一种玻璃纤维池窑的燃烧系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及玻璃纤维池窑拉丝生产技术领域，特别涉及一种玻璃纤维池窑的燃烧系统及其控制方法。

背景技术

目前，玻璃纤维常采用玻璃纤维池窑法生产，在生产过程中，通常是在玻璃纤维池窑碹顶或胸墙上设置烧枪，利用烧枪产生的高亮火焰及高温烟气持续对池窑中的玻璃配合料进行加热，直至生成合格的玻璃液用于玻璃纤维成型。

玻璃纤维池窑法生产过程中，池窑燃烧控制系统作为核心设备，直接关系到玻璃纤维生产效率和生产成本。相关技术中，玻璃纤维池窑生产中通常利用化石能源的燃烧产生的热量以使配合料熔化成玻璃液，然而，这种方式不仅燃烧效率较低，并且会消耗大量的化石能源同时产生大量的二氧化碳气体，据不完全统计，目前生产一吨玻璃纤维，熔制工段需排放至少400kg二氧化碳气体；玻璃纤维生产节能降碳已迫在眉睫。

因此，基于上述问题，有必要提供一种玻璃纤维池窑的燃烧系统及其控制方法。

发明内容

本发明实施例提供了一种玻璃纤维池窑的燃烧系统及其控制方法，能够解决相关技术中玻璃池窑的燃烧系统的能源消耗大、污染性较强和燃烧效率较低的技术问题。

第一方面，本发明提供了一种玻璃纤维池窑的燃烧系统，该系统包括燃料输送管道100、燃烧枪200、玻璃纤维池窑300和智能控制装置400；其中：

所述燃料输送管道100包括氢气管道101、天然气管道102、氧气管道103和混气管道104，所述氢气管道101的输出端和所述天然气管道102的输出端均通过混气装置1001与所述混气管道104的输入端相连接，所述混气管道104的输出端和所述氧气管道103的输出端均与所述燃烧枪200相连接；

所述燃烧枪200位于所述玻璃纤维池窑300内壁，用于点燃所述混气管道104和所述氧气管道103中的气体，以加热所述玻璃纤维池窑300；

所述智能控制装置400与所述燃料输送管道100和所述玻璃纤维池窑300电连接，用于根据所述玻璃纤维池窑300输出的电信号，以分别调节所述混气管道104中和所述氧气管道103中的氢气、天然气和氧气流量。

优选地，所述玻璃纤维池窑300内设有温度检测器301和气体检测器302，所述温度检测器301和所述气体检测器302分别用于检测所述玻璃纤维池窑300内部的温度和氧气含量并向所述智能控制装置400输出电信号；

沿输入端向输出端，所述氢气管道101、所述氧气管道103和所述天然气管道102的中部均依次设置有第一压力变送器105、气体过滤器106、调压器107、安全切断器108、热值检测器109、流量计量器110、第二压力变送器111和流量调节器112。

优选地，所述智能控制装置400分别与所述温度检测器301、所述气体检测器302和所述流量调节器112电连接，用于根据所述温度检测器301和所述气体检测器302输出的电信号控制所述流量调节器112，以分别调节所述混气管道104中和所述氧气管道103中的氢气、天然气和氧气流量。

优选地，所述氢气管道101和所述天然气管道102的中部还设有单向阀113，所述单向阀113位于所述混气装置1001和所述流量调节器112之间，用于防止所述氢气管道101中和所述天然气管道102中的气体回流。

优选地，所述氢气管道101、所述氧气管道103和所述天然气管道102的外部均设有气体检漏器114，所述气体检漏器114与所述智能控制装置400电连接，所述气体检漏器114用于检测所述氢气管道101、氧气管道103和天然气管道102的漏气量并向所述智能控制装置400输出电信号；

所述智能控制装置400与安全切断器108电连接，用于根据所述气体检漏器114输出的电信号控制所述安全切断器108的开关。

优选地，所述混气管道104的输出末端和所述氧气管道103的输出末端均设有防回火装置115，所述防回火装置115用于防止所述燃烧枪200的火焰向所述燃料输送管道100传播。

