带监测的喷燃器的制造方法
【专利说明】带监测的喷燃器
[0001]相关申请的交叉引用
本申请要求2014年5月2日提交的美国临时申请N0.61/987，653的优先权，该申请通过引用而整体地结合在本文中。
技术领域
[0002]本申请涉及氧-燃料喷燃器，并且特别地，涉及分级氧-燃料喷燃器，其构造有用以进行下者的仪器:监测喷燃器的状态和健康状况，以及喷燃器运行及其对过程的作用，基于从这种监测获得的数据来对喷燃器运行执行实时控制，以及使得能够在必要时但在失效或无法预料的停机状况之前进行智能预防性维护。
【背景技术】
[0003]对于传统喷燃器系统，燃炉操作者根据以往经验或定期确定维护安排。这常常导致维护安排过于积极，从而付出过多人力和喷燃器停机时间的代价，或者导致维护安排过于松散，从而未能在失效发生前捕捉到可修正的喷燃器问题。
[0004]存在用于有限地监测多个喷燃器参数的系统，但没有系统综合地结合此监测，以使得能够进行预防性维护。例如，一些现有系统需要火焰温度传感器以光学的方式接近，以防止过热，或者需要压力传感器来监测火焰稳定性。但是没有监测使得能够进行预防性维护的参数组合。
【发明内容】
[0005]氧-燃料喷燃器以及在一些实施例中分级氧-燃料喷燃器如本文描述的那样构造有集成传感器，以测量可用于监测喷燃器的健康状况和预测维护需求的若干参数。对于任何氧-燃料喷燃器，这些参数可包括(无限制，单独地或结合起来)入口燃料压力、温度和密度、入口氧化剂压力、温度和密度、分级阀位置(对于分级喷燃器而言)、燃料喷嘴温度、多个位置处的氧喷嘴温度、喷燃器块温度、喷燃器和/或喷燃器块的一个或多个安装角度，喷燃器相对于燃炉的其它结构的相对位置和/或绝对位置、装料或浴池温度，以及来自火焰或喷燃器面的光辐射。对于分级氧-油喷燃器，那些参数可包括单独地或结合起来的一个或多个参数，包括(但不限于)入口油温度、入口油压力、雾化氧化剂(空气或富氧空气或氧)压力、氧供给压力、分级阀位置、喷管末梢或雾化喷嘴温度和喷燃器块温度。收集自这些传感器的这个信息可由操作者/工程师直接使用，或者由自动监测和警戒系统使用，以监测喷燃器的性能，识别喷燃器的任何维护需求，例如安排维护和改进喷燃器运行，以及检测喷燃器系统故障。
[0006]这种仪器可结合到任何喷燃器中，包括使用气态燃料、液体燃料和固体燃料中的一个或多个的喷燃器，而且包括非分级喷燃器、燃料分级喷燃器、氧化剂分级喷燃器，以及其中燃料和氧化剂两者都分级的喷燃器。要理解的是，对于各类喷燃器，可定制传感器的类型、位置和数量，以对应于与那个特定喷燃器最相关的运行模式和参数。
[0007]多个特征都嵌入喷燃器中，使得电子监测不干扰喷燃器的正常运行和维护。仪器也得到保护，使其将继续在喷燃器通常运行的恶劣型环境中工作较长时期。在一个实施例中，电子器件由电池提供功率，并且无线地发送数据，以使安装和维护简单。
[0008]具有集成式传感器的喷燃器可用作一种系统的一部分，该系统远程地跟踪喷燃器参数，以使得能够实时地监测喷燃器性能，以及在发生失效或停机之前通过检测喷燃器的运行变化来协助进行预防性维护，诸如共同拥有的美国专利申请N0.14/268655中描述的那样，该申请于2014年5月2日提交，名称为“Remote Burner Monitoring System andMethocK远程喷燃器监测系统和方法)”，该申请通过引用而整体地结合在本文中。
[0009]方面1:一种带监测的氧-燃料喷燃器，包括:在燃料喷嘴中终止的燃料通道;在氧化剂喷嘴中终止的主要氧化剂通道；用于感测过程数据的一个或多个传感器，其包括用于感测氧化剂喷嘴温度和燃料喷嘴温度中的至少一个的喷嘴温度传感器；以及数据处理器，其编程成接收来自传感器的过程数据，以及基于接收到的数据的至少一部分来确定存在或不存在异常喷燃器状况。
[0010]方面2:方面I的带监测的喷燃器，其中，数据处理器编程成基于氧化剂喷嘴温度和燃料喷嘴温度中的至少一个的升高或降低，来识别主要氧化剂通道和燃料通道中的至少一个的潜在局部阻塞。
[0011 ]方面2a:方面2的带监测的喷燃器，其中，一个或多个传感器是用于感测氧化剂喷嘴温度的氧化剂喷嘴温度传感器，以及其中，数据处理器编程成基于氧化剂喷嘴温度的升高或降低，来识别主要氧化剂通道的潜在局部阻塞。
