基于富氧及氢气助燃的氨燃烧控制系统技术方案

本发明专利技术涉及氨燃烧控制技术领域，公开一种基于富氧及氢气助燃的氨燃烧控制系统。该系统包括第一燃烧区、第二燃烧区、燃烧器和气体调节模块；第一燃烧区和第二燃烧区相互连通，燃烧器设置在第一燃烧区内，燃烧器和第二燃烧区均可接入氨气、氢气和氧气；燃烧器进行燃烧时，气体调节模块调节燃烧器和第二燃烧区接入氨气、氢气和氧气的流量，使燃烧器接入氨气、氢气和氧气后进行富燃，第二燃烧区接入氨气、氢气和氧气以及第一燃烧区燃烧产生的混气后进行贫燃。该系统通过调节第一燃烧区和第二燃烧区接入氨气、氢气和氧气的流量，先后形成富燃和贫燃，喷射和燃烧速率高，升温快，同时提高燃料气体的热效应，节省能源，减低碳排放。减低碳排放。减低碳排放。

【技术实现步骤摘要】
基于富氧及氢气助燃的氨燃烧控制系统


[0001]本专利技术涉及氨燃烧控制
，尤其是一种基于富氧及氢气助燃的氨燃烧控制系统。

技术介绍

[0002]目前，在陶瓷辊道窑烧成过程中，只有氧气与燃料参与反应，而氮气只作为稀释剂存在空气中，使得氧气与燃料接触面减少，造成燃烧不完全，受热不均匀，并且容易产生局部高温，这将有利于氮气在高温下与氧气反应生成大量的NOx，从而导致氧气与燃料发生碰撞反应的几率又大大的减少。所产生的烟气携带大量的热量排出窑炉体外，造成大量的热量损失，降低陶瓷辊道窑的热效率。
[0003]现在人们把氨作为一种新能源进行研究，主要是基于两个考量：一方面是作为储氢介质，因为氨很容易液化，点火温度比氢高很多，相对氢气要更安全，方便运载；另一方面是氨本身是一种零碳化合物，同时它的能量密度很高，是液氢的1.5倍，它和氧的燃烧反应产物是水和氮气，具体能量成本比较低。然而，氨燃料存在几个挑战：一是燃烧速度和热值都比较低，它的燃烧速度远远低于氢，这对于工业应用有一定问题；二是发热量相对来说比较低，它的热值比其他的天然气、氢都要低，点火比较困难，不太容易点燃和实现稳定燃烧。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于富氧及氢气助燃的氨燃烧控制系统，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
[0005]本专利技术提供一种基于富氧及氢助燃的氨燃烧控制系统，包括第一燃烧区、第二燃烧区、燃烧器和气体调节模块；
[0006]第一燃烧区和第二燃烧区相互连通，燃烧器设置在第一燃烧区内，燃烧器和第二燃烧区均可接入氨气、氢气和氧气；
[0007]燃烧器进行燃烧时，气体调节模块调节燃烧器和第二燃烧区接入氨气、氢气和氧气的流量，使燃烧器接入氨气、氢气和氧气后进行富燃，第二燃烧区接入氨气、氢气和氧气以及第一燃烧区燃烧产生的混气后进行贫燃。
[0008]进一步地，气体调节模块调节燃烧器和第二燃烧区接入氨气、氢气和氧气的流量时，使K
a
＝3～5，K
ha1
＝2％～5％，K
ha2
＝2％～5％，K
o1
＞K
o2
；
[0009]其中，K
a
表示输入至燃烧器的氨气和输入至第二燃烧区的氨气之比，K
ha1
表示输入至燃烧器的氨气和氢气之比，K
ha2
表示输入至第二燃烧区的氨气和氢气之比，K
o1
表示输入至燃烧器的氧气与第一燃烧区内的混气完全燃烧所需氧气量之比，K
o2
表示输入至第二燃烧区的氧气与第二燃烧区内的混气完全燃烧所需氧气量之比。
[0010]进一步地，基于富氧及氢气助燃的氨燃烧控制系统还包括温度控制模块；
[0011]温度控制模块根据烧成曲线和烧成带温度更新输出至气体调节模块的参数K
a
，K
ha1
，K
ha2
，K
o1
，K
o2
，使气体调节模块控制氨气、氢气和氧气的输入量；
[0012]氨气、氢气和氧气的输入量的关系为：
[0013][0014]其中，U
sa1
表示燃烧器的氨气输入量，U
sa2
表示第二燃烧区的氨气输入量，U
sh1
表示燃烧器的氢气输入量，U
sh2
表示第二燃烧区的氢气输入量，U
so1
表示燃烧器的氧气输入量，U
so2
表示第二燃烧区的氧气输入量，U
o1
表示第一燃烧区所需的理论氧气输入量，U
o2
表示第二燃烧区所需的理论氧气输入量。
[0015]进一步地，温度控制模块包括温度检测单元、参数设定单元以及数据存储单元；
[0016]温度检测单元与参数设定单元连接，温度检测单元用于采集陶瓷辊道窑的温度信息；参数设定单元用于根据烧成曲线、烧成带温度以及温度检测单元采集的温度信息向气体调节模块输出气体比例控制信号；数据存储模块用于记录温度检测单元和参数设定单元产生的数据。
[0017]进一步地，温度控制模块和气体调节模块选用RS
‑
485通讯方式连接。
