一种基于图像监测环境下的宽调节比高效清洁燃烧系统

本发明属于工业清洁燃料燃烧设施，具体涉及一种基于图像监测环境下的宽调节比高效清洁燃烧系统。

背景技术：

1、随着社会科技的进步、人们环保意识的增强和社会环保治理力度的逐渐加大，以及“3060”碳达峰、碳中和目标的提出，我国对大气污染物规定的排放限值日趋严格，目前很多地区正在执行锅炉nox排放限值在80~200mg/nm³以内的规定。结合当前的国家政策，越来越多的清洁气体燃料投入工业使用，“零碳”燃料势必成为未来电力行业中的主流能源，“零碳”燃料的燃烧监测方法与高效清洁燃烧逐渐成为研究热点。通过火焰图像检测技术能够得出火焰温度场的分布、燃烧经济性的估算以及nox排放量的估算等，这对于稳定锅炉燃烧，提高燃烧效率有重要的意义。

2、目前天然气锅炉的低氮燃烧改造任务是要将nox排放值降低至60mg/nm³，一般采用更换低氮燃烧器或者辅以烟气外循环低氮燃烧技术加以实现。近两年推出了一些能基本满足这种使用要求的新颖低氮燃烧器:例如采用预混燃烧方式的金属网燃烧器，采用将燃料在进入炉膛燃烧前先与助燃空气均匀混合，然后使混合的燃气空气混合气在燃烧器的金属网表面进行燃烧的工作模式，nox的生成量较少，可以达标。其不足之处在于预混的混合气容易发生回火爆燃、且金属网表面耐温性有限，致使金属网燃烧器难以做大，出力一般只能控制在7mw以下，但即便是出力在7mw以下的金属网燃烧器，在运行时仍存在有可能会发生回火爆燃现象的不确定风险而难以推广。

3、另外一种是采用燃气和空气由单独通道供入、边混合边燃烧工作模式的扩散式燃烧器，具有安全性高的特点，其不足之处在于燃烧温度相对较高，性能不太稳定，对稳达60mg/nm³以下nox排放要求存在不确定性，故仍不太理想。

4、本发明结合最新开发的火焰监测技术和适于“零碳”气体燃料状态识别模型，针对清洁气体燃料燃烧器进行设计研究，以对上述低碳燃烧器存在的问题进行大幅改进，实现较宽特性清洁气体燃料燃烧调节，达到高效燃烧率、高效燃料利用率和高清洁性等燃烧效果，为电力等行业利用“零碳”燃料提供智慧化技术与装备可靠性保障，为“零碳”燃料安全、清洁、高效利用提供了一条新方法。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的缺陷和问题，本发明提供一种基于图像监测环境下的宽调节比高效清洁燃烧系统，实现较宽特性清洁气体燃料，可适应宽效率调节，可稳定燃烧大比例掺氢甲烷、亦可燃烧氢气、氨气等。同时可保障燃烧气体高效、稳定、清洁燃烧，达到高效燃烧率、高效燃料利用率和高清洁性等燃烧效果。

2、本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种基于图像监测环境下的宽调节比高效清洁燃烧系统，包括驱动系统、火焰监测系统、燃烧系统、监控终端、稳焰装置，所述火焰监测系统设置在锅炉炉腔内，并与所述监控终端连接，用于实现对锅炉内火焰信息的实时监测并将监测的信息传输至监控终端；所述燃烧系统包括燃烧器，所述燃烧器的输出端喷嘴处与炉腔连通，用于向炉腔内喷射火焰，且所述炉腔内靠近燃烧器喷嘴周侧固定嵌设有稳焰装置，所述稳焰装置呈喇叭式扩口状，用以配合所述燃烧器喷嘴结构并保证较宽的火焰稳定性；所述监控终端固定安装在炉腔外燃烧器主体上，并连接有驱动系统，所述驱动系统用于将燃烧所需要的空气送入炉腔内，并产生一定压力。

