基于燃烧室压力保护的浸没燃烧安全控制系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201921515903.8 (22)申请日 2019.09.12 (73)专利权人 北京建筑大学 地址 100044 北京市西城区展览路1号 (72)发明人 刘蓉史永征王浩 (74)专利代理机构 北京国电智臻知识产权代理 事务所(普通合伙) 11580 代理人 吴红飞 (51)Int.Cl. F24H 7/04(2006.01) F24H 9/20(2006.01) F23J 15/06(2006.01) B01L 7/02(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请。

2、发明专利 (54)实用新型名称 一种基于燃烧室压力保护的浸没燃烧安全 控制系统 (57)摘要 本实用新型提供了一种基于燃烧室压力保 护的浸没燃烧安全控制系统， 包括燃烧控制器、 燃气压力传感器、 空气压力传感器、 电磁阀、 火焰 监测器、 燃烧室、 烟管、 水浴箱， 其中， 燃烧室和换 热器都浸没在水浴箱中， 燃烧生成的高温烟气通 过浸没在水浴箱的水浴下的鼓泡管鼓出， 与水浴 进行热质交换， 水浴再与换热器进行换热， 加热 流经换热器的天然气， 如果水浴箱的水位深度下 降， 燃烧室压力随之下降， 导致进入燃烧室的空 气与燃气比例改变， 因此可通过水位深度对空燃 比的影响， 在达到水位下限时， 。

3、使空燃比大于燃 气的爆炸浓度下限， 终止燃烧， 达到安全控制的 目的。 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 CN 210951880 U 2020.07.07 CN 210951880 U 1.一种基于燃烧室压力保护的浸没燃烧安全控制系统， 其特征在于， 包括传感器单元、 进风单元、 燃烧单元、 水浴单元及热交换单元， 其中， 所述传感器单元包括燃烧控制器、 空气 压力传感器、 燃气压力传感器、 电磁阀和火焰监测器； 所述进风单元包括空气喷孔、 燃气喷 孔、 鼓风机； 所述空气压力传感器设置在所述鼓风机的出风口处， 所述电磁阀设置在所述燃气喷孔 的燃气进口处， 所述燃气压力传感器设置在所述燃。

4、气喷孔的燃气进口处并与所述电磁阀电 连接， 所述火焰监测器设置在所述空气喷孔的空气进口处并与所述电磁阀电连接， 所述电 磁阀设置在燃气进气口端， 所述燃烧控制器分别与所述空气压力传感器、 所述燃气压力传 感器、 所述电磁阀和所述火焰监测器电连接； 所述进风单元的空气喷孔、 燃气喷孔与所述燃烧单元连接， 所述燃烧单元与所述热交 换单元分别浸没在所述水浴单元中。 2.根据权利要求1所述的基于燃烧室压力保护的浸没燃烧安全控制系统， 其特征在于， 所述燃烧单元包括燃烧室、 烟管和烟气喷孔， 所述空气喷孔的空气出风口和所述燃气喷孔 的燃气出风口均伸入所述燃烧室中。 3.根据权利要求2所述的基于燃烧室压力。

5、保护的浸没燃烧安全控制系统， 其特征在于， 所述水浴单元为水浴箱， 在所述水浴箱的上部开设有烟囱。 4.根据权利要求1所述的基于燃烧室压力保护的浸没燃烧安全控制系统， 其特征在于， 所述热交换单元为换热器， 所述换热器中通入冷天然气。 5.根据权利要求3所述的基于燃烧室压力保护的浸没燃烧安全控制系统， 其特征在于， 所述燃烧控制器设定的空燃比为0， 所述火焰监测器的熄火空燃比为 ， 所述水浴箱正常 运行时的水位所产生的燃烧室压力为则熄火工况与设定工况参数的关系如下述公式 所示： 其中， 0、 为设计体积空燃比、 熄火空燃比， Pa； 为正常运行设定水浴水位所产生的燃烧室压力， Pa； pb 为。

