渦輪增壓、微計(jì)算機(jī)控制富氧燃?xì)馊紵鞯闹圃旆椒?br> 【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種渦輪增壓、微計(jì)算機(jī)控制富氧燃?xì)馊紵?。本燃?xì)馊紵骼脺u輪增壓和微計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，提高氣體燃燒器中氧氣的含量和空氣的溫度，使可燃?xì)馀c燃燒所需的氧氣充分混合和完全燃燒，達(dá)到最佳燃燒狀態(tài)，釋放最大熱值，進(jìn)而節(jié)約能源和減少低NOx、CO氣體的排放，保護(hù)了環(huán)境。本實(shí)用新型最大的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)高海拔地區(qū)氧氣含量低的特點(diǎn)，可解決目前鼓風(fēng)式燃?xì)馊紵鞔嬖诘牟蛔?，確保燃?xì)馊紵髟诟吆０苇h(huán)境下高效工作。
【專利說(shuō)明】渦輪增壓、微計(jì)算機(jī)控制富氧燃?xì)馊紵?br>
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及工業(yè)鍋爐中使用的燃?xì)馊紵鳌?br>
【背景技術(shù)】
[0002] 目前中小型工業(yè)鍋爐使用的燃燒器最為普遍是鼓風(fēng)式擴(kuò)散燃燒器。鼓風(fēng)式擴(kuò)散 燃燒的形式有單噴嘴，多管式、單管多孔式。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，體積輕巧，占地面積小， 燃燒熱強(qiáng)度大，火焰可調(diào)節(jié)等特點(diǎn)。但也存在著一些不足：如鼓風(fēng)式燃燒器只是增加風(fēng)量， 并不能增加單位體積中氧氣的含量，這點(diǎn)對(duì)高海拔地區(qū)尤為重要。高海拔地區(qū)的氧含量比 海平面要低20%_40%，使用現(xiàn)有的鼓風(fēng)式燃燒器勢(shì)必由于氧的含量低，造成燃?xì)獠荒艹浞秩?燒，形成浪費(fèi)。燃燒后的混合氣體產(chǎn)生大量的NOx和C0,對(duì)大氣造成污染。另外，現(xiàn)有的鼓 風(fēng)式燃?xì)馊紵鞑捎美^電器控制的時(shí)序控制，缺少對(duì)混合可燃?xì)庀鄳?yīng)數(shù)據(jù)參數(shù)的采集與處 理，在工況改變的條件下，不能做相應(yīng)調(diào)整，使可燃?xì)獠荒艹浞秩紵尫懦鲎畲鬅嶂怠?br>

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 基于上述，本實(shí)用新型的目的旨在研發(fā)一種渦輪增壓、微計(jì)算機(jī)控制富氧燃?xì)馊?燒器，利用渦輪增壓和微計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，提高氣體燃燒器中氧氣的含量和空氣的溫度，使 可燃?xì)馀c燃燒所需的氧氣充分混合和完全燃燒，達(dá)到最佳燃燒狀態(tài)，釋放最大熱值。
