燃燒器控制系統對鍋爐的使用效率有哪些重要的影響

燃燒器有效燃燒是所有能源用戶的目標。不僅高效燃燒節省資金，而且還可以防止有害排放的產生，并可以減少服務電話，設備關機和不舒服的客戶。燃燒器控制系統中問題是商業和小型工業用戶沒有良好的燃燒控制系統（燃油比控制）。雖然有氧氣修整系統，它們昂貴和復雜，并且由于維護成本高而經常關閉。

燃燒控制系統控制燃燒器的燃料 - 空氣比。燃料空氣比通常以過量空氣（％）或過量氧（％）來定義。這些術語都是相互關聯的，讀數可以從一個轉換到另一個。煙氣分析儀讀取％氧氣，但這與過量空氣不成比例關系，這就是為什么使用這幾個術語。

主要問題是燃料 - 空氣比或過量空氣隨著燃燒器的正常運行而改變。這是因為燃燒器燃燒空氣風扇輸送恒定體積的空氣，但隨著空氣溫度的變化，空氣密度也發生變化，導致空氣質量流量不同。例如，當空氣溫度為40°F時，如果燃燒器在早上20％的空氣中運行，則當空氣溫度升高至85°F時，過多的空氣將在下午降至11％（所有其他因素都相同）。季節性變化會產生更大的溫度波動，并且經常需要季節性調整，以防止燃燒器出現其他問題。當溫度較高時，可能會發生吸煙和高CO，當溫度過低時會發生隆隆和高CO。

為了更好地了解空氣溫度在燃燒器運行中的主要作用，請考慮確定燃燒器多余空氣等級的過程。燃燒器設置的首先是定義操作范圍。信封是定義燃燒器操作條件的“Box”。盒子的兩側由燃燒器操作的和過量空氣量（或氧氣）定義。通常，較低的過量空氣水平導致吸煙，高CO和最終未燃燃料。在過?？諝馑较?，極限由隆隆，不穩定和過多空氣中的高CO定義。另外兩側由和燃燒空氣溫度定義。通過這個操作信封，技術人員可以確定如何設置燃燒器。

圖表I顯示了典型的操作信封。燃氣燃燒器可以從2.5％O2（12％過量空氣）至約6％O2（36％過量空氣）運行?？諝鉁囟仍?0至120°F之間。斜線表示％O2如何隨溫度而變化。例如，當燃燒空氣溫度為120°F時，如果燃燒器的O2設置為4.5％，則當燃燒空氣溫度降至50°F時，O2將為約6.5％，這在“盒子“，并且燃燒器可能會由于過高的空氣水平而開始隆隆或具有高CO。這由圖2中的虛線所示。

正確的調諧在圖2中顯示為實線。它保持在操作信封內，并且接近具有合理安全余量的有效的多余空氣。該安全裕度用于覆蓋大氣壓力，濕度和滯后的變化。雖然這些附加因素中的每一個都可能影響過量的空氣，但是它們的沖擊力通常遠低于空氣溫度。

空氣密度的變化導致典型的鍋爐燃燒器系統的燃油比具有波動的燃油比。燃燒空氣風扇是恒定體積的裝置，并且將始終為燃燒器提供恒定體積的空氣。隨著空氣溫度的變化，空氣密度發生變化，并且會改變實際的空氣磅數或提供給燃燒器的質量流量。這是一個眾所周知的問題，服務技術人員通過簡單地增加多余的空氣來補償這些變化，以確保有足夠的空氣來始終燃燒燃料。如果沒有足夠的空氣進行完全燃燒，則會有高水平的CO，煙霧和/或未燃燒的燃料。

過度空氣的這種正常變化使得難以保持高效率。如果多余的空氣高于所需的空氣，則由于多余的空氣被加熱到堆溫度而且能量損失到環境中，所以熱量就會消失?？諝鉁囟仁怯绊懭紵鞫嘤嗫諝庾兓囊蛩?。在典型的鍋爐房中，正常的季節變化約為60至80°F，但是在管道空氣或外部設施中可能要大得多。燃燒空氣溫度從120°F到40°F的變化將導致大約16％的過量空氣變化。大氣壓力從30“改為29”，空氣過多只有3.4％的變化。影響密度的其他變化，如濕度，影響較小。燃油特性由壓力調節器控制，對HHV的限制，并在地下運行煤氣管線保持恒溫。這使得燃燒空氣溫度的變化是燃燒器過量空氣水平變化中的變量。

上述定義的問題不是一個新的問題，許多人已經努力尋找解決方案，以恢復失效，并防止與高低空氣運行有關的問題。最常見的解決方案是氧氣修整系統，已經存在了幾十年。這種產品從1970年代的石油禁運中獲得普及，但由于成本和維護成本高而失去了信譽。最近，它們與并行定位控制相結合，因為它們可以集成到并行定位控制系統中，從而消除了麻煩的執行器組件。了解新技術如何根據空氣密度的變化來控制多余的空氣。

氧氣修整系統使用傳感器來測量煙氣中的過量氧氣，并且將改變燃料或空氣流量以校正該水平以匹配預設水平。設置通常包括設定點（用于不同的燃燒速率和燃料）和提供已知量的校正的致動器值的組合。如前所述，氧氣修剪系統做得很好，但是有限制：

這些系統相對昂貴，特別是當包括并行定位系統的成本和需要額外的啟動時間時。

這些系統必須是現場安裝的，這使得啟動成本更高，更復雜。

由于允許煙氣通過鍋爐，傳感器和致動器系統所需的時間，系統的響應延遲。在較低的燃燒速率下，這可能非常長，并且通過調節鍋爐，在燃燒速率變化之前，該裝置可能沒有時間來校正多余的空氣。

