用于具有穿孔火焰稳定器的燃烧器的控制系统技术方案

本申请公开了用于具有穿孔火焰稳定器的燃烧器的控制系统。燃烧系统包括穿孔火焰稳定器、预热燃料分配器、主燃料分配器、氧化剂源、传感器阵列、和控制器。氧化剂源输出氧化剂。预热燃料分配器支持预热火焰，该预热火焰被配置成当燃烧系统处于预热状态时通过输出预热燃料来预热穿孔火焰稳定器。主燃料源在标准操作状态下输出主燃料。穿孔火焰稳定器被配置成在标准操作状态下支持主燃料和氧化剂的燃烧反应。传感器被配置成感测预热火焰和穿孔火焰稳定器的参数，并向控制器输出传感器信号。控制器执行软件指令，包括响应于传感器信号调节主燃料、预热燃料、和氧化剂的流。

【技术实现步骤摘要】
用于具有穿孔火焰稳定器的燃烧器的控制系统概述实施例包括燃烧系统，该燃烧系统包括穿孔火焰稳定器。燃烧系统被配置成在预热状态下和标准操作状态下操作。在预热状态下，燃烧系统以预热燃料和氧化剂支持预热火焰。预热火焰被定位成将穿孔火焰稳定器加热到操作温度。在标准操作状态下，穿孔火焰稳定器保持主燃料和氧化剂的燃烧反应。可选地，主燃料和预热燃料可以是相同的燃料。根据一些实施例，主燃料和/或预热燃料可以包括燃料混合物。在实施例中，主燃料和预热燃料是天然气。根据实施例，燃烧系统包括预热火焰传感器，该预热火焰传感器被配置成感测预热火焰的状况并输出指示预热火焰的状况的传感器信号。燃烧系统包括穿孔火焰稳定器传感器，其被配置成感测穿孔火焰稳定器或由穿孔火焰稳定器保持的燃烧反应的状况，并输出指示穿孔火焰稳定器或燃烧反应的状况的传感器信号。燃烧系统包括控制器，该控制器被配置为接收来自预热火焰传感器和穿孔火焰稳定器传感器的传感器信号。控制器被配置成执行被存储在非暂时性计算机可读介质上的软件指令，以响应来自穿孔火焰稳定器传感器和预热火焰稳定器传感器的传感器信号，自动调节燃烧系统的参数，并自动在预热状态和标准操作状态之间转换燃烧系统，和/或使用替代方法或设备，以维持稳定和安全的燃烧或除预热状态和标准操作状态之外的稳定和安全状态。控制器通过控制配置成调节燃烧系统的部件的一个或更多个致动器来调节燃烧系统和在状态之间转换。根据实施例，火焰稳定性传感器被定位成感测在(例如，主)燃料喷嘴和穿孔火焰稳定器之间的区域中的火焰状况(例如，火焰的存在或不存在)，专利技术人发现所述区域表征主燃烧反应不稳定性。例如，火焰稳定性传感器可以被定位在燃料喷嘴和穿孔火焰稳定器之间的中途。控制器可以在从火焰稳定性传感器接收到与被定位的区域中火焰的至少瞬时存在相对应的不稳定性信号时，并且响应地执行至少瞬时存在燃烧反应不稳定性的逻辑判定。控制器可以响应地将燃烧反应不稳定性的事件写入日志文件和/或使对应于该事件的电子显示状态被提供给操作工程师等。可选地，控制器可使一个或更多个致动器修改操作状况来增加主燃烧反应稳定性。例如，控制器可导致对火焰通风装置的致动以增加在燃料喷嘴和穿孔火焰稳定器之间的流体流速或流体冷却，导致风门打开以增加空气体积输送，导致鼓风机增加功率以增加空气体积输送，导致阀暂时暂停燃料输送，和/或导致穿孔火焰稳定器的加热器启动。一个实施例是包括穿孔火焰稳定器的燃烧系统。该燃烧系统被配置成在预热状态下和在标准操作状态下操作。在预热状态下，燃烧系统以预热燃料和氧化剂支持预热火焰。预热火焰被定位成将穿孔火焰稳定器加热到操作温度。在标准操作状态下，穿孔火焰稳定器保持主燃料和氧化剂的燃烧反应。燃烧系统包括预热火焰传感器，该预热火焰传感器被配置成感测预热火焰的状况，并输出指示预热火焰的状况的传感器信号。燃烧系统包括穿孔火焰稳定器传感器，其被配置成感测穿孔火焰稳定器的状况，并输出指示穿孔火焰稳定器的状况的传感器信号。燃烧系统包括控制器，该控制器被配置为接收来自预热火焰传感器和穿孔火焰稳定器传感器的传感器信号。控制器被配置成执行被存储在非暂时性计算机可读介质上的软件指令，以响应于来自穿孔火焰稳定器传感器和预热火焰稳定器传感器的传感器信号在显示器上输出消息，该消息提示燃烧系统的操作者调节燃烧系统的参数并在预热状态和标准操作状态之间转换燃烧系统。一个实施例是包括穿孔火焰稳定器的燃烧系统。燃烧系统被配置成在预热状态下和在标准操作状态下操作。在预热状态下，燃烧系统以预热燃料和氧化剂支持预热火焰。预热火焰被定位成将穿孔火焰稳定器加热到操作温度。在标准操作状态下，穿孔火焰稳定器保持主燃料和氧化剂的燃烧反应。燃烧系统包括预热火焰传感器，该预热火焰传感器被配置成感测预热火焰的状况，并输出指示预热火焰的状况的传感器信号。燃烧系统包括穿孔火焰稳定器传感器，其被配置成感测穿孔火焰稳定器的状况，并输出指示穿孔火焰稳定器的状况的传感器信号。