一种多尾管脉动燃烧器控制方法及装置.pdf

本发明公开了一种多尾管脉动燃烧器控制方法及装置，通过调节引风机前的阀门开度来改变去耦室内部压力即尾管出口压力大小，改变脉动燃烧器内的声学特性，保证尾管段的脉动燃烧、放热，同时连接管段也可作为稳态受热面进行换热。本发明装置中脉动燃烧器采用亥尔姆霍茨型脉动燃烧器的基本结构，由混合室、供气装置、点火装置、燃烧室、尾管、去耦室组成，并采用多尾管结构。控制燃烧器的装置设置在去耦室的后面，由连接管、阀门、排气管、引风机、电动机组成。本发明控制方法操作方便，工作稳定，效率高。

1.  一种多尾管脉动燃烧器控制方法，其特征在于：在去耦室后面设置流量调节阀门，并在排气管尾部接一引风机，通过调节引风机前的阀门开度来改变去耦室内部压力即尾管出口压力大小，改变燃烧器内的声学特性，保证尾管段的脉动燃烧换热。

2.  采用权利要求1所述方法的多尾管脉动燃烧器控制装置，其特征在于：脉动燃烧器由供气装置(1)、混合室(2)、点火装置(3)、燃烧室(4)、尾管(5)、去耦室(6)组成，上述尾管(4)采用多尾管结构，数量、尺寸是不限定的；控制装置由连接管(7)、排气阀(8)、排气管(9)、大气阀(10)、电动机(11)、引风机(12)组成。

3.  根据权利要求2所述的多尾管脉动燃烧器控制装置，其特征在于：引风机(12)由电动机(11)带动，调节排气阀(8)的开度以控制引风量，改变去耦室(6)内的压力进而改变尾管(5)出口的声学特性，保证尾管(5)段的烟气脉动，同时监测去耦室内(6)的压力可以将燃烧器控制在最佳或所需的运行状态。

4.  根据权利要求2所述的多尾管脉动燃烧器控制装置，其特征在于：大气阀(10)用于调节混入排气管(9)的空气量，进而控制进入引风机(12)的烟气温度。它与排气阀(8)配合使用，可以控制调节引风机(12)工作压头。如果排气阀(8)后，引风机(12)前烟气的压力、温度均在引风机(12)工作承受范围之内，则可不必设置大气阀(10)。

5.  根据权利要求2所述的多尾管脉动燃烧器控制装置，其特征在于：燃烧器稳定运行时，去耦室(6)出口到排气阀(8)之间连接管(7)内始终是稳定的烟气流动，因此连接管(7)可作为稳态受热面进行换热。