[0018]进一步地，气体调节模块分别计算氨气、氢气和氧气的设定输入量与实际输入量的偏差，通过模糊PID控制策略计算氨气流量调节信号、氢气流量调节信号和氧气流量调节信号并输出至燃烧器和第二燃烧区，使燃烧器和第二燃烧区接入氨气、氢气和氧气的实际输入量均与设定输入量相互匹配。
[0019]进一步地，燃烧器连接有第一氨气通道、第一氢气通道和第一氧气通道，第二燃烧区的内腔上壁和下壁分别布设有若干个氨气进口、氢气进口和氧气进口，氨气进口连接有第二氨气通道、氢气进口连接有第二氢气通道，氧气进口连接有第二氧气通道；
[0020]第一氨气通道设有第一氨气执行器、第一氨气流量传感器和第一氨气阀，气体调节模块分别连接第一氨气执行器和第一氨气流量传感器，第一氨气执行器与第一氨气阀连接，第二氨气通道设有第二氨气执行器、第二氨气流量传感器和第二氨气阀，气体调节模块分别连接第二氨气执行器和第二氨气流量传感器，第二氨气执行器与第二氨气阀连接；
[0021]第一氢气通道设有第一氢气执行器、第一氢气流量传感器和第一氢气阀，气体调节模块分别连接第一氢气执行器和第一氢气流量传感器，第一氢气执行器与第一氢气阀连接，第二氢气通道设有第二氢气执行器、第二氢气流量传感器和第二氢气阀，气体调节模块分别连接第二氢气执行器和第二氢气流量传感器，第二氢气执行器与第二氢气阀连接；
[0022]第一氧气通道设有第一氧气执行器、第一氧气流量传感器和第一氧气阀，气体调节模块分别连接第一氧气执行器和第一氧气流量传感器，第一氧气执行器与第一氧气阀连接，第二氧气通道设有第二氧气执行器、第二氧气流量传感器和第二氧气阀，气体调节模块分别连接第二氧气执行器和第二氧气流量传感器，第二氧气执行器与第一氧气阀连接。
[0023]本专利技术的有益效果：通过调节第一燃烧区和第二燃烧区接入氨气、氢气和氧气的流量，使第一燃烧区满足富燃条件，第二燃烧器满足贫燃条件，先后形成富燃和贫燃，喷射
和燃烧速率高，升温快，同时提高燃料气体的热效应，节省能源，减低碳排放。
附图说明
[0024]图1是第一个实施例提供的基于富氧及氢助燃的氨燃烧控制系统的结构示意图。
[0025]图2是第二个实施例提供的基于富氧及氢助燃的氨燃烧控制系统的结构示意图。
[0026]附图标记说明：100.第一燃烧区；110.第一氨气通道；120.第一氢气通道；130.第一氧气通道；200.第二燃烧区；210.第二氨气通道；220.第二氢气通道；230.第二氧气通道；240.氨气进口；250.氢气进口；260.氧气进口；300.燃烧器；400.气体调节模块；410.第一氨气控制器；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于富氧及氢助燃的氨燃烧控制系统，其特征在于，包括第一燃烧区、第二燃烧区、燃烧器和气体调节模块；所述第一燃烧区和第二燃烧区相互连通，所述燃烧器设置在第一燃烧区内，所述燃烧器和第二燃烧区均可接入氨气、氢气和氧气；所述燃烧器进行燃烧时，所述气体调节模块调节燃烧器和第二燃烧区接入氨气、氢气和氧气的流量，使所述燃烧器接入氨气、氢气和氧气后进行富燃，所述第二燃烧区接入氨气、氢气和氧气以及第一燃烧区燃烧产生的混气后进行贫燃。2.根据权利要求1所述的基于富氧及氢气助燃的氨燃烧控制系统，其特征在于，所述气体调节模块调节燃烧器和第二燃烧区接入氨气、氢气和氧气的流量时，使K
a
＝3～5，K
ha1
＝2％～5％，K
ha2
＝2％～5％，K
o1
＞K
o2
；其中，K
a
表示输入至燃烧器的氨气和输入至第二燃烧区的氨气之比，K
ha1
表示输入至燃烧器的氨气和氢气之比，K
ha2
表示输入至第二燃烧区的氨气和氢气之比，K
o1
表示输入至燃烧器的氧气与第一燃烧区内的混气完全燃烧所需氧气量之比，K
o2
表示输入至第二燃烧区的氧气与第二燃烧区内的混气完全燃烧所需氧气量之比。3.根据权利要求2所述的基于富氧及氢气助燃的氨燃烧控制系统，其特征在于，还包括温度控制模块；所述温度控制模块根据烧成曲线和烧成带温度更新输出至气体调节模块的参数K
a
，K
ha1
，K
ha2
，K
o1
，K
o2
，使气体调节模块控制氨气、氢气和氧气的输入量；所述氨气、氢气和氧气的输入量的关系为：其中，U
sa1
表示燃烧器的氨气输入量，U
sa2
表示第二燃烧区的氨气输入量，U
sh1
表示燃烧器的氢气输入量，U
sh2
表示第二燃烧区的氢气输入量，U
so1
表示燃烧器的氧气输入量，U
so2
表示第二燃烧区的氧气输入量，U
o1
表示第一燃烧区所需的理论氧气输入量，U
o2
表示第二燃烧区所需的理论氧气输入量。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖纯，陈静，刘孟杰，杨航瞿，程荣，游思一郎，高嘉伟，
申请(专利权)人：佛山仙湖实验室，
类型：发明
国别省市：