[0004] 本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0005] -種渦輪增壓、微計(jì)算機(jī)控制富氧燃燒器是由高速伺服電機(jī)、渦輪、渦輪機(jī)外殼、 壓縮機(jī)輸氣管道、儲(chǔ)氣氣缸、風(fēng)扇、風(fēng)冷電機(jī)、氣缸輸氣管道、燃燒器支座、MCU控制箱、鍵盤、 LCD顯示屏、蝸殼、燃?xì)夥峙涫?、法蘭盤、火道、燃?xì)膺^濾及壓力傳感器、壓力調(diào)節(jié)閥、流量調(diào) 節(jié)閥、電磁截止閥、燃?xì)夤艿?、氣缸安全閥、氣缸溫度傳感器、壓縮空氣室、點(diǎn)火電極、溫度傳 感器、氧傳感器和熄火傳感器等組成。伺服電機(jī)連接渦輪，渦輪機(jī)外殼底部的聯(lián)接法蘭通 過壓縮機(jī)輸氣管道與儲(chǔ)氣氣缸連通，儲(chǔ)氣氣缸頂部裝有風(fēng)冷電機(jī)，風(fēng)冷電機(jī)帶有風(fēng)扇并居 于儲(chǔ)氣氣缸內(nèi)的頂部，儲(chǔ)氣氣缸上設(shè)有氣缸安全閥和氣缸溫度傳感器；儲(chǔ)氣氣缸通過氣缸 輸氣管道與蝸殼連通，蝸殼內(nèi)置有燃燒器支座，燃燒器支座置放與電源相連的MCU控制箱， MCU控制箱上有鍵盤和LCD顯示屏；蝸殼邊緣一端有燃?xì)夥峙涫液突鸬?，燃?xì)夥峙涫液突鸬?用法蘭盤連接；燃?xì)夥峙涫覂?nèi)壓縮空氣室有小孔，端部裝有溫度傳感器和氧傳感器；火道 裝有點(diǎn)火電極和熄火傳感器，燃?xì)夥峙涫疑戏降娜細(xì)夤艿郎弦佬蜓b有燃?xì)膺^濾及壓力傳感 器、壓力調(diào)節(jié)閥、流量調(diào)節(jié)閥和電磁截止閥。
[0006] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和產(chǎn)生的效益是：
[0007] 1、渦輪增壓器能往燃燒器中壓入比正常條件下多10%_40%的空氣，也就是多增加 了 10%-40%的氧氣，達(dá)到節(jié)約能源目的。保證了燃?xì)夥峙涫胰細(xì)馊紵璧难鯕?，使燃?xì)獬?分混合燃燒，釋放最大熱值。同時(shí)空氣在壓縮時(shí)溫度也得到提高，使混合氣體燃燒時(shí)更能提 高燃?xì)馊紵郎囟?。?duì)于在高海拔地區(qū)使用，更能體現(xiàn)本燃燒器的優(yōu)點(diǎn)。
[0008] 2、以32位MCU為核心的控制器和以時(shí)序繼電器控制器相比較，前者有更大的優(yōu)越 性。目前以ARM為核心的32位MCU其運(yùn)算速度已相當(dāng)于過去的小型計(jì)算機(jī)，而且在芯片上 集成了豐富的外設(shè)。通過程序的編制，可使MCU控制器對(duì)燃燒器進(jìn)行開機(jī)檢測(cè)、燃?xì)鈮毫z 測(cè)和點(diǎn)火。實(shí)時(shí)采集傳感器的反饋數(shù)據(jù)，根據(jù)鍵盤輸入的不同燃?xì)鈪?shù)，編制最佳算法，進(jìn) 行渦輪增壓器電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，燃?xì)饬髁康恼{(diào)節(jié)，進(jìn)行空氣量和燃?xì)饬康恼{(diào)整，形成最佳比 例混合，可提高燃燒器功率。同時(shí)快速檢測(cè)燃燒器的工況，出現(xiàn)故障及時(shí)切斷氣源，保障燃 燒器安全運(yùn)行。在最佳算法的控制上，這點(diǎn)時(shí)序繼電器控制器是無(wú)法可比的。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010] 圖2是圖1中燃?xì)夥峙涫液突鸬朗疽鈭D。
[0011] 圖3是圖2中A向蝸殼示意圖。
[0012] 圖4是本實(shí)用新型微控系統(tǒng)電氣方框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面，結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案再做進(jìn)一步的說(shuō)明：
