沼气燃烧监控装置及方法

技术领域

本发明涉及烟草加工领域，尤其涉及一种沼气燃烧监控装置及方法。

背景技术

沼气燃烧系统是将制烟企业生产的废水经过厌氧发酵处理后产生的沼气经过收集、稳压后在沼气燃烧器(也可称为火炬装置)内进行点火、燃烧，这样，就可通过燃烧的方式消耗掉废弃的沼气，从而起到环境保护的作用。

在沼气燃烧过程中，对于整个燃烧状态(包括点火阶段、燃烧阶段、熄火阶段等)的正确监测对点火安全、稳定燃烧以及环境保护起着至关重要的作用。如果只是根据一定时间内的点火温度作为点火成功的判断依据，因外界环境影响或温度仪表出现问题造成点火失败，系统将会处于反复的启动点火、停止点火状态，严重影响火炬运行效率；如果在正常燃烧过程出现突然熄火现象，沼气得不到及时燃烧，大量沼气通入大气，严重造成环境污染；另外，沼气燃烧器停用时，如相关的供气阀组出现内漏情况，也会造成沼气流入大气，严重造成环境污染。

发明内容

由此，本发明旨在提供一种沼气燃烧监控装置及方法，可以对整个沼气燃烧状态进行全面监控。

本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种沼气燃烧监控装置，其中包括：

燃烧控制器、稳压气柜、沼气燃烧器以及所述稳压气柜与所述沼气燃烧器之间的沼气输送管道，还包括：设置在所述沼气输送管道上的流量电控仪表、设置在所述沼气燃烧器的燃烧室内部的火焰探测器以及温度电控仪表；

所述流量电控仪表、所述火焰探测器以及所述温度电控仪表分别与所述燃烧控制器电信号连接；

其中，所述流量电控仪表用于监测沼气输送管道内的沼气输送流量数据；所述火焰探测器用于监测所述沼气燃烧器内的火焰燃烧状态；所述温度电控仪表用于监测所述沼气燃烧器内的温度变化。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述装置还包括与所述燃烧控制器电信号连接的气位仪表以及供气阀组；

所述气位仪表安装在所述稳压气柜上，用于监测所述稳压气柜的沼气量；

所述供气阀组安装在所述沼气输送管道上，用于调节及通断所述稳压气柜向所述沼气燃烧器的点火单元供气。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述供气阀组包括在所述沼气输送管道上并联设置的开关电磁阀和比例调节阀；

其中，所述开关电磁阀用于控制沼气供气的通断，所述比例调节阀用于调节沼气供气的供气量。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述装置还包括与所述燃烧控制器电信号连接的报警模块，所述报警模块用于输出警示信号。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述报警模块集成在与所述燃烧控制器电信号连接的上位机中。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述火焰探测器采用如下任一种：紫外火焰探测器、红外火焰探测器、紫外及红外混合探测器。

第二方面，本发明提供了一种沼气燃烧监控方法，其中包括：

在达到预设点火条件后，开启阀门向沼气燃烧器的点火单元供气并触发点火单元执行点火操作；

对沼气燃烧器的燃烧室进行火焰探测和/或温升值检测；

根据火焰探测结果和/或温升值检测结果，判断是否点火成功；

在判定点火成功后，持续跟踪沼气燃烧器的燃烧室内的火焰状态；

根据所述火焰状态，判定沼气燃烧器的燃烧室是否熄火；

在判定熄火后，关闭阀门并持续监测沼气输送管道内的沼气流量数据；

根据所述沼气流量数据，判定是否发生沼气泄漏。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述预设点火条件包括：

监测稳压气柜的气位数据是否达到预设阈值；

若达到，则在预设时间内执行点火操作；

若未达到，则在监测气位数据的同时，持续监测沼气输送管道内的沼气流量数据；

根据所述沼气流量数据，判定是否发生沼气泄漏。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述方法还包括：

在沼气燃烧器点火成功后的燃烧过程中，持续监控稳压气柜的气位数据；

根据所述气位数据，调节向沼气燃烧器的供气量并决策是否进入正常熄火程序。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述方法还包括：

