自动点火与自动控制

自动点火与自动控制 一、自动点火燃烧设备的自动点火方式与种类也较多，按发火源不同，常用有下列三种：(一)小火点火小火点火器是一种早期的简单点火装置。其机理是由点火源向燃气混合物传递热量。小火能否点燃燃气取决于热传递速度。概括地说，可用着火温度表示。它可分为两种形式：1. 直接式 只有一个固定的小火引火器。如图310l所示，有时为了防止被风吹熄，加一个耐热金属网罩。在小火点燃后，它将长明不灭。当需点燃主燃烧器时，这时打开主燃烧器阀门4即可自动点燃。2间接式 不仅有一个固定的小火点火器，还有引火管或爆炸室，既能起到防风的作用，又能减少固定小火点火器的数目。小火点火装置结构简单，点火可靠。但因小火长明，既浪费燃气又有被风吹熄的可能，不适于自动化技术发展的要求。图3-10-1 直接式小火点火装置1-小火点火器；2-点火器阀门；3-主燃烧器；4-主燃烧器阀门(二)炽热丝点火炽热丝点火简称热丝点火，其原理对大多数热丝来说与小火点火相似。热丝点火系统主要由三部分组成：小火点火器、电源与开关和热丝点火元件。如图3102所示。设置小火点火器的目的是为防止热丝长期接触火焰而使热丝烧坏，其电源在家用燃具上多用干电池，在公共福利及工业燃烧装置上多用市电。图3-10-2 热丝自动点火装置1-热丝；2-小火点火器；3-电池；4-电开关；5-主燃烧器热丝即电阻丝种类也很多，有金属热丝点火元件，如钔丝、铂铑丝、镍铬丝从铁铬铝丝。在民用燃具上多用前两种，做成螺旋形；而在工业上多用后两种。线径及所通过电流根据具体要求而定。此外，还有非金属热丝点火元件，主要有碳化硅和二硅化钼两种热丝。两者均具有耐高温、抗氧化、使用寿命长的良好性能，但由于延展性很差，加工成点火元件比较困难。热丝点火的优点是点火可靠，缺点是需外加电源。(三)电火花点火目前用于燃具上的点火装置形式很多，但在民用燃且上几乎都使用电火花点火方式，即利用点火装置产生的高压电在两电极间隙间产生电火花，来点燃燃气。作为燃具的电火花点火装置，应具备的基本条件是：要有足够高的电压以击穿空气产生电火花；要有足够高的能量使电火花能引燃燃气；电火花要有足够长的火花延续时间；要能在恶劣的环境下工作。电火花点火装置可分为单脉冲点火装置和连续电脉冲点火装置两种形式。1，单脉冲电火花点火装置所谓单脉冲电火花点火装置是指每操作一次燃具点火开关，点火装置只产生个电脉冲火花。单脉冲电火花点火装置可分为压电陶瓷和电子线路两种。(1)压电陶瓷点火装置 给一种晶体(亦称“压电陶瓷”)施加一定的压力就会放电，这种放电现象就叫“压电”。如图3103所示，借外力使压电陶瓷与相冲击，将机械能转变为电能，输出818kv高压，击穿电极间隙46mm、产生电火花，并用以点燃燃气。压电陶瓷的使用寿命通常在3万次以上。(2)电子线路单脉冲点火装置 如图3104所示，其工作原理是：当把开关s置于1端时，由t1升压，经二极管v2整流后，由电容c储能，接着将r、v1和t1组成的自耦反馈振荡回路起振，并通过开关s置于2端，振荡回路停振，电容c储存的能量通过高压变压器t2的初级线圈施放，在t2的次级线圈中感应出一个lokv以上的高压，在两极产生电火花，点燃燃气。图3-10-3 单脉冲陶瓷点火装置图3-10-4 电子线路单脉冲点火装置2连续电脉冲点火装置连续电脉冲点火装置是指当技下燃具点火开关时，点火装置可以连续不断地放出电脉冲火花。此点火装置与单脉冲点火装置相比，其优点是操作方便，点火着火率高，达到100。目前用在燃气用具上的连续电脉冲点火装置的种类较多，但用于民用燃具上的此类装置有以干电池作电源的晶体管电子电路点火装置和以市电作电源的自动点火控制系统。总结这些点火装置，大致可分为可控硅式(图3105(a)和电压开关管式(图3105(b)两种形式。它们的工作原理基本相同，唯一不同之处是在放电频率的控制形式上。