СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ И СПОСОБ ЕЕ РАБОТЫ
COMBUSTION PROCESS CONTROL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATION THEREOF

Область техники
Данное изобретение относится к системе регулирования процесса горения с высоким КПД и способу ее работы, в частности, к системе регулирования и способу, который может обеспечить повышение скорости газификации и получение оптимального показателя теплотворной способности.
Предпосылки изобретения
Технология регулирования процесса горения с высоким КПД с использованием газообразного топлива или предварительно подготовленной топливной смеси, с помощью которой осуществляется газификация жидкого топлива в газообразное топливо для обеспечения процесса горения. Существующая технология регулирования основана на регулировании давления и температуры в процессе газификации. Чем выше скорость газификации, тем больше энергии расходуется на нагрев; чем выше давление, тем ниже скорость газификации.
Поэтому в промышленности для регулирования расхода топлива при регулировании подачи газа, как правило, используется давление. При снижении расхода топлива увеличивается работа воздушного компрессора для подачи большего количества воздуха в емкость для газификации, при этом скорость газификации снижается, что приводит к неполной газификации, прямому впрыску жидкого топлива и неполному сгоранию.
Ближайшие аналоги настоящего изобретения раскрыты в патентном документе CN201410362412.X, опубликованном 15.10.2014 под номером 104099139A, и патентном документе CN201310712428.4, опубликованном 22.04.2015 под номером 1036936188.
Сущность изобретения
В свете этого изобретение нацелено на усовершенствование недостатков существующего устройства подачи газа или системы регулирования подачи газа, обеспечивая, таким образом, повышение скорости газификации и скорости горения.
Для достижения вышеуказанных целей настоящим изобретением создана система регулирования процесса горения с высоким КПД, содержащая:
установку газификации;
зону повторного смешивания газа, соединенную с установкой газификации;
камера сгорания, соединенная с зоной повторного смешивания газа;
первый блок обнаружения газа, расположенный в установке газификации;
второй блок обнаружения газа, расположенный в зоне повторного смешивания газа, и блок подачи воздуха, соединенный с зоной повторного смешивания газа.
Система регулирования процесса горения с высоким КПД также содержит емкость для воздуха, воздушно-компрессорную установку и блок осушения воздуха, причем воздушно-компрессорная установка соединена с блоком осушения воздуха, блок осушения воздуха соединен с емкостью для воздуха, а емкость для воздуха соединена с установкой газификации посредством трубопровода, содержащего пневматический регулирующий клапан, обратный клапан с ручным управлением и манометр.
Система регулирования процесса горения с высоким КПД также содержит накопитель энергии, соединенный с установкой газификации посредством трубопровода, содержащего насос, причем насос представляет собой пневматический мембранный насос.
В системе регулирования процесса горения с высоким КПД установка газификации соединена с зоной повторного смешивания газа посредством трубопровода, содержащего пневматический регулирующий клапан, обратный клапан с ручным управлением и манометр.
Система регулирования процесса горения с высоким КПД также содержит источник тепла, соединенный с установкой газификации.
В системе регулирования процесса горения с высоким КПД установка газификации оснащена вытяжным модулем, камера сгорания оснащена модулем утилизации отходящего тепла и сброса пара и выпускным модулем, при этом от модуля утилизации отходящего тепла и сброса пара через зону повторного смешивания газа проходит трубопровод, соединяющий его с источником тепла.
Настоящее изобретение также предоставляет способ регулирования процесса горения с высоким КПД, включающий следующие этапы:
обнаружение концентрации газа в первом газообразном топливе, при этом первый блок обнаружения газа обеспечивает обнаружение концентрации первого газа в отношении конкретного газа в первом газообразном топливе в установке газификации;
подачу воздуха в первое газообразное топливо, при этом из установки газификации подают первое газообразное топливо, поступающее в зону повторного смешивания газа, а из блока подачи воздуха подают воздух в первое газообразное топливо с учетом концентрации первого газа, первое газообразное топливо смешивают с воздухом с формированием второго газообразного топлива;
обнаружение концентрации газа во втором газообразном топливе, при этом второй блок обнаружения газа обеспечивает обнаружение концентрации второго газа в отношении конкретного газа во втором газообразном топливе; если концентрация второго газа ниже заданного диапазона или превышает его, блок подачи воздуха прекращает подачу воздуха в первое газообразное топливо.
Способ регулирования процесса горения с высоким КПД также включает этап газификации жидкого топлива, на котором из емкости для воздуха в установку газификации подают хранящийся воздух, а из накопителя энергии в установку газификации подают хранящееся жидкое топливо, при этом жидкое топливо и воздух смешивают в установке газификации с формированием второго газификационного топлива.
На этапе газификации жидкого топлива по способу регулирования процесса горения с высоким КПД воздух сжимают в воздушно-компрессорной установке и подают воздух в блок осушения воздуха, в блоке осушения воздуха осушают воздух, и осушенный воздух подают в емкость для воздуха, и в емкости для воздуха хранят воздух, причем жидким топливом может быть тяжелое топливо, дизельное топливо, нефтяной газ, природный газ или гексан; применяемым газом может быть кислород, водород, углеводород или инертный газ.
