涡轮增压、微计算机控制富氧燃气燃烧器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种涡轮增压、微计算机控制富氧燃气燃烧器。本燃气燃烧器利用涡轮增压和微计算机控制技术，提高气体燃烧器中氧气的含量和空气的温度，使可燃气与燃烧所需的氧气充分混合和完全燃烧，达到最佳燃烧状态，释放最大热值，进而节约能源和减少低NOx、CO气体的排放，保护了环境。本实用新型最大的优点在于对高海拔地区氧气含量低的特点，可解决目前鼓风式燃气燃烧器存在的不足，确保燃气燃烧器在高海拔环境下高效工作。
【专利说明】涡轮增压、微计算机控制富氧燃气燃烧器
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及工业锅炉中使用的燃气燃烧器。
【背景技术】
[0002] 目前中小型工业锅炉使用的燃烧器最为普遍是鼓风式扩散燃烧器。鼓风式扩散 燃烧的形式有单喷嘴，多管式、单管多孔式。它的特点是结构紧凑，体积轻巧，占地面积小， 燃烧热强度大，火焰可调节等特点。但也存在着一些不足：如鼓风式燃烧器只是增加风量， 并不能增加单位体积中氧气的含量，这点对高海拔地区尤为重要。高海拔地区的氧含量比 海平面要低20%_40%，使用现有的鼓风式燃烧器势必由于氧的含量低，造成燃气不能充分燃 烧，形成浪费。燃烧后的混合气体产生大量的NOx和C0,对大气造成污染。另外，现有的鼓 风式燃气燃烧器采用继电器控制的时序控制，缺少对混合可燃气相应数据参数的采集与处 理，在工况改变的条件下，不能做相应调整，使可燃气不能充分燃烧释放出最大热值。
【发明内容】
[0003] 基于上述，本实用新型的目的旨在研发一种涡轮增压、微计算机控制富氧燃气燃 烧器，利用涡轮增压和微计算机控制技术，提高气体燃烧器中氧气的含量和空气的温度，使 可燃气与燃烧所需的氧气充分混合和完全燃烧，达到最佳燃烧状态，释放最大热值。
[0004] 本实用新型的目的是这样实现的：
[0005] -种涡轮增压、微计算机控制富氧燃烧器是由高速伺服电机、涡轮、涡轮机外壳、 压缩机输气管道、储气气缸、风扇、风冷电机、气缸输气管道、燃烧器支座、MCU控制箱、键盘、 LCD显示屏、蜗壳、燃气分配室、法兰盘、火道、燃气过滤及压力传感器、压力调节阀、流量调 节阀、电磁截止阀、燃气管道、气缸安全阀、气缸温度传感器、压缩空气室、点火电极、温度传 感器、氧传感器和熄火传感器等组成。伺服电机连接涡轮，涡轮机外壳底部的联接法兰通 过压缩机输气管道与储气气缸连通，储气气缸顶部装有风冷电机，风冷电机带有风扇并居 于储气气缸内的顶部，储气气缸上设有气缸安全阀和气缸温度传感器；储气气缸通过气缸 输气管道与蜗壳连通，蜗壳内置有燃烧器支座，燃烧器支座置放与电源相连的MCU控制箱， MCU控制箱上有键盘和LCD显示屏；蜗壳边缘一端有燃气分配室和火道，燃气分配室和火道 用法兰盘连接；燃气分配室内压缩空气室有小孔，端部装有温度传感器和氧传感器；火道 装有点火电极和熄火传感器，燃气分配室上方的燃气管道上依序装有燃气过滤及压力传感 器、压力调节阀、流量调节阀和电磁截止阀。
[0006] 本实用新型的优点和产生的效益是：
[0007] 1、涡轮增压器能往燃烧器中压入比正常条件下多10%_40%的空气，也就是多增加 了 10%-40%的氧气，达到节约能源目的。保证了燃气分配室燃气燃烧所需的氧气，使燃气充 分混合燃烧，释放最大热值。同时空气在压缩时温度也得到提高，使混合气体燃烧时更能提 高燃气燃烧温度。对于在高海拔地区使用，更能体现本燃烧器的优点。
[0008] 2、以32位MCU为核心的控制器和以时序继电器控制器相比较，前者有更大的优越 性。目前以ARM为核心的32位MCU其运算速度已相当于过去的小型计算机，而且在芯片上 集成了丰富的外设。通过程序的编制，可使MCU控制器对燃烧器进行开机检测、燃气压力检 测和点火。实时采集传感器的反馈数据，根据键盘输入的不同燃气参数，编制最佳算法，进 行涡轮增压器电机的转速调节，燃气流量的调节，进行空气量和燃气量的调整，形成最佳比 例混合，可提高燃烧器功率。同时快速检测燃烧器的工况，出现故障及时切断气源，保障燃 烧器安全运行。在最佳算法的控制上，这点时序继电器控制器是无法可比的。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1是本实用新型结构示意图。
