本发明属于生物质气化及其燃气燃烧器控制，尤其涉及一种热管控温全预混多级引射式燃气燃烧器的控制方法。
背景技术：
1、锅炉中影响其热效率的最大热损失项是排烟损失，而影响排烟热损失大小的主要因素是排烟量和排烟温度。其中，影响排烟量的主要参数是燃烧过程的过量空气系数。生物质直燃属于气固异相接触，这种接触方式下的充分燃烧需要供应更多的过量空气，其理想的过量空气系数一般在1.4-1.6之间。但在实际应用中，视自动化控制水平的高低，气固异相燃烧过程的过量空气系数高达到2以上甚至超过3的情况并不罕见，过量空气系数的增大将导致燃烧排烟量明显上升，进而导致锅炉排烟热损失的明显增大和锅炉热效率的急剧下降。研究表明，超过燃烧过程最佳过量空气系数后，过量空气系数每增大0.1，锅炉热效率大约会下降1.3％。这恰恰是传统链条式锅炉热效率过低(低至60％左右)而被逐渐淘汰的重要原因之一。影响排烟温度的参数可以归纳为换热效率，而影响换热效率的最主要因素是换热系数。与煤炭相比，虽然生物质燃料中的灰含量远低于煤炭(仅约1/6左右)，但其中k、na等碱金属的含量却远高于煤炭。碱金属及其化合物的熔点都比较低，燃烧或者气化时易挥发向上而进入气相中，受冷后则凝固在下游的换热器壁面上形成一层很难清理干净的硬质积灰(与燃煤锅炉的积灰不同)，热阻很高的厚灰层会严重降低换热器受热面的换热效率，导致了换热量严重下降、排烟温度大幅上升和锅炉热效率严重下降。
2、生物质燃料气化成为燃气的利用方式则能在极大程度上解决上述难题，尤其是在采用上吸式气化炉且燃气不降温净化而直接燃烧供热的场合，原因在于：
3、(1)气化过程将燃料由固态变成气态后，其燃烧方式也由气固异相燃烧变为均相燃烧，不但更易于燃尽，燃烧的自动控制也更容易实现，而且同时过量空气系数还能通过自动控制维持在1.2以下，从而大大降低了烟气排放量，也就降低了排烟损失，提高了热效率。
4、(2)研究表明，相比生物质的直燃过程，流化床气化和下吸式气化能够将60～80％的碱金属控制在气化炉内使其不进入气相，而上吸式气化则可以将超过99％的碱金属控制在炉内而不进入气相。因为上吸式气化产生的燃气在离开气化炉之前要依次向上流经氧化区、还原区、干馏区和干燥区四段，在这个流动过程中，燃气温度出现大幅度下降，在氧化区因高温而挥发进入气相的碱金属会再次冷凝成固态，并被料层阻挡过滤而滞留在炉内。因此，相比生物质直燃或其他类气化方式，上吸式气化过程产生的燃气燃烧后在最大程度上抑制了在锅炉下游换热面产生积灰的可能性，从而能够始终维持在很高的换热效率。
5、不过，上吸式气化也存在明显不足，具体体现在：
6、(1)燃气中焦油的含量比流化床和下吸式高得多，焦油一旦冷凝，将会附着在风机的叶片以及阀门、连接管道壁面等部位，一方面会腐蚀下游设备，另一方面，也会导致出现严重堵塞。
7、(2)与下吸式以及流化床时气化过程高达800℃以上的燃气温度相比，上吸式气化炉所产气化燃气的温度通常不高于200℃，因而其燃烧反应的速度远远低于前两者，当采用空气气化(而不是富氧气化)时，所产气化燃气的热值也比较低，尤其是气化炉启动阶段所产粗燃气中含有大量的来自燃料中的水蒸气遇冷凝结为大量白雾状的细小液滴，燃烧性能非常差，以上诸多不利因素的叠加，导致上吸式气化炉产出的燃气常常会出现点火引燃困难、燃烧稳定性差等问题。也因此，上吸式生物质气化炉的启动过程往往耗时较长，长时间无法成功点火成为常态，不但导致燃料大量浪费，而且严重影响气化炉用户的正常使用，从而大大限制了上吸式气化炉的使用场合。这种情况在气化炉的容量较大时会变得愈发的严重。