6、安全保护设定的最低水浴水位所产生的燃烧室压力， Pa； pg为燃气压力， Pa； pa为空气压力， Pa。 6.根据权利要求5所述的基于燃烧室压力保护的浸没燃烧安全控制系统， 其特征在于， 所述空气压力pa比所述燃烧室压力高2000Pa。 7.根据权利要求5所述的基于燃烧室压力保护的浸没燃烧安全控制系统， 其特征在于， 所述燃气压力pg比所述空气压力pa高2000Pa。 8.根据权利要求1所述的基于燃烧室压力保护的浸没燃烧安全控制系统， 其特征在于， 所述燃烧控制器的体积空燃比为 ， 具体公式为： 权利要求书 1/2 页 2 CN 210951880 U 2 其中， pg为燃气压力， Pa； 。

7、pa为空气压力， Pa pb为水浴水位所产生的燃烧室压力， Pa。 9.根据权利要求8所述的基于燃烧室压力保护的浸没燃烧安全控制系统， 其特征在于， 在所述体积空燃比 公式中， 其中， Kg为燃气喷孔的阻力系数； Ka为空气喷孔的阻力系数； Ag为燃气喷孔面积， m2； Aa为空气喷孔面积， m2。 10.根据权利要求3所述的基于燃烧室压力保护的浸没燃烧安全控制系统， 其特征在 于， 在所述水浴箱中还可以设置水位传感器。 权利要求书 2/2 页 3 CN 210951880 U 3 一种基于燃烧室压力保护的浸没燃烧安全控制系统 技术领域 0001 本实用新型涉及新能源技术领域， 具体为一种基于。

8、燃烧室压力保护的浸没燃烧安 全控制系统。 背景技术 0002 浸没燃烧加热装置热效率高， 结构紧凑， 很适合用于液体加热。 比如采用水浴加热 的液化天然气(LNG)气化、 场站防冻的天然气加热等。 浸没燃烧式天然气加热装置， 其天然 气换热管置于水浴中， 燃烧的高温烟气直接喷入水里， 热量通过水浴传递给天然气换热管， 可实现高效的换热。 但是， 天然气是易燃易爆的， 在天然气场站采用燃烧加热的方式， 必须 做到安全可靠。 浸没燃烧的水浴是低温烟气(低于100)排放的保障。 如果因为天然气泄 漏， 特别是高压天然气泄漏而导致水浴急速下降时， 可能会使高温烟气接触到泄漏的天然 气。 因此， 如果水。

9、位异常下降， 需要燃烧器停止工作。 0003 目前一般采用的措施是基于火焰感测的熄火控制系统， 当火焰熄灭时通过火焰感 测器发出的电信号切断燃气供应， 从而防止燃气泄漏。 但该系统只在火焰熄灭后切断燃气， 无法保证水浴下降后火焰会熄灭。 实用新型内容 0004 本实用新型提供了一种基于燃烧室压力保护的浸没燃烧安全控制系统， 具体的技 术方案为： 0005 包括传感器单元、 进风单元、 燃烧单元、 水浴单元及热交换单元， 其中， 传感器单元 包括燃烧控制器、 空气压力传感器、 燃气压力传感器、 电磁阀和火焰监测器； 进风单元包括 空气喷孔、 燃气喷孔、 鼓风机； 0006 空气压力传感器设置在所。

10、述鼓风机的出风口处， 电磁阀设置在燃气喷孔的燃气进 口处， 燃气压力传感器设置在燃气喷孔的燃气进口处并与电磁阀电连接， 火焰检测器设置 在空气喷孔的空气进口处并与电磁阀电连接， 电磁阀设置在燃气进气口端， 燃烧控制器分 别与空气压力传感器、 燃气压力传感器、 电磁阀和火焰监测器电连接； 0007 进风单元的空气喷孔、 燃气喷孔与燃烧单元连接， 燃烧单元与热交换单元分别浸 没在水浴单元中； 0008 进一步的， 燃烧单元包括燃烧室、 烟管和烟气喷孔， 空气喷孔的空气出风口和燃气 喷孔的燃气出风口均伸入燃烧室中； 0009 进一步的， 水浴单元为水浴箱， 在水浴箱的上部开设有烟囱； 0010 进一。