燃烧系统包括控制器，该控制器被配置为接收来自预热火焰传感器和穿孔火焰稳定器传感器的传感器信号。控制器被配置成执行被存储在非暂时性计算机可读介质上的软件指令，以响应于来自穿孔火焰稳定器传感器和预热火焰稳定器传感器的传感器信号，调节燃烧系统的参数，并在预热状态和标准操作状态之间转换燃烧系统。控制器被配置成响应于传感器信号在显示器上输出消息，该消息提示燃烧系统的操作者批准燃烧系统的调节参数或在预热状态和标准操作状态之间的转换。如果操作者指示批准调节燃烧系统和在状态之间的转换，则控制器通过控制配置成调节燃烧系统的部件的一个或更多个致动器来调节燃烧系统和该转换。控制器还可以经由根据由燃烧系统的各种传感器输出的传感器信号对致动器的控制来维持在穿孔火焰稳定器内的期望的燃烧。附加地或可可选地，控制器可以被配置成以自动模式操作，其中控制器自动地控制一个或更多个致动器。在自动模式中，控制器优选地创建日志文件以指示感测的参数和/或在自动控制下执行的致动。附图说明图1是根据实施例的燃烧系统的框图，该燃烧系统包括穿孔火焰稳定器。图2是根据实施例的燃烧系统的简化图，该燃烧系统包括被配置成保持燃烧反应的穿孔火焰稳定器。图3是根据实施例的图1和图2中的穿孔火焰稳定器的一部分的侧视截面图。图4是示出根据实施例的用于操作包括图1-3的穿孔火焰稳定器的燃烧器系统的方法的流程图。图5A是根据实施例的燃烧系统的简化图，该燃烧系统包括被配置成保持燃烧反应的网状陶瓷穿孔火焰稳定器。图5B是根据实施例的图5A中的网状陶瓷穿孔火焰稳定器的一部分的侧视截面图。图6是根据实施例的燃烧系统的部件的框图。图7是根据实施例的用于操作燃烧系统的过程的流程图。图8是根据实施例的用于操作燃烧系统的过程的流程图。图9是根据实施例的用于操作燃烧系统的过程的流程图。图10A是根据实施例的燃烧系统的图。图10B是根据实施例的图10A中的处于预热状态的燃烧系统的图。图10C是根据实施例的图10A中的处于标准操作状态的燃烧系统的图。图11是根据实施例的燃烧系统的图。图12A是根据实施例的包括穿孔火焰稳定器和电容层析成像设备的燃烧系统的图。图12B是根据实施例的穿孔火焰稳定器和电容层析成像设备的顶视图。详细描述在下面的详细描述中，参考形成其一部分的附图。在附图中，除非上下文另外规定，否则相似的符号通常标识相似的部件。在详细描述、附图、和权利要求中描述的说明性实施例并不意味着进行限制。可以利用其它实施例，并且可以做出其他改变而不偏离本文提出的主题的精神或范围。如本文所用，术语电容层析成像(ECT)应如所描述的被理解。ECT感测可以基本上是电容性的，或者可以附加地或可选地被制成实际测量电导、电阻、阻抗、或其他电参数。ECT可以包括多个传感器通道，例如可以通过移动传感器或使用传感器阵列产生，例如可以在更熟悉的(例如，医学)层析成像系统中被看到。附加地或可选地，ECT系统可以包括由相对于感测区域(例如，火焰保持区域、通风区域、回火区域、烟本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃烧系统，包括：/n氧化剂源，所述氧化剂源被配置为将氧化剂输出到炉膛容积中；/n预热燃料分配器，所述预热燃料分配器被配置为在预热状态期间通过将预热燃料输出到所述炉膛容积中来支持预热火焰；/n主燃料分配器，所述主燃料分配器被配置为在标准操作状态期间将主燃料输出到所述炉膛容积中；/n穿孔火焰稳定器，所述穿孔火焰稳定器被定位在所述炉膛容积中，在所述预热状态期间由所述预热火焰进行预热，并且在所述标准操作状态期间支持至少部分地在所述穿孔火焰稳定器内的所述主燃料和所述氧化剂的燃烧反应；/n预热火焰传感器，所述预热火焰传感器被配置为感测预热火焰的状况，并输出指示所述预热火焰的状况的传感器信号；/n穿孔火焰稳定器传感器，所述穿孔火焰稳定器传感器被配置为感测所述穿孔火焰稳定器的状况并生成指示所述穿孔火焰稳定器的状况的传感器信号；/n一个或更多个致动器，所述一个或更多个致动器被配置为调节来自所述主燃料分配器的所述主燃料的流，调节来自所述预热燃料分配器的所述预热燃料的流，以及调节来自所述氧化剂源的所述氧化剂的流；和/n控制器，所述控制器通信地耦合到所述致动器、所述预热火焰传感器、和所述穿孔火焰稳定器传感器，所述控制器被配置成接收来自所述预热火焰传感器和所述穿孔火焰稳定器传感器的传感器信号，并响应于所述传感器信号并根据被存储在耦合到所述控制器的非暂时性计算机可读介质中的软件指令来控制所述致动器以调节所述预热燃料、所述主燃料和所述氧化剂的流。/n...