[0012]方面2b:方面2的带监测的喷燃器，其中，一个或多个传感器是用于感测燃料喷嘴温度的燃料喷嘴温度传感器，以及其中，数据处理器编程成基于燃料喷嘴温度的升高或降低，来识别燃料通道的潜在局部阻塞。
[0013]方面3:方面I至2b的带监测的喷燃器，其中，数据处理器编程成至少部分地基于接收到的数据的至少一部分随时间的变化，来进行其确定。
[0014]方面4:方面I至3中的任一方面的带监测的喷燃器，一个或多个传感器进一步包括氧化剂压力传感器，其位于主要氧化剂通道中，以感测主要氧化剂压力；其中，数据处理器编程成基于燃料喷嘴温度和氧化剂喷嘴温度中的至少一个和主要氧化剂压力的变化，来识别主要氧化剂通道的潜在局部阻塞。
[0015]方面5:方面I至3中的任一方面的带监测的喷燃器，喷燃器进一步包括:与主要氧化剂通道间隔开固定距离的辅助氧化剂通道；以及用于确定主要和辅助氧化剂通道之间的氧化剂的比例的分级阀；一个或多个传感器进一步包括分级阀位置传感器，以感测分级阀位置，分级阀位置指示被引导到主要和辅助氧化剂通道的氧化剂的相对比例;其中，数据处理器进一步编程成基于燃料喷嘴温度和氧化剂喷嘴温度中的至少一个和分级阀位置，来确定主要氧化剂通道存在或不存在局部阻塞。
[0016]方面6:方面I至3中的任一方面的带监测的喷燃器，喷燃器进一步包括:与主要氧化剂通道间隔开固定距离的辅助氧化剂通道；以及用于确定主要和辅助氧化剂通道之间的氧化剂的比例的分级阀；该一个或多个传感器进一步包括:氧化剂压力传感器，其用于感测下者中的一个或多个的氧化剂压力:在分级阀的上游、在分级阀的下游在主要氧化剂通道中，以及在分级阀的下游在辅助氧化剂通道中；以及分级阀位置传感器，其用于感测分级阀位置，分级阀位置指示被引导到主要和辅助氧化剂通道的氧化剂的相对比例;其中，数据处理器进一步编程成基于分级阀位置和下者中的一个或多个的氧化剂压力，来确定存在或不存在主要氧化剂通道和辅助氧化剂通道中的一个局部阻塞和次优分级阀位置中的一个或多个:在分级阀的上游、在分级阀的下游在主要氧化剂通道中，以及在分级阀的下游在辅助氧化剂通道中。
[0017]方面7:方面5至6中的任一方面的带监测的喷燃器，喷燃器进一步包括:两个压力传感器，一个位于燃料通道、主要氧化剂通道和辅助氧化剂通道中的至少一个中的限流装置的任一侧上，压力传感器用于感测限流装置上游的压力、限流装置下游的压力，以及跨越限流装置的压差，压差指示流率;其中，数据处理器进一步编程成基于压差和限流装置上游的压力和下游的压力中的一个来确定存在或不存在异常喷燃器状况。
[0018]方面8:方面I至7中的任一方面的带监测的喷燃器，喷燃器进一步包括:喷燃器块，其在燃炉附近具有热面；以及喷燃器块温度传感器，其用于感测热面附近的喷燃器块温度；其中，数据处理器进一步编程成接收来自喷燃器块温度传感器的数据，以及基于喷燃器块温度来确定存在或不存在喷燃器块过热和火焰不对称中的一个或多个。
[0019]方面9:方面I至8中的任一方面的带监测的喷燃器，喷燃器进一步包括:用于感测喷燃器安装角度的位置传感器，位置传感器构造成感测喷燃器斜度和喷燃器侧倾中的一个或多个;其中，数据处理器进一步编程成基于喷燃器安装角度来确定喷燃器是否相对于燃炉的至少一个结构安装成期望定向。
[0020]方面10:方面I至9中的任一方面的带监测的喷燃器，喷燃器进一步包括:在喷燃器的可移除构件上的与别个不同的标识器;其中，数据处理器进一步编程成使用与别个不同的标识器来标记数据，以实现分析目的。
[0021]方面11:方面I至10中的任一方面的带监测的喷燃器，喷燃器进一步包括:数据收集器，其编程成仅在要收集数据时，基于感测到的数据和定期安排的组合中的一个或两者，并且考虑到各个单独的传感器的具体要求，来对单独的传感器提供功率;发送器，其用于将来自数据收集器的传感器数据无线地发送到数据处理器；以及本地功率产生系统，其用于对数据收集器、传感器和发送器提供功率。
[0022]方面12:方面I至11中的任一方面的带监测的喷燃器，其中，氧化剂通道为环形，并且包围燃料通道。