第二方面，本发明提供了一种第一方面任一项所述的玻璃纤维池窑的燃烧系统的控制方法，该控制方法包括：

按照预设比例分别通过混气管道104和氧气管道103向玻璃纤维池窑300中输送天然气、氢气和氧气；

利用燃烧枪200点燃玻璃纤维池窑300中的气体，以加热玻璃纤维池窑300；

根据玻璃纤维池窑300输出的电信号，分别调整混气管道104中和氧气管道103中的氢气、天然气和氧气的流量。

优选地，所述根据所述玻璃纤维池窑300输出的电信号，分别调整所述混气管道104中和氧气管道103中的氢气、天然气和氧气的流量包括：

分别利用温度检测器301和气体检测器302检测玻璃纤维池窑300中的实际温度和实际氧气含量，该实际温度和该实际氧气含量转化为电信号反馈至所述智能控制装置400；

根据所述电信号、所述玻璃纤维池窑300的预设温度和所述玻璃纤维池窑300的预设燃烧氛围，分别调整所述混气管道104中和氧气管道103中的氢气、天然气和氧气的流量。

优选地，所述混气管道中的气体流量通过如下公式进行调整：

V＝k×│T

式中，V为所述混气管道中的气体流量，T

优选地，所述混气管道和所述氧气管道中的氢气、天然气和氧气满足如下反应方程式：

mH

式中，m为玻璃纤维池窑中氢气的体积百分比含量；当所述玻璃纤维池窑的燃烧氛围为还原态时，n为0.9～1；当所述玻璃纤维池窑的燃烧氛围为氧化态时，n为1～1.15。

本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：

在本发明中的玻璃纤维池窑的燃烧系统，通过将燃料输送管道设置为氢气管道、天然气管道和氧气管道，燃烧枪位于玻璃纤维池窑内，燃烧枪能够将燃料输送管道中的氢气、天然气和氧气点燃以加热玻璃纤维池窑，玻璃纤维池窑采用氢气和天然气掺杂并加以氧气助燃，因此，不仅能够降低化石能源的消耗，而且能够实现低碳排放；同时，本发明中的燃烧系统还包括智能控制装置，智能控制装置分别与燃料输送管道和玻璃纤维池窑电连接，燃烧过程中，智能控制装置能够根据玻璃纤维池窑内发出的电信号，实时控制燃料输送管道和氧气管道中的氢气、天然气和氧气流量，从而能够准确控制玻璃纤维池窑中的温度和燃烧气氛，提高燃烧效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种玻璃纤维池窑的燃烧系统结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种玻璃纤维池窑的燃烧系统结构示意图；

图3是本发明实施例提供的又一种玻璃纤维池窑的燃烧系统结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种玻璃纤维池窑的燃烧系统的控制方法流程图；

图中：100-燃料输送管道；200-燃烧枪；300-玻璃纤维池窑；400-智能控制装置；1001-混气装置；101-氢气管道；102-天然气管道；103-氧气管道；104-混气管道；301-温度检测器；302-气体检测器；105-第一压力变送器；106-气体过滤器；107-调压器；108-安全切断器；109-热值检测器；110-流量计量器；111-第二压力变送器；112-流量调节器；113-单向阀；114-气体检漏器；115-防回火装置；116-膜盒压力器；117-低压压力开关；118-高压压力开关。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种玻璃纤维池窑的燃烧系统，包括燃料输送管道100、燃烧枪200、玻璃纤维池窑300和智能控制装置400；其中：

燃料输送管道100包括氢气管道101、天然气管道102、氧气管道103和混气管道104，氢气管道101的输出端和天然气管道102的输出端均通过混气装置1001与混气管道104的输入端相连接，混气管道104的输出端和氧气管道103的输出端均与燃烧枪200相连接；