[0014] 如圖1-3所示，一種渦輪增壓、微計(jì)算機(jī)控制富氧燃燒器是由高速伺服電機(jī)1、渦 輪2、潤(rùn)輪機(jī)外殼3、壓縮機(jī)輸氣管道4、儲(chǔ)氣氣缸5、風(fēng)扇6、風(fēng)冷電機(jī)7、氣缸輸氣管道8、燃 燒器支座9、MCU控制箱10、鍵盤11、IXD顯示屏12、蝸殼13、燃?xì)夥峙涫?4、法蘭盤15、火 道16、燃?xì)膺^濾及壓力傳感器17、壓力調(diào)節(jié)閥18、流量調(diào)節(jié)閥19、電磁截止閥20、燃?xì)夤艿?21、氣缸安全閥22、氣缸溫度傳感器23、壓縮空氣室24、點(diǎn)火電極25、火道溫度傳感器26、 氧傳感器27和熄火傳感器28組成。伺服電機(jī)1連接渦輪2,渦輪機(jī)外殼3底部的聯(lián)接法 蘭通過壓縮機(jī)輸氣管道4與儲(chǔ)氣氣缸5連通，儲(chǔ)氣氣缸5頂部裝有風(fēng)冷電機(jī)7,風(fēng)冷電機(jī)7 帶有風(fēng)扇6并居于儲(chǔ)氣氣缸5內(nèi)的頂部，儲(chǔ)氣氣缸5上設(shè)有氣缸安全閥22和氣缸溫度傳感 器23 ;儲(chǔ)氣氣缸5通過氣缸輸氣管道8與蝸殼13連通，蝸殼13內(nèi)置有燃燒器支座9,燃燒 器支座9置放與電源相連的MCU控制箱10, MCU控制箱10上有鍵盤11和IXD顯示屏12 ; 蝸殼13邊緣一端有燃?xì)夥峙涫?4和火道16,燃?xì)夥峙涫?4和火道16用法蘭盤15連接； 燃?xì)夥峙涫?4內(nèi)壓縮空氣室24有兩排小孔、端部裝有溫度傳感器26和氧傳感器27 ;火道 16裝有點(diǎn)火電極25和熄火傳感器28,燃?xì)夥峙涫?4上方的燃?xì)夤艿?1依序裝有燃?xì)膺^ 濾及壓力傳感器17、壓力調(diào)節(jié)閥18、流量調(diào)節(jié)閥19和電磁截止閥20。
[0015] 高速伺服電機(jī)1帶動(dòng)渦輪2高速旋轉(zhuǎn)，將壓縮空氣由管道4送入儲(chǔ)氣氣缸5。當(dāng)伺 服電機(jī)1轉(zhuǎn)速增快，渦輪2轉(zhuǎn)速也同步增快，通過壓縮機(jī)輸氣管道4將更多的空氣進(jìn)入儲(chǔ)氣 氣缸5,儲(chǔ)氣氣缸5中的壓縮空氣再由氣缸輸氣管道8輸送給蝸殼13的邊緣一端燃?xì)夥峙?室14,壓縮空氣通過蝸殼13產(chǎn)生強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)后，進(jìn)入內(nèi)筒壓縮空氣室24繼續(xù)旋轉(zhuǎn)向前；燃 氣經(jīng)由燃?xì)膺^濾及壓力傳感器17,進(jìn)入壓力調(diào)節(jié)閥18調(diào)整為合適的燃?xì)鈮毫?，再進(jìn)入流量 調(diào)節(jié)電磁閥19,經(jīng)過電磁截止閥20由管道21進(jìn)入燃?xì)夥峙涫?4和壓縮空氣混合后。燃?xì)?通過燃?xì)夤艿?1進(jìn)入壓縮空氣室24內(nèi)環(huán)套，從內(nèi)筒中部和端部的兩排小孔噴出，并與高 速噴入的空氣流強(qiáng)烈混合后進(jìn)入火道16。壓縮空氣和燃?xì)庠谌細(xì)夥峙涫?4中混合后，在火 道16處燃燒。當(dāng)儲(chǔ)氣氣缸5的壓力超限時(shí)，由氣缸安全閥22泄放，氣缸溫度傳感器23監(jiān) 測(cè)儲(chǔ)氣氣缸5內(nèi)壓縮空氣的溫度。
[0016] 燃?xì)夥峙涫?4內(nèi)的氧傳感器27檢測(cè)混合氣體中氧的含量，火道16內(nèi)點(diǎn)火電極25 的作用是點(diǎn)燃可燃?xì)?，燃燒熄火時(shí)由熄火傳感器28檢測(cè)。