8、此外，各种气化利用相比直燃而言也存在着有待克服的难题。例如，除加压气化炉外，其他种类的气化炉所产生的气化燃气均需要经过加压后才能在下游燃烧器内使用，但为了避免燃气中富含的焦油可能引发的腐蚀、堵塞等难题，常规的升压设备如增压风机等设备，则要求燃气必须先进行除尘、除焦油等净化步骤，而上述这些步骤通常又要求燃气必须降温。显然，燃气的净化和降温必然带来系统复杂性的急剧上升和能源利用效率的明显下降。而实际上，如果不是在燃气轮机、燃气内燃机等要求苛刻的场合，而是在直接供热的场合时，燃气的净化和降温过程其实并不是必须的。此时，可以提高燃气压力的技术路径有两种：
9、(1)依靠气化空气鼓风机提供的压力，在上吸式气化炉的上部自由空间维持燃气燃烧所需要的正压，但是因为进料过程也是在顶部进行，所以此时必须使用带有密封的进料装置。而带有密封的进料过程，也就意味着只能采用间歇式进料的方式，这种升压方式也易造成燃气泄露。
10、(2)对所产生的燃气采用其他非传统式鼓风机升压(如引射式，或喷射式)的方式，避免焦油冷凝附着所引起的叶片腐蚀堵塞等问题。同时维持气化炉上部自由空间区域处于微负压状态，此时可以实现连续进料而不致产生燃气的漏出。因为此时负压较小，进料管内燃料本身的阻力就足以防止空气的大量漏入，而燃气不降温净化直接燃用的利用方式，也使得即使有少量的空气因炉内负压漏入，也会在不远的下游迅速燃尽，从而不会出现累积而引发爆炸等安全问题。
11、不过，现有的这种全预混引射式燃烧器也存在着明显的不足，即燃烧器的负荷调节不方便，因为负荷下降后，引射气体的流速也随之降低，此时喷射过程难以再起到高效升压的作用，难以保证气化炉上部的负压状态。同时，燃气与空气的混合效果也变差，导致易出现燃烧不完全、甚至熄火等问题。
12、综上所述，上吸式气化燃气的燃烧需要解决的问题可以概括为：启动阶段点火非常困难；未净化燃气升压困难，如采用引射式升压方式，则燃烧器变负荷不易，易造成燃烧不完全，熄火等问题。
13、此外，采用两级引射空气，可以实现燃烧过程的空气分级，从而能够有效降低nox的排放。因此，亟需设计一种采用两级引射空气的燃气燃烧器。
14、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有上吸式气化燃气的燃烧方案中，启动阶段点火非常困难；且未净化燃气升压困难，如采用引射式升压方式，则燃烧器变负荷不易，易造成燃烧不完全以及熄火等问题。
技术实现思路
1、为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了一种热管控温全预混多级引射式燃气燃烧器的控制方法，尤其涉及一种生物质气化炉快速启动、稳燃及其热管控温全预混多级引射式燃气燃烧器的控制方法，所述技术方案如下：
2、本发明是这样实现的，一种热管控温全预混双引射式燃气燃烧器的控制方法，该方法包括以下步骤：
3、s1，将燃烧产生的高温烟气引入至蓄热式高温空气发生器内产生高温空气；
4、s2，当采用高温空气点火成功后，气化炉被快速点火启动，产生的燃气在高温空气助燃下被迅速点燃实现稳定燃烧，此后中高温热管启动，中高温热管蒸发端内的充液吸收火焰热量蒸发后到达冷凝端释放热量加热粗燃气，使温度提升至可维持稳定燃烧的温度(通常为300℃)以上；
5、其中，以外部天然气为热源，利用蓄热式换热技术产生500℃以上的高温空气作为气化炉点火空气，能够使得气化炉快速且均匀的启动成功，同时高温空气作为引射和助燃空气，也能够令气化炉启动初期产生的低热值劣质燃气快速点火成功并稳定燃烧(注意如果启动成功的初期撤去外部天然气热源而不采取其他预热空气或预热气化燃气等稳燃措施，气化燃气的燃烧仍然不稳定，随时可能再次熄火)。此后，气化燃气燃烧释放的热量在中高温热管的蒸发端2放出热量，在蒸发端的工作液体吸热后蒸发为蒸汽，并流动至热管的冷凝端11释放出热量，加热来自气化炉的低温(100-200℃之间)气化燃气，使其升温至300℃以上，从而能够在外部天然气热源撤离后仍能够继续稳定燃烧。中高温热管内的高温工作介质蒸汽在冷凝端11放热后冷凝为液态，液态工作介质在管内吸液芯或自身重力作用下重新回到蒸发端2进行下一个吸热放热循环。