燃烧枪200位于玻璃纤维池窑300内壁，用于点燃混气管道104和氧气管道103中的气体，以加热玻璃纤维池窑300；

智能控制装置400与燃料输送管道100和玻璃纤维池窑300电连接，用于根据玻璃纤维池窑300输出的电信号，以分别调节混气管道104和氧气管道103中的氢气、天然气和氧气流量。

如图1所示，本实施例中的玻璃纤维池窑的燃烧系统，通过将燃料输送管道100设置为氢气管道101、天然气管道102和氧气管道103，燃烧枪200位于玻璃纤维池窑300内，燃烧枪200能够将燃料输送管道100中的氢气、天然气和氧气点燃以加热玻璃纤维池窑300，玻璃纤维池窑300采用氢气和天然气掺杂并加以氧气助燃，因此，不仅能够降低化石能源的消耗，而且能够实现低碳排放；同时，本发明中的燃烧系统还包括智能控制装置400，智能控制装置400分别与燃料输送管道100和玻璃纤维池窑300电连接，燃烧过程中，智能控制装置400能够根据玻璃纤维池窑300内发出的电信号，实时控制燃料输送管道100和氧气管道103中的氢气、天然气和氧气流量，从而能够提高燃烧效率，准确控制玻璃纤维池窑300中的温度和燃烧气氛。

如图2所示，根据一些优选的实施方式，玻璃纤维池窑300内设有温度检测器301和气体检测器302，温度检测器301和气体检测器302分别用于检测玻璃纤维池窑300内部的温度和氧气含量并向智能控制装置400输出电信号；

沿输入端向输出端，氢气管道101、氧气管道103和天然气管道102的中部均依次设置有第一压力变送器105、气体过滤器106、调压器107、安全切断器108、热值检测器109、流量计量器110、第二压力变送器111和流量调节器112。

需要说明的是，本实施例中的氢气管道101、天然气管道102和氧气管道103的输入端分别连接氢气气源、天然气气源和氧气气源，气源可以是管道气，也可以是液氢、液态天然气或液氧，气源的供应压力应大于燃烧枪200处的压力，氢气的压力应大于100kPa，天然气、氧气的压力应大于70kPa，特别的，氢气的压力要大于天然气的压力。

根据一些优选的实施方式，智能控制装置400分别与温度检测器301、气体检测器302和流量调节器112电连接，用于根据温度检测器301和气体检测器302输出的电信号控制流量调节器112，以分别调节混气管道104和氧气管道103中的氢气、天然气和氧气流量。

本实施例中，如图2所示，可以在玻璃纤维池窑300的顶部分别设置温度检测器301和气体检测器302，燃料输送管道100中的氢气管道101、氧气管道103和天然气管道102的末端均设有流量调节器112，燃烧过程中，温度检测器301能够实时检测玻璃纤维池窑300熔化空间内的温度，气体检测器302能够实施检测玻璃纤维池窑300熔化空间内的氢气、一氧化碳和氧气的浓度来判定玻璃纤维池窑300内的燃烧气氛，温度检测器301和气体检测器302将检测得到的数据以电信号的方式传输到智能控制装置400，智能控制装置400通过分别控制氢气管道101、氧气管道103和天然气管道102末端的流量调节器112，从而调节天然气氢气混合气和氧气的配合比例，进而实现玻璃纤维池窑300空间温度和燃烧气氛的实时控制。

继续参考图2，沿燃料输送管道的输入端向输出端，氢气管道101、氧气管道103和天然气管道102的中部均依次设有压力变送器、气体过滤器106、调压器107、安全切断器108、热值检测器109、流量计量器110和流量调节器112；其中，压力变送器能够将感受到的管道中的气体压力参数转变成标准的电信号，进行以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节；气体过滤器106能够分别对氢气管道101、氧气管道103和天然气管道102中的气体进行过滤，以分别去除气体中的杂质；调压器107能够保证管道中的气体在输送过程中具有稳定的压力，本实施例中的调压器107为手动调节装置，安全切断器108与智能控制装置400电连接，为了保证燃料系统中各个电磁阀、压力开关和检测装置以及智能控制装置400的正常工作，当发生断电时，安全切断器108能够及时开启阻止燃料输送管道100中氢气、天然气和氧气的输送；热值检测器109与智能控制装置400电连接，在燃烧过程中，热值检测器109实时检测气体的热值大小，并将检测数据传输到智能控制装置400。