[0017] 微計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)的核心芯片是意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的ARM-CortexM3為內(nèi)核 的32位MCU，型號(hào)STM32F103ZET6。該芯片目前是國(guó)內(nèi)嵌入式系統(tǒng)常用的一款主流芯片，它 的特點(diǎn)是運(yùn)算速度高，片上集成外設(shè)豐富，較大的RAM區(qū)和FLASH程序存儲(chǔ)區(qū)，完全能勝任 富氧燃燒器的控制與算法計(jì)算要求。
[0018] 圖4是微控系統(tǒng)電氣方框圖。由圖可見，微計(jì)算機(jī)為核心的控制子系統(tǒng)的功能是 利用由ARM核構(gòu)成的32位MCU，編輯燃燒器所需的工作程序，完成燃燒器的點(diǎn)火、數(shù)據(jù)采集、 算法優(yōu)化、燃燒器工況檢測(cè)并把工況在IXD屏12上顯示，使燃燒器安全運(yùn)行。下面，蝸殼式 旋流燃燒器工作過程分四個(gè)階段：準(zhǔn)備階段、預(yù)吹掃階段、點(diǎn)火階段和正常燃燒階段予以分 述：
[0019] 1、準(zhǔn)備階段
[0020] 控制系統(tǒng)得電后，開始內(nèi)部程序自檢，同時(shí)，渦輪高速伺服電機(jī)1處于關(guān)閉狀 態(tài)，程序自檢完畢后，處于待機(jī)狀態(tài)，檢測(cè)燃?xì)膺^濾及壓力傳感器17,傳感器信號(hào)由相應(yīng) 4-20MA變換電路送入MCU的模數(shù)轉(zhuǎn)換引腳A/D-4,當(dāng)燃?xì)鈮毫μ幱谡７秶禃r(shí)，程控器開 始啟動(dòng)，進(jìn)入預(yù)吹掃階段。電磁閥組帶有泄漏檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在上述限制開關(guān)允許時(shí)先進(jìn) 行閥門泄漏檢測(cè)，檢測(cè)通過后，才進(jìn)入預(yù)吹掃階段。
[0021] 、預(yù)吹掃階段
[0022] MCU的引腳D/A-1通過相應(yīng)的升壓電路使渦輪高速伺服電機(jī)1高速旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)渦輪 2壓縮空氣向富氧燃燒器吹入空氣進(jìn)行預(yù)吹掃，根據(jù)要求的不同，約吹掃2(Γ40秒后，準(zhǔn)備 點(diǎn)火。整個(gè)預(yù)吹掃階段，氣缸溫度傳感器23測(cè)量壓縮空氣溫度，當(dāng)溫度超標(biāo)時(shí)，MCU通過引 腳UART和變頻器通信，由變頻器啟動(dòng)風(fēng)冷電機(jī)7帶動(dòng)風(fēng)扇6對(duì)儲(chǔ)氣氣缸5進(jìn)行調(diào)速冷卻， 此目地是保證儲(chǔ)氣氣缸5中能壓縮足夠的富氧空氣。
[0023] 、點(diǎn)火階段：
[0024] MCU的1/0-3引腳輸出點(diǎn)火信號(hào)，由相應(yīng)的高電壓電路給點(diǎn)火電極25,以產(chǎn)生電火 花，約3秒后，MCU的1/0-2引腳送信號(hào)給相應(yīng)的開/關(guān)電路，該電路控制電磁截止閥20,閥 打開后，燃?xì)獾竭_(dá)燃燒頭，與風(fēng)機(jī)提供的空氣混合，然后被點(diǎn)燃。在閥打開后2秒內(nèi)，熄火傳 感器28通過相應(yīng)的電路應(yīng)檢測(cè)到火焰的存在，只有這樣，MCU才繼續(xù)后面的程序，否則，MCU 鎖定并關(guān)閉電磁截止閥20停止供氣，同時(shí)報(bào)警。熄火傳感器28檢測(cè)到火焰后2秒，MCU應(yīng) 關(guān)閉相應(yīng)的1?壓點(diǎn)火電路。