[0023]方面13:—种确定氧-燃料喷燃器的运行状况的方法，氧-燃料喷燃器包括在燃料喷嘴中终止的燃料通道、在氧化剂喷嘴中终止的主要氧化剂通道，以及喷燃器块，其具有在燃炉附近的面，该方法包括:用一个或多个传感器感测喷燃器参数，该一个或多个传感器选自下者组成的组:温度传感器、压力传感器、密度传感器、流量传感器、位置传感器、角度传感器、接触传感器、加速计、光学传感器和它们的组合；比较感测到的参数与各个所述喷燃器参数的期望值，以确定喷燃器参数中存在或不存在偏差；以及基于一个或多个喷燃器参数存在的偏差，来确定异常喷燃器状况的存在。
[0024]方面14:方面13的方法，进一步包括:感测氧化剂喷嘴温度和燃料喷嘴温度中的至少一个;比较至少一个喷嘴温度与阈值温度；以及基于至少一个喷嘴温度的升高或降低，来确定氧化剂喷嘴和燃料喷嘴中的一个潜在局部阻塞。
[0025]方面15:方面14的方法，进一步包括:感测氧化剂压力；以及基于氧化剂压力和至少一个喷嘴温度，来确定氧化剂喷嘴的潜在局部阻塞。
[0026]方面16:方面13或14的方法，喷燃器进一步包括与主要氧化剂通道间隔开固定距离的辅助氧化剂通道，以及确定主要和辅助氧化剂通道之间的氧化剂的比例的分级阀，该方法进一步包括:感测分级阀位置，分级阀位置指示被引导到主要和辅助氧化剂通道的氧化剂的比例;基于分级阀位置和至少一个喷嘴温度，来确定主要氧化剂通道的潜在局部阻塞。
[0027]方面17:方面13或14的方法，喷燃器进一步包括与主要氧化剂通道间隔开固定距离的辅助氧化剂通道，以及确定主要和辅助氧化剂通道之间的氧化剂的比例的分级阀，该方法进一步包括:感测来自选自下者的位置的氧化剂压力:在分级阀的上游、在分级阀的下游在主要氧化剂通道中，以及在分级阀的下游在辅助氧化剂通道中；感测分级阀位置，分级阀位置指示被引导到主要和辅助氧化剂通道的氧化剂的比例;基于下者中的一个或多个处的氧化剂压力和分级阀位置，来确定主要氧化剂通道和辅助氧化剂通道中的一个的潜在局部阻塞和次优分级阀位置中的一个或多个:在分级阀的上游、在分级阀的下游在主要氧化剂通道中和在分级阀的下游在辅助氧化剂通道中。
[0028]方面18:方面13至17中的任一方面的方法，进一步包括:感测两个位置处的压力，一个在燃料通道、主要氧化剂通道和辅助氧化剂通道中的至少一个中的限流装置的任一侧上;根据两个位置处的压力来确定流率；以及基于流率和两个位置中的至少一个的压力，来确定存在或不存在异常喷燃器状况。
[0029]方面19:方面13至18中的任一方面的方法，进一步包括:感测喷燃器安装角度，喷燃器安装角度包括喷燃器斜度和喷燃器侧倾中的至少一个；以及基于喷燃器安装角度，来确定喷燃器是否相对于燃炉的至少一个结构安装成期望定向。
[0030]方面19a:方面13至19中的任一方面的方法，其中，氧化剂通道为环形，并且包围燃料通道。
[0031 ]方面20:带监测的氧-燃料喷燃器，包括:燃料通道，其具有在末梢端处的燃料喷嘴和在远离末梢端处的燃料入口；包围燃料通道的主要氧化剂通道;温度传感器，其位于燃料通道的末梢端处的燃料喷嘴中，以感测燃料温度;燃料压力传感器，其位于燃料入口附近，以感测燃料压力；以及用于接收来自传感器的数据的仪器封罩。
[0032]方面21:方面19或20的带监测的喷燃器进一步包括:与主要氧化剂通道间隔开固定距离的辅助氧化剂通道;确定主要和辅助氧化剂通道之间的氧化剂的比例的分级阀；氧化剂压力传感器，其位于分级阀的上游和/或下游，以感测氧化剂入口压力；以及分级阀位置传感器，其用于感测分级阀位置，分级阀位置指示被引导到主要和辅助氧化剂通道的氧化剂的相对比例。
[0033]方面22:方面20或21的带监测的喷燃器，进一步包括:用于接收来自传感器的数据的数据处理器，其中，数据处理器编程成基于接收自一个或多个传感器的数据，来确定存在或不存在异常喷燃器状况或传感器故障。
[0034]方面23:方面20至22的任一方面的带监测的喷燃器，进一步包括:位置传感器，其用于感测喷燃器和可选地喷燃器安装到其上的部件的安装角度;其中，喷燃器的安装角度可用来进一步指示喷燃器是否相对于燃炉安装成期望定向和/或斜率。
[0035]方面24:方面20至24中的任一方面的带监测的喷燃器，进一步包括:在主要氧化剂通道上的与