根据一些优选的实施方式，氢气管道101和天然气管道102的中部还设有单向阀113，单向阀113位于混气装置1001和流量调节器112之间，用于防止氢气管道101和天然气管道102中的气体回流。

本实施例中，如图3所示，氢气管道101、天然气管道102和氧气管道103的中部均还设有多个膜盒压力器116、低压压力开关117、高压压力开关118；其中，低压压力开关117位于调压器107和安全切断器108之间，高压压力开关118位于热值检测器109和安全切断器108之间，低压压力开关和高压压力开关能够在管道压力超限后及时将信号传输至智能控制装置，使得安全切断器及时响应；例如，氢气管道101中可以包括4个膜盒压力器116，其中，一个膜盒压力器116位于压力变送器和气体过滤器106之间，一个膜盒压力器116位于气体过滤器106和调压器107之间，一个膜盒压力器116位于调压器107和低压压力开关117之间，一个膜盒压力器116位于高压压力开关118和流量计量器110之间。

根据一些优选的实施方式，氢气管道101、氧气管道103和天然气管道102的外部均设有气体检漏器114，气体检漏器114与智能控制装置400电连接，气体检漏器114用于检测氢气管道101、氧气管道103和天然气管道102的漏气量并向智能控制装置400输出电信号；

智能控制装置400与安全切断器108电连接，用于根据气体检漏器114输出的电信号控制安全切断器108的开关。

本实施例中，可以在氢气管道101、氧气管道103和天然气管道102的外部设置气体检漏器114，也可以在玻璃纤维池窑300的外部设置气体检漏器114，气体检漏器114能够实时检测管道外部或玻璃纤维池窑300外部的气体泄露量，并将检测值传输至智能控制装置400，当气体泄露量达到天然气和氢气的爆炸极限范围时，智能控制装置400能够及时将管道中的安全切断器108打开并报警提示；天然气的爆炸极限是5％～15％、氢气的爆炸极限是4％～75％。

根据一些优选的实施方式，混气管道104的输出末端和氧气管道103的输出末端均设有防回火装置115，防回火装置115用于防止燃烧枪200的火焰向燃料输送管道100传播。

本实施例中，分别在混气管道104和氧气管道103连接燃烧枪200之前的的输出末端处设置防回火装置115，能够隔绝燃烧枪200中的火焰反向传播，防止出现安全问题。

如图4所示，本发明还提供了上述任一项所述的玻璃纤维池窑300的燃烧系统的控制方法，该控制方法包括：

按照预设比例分别通过混气管道104和氧气管道103向玻璃纤维池窑300中输送天然气、氢气和氧气；

利用燃烧枪200点燃玻璃纤维池窑300中的气体，以加热玻璃纤维池窑300；

智能控制装置400根据玻璃纤维池窑300输出的电信号，分别调整混气管道104中和氧气管道103中的氢气、天然气和氧气的流量。

本实施例中，通过将特定比例的天然气和氢气经过混气装置1001进入混气管道104，氧气管道103中的氧气和混气管道104中的天然气和氢气输送至玻璃纤维池窑300，并利于燃烧枪200加以点燃，燃烧形成火焰以加热玻璃纤维池窑300，燃烧过程中，智能控制装置400能够实时监控玻璃纤维池窑300内的温度和燃烧气氛，并对燃料输送管道100中的气体流量大小进行调节，从而实现玻璃纤维池窑300内温度制度和燃烧气氛参数的准确控制。