【技术特征摘要】
1.一种燃烧系统，包括：
氧化剂源，所述氧化剂源被配置为将氧化剂输出到炉膛容积中；
预热燃料分配器，所述预热燃料分配器被配置为在预热状态期间通过将预热燃料输出到所述炉膛容积中来支持预热火焰；
主燃料分配器，所述主燃料分配器被配置为在标准操作状态期间将主燃料输出到所述炉膛容积中；
穿孔火焰稳定器，所述穿孔火焰稳定器被定位在所述炉膛容积中，在所述预热状态期间由所述预热火焰进行预热，并且在所述标准操作状态期间支持至少部分地在所述穿孔火焰稳定器内的所述主燃料和所述氧化剂的燃烧反应；
预热火焰传感器，所述预热火焰传感器被配置为感测预热火焰的状况，并输出指示所述预热火焰的状况的传感器信号；
穿孔火焰稳定器传感器，所述穿孔火焰稳定器传感器被配置为感测所述穿孔火焰稳定器的状况并生成指示所述穿孔火焰稳定器的状况的传感器信号；
一个或更多个致动器，所述一个或更多个致动器被配置为调节来自所述主燃料分配器的所述主燃料的流，调节来自所述预热燃料分配器的所述预热燃料的流，以及调节来自所述氧化剂源的所述氧化剂的流；和
控制器，所述控制器通信地耦合到所述致动器、所述预热火焰传感器、和所述穿孔火焰稳定器传感器，所述控制器被配置成接收来自所述预热火焰传感器和所述穿孔火焰稳定器传感器的传感器信号，并响应于所述传感器信号并根据被存储在耦合到所述控制器的非暂时性计算机可读介质中的软件指令来控制所述致动器以调节所述预热燃料、所述主燃料和所述氧化剂的流。


2.根据权利要求1所述的燃烧系统，还包括桥墙温度传感器，所述桥墙温度传感器被配置为感测桥墙的温度并向所述控制器输出指示所述桥墙的温度的传感器信号。


3.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中，所述控制器被配置成通过控制所述致动器来响应于来自所述桥墙温度传感器的传感器信号来控制所述致动器以调节在所述炉膛容积中的状况。