图3-10-5 连续电脉冲点火装置(a)可控硅式；(b)电压开关管式图3l05(a)线路工作原理是：点火开关s闭合，由r1、vl和t1初级线圈组成的振荡电路起振，经t1的次级线圈升压，二极管v2整流后，一路到电容c1储能，另一路通过r2对c2进行充电。因双向触发二极管v3的阻断特性，当c2两端的电压达到v3的开通电压时，v3导通，c2储存的能量击发可控硅导通，c1通过可控硅v4和t2的初级线圈回路放电，在t2的次级线圈中感应出一个高压脉冲，击穿两极间隙产生一个电火花。c2在触发v4后，因其端电压低于v3的开通电压，v3关断，电路进行第二次充放电过程。改变r2、c2的大小，可以改变高压放电火花的放电频率。图3105(b)线路工作原理基本上与(a)线路相同，不同是在电火花放电频率的控制上。本线路利用一只电压开关管的通断来控制放电频率。当c1充电储能，电压开关管v3两端电压达到其开通电压时，其立即导通，c1通过v3、t2的初级线圈回路放电，在t2的次级线圈中感应出一个高压电脉冲。此时，v3两端电压降低，即关断，电路进行第二次充放电过程。此线路的放电频率基本不可调，放电频率的快慢完全取决于v3的电压开关值。二、自动控制装置(一)燃气压力控制器控制燃气压力，通常用压力调节器来实现。对大多数燃气工业炉窑及燃气锅炉来说，为保持炉前压力稳定，都应安装压力调节器。按阀芯的形状它可分为两类：1单阀型(图3106) 其工作原理是当燃气出口压力超过调定值时，薄膜下部所受压力增加使阀芯升高，燃气通路减小，燃气压力下降达到额定值。反之，燃气出口压力降低，阀芯动作相反。单阀型压力调节器具有当用户不需用燃气时，能可靠地切断燃气的优点。其缺点是出口压力与前压及耗气量有关，即阀座不减载，因此在前压上升时，背压反而下降。2双阀型(图3107) 它的工作原理是：当燃气出口压力超过调定值时，薄膜下部所受压力增加使阀芯升高，燃气通路减小使出口压力下降达到调定值。反之，燃气出口压力降低，阀芯动作相反。它的优点是阀芯本身具有减载作用，可消除前压对背压的影响。其缺点是用户不用燃气时，阀孔关闭不严密。因此，它多用于不间断使用燃气的地方。图3-10-6 单阀调压器1-阀芯；2-重块；3-薄膜；4-空气孔图3-10-7 双阀调压器1-双座阀；2-薄膜；3-空气孔；4-重块(二) 燃气流量控制器在燃气压力调节器中薄膜仅一面与燃气接触，靠背压的变化使阀芯位移；而在流量调节器中，则要利用安装在阀前的节流孔板的前后压力，使其作用在薄膜的上下两侧，靠流量改变时产生的压差变化推动阀芯。燃气流量调节器的构造示于图3108。其作用原理如下：当燃气流量超过调定值时，孔板产生的压差增大，薄膜上下负荷变化而向下移动，阀口燃气流通面积减小，从而使燃气流量恢复至调定值。(三)燃气空气比例控制器在鼓风式燃烧器上通常使用的燃气空气混合比例调节装置如图3109所示，它为气动调节装置。另外，还有电动及液动等调节装置。这种调节装置能保持燃烧器前燃气和空气压力比值一定，从而使燃气与空气量按一定比例混合。其工作原理如下：当阀门1关小，空气量减少，阀l后压力降低，通过脉冲管8经喷嘴7使薄膜上空间压力也降低。燃气调压器的阀芯上升，燃气量随之减少，从而使两者按调定比例混合。确定气量比例的平衡压力是靠节流装置6来实现的。燃烧器生产率过完全取决于空气压力的变化。图3-10-8 燃气量调节器1-节流孔板；2-阀芯；3-薄膜；4-连通管；5-弹膜图3-10-9 燃气-空气混合比例调节装置1-改变生产率的阀；2-空气调节阀；3-双管混合式燃烧器；4-燃气调节阀；5-燃气调压器6-节流装置；7-喷嘴；8-脉冲管；9-薄膜三、自动控制系统燃气工业炉自动控制系统大致由测量显示仪部分、调节器部分及执行器部分所组成。自动控制的主要内容是炉温、炉压及空燃比的控制。