一种多尾管脉动燃烧器控制方法及装置
技术领域
本发明涉及一种多尾管脉动燃烧器控制方法及装置
背景技术
脉动燃烧是一种高效、节能、低污染的燃烧技术。在脉动燃烧器运行时，会发出很响的噪声，燃烧室的脉动气流是主要噪声源，同时，脉动燃烧耦合性很高，当尾部声学条件发生改变时，必然会对脉动燃烧器运行特性产生影响。为控制燃烧噪声和尾部声学条件随机波动，必须设置去耦室。去耦室的作用就是让气流平稳流动，降低燃烧噪声。因为噪声强度与湍流关系密切，随雷诺数而改变。此外，还有一个更重要的作用就是保持尾管出口压力稳定，避免外界压力变化影响燃烧状态，确保燃烧稳定地脉动。
以前改变脉动燃烧器的运行特性主要集中于改变燃烧器各个部件的几何尺寸，或是改变燃料和氧化剂的供给方式，没有考虑去耦室压力的影响。从脉动燃烧器原理上看，在尾管出口平面的压力脉动振幅应为零，但在实际燃烧器中会有一定声能从这里辐射出来，因此而去耦室的声学特性必将影响到燃烧器的运行特性。
发明内容
为了便于调节脉动燃烧器的运行特性，保证燃烧器内形成稳定的脉动，提高燃烧器整体运行的稳定性，本发明通过改变去耦室压力来控制燃烧强度、声学压力振幅、频率等，从而调节换热强度。
本发明所采取的技术方案是：
在去耦室后面设置流量调节阀门，并在排气管尾部接一引风机，通过调节引风机前的阀门开度来改变去耦室内部压力即尾管出口压力大小，改变燃烧器内的声学特性，保证尾管段的脉动燃烧。
未设置控制装置的脉动燃烧器的工作过程如下：
初步混合的燃料和空气被点火点燃，燃烧伴随着放热使燃烧室内的压力上升。当燃烧室内的压力上升到大于空气或燃料供给压力时，两进气装置关闭，热燃气不能倒流，只能沿尾管向后流动、膨胀排出，燃烧室内的压力也随之下降。由于高速流动着的气柱的惯性作用，在燃烧室压力下降到低于尾管出口的环境压力时，燃烧产物仍继续排出，造成燃烧室内部分真空形成负压。当燃烧室压力下降到低于空气或燃气进口前的压力时，又使进气装置再次开启，新鲜的空气和燃料又重新进入燃烧室。与此同时，部分燃烧产物又从尾管回流到燃烧室，其后跟着把新鲜冷空气吸入尾管。两股气流对燃烧室内介质进行压缩，使燃烧室内压力回升。新鲜燃料和空气经过混合又与热燃气混合并被加热，自动地被未灭的火种点燃，开始燃烧、放热，开始了新一周期的燃烧排气过程。这个周期性的燃烧过程自行循环，不需要再点火，能一直工作下去。
上述脉动燃烧器的工作过程是只有在燃烧器内气流脉动状态符合瑞利准则的条件下才能维持稳定的脉动燃烧。气流速度、释热速度、空燃比的变化以及燃烧器的结构都会影响脉动燃烧的特性，可能导致燃烧器运行不稳定、不能产生脉动甚至是根本不能运行。
本发明的多尾管脉动燃烧器的控制方法如下：
燃烧器采用亥尔姆霍茨型脉动燃烧器的基本结构，即燃烧器由混合室、供气装置、点火装置、燃烧室、尾管、去耦室组成，其中尾管是采用多尾管结构。控制燃烧器的装置设置在去耦室的后面，由连接管、阀门、排气管、引风机、电动机组成。脉动燃烧器的工作过程如上所述。
引风机由电机带动，调节排气阀的开度可以控制引风量。引风量越大则去耦室内压力越低，当尾管排向去耦室的烟气量等于引风量时，去耦室内压力与环境压力相等，即相当于尾管烟气排向环境空间；当尾管排向去耦室的烟气量大于引风量时，去耦室内压力高于环境压力，燃烧室内压力也相应升高，燃烧室内可燃气体的燃烧放热加剧，尾管中的阻力也增强，燃烧室内压力与去耦室内压力之差决定脉动的强弱；当尾管排向去耦室的烟气量小于引风量时，去耦室内压力低于环境压力，燃烧室内压力也相应降低，燃烧室内可燃气体的燃烧放热减弱，尾管中的阻力也减弱，燃烧室内压力与去耦室内压力之差决定脉动的强弱。这样，通过调节阀门改变去耦室内的压力进而改变尾管出口的声学特性，可以保证尾管段的烟气脉动，同时监测去耦室内的压力可以将燃烧器控制在最佳或所需的运行状态。