維護成本很高，部分原因是氧氣池壽命短（處于骯臟的環境中），需要進行復雜的重新調試。

遲滯，特別是遲滯變化，可能導致單位過沖，導致結果比沒有控制，特別是在較低的速率下。由于這個原因和系統響應緩慢（煙氣通過鍋爐的時間），許多系統根本就不試圖以低速率進行控制。

成本和復雜性限制了可以使用氧氣修剪系統的應用，但它確實提供了一種校正多余空氣的替代方法。在積極的一面，氧氣修整系統將校正可能影響多余空氣水平的所有條件，包括燃料性質和燃料供應的變化。在大型基礎鍋爐中，氧氣修整系統將提供非常好的控制和燃料節省。新的控制解決方案

有一個新的控制系統使用不同的方法來解決這個問題，并且專門設計成非常簡單的應用，同時消除了復雜的設置和維護問題。它與煙氣不接觸，這些煙氣是熱的，臟的和濕的。它使權衡不能以更低的成本和簡單性對所有變量進行更正。

這種新的控制系統是空氣密度調節系統。它考慮到燃燒空氣溫度的變化，并且響應于該溫度變化來控制過量的空氣。這個概念是為了大大簡化控制系統，降低成本。客戶可以通過少量成本獲得大部分節省成本，并且不會出現氧氣修整系統的維護和設置問題。空氣密度調節系統使用變頻驅動（VFD）來改變風扇速度以校正空氣流量并保持恒定的過量空氣速率。因為這個系統沒有特定的站點設置，所以控制和VFD可以在工廠進行編程和設置?？刂评靡阎年P系以非常簡單的方式進行這種校正。已知的關系是：

空氣密度將根據“理想氣體法”定義的空氣溫度直接相關。換句話說，如果空氣溫度從60°F升高到100°F，則空氣密度將從0.0765lb / cf降至0.071lb / cf，這是密度降低7.2％。

風扇是一個恒定的音量設備（Fan Laws）。在上述示例中，如果初始風扇體積為100CFM，則在100°F時的流量也將為100CFM。然而，質量傳遞將從7.65磅變為7.1磅，質量流量減少7.2％。

風扇產生的音量與風扇的速度直接相關（Fan Laws）。如果風扇在50°F下以3000 RPM運行，然后將速度提高到3216 RPM（增加7.2％），空氣體積將增加到107.2 CFM，新的質量流量將為7.65 lb。與原始操作相同的質量流量，我們可以看到，這已經對空氣溫度的變化進行了準確的校正。

這些關系以提供空氣溫度和風扇速度之間的“固定”關系的方式內置在空氣密度調節系統中，使得始終提供恒定的質量流。來自空氣密度調節系統的燃料節省將類似于氧氣修剪系統。燃料節約來自減少過量空氣，額外的空氣會增加干燥氣體和水分的損失。過量空氣中的水分也有一些能量損失，但這通常是非常少量的。

過量空氣也會影響鍋爐的堆溫度，其中過量空氣越高，堆溫度越高。主要原因是更高的過量空氣水平降低了火焰溫度，從而減少了爐中的熱傳遞并增加了堆溫度。雖然一些熱損失從對流通道中的較高質量流量中恢復，但總體上傳熱損失。過?？諝夂投讯鉁囟戎g沒有確切的關系，但是具有相對較大量的傳熱表面的單元（燃燒器鍋爐通常具有每平方米HP 5平方呎）將具有小的變化，而其它的堆積溫度變化較大。改善過剩空氣水平將具有更低的堆疊溫度的附加效率增益。

圖4顯示了使用空氣密度調節系統的估計節省燃料。在正常燃燒空氣溫度為120°F時，具有或不具有空氣密度調節系統的單元之間沒有差異。燃燒式風扇將以全RPM運行，以提供足夠的空氣來支持燃燒。隨著空氣溫度下降，空氣密度調節系統將減慢風扇的速度，以保持恒定的過量空氣，隨著溫度的持續下降，可以節省更多的空間。溫度變化越大，節約量就越大。堆溫度是燃料節約的另一個變量，其中堆溫度越高，節約越多。

此外，VFD將提供電力節省，這對于這種類型的控制有充分的記錄。圖5顯示了與正常單位相比如何節省電力的一個實例。再次，在編程的高溫下，風扇將處于速度，在具有或不具有空氣密度調節系統的單元之間將沒有差異。隨著空氣溫度下降，空氣密度調節系統將降低風扇轉速，從而減少電氣使用。在正常的燃燒器中，隨著空氣溫度的下降，電氣使用將增加，因為較高的空氣密度需要更多的電動機HP。風扇速度的小幅度降低將導致大量的電力節省，因為使用的能量是以風扇轉速為第三功率。

空氣密度調節系統還提供了一些其他優點。通過使用VFD提供的軟啟動允許電機在幾秒鐘內升高到全速，大大降低啟動時的浪涌電流。軟啟動減少了電機的積聚，可以減少客戶的需求，并增加電機的使用壽命。電機運行速度較慢也可降低燃燒器的噪音水平。大部分燃燒器的噪音，就像電能一樣來自風扇。以較慢的速度操作風扇降低了噪音水平。結論

空氣密度修補提供與氧氣修剪系統相似的燃料節省成本，同時消除復雜的設置和維護問題。空氣密度調節系統調節燃燒器風扇速度，以允許由于改變燃燒空氣溫度而改變空氣密度。通過不斷監測燃燒空氣溫度并相應調節風扇速度，空氣密度調節系統可節省燃料，節省電力，提高鍋爐效率。