[0025] 、正常燃燒階段
[0026] 點(diǎn)火正常并穩(wěn)定燃燒幾秒后，MCU根據(jù)由鍵盤11輸入的負(fù)荷控制算法，采集由氧 傳感器27、火道溫度傳感器26,并有相應(yīng)4-20MA信號(hào)轉(zhuǎn)換電路輸入A/D-2、A/D-3引腳，由 引腳D/A-1、C調(diào)節(jié)渦輪高速伺服電機(jī)1轉(zhuǎn)速和燃?xì)饬髁侩姶砰y19,達(dá)到火力的比例式調(diào)節(jié)， 完成穩(wěn)定、高效燃燒的目的。此外，整個(gè)燃燒過程中，熄火傳感器28和燃?xì)膺^濾及壓力傳感 器17對(duì)富氧燃燒器實(shí)行監(jiān)控。LCD顯示屏12將富氧燃燒器的相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行顯示。另外，通 過MCU本身的UART、CAN接口，可進(jìn)行遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)控制。
【權(quán)利要求】
1. 一種渦輪增壓、微計(jì)算機(jī)控制富氧燃燒器是由高速伺服電機(jī)（1)、渦輪（2)、渦輪機(jī) 外殼（3)、壓縮機(jī)輸氣管道（4)、儲(chǔ)氣氣缸（5)、風(fēng)扇（6)、風(fēng)冷電機(jī)（7)、氣缸輸氣管道（8)、 燃燒器支座（9)、MCU控制箱（10)、鍵盤（11)、LCD顯示屏（12)、蝸殼（13)、燃?xì)夥峙涫遥?4)、 法蘭盤（15)、火道（16)、燃?xì)膺^濾及壓力傳感器（17)、壓力調(diào)節(jié)閥（18)、流量調(diào)節(jié)閥（19)、 電磁截止閥（20)、燃?xì)夤艿溃?1)、氣缸安全閥（22)、氣缸溫度傳感器（23)、壓縮空氣室 (24)、點(diǎn)火電極（25)、溫度傳感器（26)、氧傳感器（27)和熄火傳感器（28)組成，其特征是伺 服電機(jī)（1)連接渦輪（2)，渦輪機(jī)外殼（3)底部的聯(lián)接法蘭通過壓縮機(jī)輸氣管道（4)與儲(chǔ)氣 氣缸（5 )連通，儲(chǔ)氣氣缸（5 )頂部裝有風(fēng)冷電機(jī)（7 )，風(fēng)冷電機(jī)（7 )帶有風(fēng)扇（6 )并居于儲(chǔ)氣 氣缸（5)內(nèi)的頂部，儲(chǔ)氣氣缸（5)上設(shè)有氣缸安全閥（22)、氣缸溫度傳感器（23)、壓縮空氣 室（24)、點(diǎn)火電極（25)、溫度傳感器（26)、氧傳感器（27)和熄火傳感器（28)組成，其特征是 儲(chǔ)氣氣缸（5)通過氣缸輸氣管道（8)與蝸殼（13)連通，蝸殼（13)內(nèi)置有燃燒器支座（9)， 燃燒器支座（9 )置放與電源相連的MCU控制箱（10 )，MCU控制箱（10 )上有鍵盤（11)和IXD 顯示屏（12);蝸殼（13)邊緣一端有燃?xì)夥峙涫遥?4)和火道（16)，燃?xì)夥峙涫遥?4)和火道 (16)用法蘭盤（15)連接；燃?xì)夥峙涫遥?4)內(nèi)壓縮空氣室（24)有小孔，端部裝有溫度傳感器 (26)和氧傳感器（27);火道（16)裝有點(diǎn)火電極（25)和熄火傳感器（28)，燃?xì)夥峙涫遥?4) 上方的燃?xì)夤艿溃?1)上依序裝有燃?xì)膺^濾及壓力傳感器（17)、壓力調(diào)節(jié)閥（18)、流量調(diào)節(jié) 閥（19)和電磁截止閥（20)。
【文檔編號(hào)】F23D14/02GK203848287SQ201420266401
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】曹東生 申請(qǐng)人:曹東生