燃烧器稳定运行时，去耦室出口到排气阀之间连接管内始终是稳定的烟气流动，因此连接管段可作为稳态受热面进行换热。
大气阀用于调节混入排气管的空气量，进而控制进入引风机的烟气温度。它与排气阀配合使用，可以控制调节引风机工作压头。若排气阀后，引风机前烟气的压力、温度均在引风机工作承受范围之内，则可不必设置大气阀。
本发明的多尾管脉动燃烧器控制方法优点如下：
1、采用多尾管结构，增加了换热面积；
2、保证尾管段的脉动燃烧、换热；
3、尾管出口压力调节控制方便，工作稳定，效率高；
4、连接管段也可进行换热，相当于稳态燃烧器的受热面。
附图说明
图1是本发明装置的示意图
附图标记：1、供气装置；2、混合室；3、点火装置；4、燃烧室；5、尾管；6、去耦室；7、连接管；8、排气阀；9、排气管；10、大气阀；11、电动机；12、引风机。
具体实施方式
如图1所示，上述多尾管脉动燃烧器及其控制装置是由供气装置1、混合室2、点火装置3、燃烧室4、尾管5、去耦室6、连接管7、排气阀8、排气管9、大气阀10、电动机11、引风机12组成的。上述尾管4采用多尾管结构，数量、尺寸是不限定的。
如图1所示，脉动燃烧器的工作过程为：燃气和空气通过供气装置1进入混合室2，在混合室2的尾部(通向燃烧室4的一侧)，点火装置3将混合气体点燃。燃烧伴随着放热使燃烧室4内的压力上升。当燃烧室4内的压力上升到大于混合室2内的压力时，混合室2内的气体不能流入燃烧室4，燃烧室4内热燃气虽然会进入混合室5，但由于供气装置的阻力很大，热燃气只能沿尾管5向后流动、膨胀排出，燃烧室4内的压力也随之下降。当燃烧室4内压力下降到低于混合室2出口的压力时，新鲜的空气和燃气又重新进入燃烧室4。当燃烧室4压力下降到低于尾管5出口压力时，由于高速流动着的气体的惯性作用，热燃气会继续排出，直到流速降至零。此时，部分燃烧产物从尾管5回流到燃烧室4，并把新鲜冷空气吸入尾管5。这样，燃料和空气的供气流和尾管5回流对燃烧室4内介质进行压缩，使燃烧室内4压力回升。混合后的新鲜燃料和空气又被热燃气加热，自动地被上一周期残留下的火焰点燃，燃烧、放热，开始了新一周期的燃烧排气过程。这个周期性的燃烧过程自行循环，不需要再点火，能一直持续下去。
如图1所示，脉动燃烧器的控制方法为：引风机12由电动机11带动，调节排气阀8的开度以控制引风量。引风量越大则去耦室6内压力越低，当尾管5排向去耦室6的烟气量等于引风量时，去耦室6内压力与环境压力相等，即相当于尾管5内的烟气排向环境空间；当尾管5排向去耦室6的烟气量大于引风量时，去耦室6内压力高于环境压力，燃烧室4内压力也相应升高，燃烧室4内可燃气体的燃烧放热加剧，尾管5中的阻力也增强，燃烧室4内压力与去耦室6内压力之差决定脉动的强弱；当尾管5排向去耦室6的烟气量小于引风量时，去耦室6内压力低于环境压力，燃烧室4内压力也相应降低，燃烧室4内可燃气体的燃烧放热减弱，尾管5中的阻力也减弱，燃烧室4内压力与去耦室6内压力之差决定脉动的强弱。这样，通过调节排气阀8改变去耦室6内的压力进而改变尾管5出口的声学特性，可以保证尾管5段的烟气脉动，同时监测去耦室6内的压力可以将燃烧器控制在最佳或所需的运行状态。大气阀10用于调节混入排气管9的空气量，进而控制进入引风机12的烟气温度。它与排气阀8配合使用，可以控制调节引风机12工作压头。如果排气阀8后，引风机12前烟气的压力、温度均在引风机12工作承受范围之内，则可不必设置大气阀10。
如图1所示，燃烧器稳定运行时，去耦室6出口到排气阀8之间连接管7内始终是稳定的烟气流动，因此连接管7可作为稳态受热面进行换热。