4.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中，所述预热火焰传感器包括预热火焰棒。


5.根据权利要求4所述的燃烧系统，其中，所述预热火焰棒感测所述预热火焰是否存在。


6.根据权利要求5所述的燃烧系统，还包括点燃器，所述点燃器配置成生成火花。


7.根据权利要求6所述的燃烧系统，其中，所述控制器被配置成控制所述致动器中的一个或更多个致动器，以在所述预热火焰棒指示不存在所述预热火焰并且满足所有安全互锁的情况下，使所述点燃器生成火花来点燃所述预热火焰。


8.根据权利要求5所述的燃烧系统，其中，所述控制器被配置成通过控制所述致动器中的一个或更多个致动器来调节所述预热燃料或所述氧化剂的流，从而响应于来自所述预热火焰扫描器的传感器信号来调节所述预热火焰的位置。


9.根据权利要求1所述的燃烧系统，还包括CO监测传感器，所述CO监测传感器被配置成感测由所述燃烧反应生成的烟道气中的CO的浓度，并向所述控制器输出指示所述烟道气中的CO的浓度的传感器信号。


10.根据权利要求9所述的燃烧系统，其中，所述控制器被配置成，如果所述传感器信号指示在所述烟道气中的CO的浓度高于可接受浓度，则控制所述致动器以调节所述主燃料和/或所述氧化剂的流。


11.根据权利要求10所述的燃烧系统，其中，调节所述主燃料的流包括以下中的一项或更多项：
调节所述主燃料的流速；和
调节所述主燃料的燃料调和物。


12.根据权利要求1所述的燃烧系统，还包括NOX监测器，所述NOX监测器被配置成感测由所述燃烧反应生成的在烟道气中的NOX的浓度，并向所述控制器输出指示在所述烟道气中的NOx的浓度的传感器信号。


13.根据权利要求12所述的燃烧系统，其中，所述控制器被配置成，如果所述传感器信号指示在所述烟道气中的NOX的浓度高于可接受浓度，则控制所述致动器以调节所述主燃料和/或所述氧化剂的流。


14.根据权利要求13所述的燃烧系统，其中，调节所述主燃料的流包括以下中的一项或更多项：
调节所述主燃料的流速；和
调节所述主燃料的燃料调和物。


15.根据权利要求1所述的燃烧系统，还包括O2监测器，所述O2监测器被配置为感测由所述燃烧反应生成的在烟道气中的O2的浓度，并向所述控制器输出指示在所述烟道气中的O2的浓度的传感器信号。


16.根据权利要求15所述的燃烧系统，其中，所述控制器被配置成，如果所述传感器信号指示在所述烟道气中的O2的浓度在可接受范围之外，则控制所述致动器以调节所述主燃料和/或所述氧化剂的流。


17.根据权利要求16所述的燃烧系统，其中，调节所述主燃料的流包括以下中的一项或更多项：
调节所述主燃料的流速；和
调节所述主燃料的燃料调和物。


18.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中，所述穿孔火焰稳定器传感器包括穿孔火焰稳定器火焰扫描器，所述穿孔火焰稳定器火焰扫描器被配置为感测所述主燃料和氧化剂的燃烧反应的状况，并输出指示所述燃烧反应的状况的传感器信号。


19.根据权利要求18所述的燃烧系统，其中，所述控制器被配置成接收来自所述穿孔火焰稳定器火焰扫描器的传感器信号，并响应于所述燃烧反应的状况使所述致动器调节所述主燃料的流和所述氧化剂的流中的一个或更多个。


20.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中，所述穿孔火焰稳定器传感器包括相机。


21.根据权利要求1所述的燃烧系统，还包括过程监测器，所述过程监测器被配置为感测从所述燃烧反应接收热量的过程的状况，并输出指示所述过程的状况的传感器信号。


22.根据权利要求21所述的燃烧系统，其中，所述控制器被配置成从所述过程监测器接收所述传感器信号，并且响应于所述过程的状况使所述致动器调节所述主燃料的流和所述氧化剂的流中的一个或更多个。


23.根据权利要求1所述的燃烧系统，还包括压力传感器，所述压力传感器被配置为感测在炉膛容积中的压力并输出指示所述压力的传感器信号。


24.根据权利要求23所述的燃烧系统，其中，所述压力传感器包括压力变化麦克风、静态压力传感器、动态压力传感器和压差传感器中的一个或更多个。


25.根据权利要求24所述的燃烧系统，其中，所述控制器被配置成接收来自所述压力传感器的传感器信号，并响应于所述过程的状况使所述致动器调节所述氧化剂的流、所述主燃料的流或烟道风门中的一个或更多个。