11、步的， 热交换单元为换热器， 换热器中通入冷天然气； 0011 进一步的， 燃烧控制器设定的空燃比为 0， 火焰监测器的熄火空燃比为 ， 水浴箱 正常运行时的水位所产生的燃烧室压力为则熄火工况与设定工况参数的关系如下述 公式所示： 说明书 1/4 页 4 CN 210951880 U 4 0012 0013 其中， 0014 0、 为设计体积空燃比、 熄火空燃比， Pa； 0015为正常运行设定水浴水位所产生的燃烧室压力， Pa； 0016 pb 为安全保护设定的最低水浴水位所产生的燃烧室压力， Pa； 0017 pg为燃气压力， Pa； 0018 pa为空气压力， Pa； 0019进一步的，。

12、 空气压力pa比所述燃烧室压力高2000Pa； 0020 进一步的， 燃气压力pg比所述空气压力pa高2000Pa； 0021 进一步的， 燃烧控制器的体积空燃比为 ， 具体公式为： 0022 0023 其中， 0024 pg为燃气压力， Pa； 0025 pa为空气压力， Pa 0026 pb为水浴水位所产生的燃烧室压力， Pa； 0027 进一步的， 体积空燃比 公式中， 0028 0029 其中， 0030 Kg为燃气喷孔的阻力系数； 0031 Ka为空气喷孔的阻力系数； 0032 Ag为燃气喷孔面积， ； 0033 Aa为空气喷孔面积， ； 0034 优选地， 在水浴箱中还可以设置水位。

13、传感器。 0035 本实用新型的燃烧室和换热器都浸没在水浴箱中， 燃烧生成的高温烟气通过浸没 在水浴箱的水浴下的鼓泡管鼓出， 与水浴进行热质交换， 水浴再与换热器进行换热， 加热流 经换热器的天然气， 如果水浴箱的水位深度下降， 燃烧室压力随之下降， 导致进入燃烧室的 空气与燃气比例改变， 因此可通过水位深度对空燃比的影响， 在达到水位下限时， 使空燃比 大于燃气的爆炸浓度下限， 终止燃烧， 达到安全控制的目的。 附图说明 0036 图1为本实用新型的基于燃烧室压力保护的浸没燃烧安全控制系统结构示意图。 0037 图中： 01-燃烧控制器、 02-空气压力传感器、 03-燃气压力传感器、 04。

14、-电磁阀、 05- 说明书 2/4 页 5 CN 210951880 U 5 火焰监测器、 06-空气喷孔、 07-燃气喷孔、 08-燃烧室、 09-水浴箱、 10-烟管、 11-烟气喷孔、 12-换热器、 13-烟囱、 14-鼓风机。 具体实施方式 0038 为使本实用新型要解决的技术问题、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合附图 及具体实施例进行详细描述。 0039 如图1所示， 本实用新型的基于燃烧室压力保护的浸没燃烧安全控制系统， 包括燃 烧控制器(01)、 燃气压力传感器(03)、 空气压力传感器(02)、 电磁阀(04)、 火焰监测器(05)、 燃烧室(08)、 烟管(10)、 。

15、水浴箱(09)， 设水浴水位下降到安全保护设定的最低值时的燃烧室 (08)的压力为pb ， 此时空燃比也增加到超出可燃浓度范围， 即达到熄火空燃比 ， 而设定 的设计体积空燃比为 0， 正常运行设定水浴水位所产生的燃烧室压力为则熄火工况与 设定工况参数的关系如公式(a)所示。 0040 0041 其中， 0042 0、 设计体积空燃比、 熄火空燃比， Pa； 0043正常运行设定水浴水位所产生的燃烧室压力， Pa； 0044 pb 安全保护设定的最低水浴水位所产生的燃烧室压力， Pa； 0045 pg燃气压力， Pa； 0046 pa空气压力， Pa。 0047根据公式(a)， 在满足正常运行。

16、设定水浴水位下， 所产生的燃烧室压力为通过 设定燃气压力pg和空气压力pa， 可使水浴箱(09)的水位下降到安全保护设定的最低水位时， 燃烧室(08)所产生的压力下降至pb ， 空燃比增大至 ， 火焰熄灭， 达到安全保护的目的。 0048 本实用新型的工作原理如下： 设备正常运行时， 燃烧用空气通过鼓风机(14)经过 空气喷孔(06)进入燃烧室(08)， 同时燃烧用燃气以一定的供气压力经过燃气喷孔(07)进入 燃烧室(08)， 在设定水浴箱(09)的水位时， 燃烧控制器(01)根据设定的空燃比 和空气压力 传感器(02)的空气压力pa值， 按照公式(b)的算法计算出所需的燃气压力pg， 并通过。