根据一些优选的实施方式，智能控制装置400根据玻璃纤维池窑300输出的电信号，分别调整混气管道104和氧气管道103中的氢气、天然气和氧气的流量包括：

分别利用温度检测器301和气体检测器302检测玻璃纤维池窑300中的实际温度和实际一氧化碳、氢气、氧气含量，该实际温度和该实际气体含量转化为电信号反馈至智能控制装置400；

智能控制装置400根据电信号、玻璃纤维池窑300的预设温度和玻璃纤维池窑300的预设燃烧氛围，分别调整混气管道104和氧气管道103中的氢气、天然气和氧气的流量。

玻璃纤维池窑法的生产过程中，玻璃纤维池窑300内的温度制度和燃烧气氛是池窑稳定运行的关键，本实施例中通过在玻璃纤维池窑300的碹顶上设置温度检测器301和气体检测器302，燃烧过程中，温度检测器301和气体检测器302能够实时检测玻璃纤维池窑300内的温度和气体含量，并将检测值传输至智能控制装置400，智能控制装置400能够实时根据温度检测器301和气体检测器302传输的数值对玻璃纤维池窑300内的温度和燃烧气氛进行监控，当玻璃纤维池窑300内的温度和燃烧气氛与预设温度和预设的燃烧气氛不符时，智能控制装置400能够实时对燃料输送管道100中的各气体流量进行调整，从而进一步实现对玻璃纤维池窑300的温度和燃烧气氛的控制。

根据一些优选的实施方式，混气管道中的气体流量通过如下公式进行调整：

V＝k×|T

式中，V为混气管道中的气体流量，T

本实施例中，当对玻璃纤维池窑300的温度进行控制时，温度检测器301能够将检测得到的玻璃纤维池窑300内的实际温度数据传输到智能控制装置400，当实际温度大于预设温度时，智能控制装置400能够通过降低天然气和氢气的流量调节器112的开度以减少流量供应，同时助燃氧气的流量调节器112的开度随天然气和氢气的减少量按照比例调整；当实际温度小于预设温度时，智能控制装置400能够通过增加天然气和氢气的流量调节器112的开度以增加流量供应，同时助燃氧气的流量调节器112的开度随天然气和氢气增加量按比例调整。

本实施例中，混气管道104中的气体流量按照上述公式进行调整，需要特别注意的是，由于玻璃纤维池窑300空间的温度变化存在一定的响应时间，如需快速使得玻璃纤维池窑300内的温度回归到设定温度，k可以为0.5，为防止温度调整过度，k值最大不应超过0.8。同时，为了实现对玻璃纤维池窑300温度更加精准的温度调控，可以根据实际控温过程中的温差动态调整参数k的取值范围，当玻璃纤维池窑300内的实际温度和预设温度的差值的绝对值为0～50℃时，k取0.1～0.5；当玻璃纤维池窑300内的实际温度和预设温度的差值的绝对值大于50℃时，k取0.5～0.8；通过以上控制手段，可使玻璃纤维池窑300内的温度波动控制在±0.5℃(k取0.1)范围内，整个燃烧系统的温度响应更加精准和快速。

根据一些优选的实施方式，混气管道和氧气管道中的氢气、天然气和氧气满足如下反应方程式：

mH

式中，m为混气管道中氢气的体积百分比含量；当玻璃纤维池窑的燃烧氛围为还原态时，n为0.9～1；当玻璃纤维池窑的燃烧氛围为氧化态时，n为1～1.15。

本实施例中，本发明将天然气和氢气混合采用纯氧助燃，在实际使用过程中随掺氢比例的增大有效降低碳排放。智能控制装置400对混气管道104和氧气管道103中的天然气、氧气和氢气进行调整时，需保证玻璃纤维池窑300内的氢气、天然气和氧气含量满足上述反应方程式，如此能够通过调节天然气、氢气和氧气配合比例，达到控制玻璃纤维池窑300炉内部的燃烧气氛，进而保证玻璃纤维生产过程中的稳定性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。