPU控制信号输出端和变频器15的输入端的数/模转换模块18；一个用于检测催化剂载体的温度、用于控制恒温催化燃烧的温度传感器13；一个与温度传感器信号连接、并与PLC控制器CPU信号输入端连接的模/数转换模块17；一个连接于燃气主管20中、用于控制燃气预混开关、并与零压阀6连接的主火电磁阀8；一个用于控制点火器11的燃气开关、连接在燃气支管21中的点火电磁阀9；一个用于对点火器11放电点火的点火变压器10；一个置于点火器附近、用于判断点火器11和催化剂载体2是否被点燃的紫外线探头12；一个置于催化剂载体2前方、并与PLC控制器CPU14信号连接的可见光探测器16；一个与PLC控制器CPU14信号连接的文本显示器。上述催化剂载体2是蜂窝陶瓷载体或金属载体，载体上负载着催化剂。一种应用上述催化燃烧控制系统的催化燃烧控制方法由PLC控制器CPU14通过变频器15控制风机3的输入频率，风机3的输入频率与输出的空气流量Qa成正比，当空气通过文丘里混合器4的喷嘴时，在喷嘴周围形成负压引射燃气，被引射的燃气一股通过零压阀6，通过零压阀6的燃气标准流量与引射燃气的空气标准流量成等比关系；另一股燃气通过与零压阀6并联的针阀7，通过针阀7的标准燃气流量基本恒定，两股燃气合并后经过比例调节阀5进入文丘里的混合腔和渐扩段与空气均匀预混，燃气与空气的预混浓度Qg/Qg+Qa与空气通过文丘里喷嘴的雷诺数或流量有关，当雷诺数较小时，燃气与空气的混合浓度较高，随着雷诺数的逐渐增加，燃气与空气的混合浓度会逐渐降低，当雷诺数大于一值后，燃气与空气的混合浓度不再随雷诺数的增加而改变，参见图3和图5，根据本专利技术流体混合控制的雷诺数与燃气混合浓度的关系和变频器的输出频率与燃气混合浓度Qg/Qg+Qa的关系，通过控制风机3的输入频率，分别控制点火、预热、催化燃烧所需的不同的燃气与空气混合浓度，以及在催化燃烧阶段控制催化燃烧功率或温度。这种应用上述催化燃烧控制系统的催化燃烧控制方法，其特征在于步骤如下步骤1运行开始，PLC控制器CPU14通过变频器15启动风机3。步骤2前吹扫，通过变频器15控制风机频率不断增加，变频器15的输入频率f与风机3的输出流量Qa成正比，空气通过文丘里混合器4进入催化燃烧器1完成前吹扫；在步骤2中，变频器频率的增量为0.1～1Hz/S。步骤3点火器点火，前吹扫完成后，PLC控制器CPU14通过变频器15将风机3的输入频率降低，并导通点火变压器10放电打火，同时打开点火电磁阀9，燃气通过燃气支管21进入点火器11，点火器11被点燃，若点火器11没有点燃，则关闭点火电磁阀9。在步骤3中，在点火变压器10接通8秒内，由紫外线探本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周琦，王燕京，张世红，
申请(专利权)人：北京建筑工程学院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。