6、s3，根据锅炉和热风炉在内的后续用热设备反馈的温度和流量信号，智能监测与控制气化炉和燃气燃烧器的实际运行负荷。
7、其中，负荷情况由热用户一侧根据各传感器信号判断提供，本发明专利使用热用户一侧提供的数据并执行相关的自动控制操作。至于热用户一侧如何判断和提供这一数据，不属于本专利所涉及的内容。
8、在步骤s1中，以天然气等具有较高热值的清洁气态燃料作为燃料进行燃烧。
9、在步骤s1中，空气发生器连续产生的高温空气温度超过500℃。
10、在步骤s1中，高温空气流向气化炉底部作为气化空气，在启动初期在气化炉的氧化区全截面上实现快速、均匀点火，高温空气还通过管道引入至引射式燃烧器的中心喷管或环缝内作为引射/助燃空气实现燃气快速稳定燃烧。
11、在步骤s2中，中高温热管的启动过程为：气化燃气燃烧后产生的高温火焰及烟气，在流经中高温热管的蒸发端时释放热量，使得蒸发端的工作介质吸热后由液态蒸发为蒸汽状态，并流动至热管的冷凝端；随后被温度较低的气化燃气冷却后释放出热量，处于100-200℃之间的低温气化燃气被加热升温至300℃以上；中高温热管内的工作介质在冷凝端放出热量后由蒸汽状态冷凝为液态，液态工作介质在管内吸液芯或自身重力作用下重新回到蒸发端进行下一个吸热、放热循环。
12、在步骤s2中，中高温热管的冷凝端将粗燃气温度加热至稳定燃烧温度以上后，引射空气和气化空气均可切换至普通空气预热器。
13、在步骤s2中，当燃烧稳定后，采用天然气等燃料加热的蓄热式高温空气发生装置停止运行，同时关闭相应管道上的阀门；开启位于锅炉或热风炉尾部的普通空气预热器上的阀门以及鼓风机，由普通空气预热器产生200℃的热空气进入引射器的中心或环缝喷管，完成引射燃气升压以及助燃的过程。
14、在步骤s3中，至少采用两级空气引射方式，每一级引射空气采用中心喷嘴引射或环缝引射方式，引射器中心喷管内的空气流速在40m/s以上。
15、在步骤s3中，正常运行阶段自动控制过程包括：
16、步骤1，周期性采集终端热用户的温度、压力以及流量数据并根据标定公式估算终端热用户当前实际所需负荷率；
17、步骤2，根据终端热用户的估算负荷率估算换热设备和产热设备当前实际所需空气量以及烟气排放总量；
18、步骤3，判断估算负荷率是否为零，若是，则将产热设备中的鼓风机、振动电机以及上料电机立刻停止运行，将电磁阀1-3立刻全部关闭，将排渣电机和引风机延迟一段时间再停止运行，同时返回步骤1；
19、步骤4，若估算负荷率不为零，则周期性采集引射式燃烧器出口温度传感器的数据并判断是否出现熄火，若否，则返回数据采集步骤，若是，则启动电子打火器再返回数据采集步骤；
20、步骤5，若估算负荷率不为零，则同步判断产热及换热设备鼓引风机、上料、振动以及排渣设备与负荷相关电机的当前功率是否与估算负荷率相匹配，若否，则根据估算负荷率等比例调节相关电机功率使得与估算负荷率相匹配；
21、步骤6，若与负荷相关电机的当前功率与估算负荷率相匹配，则全开电磁阀1，计算当前估算负荷率下使第一级引射管内空气流速处于设定范围的电磁阀2开度；判断电磁阀2所需开度是否大于零，若是，则将电磁阀1全开，电磁阀2按计算开度执行调节并返回步骤1；若否，则将电磁阀1全开，关闭电磁阀2，同时返回步骤1。
22、结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