(一)炉内压力控制系统为了保持炉膛内微正压，控制炉底正压为10pa，国外已普遍采用炉压自动控制，目前国内也有一些大中型燃气工业炉采用。其工作原理是通过微压变送器和压力调节器，经电动执行器控制烟道烟闸，调节排烟量。图31010所示为加热炉炉压控制系统。用压力变送器测量出来的炉膛压力信号，输送到调节器里，利用输入信号与设定值的偏差值，去调节烟道闸板，控制炉膛压力为恒定值。图3-10-10 加热炉的炉压控制调节器多数采用比例积分微分(pid)动作。在烟道闸板的驱动上，一般多使用油压执行机构或者气动执行机构。(二)空燃比控制系统不管流量值如何，通常为保持空燃比一定，就要对燃气流量与燃烧需要的空气流量进行控制。在图31011上，用燃气流量乘上空燃比fr，作为空气流量调节器的设定值，即按照la=frlg或la/lg=fr进行空燃比的控制。式中lg为燃气流量。la为燃烧用空气流量；fr空燃比。通常fr的值用比例设定器设定，这时空气流量要略高于理论空气流量。另外，还可以与烟气中o2分析器相配合，根据实际燃烧的结果进行自动设定。图31012所示是用炉内温度调节器进行串级设定时的并联设定式空燃比控制系统图。当负荷变动时，燃气流量与空气流量同时进行增减，因此空燃比随时都能保持一定。图3-10-11 空燃比控制系统图图3-10-12 并联设定式空燃比控制系统图(三)温度控制系统以控制空燃比为重点的温度控制系统有各种方式，为了得到合适的空燃比，最好是通过温度调节器和流量调节阀，对燃气量与空气量进行自动调节。如图31013(a)所示，采用自力式调节器可组成能把燃气量调节为数倍又能保持空燃比一定的燃烧系统。由于这种设备的费用非常便宜，因此很多工厂采用。图31013(b)是采用均压阀的情况。与自力式调节方式相比，燃气量的调节范围更广，而且，还能提高空燃比的控制精度。这些方式都具有利用蝶阀调节空气量来控制燃气量的特点。图31014所示是对燃气量和空气量分别进行控制的典型例子。(a)为串联式调节系统，具有流量调节幅度大的特点，并可以按照炉内温度变化，通过温度调节器直接调节燃气流量，所以响应性能好。当以空气量为基准量时，即使流量产生急剧变化，也能保证安全。(b)为并联式调节系统，适用于能够预测负荷的变化，且燃气和空气的供应都稳定的系统。另外，供给炉内的热量如需随时间而变化，可以对燃烧器实行间隔开关控制。一般情况下是按照空燃比保持恒定进行燃烧，但需要改变炉内气氛时，通过改变空燃比的方法，使之成为氧化性或还原性气氛。图3-10-13 煤气燃烧控制系统(a)自力式调节方式；(b)均压阀调节方式图3-10-14 比例控制系统的比较(a)串联调节器；(b)并联调节式(四)加热炉自动控制系统实例轧钢加热炉的自动控制系统如图31015所示。其主要控制项目如下；图31015 控制系统图(炉内温度空燃比控制(表示一段的)1炉内温度记录调节计；2燃料流量指示调节计；3比例设定器；4空气流量指示凋节器；5钢坯位置检测器；6加热炉；7热电偶；8炉内压力：9监测电视；10预热器周围温度记录警报器；11预热器；12炉压控制闸板；13烟囱；14助燃风机；15炉内压力指示调节计；16热风放散1. 炉内温度控制 在各控制段的炉顶或侧墙上插入23根热电偶，有选择地交替检测各点的温度，作为温度调节器(trc)的输入信号，用此信号串级控制流量的调节系统。2燃气流量控制 用孔板流量计测定燃气的流量，根据流量指示调节计(f1cl)的信号，驱动流量控制阀，进行其流量控制。3，空气流量控制 由温度记录调节计(frc)传来的信号，通过空气与燃气流量的比例设定器(rs)，成为空气流量指示调节计(fic2)的设定信号，由此控制其流量。助燃空气经预热后，由于要测定和控制流量，所以对空气流量要能自动进行温度修正。4炉内压力控制 炉压通过炉压指示调节计(pic)接受来自炉压压差变送器的信号，操