燃烧器控制系统对锅炉的使用效率有哪些重要的影响

燃烧器有效燃烧是所有能源用户的目标。不仅高效燃烧节省资金，而且还可以防止有害排放的产生，并可以减少服务电话，设备关机和不舒服的客户。燃烧器控制系统中问题是商业和小型工业用户没有良好的燃烧控制系统（燃油比控制）。虽然有氧气修整系统，它们昂贵和复杂，并且由于维护成本高而经常关闭。

燃烧控制系统控制燃烧器的燃料 - 空气比。燃料空气比通常以过量空气（％）或过量氧（％）来定义。这些术语都是相互关联的，读数可以从一个转换到另一个。烟气分析仪读取％氧气，但这与过量空气不成比例关系，这就是为什么使用这几个术语。

主要问题是燃料 - 空气比或过量空气随着燃烧器的正常运行而改变。这是因为燃烧器燃烧空气风扇输送恒定体积的空气，但随着空气温度的变化，空气密度也发生变化，导致空气质量流量不同。例如，当空气温度为40°F时，如果燃烧器在早上20％的空气中运行，则当空气温度升高至85°F时，过多的空气将在下午降至11％（所有其他因素都相同）。季节性变化会产生更大的温度波动，并且经常需要季节性调整，以防止燃烧器出现其他问题。当温度较高时，可能会发生吸烟和高CO，当温度过低时会发生隆隆和高CO。

为了更好地了解空气温度在燃烧器运行中的主要作用，请考虑确定燃烧器多余空气等级的过程。燃烧器设置的首先是定义操作范围。信封是定义燃烧器操作条件的“Box”。盒子的两侧由燃烧器操作的和过量空气量（或氧气）定义。通常，较低的过量空气水平导致吸烟，高CO和最终未燃燃料。在过剩空气水平下，极限由隆隆，不稳定和过多空气中的高CO定义。另外两侧由和燃烧空气温度定义。通过这个操作信封，技术人员可以确定如何设置燃烧器。

图表I显示了典型的操作信封。燃气燃烧器可以从2.5％O2（12％过量空气）至约6％O2（36％过量空气）运行。空气温度在50至120°F之间。斜线表示％O2如何随温度而变化。例如，当燃烧空气温度为120°F时，如果燃烧器的O2设置为4.5％，则当燃烧空气温度降至50°F时，O2将为约6.5％，这在“盒子“，并且燃烧器可能会由于过高的空气水平而开始隆隆或具有高CO。这由图2中的虚线所示。

正确的调谐在图2中显示为实线。它保持在操作信封内，并且接近具有合理安全余量的有效的多余空气。该安全裕度用于覆盖大气压力，湿度和滞后的变化。虽然这些附加因素中的每一个都可能影响过量的空气，但是它们的冲击力通常远低于空气温度。

空气密度的变化导致典型的锅炉燃烧器系统的燃油比具有波动的燃油比。燃烧空气风扇是恒定体积的装置，并且将始终为燃烧器提供恒定体积的空气。随着空气温度的变化，空气密度发生变化，并且会改变实际的空气磅数或提供给燃烧器的质量流量。这是一个众所周知的问题，服务技术人员通过简单地增加多余的空气来补偿这些变化，以确保有足够的空气来始终燃烧燃料。如果没有足够的空气进行完全燃烧，则会有高水平的CO，烟雾和/或未燃烧的燃料。

过度空气的这种正常变化使得难以保持高效率。如果多余的空气高于所需的空气，则由于多余的空气被加热到堆温度而且能量损失到环境中，所以热量就会消失。空气温度是影响燃烧器多余空气变化的因素。在典型的锅炉房中，正常的季节变化约为60至80°F，但是在管道空气或外部设施中可能要大得多。燃烧空气温度从120°F到40°F的变化将导致大约16％的过量空气变化。大气压力从30“改为29”，空气过多只有3.4％的变化。影响密度的其他变化，如湿度，影响较小。燃油特性由压力调节器控制，对HHV的限制，并在地下运行煤气管线保持恒温。这使得燃烧空气温度的变化是燃烧器过量空气水平变化中的变量。

上述定义的问题不是一个新的问题，许多人已经努力寻找解决方案，以恢复失效，并防止与高低空气运行有关的问题。最常见的解决方案是氧气修整系统，已经存在了几十年。这种产品从1970年代的石油禁运中获得普及，但由于成本和维护成本高而失去了信誉。最近，它们与并行定位控制相结合，因为它们可以集成到并行定位控制系统中，从而消除了麻烦的执行器组件。了解新技术如何根据空气密度的变化来控制多余的空气。

氧气修整系统使用传感器来测量烟气中的过量氧气，并且将改变燃料或空气流量以校正该水平以匹配预设水平。设置通常包括设定点（用于不同的燃烧速率和燃料）和提供已知量的校正的致动器值的组合。如前所述，氧气修剪系统做得很好，但是有限制：

这些系统相对昂贵，特别是当包括并行定位系统的成本和需要额外的启动时间时。

这些系统必须是现场安装的，这使得启动成本更高，更复杂。

由于允许烟气通过锅炉，传感器和致动器系统所需的时间，系统的响应延迟。在较低的燃烧速率下，这可能非常长，并且通过调节锅炉，在燃烧速率变化之前，该装置可能没有时间来校正多余的空气。