[0010] 图2是图1中燃气分配室和火道示意图。
[0011] 图3是图2中A向蜗壳示意图。
[0012] 图4是本实用新型微控系统电气方框图。
【具体实施方式】
[0013] 下面，结合附图对本实用新型技术方案再做进一步的说明：
[0014] 如图1-3所示，一种涡轮增压、微计算机控制富氧燃烧器是由高速伺服电机1、涡 轮2、润轮机外壳3、压缩机输气管道4、储气气缸5、风扇6、风冷电机7、气缸输气管道8、燃 烧器支座9、MCU控制箱10、键盘11、IXD显示屏12、蜗壳13、燃气分配室14、法兰盘15、火 道16、燃气过滤及压力传感器17、压力调节阀18、流量调节阀19、电磁截止阀20、燃气管道 21、气缸安全阀22、气缸温度传感器23、压缩空气室24、点火电极25、火道温度传感器26、 氧传感器27和熄火传感器28组成。伺服电机1连接涡轮2,涡轮机外壳3底部的联接法 兰通过压缩机输气管道4与储气气缸5连通，储气气缸5顶部装有风冷电机7,风冷电机7 带有风扇6并居于储气气缸5内的顶部，储气气缸5上设有气缸安全阀22和气缸温度传感 器23 ;储气气缸5通过气缸输气管道8与蜗壳13连通，蜗壳13内置有燃烧器支座9,燃烧 器支座9置放与电源相连的MCU控制箱10, MCU控制箱10上有键盘11和IXD显示屏12 ; 蜗壳13边缘一端有燃气分配室14和火道16,燃气分配室14和火道16用法兰盘15连接； 燃气分配室14内压缩空气室24有两排小孔、端部装有温度传感器26和氧传感器27 ;火道 16装有点火电极25和熄火传感器28,燃气分配室14上方的燃气管道21依序装有燃气过 滤及压力传感器17、压力调节阀18、流量调节阀19和电磁截止阀20。
[0015] 高速伺服电机1带动涡轮2高速旋转，将压缩空气由管道4送入储气气缸5。当伺 服电机1转速增快，涡轮2转速也同步增快，通过压缩机输气管道4将更多的空气进入储气 气缸5,储气气缸5中的压缩空气再由气缸输气管道8输送给蜗壳13的边缘一端燃气分配 室14,压缩空气通过蜗壳13产生强烈旋转后，进入内筒压缩空气室24继续旋转向前；燃 气经由燃气过滤及压力传感器17,进入压力调节阀18调整为合适的燃气压力，再进入流量 调节电磁阀19,经过电磁截止阀20由管道21进入燃气分配室14和压缩空气混合后。燃气 通过燃气管道21进入压缩空气室24内环套，从内筒中部和端部的两排小孔喷出，并与高 速喷入的空气流强烈混合后进入火道16。压缩空气和燃气在燃气分配室14中混合后，在火 道16处燃烧。当储气气缸5的压力超限时，由气缸安全阀22泄放，气缸温度传感器23监 测储气气缸5内压缩空气的温度。
[0016] 燃气分配室14内的氧传感器27检测混合气体中氧的含量，火道16内点火电极25 的作用是点燃可燃气，燃烧熄火时由熄火传感器28检测。
[0017] 微计算机控制子系统的核心芯片是意法半导体公司生产的ARM-CortexM3为内核 的32位MCU，型号STM32F103ZET6。该芯片目前是国内嵌入式系统常用的一款主流芯片，它 的特点是运算速度高，片上集成外设丰富，较大的RAM区和FLASH程序存储区，完全能胜任 富氧燃烧器的控制与算法计算要求。
[0018] 图4是微控系统电气方框图。由图可见，微计算机为核心的控制子系统的功能是 利用由ARM核构成的32位MCU，编辑燃烧器所需的工作程序，完成燃烧器的点火、数据采集、 算法优化、燃烧器工况检测并把工况在IXD屏12上显示，使燃烧器安全运行。下面，蜗壳式 旋流燃烧器工作过程分四个阶段：准备阶段、预吹扫阶段、点火阶段和正常燃烧阶段予以分 述：
[0019] 1、准备阶段
[0020] 控制系统得电后，开始内部程序自检，同时，涡轮高速伺服电机1处于关闭状 态，程序自检完毕后，处于待机状态，检测燃气过滤及压力传感器17,传感器信号由相应 4-20MA变换电路送入MCU的模数转换引脚A/D-4,当燃气压力处于正常范围值时，程控器开 始启动，进入预吹扫阶段。电磁阀组带有泄漏检测系统，该系统在上述限制开关允许时先进 行阀门泄漏检测，检测通过后，才进入预吹扫阶段。