17、燃气压 力传感器(03)的反馈信号调节电磁阀(04)以实现设定的空燃比， 在燃烧的情况下通过火焰 监测器(05)的信号保持电磁阀(04)开启的状态维持燃气供应， 当火焰熄灭时， 燃烧控制器 (01)得不到火焰监测器(05)的信号， 就会指挥电磁阀(04)切断燃气供应。 0049 0050 其中， 0051 体积空燃比； 0052 pb水浴水位所产生的燃烧室压力， Pa。 说明书 3/4 页 6 CN 210951880 U 6 0053 0054 其中， 0055 Kg燃气喷孔的阻力系数； 0056 Ka空气喷孔的阻力系数； 0057 Ag燃气喷孔面积， ； 0058 Aa空气喷孔面积， 。 。

18、0059 燃烧室(08)产生的烟气通过烟管(10)从烟气喷孔(11)进入水浴箱(09)中将水加 热， 水再加热流过换热器(12)的冷天然气。 烟气经过水浴箱(09)冷却从烟囱(13)排除。 0060 当水浴箱(09)水位下降时， 燃烧室(08)的压力Pb随之下降， 进入燃烧室(08)的空 燃比 发生变化。 当燃烧室压力Pb下降到一定程度时， 空燃比 超出了可燃气体浓度范围， 火 焰熄灭， 此时火焰监测器(05)监测不到火焰， 随之控制电磁阀(04)切断燃气供应， 达到中断 燃烧并切断燃烧用的燃气供应的目的。 0061 设水浴水位下降到安全保护设定的最低值时的燃烧室(08)的压力为pb ， 此时。

19、空 燃比也增加到超出可燃浓度范围， 即达到熄火空燃比 ， 而设定空燃比为 0， 正常运行设定 水浴水位所产生的燃烧室压力为则熄火工况与设定工况参数的关系如上述公式(a)所 示。 0062根据公式(a)， 在满足正常运行设定水浴水位下， 所产生的燃烧室压力为通过 设定燃气压力pg和空气压力pa， 可使水浴箱(09)的水位下降到安全保护设定的最低水位时， 燃烧室(08)所产生的压力下降至pb ， 空燃比增大至 ， 火焰熄灭， 达到安全保护的目的。 0063空气压力pa比燃烧室(08)的压力高2000Pa， 燃气压力pg比空气压力pa高2000Pa。 0064 本实用新型的火焰监测器、 燃气切断阀及。

20、比例调节阀并不限于某特定形式， 能实 现感知和控制功能即可。 0065 另外在本实用新型的系统中， 还可以加入电子和物理的水位传感器实现水位变化 的信号感知。 0066 本实用新型的浸没燃烧安全控制系统与目前仅基于火焰感测的火熄控制系统相 比， 不仅仅是在火焰熄灭后可以切断燃气供应， 还可以保证水浴下降到一定程度后终止燃 烧， 是结合燃烧室压力感测和火焰感测双重感知系统共同作用， 即可以终止燃烧， 也可以切 断燃气供应的方法， 可以防止在水位异常下降后燃烧仍然持续导致高温烟气接触到环境中 的可燃气体发生爆炸。 0067 本实用新型的浸没燃烧安全控制系统， 只需要确定燃烧器的燃气压力、 空气压力 与水位的关系， 不需要额外增加传感设备或构件， 利用原有空气与燃气比例调节阀、 火焰监 测器和电磁阀就可以实现， 不会增加设备成本。 0068 以上所述是本实用新型的优选实施方式， 应当指出， 对于本技术领域的普通技术 人员来说， 在不脱离本实用新型所述原理的前提下， 还可以做出若干改进和润饰， 这些改进 和润饰也应视为本实用新型的保护范围。 说明书 4/4 页 7 CN 210951880 U 7 图1 说明书附图 1/1 页 8 CN 210951880 U 8 。