维护成本很高，部分原因是氧气池寿命短（处于肮脏的环境中），需要进行复杂的重新调试。

迟滞，特别是迟滞变化，可能导致单位过冲，导致结果比没有控制，特别是在较低的速率下。由于这个原因和系统响应缓慢（烟气通过锅炉的时间），许多系统根本就不试图以低速率进行控制。

成本和复杂性限制了可以使用氧气修剪系统的应用，但它确实提供了一种校正多余空气的替代方法。在积极的一面，氧气修整系统将校正可能影响多余空气水平的所有条件，包括燃料性质和燃料供应的变化。在大型基础锅炉中，氧气修整系统将提供非常好的控制和燃料节省。新的控制解决方案

有一个新的控制系统使用不同的方法来解决这个问题，并且专门设计成非常简单的应用，同时消除了复杂的设置和维护问题。它与烟气不接触，这些烟气是热的，脏的和湿的。它使权衡不能以更低的成本和简单性对所有变量进行更正。

这种新的控制系统是空气密度调节系统。它考虑到燃烧空气温度的变化，并且响应于该温度变化来控制过量的空气。这个概念是为了大大简化控制系统，降低成本。客户可以通过少量成本获得大部分节省成本，并且不会出现氧气修整系统的维护和设置问题。空气密度调节系统使用变频驱动（VFD）来改变风扇速度以校正空气流量并保持恒定的过量空气速率。因为这个系统没有特定的站点设置，所以控制和VFD可以在工厂进行编程和设置。控制利用已知的关系以非常简单的方式进行这种校正。已知的关系是：

空气密度将根据“理想气体法”定义的空气温度直接相关。换句话说，如果空气温度从60°F升高到100°F，则空气密度将从0.0765lb / cf降至0.071lb / cf，这是密度降低7.2％。

风扇是一个恒定的音量设备（Fan Laws）。在上述示例中，如果初始风扇体积为100CFM，则在100°F时的流量也将为100CFM。然而，质量传递将从7.65磅变为7.1磅，质量流量减少7.2％。

风扇产生的音量与风扇的速度直接相关（Fan Laws）。如果风扇在50°F下以3000 RPM运行，然后将速度提高到3216 RPM（增加7.2％），空气体积将增加到107.2 CFM，新的质量流量将为7.65 lb。与原始操作相同的质量流量，我们可以看到，这已经对空气温度的变化进行了准确的校正。

这些关系以提供空气温度和风扇速度之间的“固定”关系的方式内置在空气密度调节系统中，使得始终提供恒定的质量流。来自空气密度调节系统的燃料节省将类似于氧气修剪系统。燃料节约来自减少过量空气，额外的空气会增加干燥气体和水分的损失。过量空气中的水分也有一些能量损失，但这通常是非常少量的。

过量空气也会影响锅炉的堆温度，其中过量空气越高，堆温度越高。主要原因是更高的过量空气水平降低了火焰温度，从而减少了炉中的热传递并增加了堆温度。虽然一些热损失从对流通道中的较高质量流量中恢复，但总体上传热损失。过剩空气和堆垛温度之间没有确切的关系，但是具有相对较大量的传热表面的单元（燃烧器锅炉通常具有每平方米HP 5平方呎）将具有小的变化，而其它的堆积温度变化较大。改善过剩空气水平将具有更低的堆叠温度的附加效率增益。

图4显示了使用空气密度调节系统的估计节省燃料。在正常燃烧空气温度为120°F时，具有或不具有空气密度调节系统的单元之间没有差异。燃烧式风扇将以全RPM运行，以提供足够的空气来支持燃烧。随着空气温度下降，空气密度调节系统将减慢风扇的速度，以保持恒定的过量空气，随着温度的持续下降，可以节省更多的空间。温度变化越大，节约量就越大。堆温度是燃料节约的另一个变量，其中堆温度越高，节约越多。

此外，VFD将提供电力节省，这对于这种类型的控制有充分的记录。图5显示了与正常单位相比如何节省电力的一个实例。再次，在编程的高温下，风扇将处于速度，在具有或不具有空气密度调节系统的单元之间将没有差异。随着空气温度下降，空气密度调节系统将降低风扇转速，从而减少电气使用。在正常的燃烧器中，随着空气温度的下降，电气使用将增加，因为较高的空气密度需要更多的电动机HP。风扇速度的小幅度降低将导致大量的电力节省，因为使用的能量是以风扇转速为第三功率。

空气密度调节系统还提供了一些其他优点。通过使用VFD提供的软启动允许电机在几秒钟内升高到全速，大大降低启动时的浪涌电流。软启动减少了电机的积聚，可以减少客户的需求，并增加电机的使用寿命。电机运行速度较慢也可降低燃烧器的噪音水平。大部分燃烧器的噪音，就像电能一样来自风扇。以较慢的速度操作风扇降低了噪音水平。结论

空气密度修补提供与氧气修剪系统相似的燃料节省成本，同时消除复杂的设置和维护问题。空气密度调节系统调节燃烧器风扇速度，以允许由于改变燃烧空气温度而改变空气密度。通过不断监测燃烧空气温度并相应调节风扇速度，空气密度调节系统可节省燃料，节省电力，提高锅炉效率。