Способ регулирования процесса горения с высоким КПД также включает этап подачи второго газообразного топлива в камеру сгорания, при этом второе газообразное топливо, находящееся в зоне повторного смешивания газа, поступает в камеру сгорания для обеспечения процесса горения.
Таким образом, в настоящем изобретении используют первый блок обнаружения газа и второй блок обнаружения газа для обнаружения концентрации газа в отношении конкретного газа в первом или во втором газообразном топливе, соответственно. При этом воздух подают в жидкое топливо или в первое газообразное топливо с учетом концентрации газа таким образом, чтобы с учетом этого происходило изменение скорости газификации и показателя теплотворной способности для получения оптимального показателя теплотворной способности и оптимального коэффициента полноты сгорания топлива.
Краткое описание графических материалов
На фиг. 1 представлена структурная схема системы регулирования процесса горения с высоким КПД по данному изобретению.
На фиг. 2 представлена блок-схема способа регулирования процесса горения с высоким КПД по данному изобретению.
Наименования позиций: 10 - накопитель энергии; 100 - насос; 11 - емкость для воздуха; 110 - пневматический регулирующий клапан; 111 - обратный клапан с ручным управлением; 112 - манометр; 12 - установка газификации; 120 - вытяжной модуль; 121 - пневматический регулирующий клапан;  122 - обратный клапан с ручным управлением; 123 - манометр; 13 - источник тепла; 14 - камера сгорания; 140 - модуль утилизации отходящего тепла и сброса пара; 141 - выпускной модуль; 15 - блок подачи воздуха; 16 - первый блок обнаружения газа; 17 - второй блок обнаружения газа; 18 - зона повторного смешивания газа; 20 - блок осушения воздуха; 21 - воздушно-компрессорная установка; S1~S5 - этапы.
Подробное описание
Подробное описание настоящего изобретения представлено на примере приведенных ниже конкретных вариантов осуществления. Специалисты в данной области техники могут легко понять другие преимущества и особенности настоящего изобретения, руководствуясь информацией, представленной в данном описании.
Согласно фиг. 1, настоящее изобретение представляет собой систему регулирования процесса горения с высоким КПД, содержащую накопитель 10 энергии, емкость 11 для воздуха, установку 12 газификации, источник 13 тепла, камеру 14 сгорания, блок 15 подачи воздуха, первый блок 16 обнаружения газа, второй блок 17 обнаружения газа и зону 18 повторного смешивания газа.
Накопитель 10 энергии представляет собой агрегат для хранения жидкого углеводородного топлива (также упрощенно называемого жидким топливом). Углеводородным топливом может быть тяжелое топливо, дизельное топливо, нефтяной газ, природный газ или гексан. Накопитель 10 энергии соединен с установкой 12 газификации посредством трубопровода. Трубопровод оснащен насосом 100, причем насос 100 представляет собой пневматический мембранный насос.
Емкость 11 для воздуха соединена с установкой 12 газификации посредством трубопровода. Трубопровод оснащен пневматическим регулирующим клапаном 110, обратным клапаном 111 с ручным управлением и манометром 112. Емкость 11 для воздуха соединена с блоком 20 осушения воздуха посредством трубопровода. Блок 20 осушения воздуха соединен с воздушно-компрессорной установкой 21 посредством трубопровода. В качестве воздушно-компрессорной установки 21 может использоваться воздушный компрессор.
В состав установки 12 газификации входит вытяжной модуль 120, используемый во время технического обслуживания и очистки установки 12 газификации. Установка 12 газификации соединена с источником 13 тепла. Установка 12 газификации соединена с зоной 18 повторного смешивания газа посредством трубопровода. Трубопровод оснащен пневматическим регулирующим клапаном 121, обратным клапаном 122 с ручным управлением и манометром 123.
Камера 14 сгорания содержит модуль 140 утилизации отходящего тепла и сброса пара и выпускной модуль 141. От модуля 140 утилизации отходящего тепла и сброса пара через зону 18 повторного смешивания газа проходит трубопровод, соединяющий его с источником 13 тепла.
Блок 15 подачи воздуха соединен с зоной 18 повторного смешивания газа посредством трубопровода. В качестве блока 15 подачи воздуха может использоваться воздушный компрессор.
Первый блок 16 обнаружения газа расположен в установке 12 газификации, второй блок 17 обнаружения газа расположен в зоне 18 повторного смешивания газа.
Согласно фиг. 2, настоящее изобретение представляет собой способ регулирования процесса горения с высоким КПД, включающий следующие этапы:
Этап S1 – газификация жидкого топлива. В воздушно-компрессорной установке 19 сжимают воздух и воздух затем подают в блок 18 осушения воздуха. В блоке 15 осушения воздуха воздух осушают и осушенный воздух подают в емкость 11 для воздуха. В емкости 11 для воздуха осуществляют хранение этого воздуха.