3、本发明提供的基于图像监测环境下的宽调节臂高效清洁燃烧系统，所述燃烧器包括壳体、气环、喉口、喷枪机构、调节阀、和电动执行器，所述壳体为中空结构，且所述气环固定安装在壳体一侧，所述壳体另一侧对应设有筒状喉口，且所述气环内腔与喉口连通，所述喷枪机构套装在所述壳体内，且前侧延伸至所述喉口内腔；所述喷枪机构包括中心枪、二级燃烧枪、三级燃烧枪、稳焰盘、点火枪和旋流片，所述中心枪套装在稳焰盘内腔中，且所述中心枪尾端通过气管与外壳内腔连通，所述点火枪安装在稳焰盘内中心枪一侧，且所述稳焰盘外周均匀设有多个旋流片，所述二级燃烧枪和三级燃烧枪间隔交叉设置，且均套装在旋流片外周，所述二级燃烧枪和三级燃烧尾端均与所述气环连通，所述气环上设有燃料进口，且气环底部通过气管与所述壳体内腔连通；所述电动执行器固定安装在壳体底部，且壳体内底部安装有风门挡板，通过所述电动执行器控制所述风门挡板的启闭从而实现对进风量的控制。

4、本发明提供的基于图像监测环境下的宽调节臂高效清洁燃烧系统，所述中心枪和所述气环延伸出的气管上分别设有空气流量调节阀，所述电动执行器能够智能控制所述风门挡板和所述空气流量调节阀的启闭以实现向壳体内进风量的控制。

5、本发明提供的基于图像监测环境下的宽调节臂高效清洁燃烧系统，所述中心枪用于一级燃料预混以产生稳定的火焰，所述二级燃料枪用于改变火焰的长度，所述三级燃料枪用于改变火焰的形状。

6、本发明提供的基于图像监测环境下的宽调节臂高效清洁燃烧系统，所述监控终端为人工智能火焰监测数字孪生系统，内部含有利用数字图像处理技术和智能算法等进行处理形成的清洁气体等燃料燃烧的数据库，用于对短时间内的火焰燃烧情况进行预测分析。

7、本发明提供的基于图像监测环境下的宽调节臂高效清洁燃烧系统，所述火焰监测系统包括光学工业内视镜、工业相机和隔热耐高温冷却套管，所述光学工业内视镜一端与所述工业相机连接并套装在所述套管内，且所述工业相机上设有电源接口和视频信号传输接口，所述光学工业内视镜另一端配备有90°视角的耐高温镜头，且所述耐高温镜头深入锅炉内腔中用于获取锅炉内的燃烧图像信息，并将燃烧图像由视频信号传输接口传输至监控终端。

8、本发明提供的基于图像监测环境下的宽调节臂高效清洁燃烧系统，所述驱动系统包括电动机和风机，所述电动机与风机通过联轴节相连接，且当控制电机转动时，能够同时带动风机一起转动，从而将燃烧所需助燃剂送入炉腔中。

9、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

10、本发明通过利用火焰监测系统实现对火焰图像的实时采集，记录清洁气体燃料燃烧的火焰情况，利用监控终端实现自动只能控制进料量和进风量，优化助燃风与燃气量配比，通过在线精确调节，实现高效燃烧；

11、本发明燃烧器采用扩散式点火，使燃气与空气产生强烈对冲，提高点火成功率；本发明设置旋流片结构，以迫使气流产生切向运动，减少空气阻力，这样当气流经过时能够产生一定旋转强度的旋转运动，旋转的气流喷出形成合适的射流结构；本发明通过采用三级分级燃烧方法，在燃烧时，第一级燃料缺氧燃烧使产生较少nox，再通过第三级燃料补充过量空气，过氧燃烧，使产生较少的nox迅速反应掉，达到控制nox生成的目的；

12、本发明实现了较宽特性清洁气体燃料，可适应宽效率调节，可稳定燃烧大比例掺氢甲烷、亦可燃烧氢气、氨气等；同时可保障燃烧气体高效、稳定、清洁燃烧，达到高效燃烧率、高效燃料利用率和高清洁性等燃烧效果。

技术特征：

1.一种基于图像监测环境下的宽调节比高效清洁燃烧系统，其特征在于：包括驱动系统、火焰监测系统、燃烧系统、监控终端、稳焰装置，所述火焰监测系统设置在锅炉炉腔内，并与所述监控终端连接，用于实现对锅炉内火焰信息的实时监测并将监测的信息传输至监控终端；所述燃烧系统包括燃烧器，所述燃烧器的输出端喷嘴处与炉腔连通，用于向炉腔内喷射火焰，且所述炉腔内靠近燃烧器喷嘴周侧固定嵌设有稳焰装置，所述稳焰装置呈喇叭式扩口状，用以配合所述燃烧器喷嘴结构并保证较宽的火焰稳定性；所述监控终端固定安装在炉腔外燃烧器主体上，并连接有驱动系统，所述驱动系统用于将燃烧所需要的空气送入炉腔内，并产生一定压力。