23、1.本发明的蓄热式高温空气发生装置产生的高温空气分为两部分，一部分作为气化炉点火空气，另一部分通过管道引入至引射式燃烧器的中心喷管，即可以作为引射空气，此时引射空气也是助燃空气，又兼起到高温助燃的作用，高温条件能够改善气化炉启动初期点火困难的问题；采用蓄热方法加热水蒸气，产生高温水蒸气用于气化过程，增大燃气中的氢气含量，改善启动过程的燃烧性能。
24、2.本发明采用两级甚至多级引射方式，配合高温热管的加热作用，至少可以保证在负荷变化时第一级引射器内的引射空气仍然具有很高的流速，从而仍能高效地起到增压、加强混合以及稳燃的作用。
25、3.本发明采用智能监测与控制方式实现负荷变化过程中的燃烧稳定性调节；通过控制阀门降低其中一级引射器内的引射空气流量，另一级引射器内的空气流量(也即流速)随之上升，从而可以继续保证其引射性能；引射的主要作用有两个：作用一是使得燃气升压并在气化炉上方形成负压，避免燃气泄露；作用二是引射之后使得燃气和空气充分混合从而保证燃尽。
26、与传统点火系统相比，本发明的核心创新点如下：
27、1.点火启动阶段蓄热式点火、稳燃系统实现上吸式气化炉的超快速且均匀地点火，解决传统上吸式气化炉启动困难、启动周期过长的难题；
28、2.正常运行阶段中高温热管稳燃系统实现了气化炉低热值燃气的持续稳定燃烧，解决传统上吸式气化炉因燃气热值低、温度低而在正常运行阶段也容易出现熄火的问题，以上两点组合在一起，实现传统上吸式气化炉的快速点火和持续稳定地燃烧。
29、3.正常运行阶段负荷变化时，燃烧器多级引射的设计，以及中高温热管对于燃气的加热稳燃作用，解决了常规引射式燃气器负荷调节困难的难题。而且，引射式燃烧本身可实现燃气增压，无需使用传统的燃气增压风机，克服了燃气增压风机增压过程必须先进行焦油脱除、飞灰净化的难题。
1.一种热管控温全预混多级引射式燃气燃烧器的控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述热管控温全预混多级引射式燃气燃烧器的控制方法，其特征在于，在步骤s1中，以天然气在内的清洁气态能源作为燃料进行燃烧。
3.根据权利要求1所述热管控温全预混多级引射式燃气燃烧器的控制方法，其特征在于，在步骤s1中，空气发生器连续产生的高温空气温度超过500℃。
4.根据权利要求1所述热管控温全预混多级引射式燃气燃烧器的控制方法，其特征在于，在步骤s1中，高温空气流向气化炉底部作为气化空气，在启动初期在气化炉的氧化区全截面上实现快速、均匀点火，高温空气还通过管道引入至引射式燃烧器的中心喷管或环缝内作为引射/助燃空气实现燃气快速稳定燃烧。
5.根据权利要求1所述热管控温全预混多级引射式燃气燃烧器的控制方法，其特征在于，在步骤s2中，中高温热管的启动过程为：
6.根据权利要求1所述热管控温全预混多级引射式燃气燃烧器的控制方法，其特征在于，在步骤s2中，中高温热管的冷凝端将粗燃气温度加热至稳定燃烧温度以上后，引射空气和气化空气均可切换至普通空气预热器。
7.根据权利要求1所述热管控温全预混多级引射式燃气燃烧器的控制方法，其特征在于，在步骤s2中，当燃烧稳定后，采用天然气加热的蓄热式高温空气发生装置停止运行，同时关闭相应管道上的阀门；开启位于锅炉或热风炉尾部的普通空气预热器上的阀门以及鼓风机，由普通空气预热器产生200℃的热空气进入引射器的中心或环缝喷管，完成引射燃气升压以及助燃的过程。
8.根据权利要求1所述热管控温全预混多级引射式燃气燃烧器的控制方法，其特征在于，在步骤s3中，至少采用两级空气引射方式，每一级引射空气采用中心喷嘴引射或环缝引射方式。
9.根据权利要求8所述热管控温全预混多级引射式燃气燃烧器的控制方法，其特征在于，引射器中心喷管内的空气流速在40m/s以上。
10.根据权利要求1所述热管控温全预混多级引射式燃气燃烧器的控制方法，其特征在于，在步骤s3中，正常运行阶段自动控制过程包括：