Из емкости 11 для воздуха воздух подают в установку 12 газификации. Из накопителя 10 энергии хранящееся жидкое топливо подают в установку 12 газификации. В установке 12 газификации жидкое топливо и воздух смешивают с формированием первого газообразного топлива.
Этап S2 – обнаружение концентрации газа в первом газообразном топливе. Первый блок 16 обнаружения газа обеспечивает обнаружение концентрации первого газа в отношении конкретного газа в первом газообразном топливе. Применяемым газом может быть кислород, водород, углеводороды или инертный газ.
Этап S3 – подача воздуха в первое газообразное топливо. Из установки 12 газификации подают первое газообразное топливо в зону 18 повторного смешивания газа. Из блока 15 подачи воздуха подают воздух в первое газообразное топливо с учетом концентрации первого газа. Первое газообразное топливо смешивают с воздухом с формированием второго газообразного топлива.
Этап S4 – обнаружение концентрации газа во втором газообразном топливе. Второй блок 17 обнаружения газа обеспечивает обнаружение концентрации второго газа в отношении конкретного газа во втором газообразном топливе. Если концентрация второго газа ниже заданного диапазона или превышает его, блок 15 подачи воздуха прекращает подачу воздуха или регулирует расход при подаче в первое газообразное топливо.
Этап S5 – подача второго газообразного топлива в камеру сгорания. Второе газообразное топливо, находящееся в зоне 18 повторного смешивания газа, поступает в камеру 13 сгорания для обеспечения процесса горения.
Таким образом, при поступлении воздуха из емкости 11 для воздуха в установку 12 газификации пневматический регулирующий клапан 110 регулирует поступление воздуха в установку 12 газификации или расход при подаче воздуха в установку 12 газификации; обратный клапан 111 с ручным управлением не допускает обратную подачу воздуха или первого газообразного топлива из установки 12 газификации в емкость 11 для воздуха; манометр 112 обеспечивает обнаружение давления воздуха, поступающего в установку 12 газификации.
При поступлении жидкого топлива из накопителя 10 энергии в установку 12 газификации насос 100 обеспечивает сжатие жидкого топлива для его газификации.
При поступлении первого газообразного топлива в зону 18 повторного смешивания газа пневматический регулирующий клапан 110 регулирует поступление воздуха в зону 18 повторного смешивания газа или расход при подаче воздуха в установку 12 газификации; обратный клапан 111 с ручным управлением не допускает обратную подачу воздуха или первого газообразного топлива из установки 18 газификации в емкость 11 для воздуха; манометр 112 обеспечивает обнаружение давления воздуха, поступающего в зону 18 повторного смешивания газа.
После сжигания второго газообразного топлива в камере 14 сгорания из сгоревшего газообразного топлива образуется отходящий газ и пар. Отходящий газ выпускают за пределы камеры 14 сгорания посредством выпускного модуля 141. Пар направляют к источнику 13 тепла модулем 140 утилизации отходящего тепла и сброса пара для нагрева первого газообразного топлива в установке 12 газификации и второго газообразного топлива в зоне 18 повторного смешивания газа.
В представленном исполнении в качестве вышеупомянутого конкретного газа может использоваться кислород, а концентрация первого газа и концентрация второго газа являются концентрацией кислорода в первом газообразном топлива или во втором газообразном топливе.
Как описано выше, изменение концентрации первого или второго газа влияет на скорость газификации: при повышении скорости газификации также повышается показатель нагрева топлива.
Ниже в таблице представлен пример с использованием гексана:
Давление в установке газификации (кг/см<sup>2</sup>)
1,4
1,4
1,6
Коэффициент полноты сгорания топлива
0,68±0,17
0,5±0,09
0,92±0,15
Средний уровень потребления при горении (м<sup>3</sup>/мин)
1,27
1,25
1,32
Среднее соотношение компонентов топливо-воздушной смеси（м<sup>3</sup>/ м<sup>3</sup>)
5,06±0,71
4,2±0,19
7,5±0,5
Показатель теплотворной способности（ккал/м<sup>3</sup>)
7647
8912
5452
Плотность газообразного топлива (кг/м<sup>3</sup>)
1,7
1,77
1,59
Скорость газификации топлива (м<sup>3</sup>/мин)
0,209
0,240
0,155
Как можно увидеть из вышеприведенной таблицы, при возрастании скорости газификации топлива показатель теплотворной способности также возрастает. В настоящем изобретении используются первый блок 16 обнаружения газа и второй блок 17 обнаружения газа для обнаружения концентрации газа в отношении конкретного газа в первом или во втором газообразном топливе, соответственно. При этом воздух подают в жидкое топливо или в первое газообразное топливо с учетом концентрации газа таким образом, чтобы с учетом этого происходило изменение скорости газификации и показателя теплотворной способности для получения оптимального показателя теплотворной способности и оптимального коэффициента полноты сгорания топлива.
Приведенное выше описание служит только в качестве примера и не ограничивает данное изобретение, при этом специалисты в данной области техники могут понимать возможность осуществления различных модификаций, видоизменений или аналогов без отклонения от духа и объема, определенных в формуле изобретения, что, тем не менее, входит в рамки защиты изобретения.