[0021] 、预吹扫阶段
[0022] MCU的引脚D/A-1通过相应的升压电路使涡轮高速伺服电机1高速旋转，驱动涡轮 2压缩空气向富氧燃烧器吹入空气进行预吹扫，根据要求的不同，约吹扫2(Γ40秒后，准备 点火。整个预吹扫阶段，气缸温度传感器23测量压缩空气温度，当温度超标时，MCU通过引 脚UART和变频器通信，由变频器启动风冷电机7带动风扇6对储气气缸5进行调速冷却， 此目地是保证储气气缸5中能压缩足够的富氧空气。
[0023] 、点火阶段：
[0024] MCU的1/0-3引脚输出点火信号，由相应的高电压电路给点火电极25,以产生电火 花，约3秒后，MCU的1/0-2引脚送信号给相应的开/关电路，该电路控制电磁截止阀20,阀 打开后，燃气到达燃烧头，与风机提供的空气混合，然后被点燃。在阀打开后2秒内，熄火传 感器28通过相应的电路应检测到火焰的存在，只有这样，MCU才继续后面的程序，否则，MCU 锁定并关闭电磁截止阀20停止供气，同时报警。熄火传感器28检测到火焰后2秒，MCU应 关闭相应的1?压点火电路。
[0025] 、正常燃烧阶段
[0026] 点火正常并稳定燃烧几秒后，MCU根据由键盘11输入的负荷控制算法，采集由氧 传感器27、火道温度传感器26,并有相应4-20MA信号转换电路输入A/D-2、A/D-3引脚，由 引脚D/A-1、C调节涡轮高速伺服电机1转速和燃气流量电磁阀19,达到火力的比例式调节， 完成稳定、高效燃烧的目的。此外，整个燃烧过程中，熄火传感器28和燃气过滤及压力传感 器17对富氧燃烧器实行监控。LCD显示屏12将富氧燃烧器的相应参数进行显示。另外，通 过MCU本身的UART、CAN接口，可进行远程联机控制。
【权利要求】
1. 一种涡轮增压、微计算机控制富氧燃烧器是由高速伺服电机（1)、涡轮（2)、涡轮机 外壳（3)、压缩机输气管道（4)、储气气缸（5)、风扇（6)、风冷电机（7)、气缸输气管道（8)、 燃烧器支座（9)、MCU控制箱（10)、键盘（11)、LCD显示屏（12)、蜗壳（13)、燃气分配室（14)、 法兰盘（15)、火道（16)、燃气过滤及压力传感器（17)、压力调节阀（18)、流量调节阀（19)、 电磁截止阀（20)、燃气管道（21)、气缸安全阀（22)、气缸温度传感器（23)、压缩空气室 (24)、点火电极（25)、温度传感器（26)、氧传感器（27)和熄火传感器（28)组成，其特征是伺 服电机（1)连接涡轮（2)，涡轮机外壳（3)底部的联接法兰通过压缩机输气管道（4)与储气 气缸（5 )连通，储气气缸（5 )顶部装有风冷电机（7 )，风冷电机（7 )带有风扇（6 )并居于储气 气缸（5)内的顶部，储气气缸（5)上设有气缸安全阀（22)、气缸温度传感器（23)、压缩空气 室（24)、点火电极（25)、温度传感器（26)、氧传感器（27)和熄火传感器（28)组成，其特征是 储气气缸（5)通过气缸输气管道（8)与蜗壳（13)连通，蜗壳（13)内置有燃烧器支座（9)， 燃烧器支座（9 )置放与电源相连的MCU控制箱（10 )，MCU控制箱（10 )上有键盘（11)和IXD 显示屏（12);蜗壳（13)边缘一端有燃气分配室（14)和火道（16)，燃气分配室（14)和火道 (16)用法兰盘（15)连接；燃气分配室（14)内压缩空气室（24)有小孔，端部装有温度传感器 (26)和氧传感器（27);火道（16)装有点火电极（25)和熄火传感器（28)，燃气分配室（14) 上方的燃气管道（21)上依序装有燃气过滤及压力传感器（17)、压力调节阀（18)、流量调节 阀（19)和电磁截止阀（20)。
【文档编号】F23D14/02GK203848287SQ201420266401
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年5月23日 优先权日:2014年5月23日
【发明者】曹东生 申请人:曹东生