2.根据权利要求1所述的基于图像监测环境下的宽调节比高效清洁燃烧系统，其特征在于：所述燃烧器包括壳体、气环、喉口、喷枪机构、调节阀、和电动执行器，所述壳体为中空结构，且所述气环固定安装在壳体一侧，所述壳体另一侧对应设有筒状喉口，且所述气环内腔与喉口连通，所述喷枪机构套装在所述壳体内，且前侧延伸至所述喉口内腔；所述喷枪机构包括中心枪、二级燃烧枪、三级燃烧枪、稳焰盘、点火枪和旋流片，所述中心枪套装在稳焰盘内腔中，且所述中心枪尾端通过气管与外壳内腔连通，所述点火枪安装在稳焰盘内中心枪一侧，且所述稳焰盘外周均匀设有多个旋流片，所述二级燃烧枪和三级燃烧枪间隔交叉设置，且均套装在旋流片外周，所述二级燃烧枪和三级燃烧尾端均与所述气环连通，所述气环上设有燃料进口，且气环底部通过气管与所述壳体内腔连通；所述电动执行器固定安装在壳体底部，且壳体内底部安装有风门挡板，通过所述电动执行器控制所述风门挡板的启闭从而实现对进风量的控制。

3.根据权利要求2所述的基于图像监测环境下的宽调节比高效清洁燃烧系统，其特征在于：所述中心枪和所述气环延伸出的气管上分别设有空气流量调节阀，所述电动执行器能够智能控制所述风门挡板和所述空气流量调节阀的启闭以实现向壳体内进风量的控制。

4.根据权利要求2所述的基于图像监测环境下的宽调节比高效清洁燃烧系统，其特征在于：所述中心枪用于一级燃料预混以产生稳定的火焰，所述二级燃料枪用于改变火焰的长度，所述三级燃料枪用于改变火焰的形状。

5.根据权利要求1所述的基于图像监测环境下的宽调节比高效清洁燃烧系统，其特征在于：所述监控终端为人工智能火焰监测数字孪生系统，内部含有利用数字图像处理技术和智能算法等进行处理形成的清洁气体等燃料燃烧的数据库，用于对短时间内的火焰燃烧情况进行预测分析。

6.根据权利要求1所述的基于图像监测环境下的宽调节比高效清洁燃烧系统，其特征在于：所述火焰监测系统包括光学工业内视镜、工业相机和隔热耐高温冷却套管，所述光学工业内视镜一端与所述工业相机连接并套装在所述套管内，且所述工业相机上设有电源接口和视频信号传输接口，所述光学工业内视镜另一端配备有90°视角的耐高温镜头，且所述耐高温镜头深入锅炉内腔中用于获取锅炉内的燃烧图像信息，并将燃烧图像由视频信号传输接口传输至监控终端。

7.根据权利要求1所述的基于图像监测环境下的宽调节比高效清洁燃烧系统，其特征在于：所述驱动系统包括电动机和风机，所述电动机与风机通过联轴节相连接，且当控制电机转动时，能够同时带动风机一起转动，从而将燃烧所需助燃剂送入炉腔中。

技术总结
本发明公开了一种基于图像监测环境下的宽调节比高效清洁燃烧系统，涉及工业清洁燃料燃烧设施技术领域，包括驱动系统、火焰监测系统、燃烧系统、监控终端、稳焰装置，所述火焰监测系统设置在锅炉炉腔内并与监控终端连接，所述燃烧系统包括燃烧器，燃烧器与炉腔固定连通，用于实现分级燃烧，炉腔内靠近燃烧器喷嘴周侧固定设有稳焰装置，用以配合所述燃烧器喷嘴结构以保证较宽的火焰稳定性；所述监控终端固定安装在燃烧器主体上，并连接有驱动系统；本发明能够实现较宽特性清洁气体燃料，能够适应宽效率调节，达到高效燃烧率、高效燃料利用率和高清洁性的燃烧效果。

技术研发人员：郭欣维,王为术,蔡傲冰,张榆汯,赵媛媛,徐航,郭贵海,曹轶之,郑晖,闻猛,崔昊森,张忠孝,陈宝明,练纶,孔成栋,张鹏飞,乌晓江,岳朴杰,张青永,江砚池,王长涛,王宇,杨苏莉,闵有卓,程留建
受保护的技术使用者：华北水利水电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14