26.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中，所述穿孔火焰稳定器传感器包括穿孔火焰稳定器温度传感器，所述穿孔火焰稳定器温度传感器被配置为感测所述穿孔火焰稳定器的温度并输出指示所述穿孔火焰稳定器的温度的传感器信号。


27.根据权利要求26所述的燃烧系统，其中，所述控制器被配置成接收来自所述穿孔火焰稳定器温度传感器的传感器信号，并响应于所述过程的状况使所述致动器调节所述主燃料的流、所述氧化剂的流或烟道风门中的一个或更多个。


28.根据权利要求26所述的燃烧系统，其中，所述控制器被配置成，如果来自所述穿孔火焰稳定器温度传感器的传感器信号指示所述穿孔火焰稳定器的温度已经下降到低于操作温度，则控制所述致动器中的一个或更多个致动器以激活加热器来加热所述穿孔火焰稳定器。


29.根据权利要求24所述的燃烧系统，其中，所述控制器被配置成，如果来自所述穿孔火焰稳定器温度传感器的传感器信号指示所述穿孔火焰稳定器的温度已经达到所述操作温度，则控制所述致动器中的一个或更多个致动器从所述预热状态转换到所述标准操作状态。


30.根据权利要求29所述的燃烧系统，其中，所述控制器通过控制所述致动器来停止所述预热燃料的流并启动所述主燃料的流，从而导致从所述预热状态到所述标准操作状态的转换。


31.根据权利要求1所述的燃烧系统，还包括被耦合到所述控制器的显示器。


32.根据权利要求31所述的燃烧系统，其中，所述控制器被配置成在所述显示器上输出与在所述炉膛容积中的状况相关的消息。


33.根据权利要求32所述的燃烧系统，其中，所述控制器被配置成在响应于所述传感器信号控制所述致动器以调节所述预热燃料、所述氧化剂或所述主燃料的流中的一个或多个之前向操作者请求批准。


34.根据权利要求32所述的燃烧系统，还包括手动控件，所述手动控件被配置成使得操作者能够手动操纵所述氧化剂源、所述预热燃料源和所述主燃料源中的一个或更多个。


35.根据权利要求34所述的燃烧系统，其中，所述消息提示用户响应于所述传感器信号使用所述手动控件来调节所述主燃料的流、所述氧化剂的流和所述预热燃料的流中的一个或更多个。


36.根据权利要求32所述的燃烧系统，还包括控制输入端，所述控制输入端被配置成使得操作者能够向所述控制器输入数据或命令。


37.根据权利要求1所述的燃烧系统，还包括回火传感器，所述回火传感器被配置成检测所述燃烧反应从所述穿孔火焰稳定器向所述主燃料分配器的回火，并向所述控制器输出指示回火发生的传感器信号。


38.根据权利要求37所述的燃烧系统，其中，所述回火传感器包括电容层析成像设备。


39.根据权利要求37所述的燃烧系统，其中，所述电容层析成像设备包括：
第一组电极，所述第一组电极被横向定位在所述穿孔火焰稳定器周围，并被配置为感测在所述穿孔火焰稳定器附近的参数；和
第二组电极，所述第二组电极被定位于所述穿孔火焰稳定器的上游，并被配置为感测在所述穿孔火焰稳定器的上游的参数。


40.根据权利要求39所述的燃烧系统，其中，所述控制器通过将由所述第一组电极感测的参数与由所述第二组电极感测的参数进行比较来感测回火。


41.根据权利要求39所述的燃烧系统，其中，所述第一组电极是所述穿孔火焰稳定器传感器的一部分。


42.根据权利要求38所述的燃烧系统，其中，所述电容层析成像设备包括一组电极，所述一组电极被定位于所述穿孔火焰稳定器的上游，并且被配置为通过感测在所述穿孔火焰稳定器的上游的参数来检测回火。


43.根据权利要求37所述的燃烧系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：道格拉斯·W·卡尔科夫，唐纳德·肯德里克，詹姆士·K·丹西，罗伯特·盖革，杰克逊·M·普雷斯，克里斯多佛·A·威克洛夫，
申请(专利权)人：克利尔赛恩燃烧公司，
类型：发明
国别省市：美国;US