结合所述气位数据以及所述火焰状态，判定沼气燃烧器的燃烧室是否发生异常熄火；

若判定发生异常熄火，则输出异常熄火报警信号。

本发明的构思在于通过设置在沼气输送管道上的流量电控仪表、设置在沼气燃烧器的燃烧室内部的火焰探测器以及温度电控仪表，可以实现对沼气输送管道内的沼气输送流量数据进行监测，以及可以在整个燃烧过程中监测沼气燃烧器内的火焰燃烧状态和/或温度变化，从而为点火有效性、异常熄火以及阀门泄漏提供了可靠的监控架构，进而可以实现对整个沼气燃烧过程予以全面且精准的安全及效率管控。

进一步地，结合上述硬件架构，还可以配置相应的监控方式，从而相比现有技术，本发明至少能够达到如下效果：

(1)点火时，可以在一定的点火时间内检测沼气燃烧器的燃烧室内的温升数值和/或火焰探测结果作为点火成功的判断条件，而不是仅依据燃烧室的温度是否达到预设值作为判断条件，因此能够有效防止在不同季节，因环境温度差异需要设置不同的点火温度阈值，此外还可以有效防止因为温度阈值设值不当，造成反复出现点火失败的情况。

(2)在点火成功后，通过火焰探测器可以实时自动跟踪火焰状态，配合供气量的变化可以决策熄火情况是否正常，且在异常熄火后还可以借由报警模块输出警示信号。

(3)可以在沼气燃烧器处于停燃状态时(包括点火前、正常燃烧后、异常熄火关断后)，通过监控沼气输送管道中的沼气流量，判定是否存在阀门关闭不到位的情况，即监控到因阀门导致的燃气泄露问题，并可以发出相应的泄露警示信息，因而可以有效避免环境污染。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步描述，其中：

图1为本发明实施例提供的沼气燃烧监控装置的示意图；

图2为本发明实施例提供的沼气燃烧监控方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明提供了一种沼气燃烧监控的硬件方案的实施参考，结合图1所示，该沼气燃烧监控装置可以包括：燃烧控制器1、稳压气柜2、沼气燃烧器3以及所述稳压气柜2与所述沼气燃烧器3之间的沼气输送管道4，尤其地，还可以包括：设置在所述沼气输送管道4上的流量电控仪表5、设置在所述沼气燃烧器3的燃烧室内部的火焰探测器6以及温度电控仪表7。

其中，所述流量电控仪表5、所述火焰探测器6以及所述温度电控仪表7分别与所述燃烧控制器1电信号连接(图中以虚线示意电连接关系，并且可以理解的是，沼气燃烧器和稳压气柜在实际操作中也可以与燃烧控制器电信号连接，此处不作赘述)。所述流量电控仪表5用于监测沼气输送管道4内的沼气输送流量数据；所述火焰探测器6用于监测所述沼气燃烧器3内的火焰燃烧状态；所述温度电控仪表7用于监测所述沼气燃烧器3内的温度变化。

通过上述装置实施例，可以借由所述火焰探测器6、所述温度电控仪表7以及流量电控仪表5所发送的信号，对点火状态、燃烧状态、熄火状态以及泄漏情况进行有效监控。具体的监控方式可以依据上述硬件架构按需设计，这里仅仅提供一种示意性的介绍：

例如可以通过所述火焰探测器6、所述温度电控仪表7作为沼气燃烧器3点燃及燃烧时的实际状态检测手段，如检测到沼气燃烧器温升达到预置的设定值和/或探测到连续的火焰信号，则可以认为是点火成功状态，反之则可以认为是点火未成功，并可以经由与燃烧控制器1电信号连接的报警模块输出警示信号，报警模块可以是如声、光、语音等报警器件，更佳地，也可以结合图1所示在与燃烧控制器1电信号连接的上位机100中予以提示或显示相关状态信息，包括集成上述报警模块，而对于如何显示状态、如何输出报警信息等，本发明可以不做限定，而需要指出的是，相应地，在实际操作中燃烧控制器1可以理解为下位机，并可以借鉴已有技术予以实施。

上述火焰探测器6除了在点火阶段辅助监控点火成功与否，在点火成功后的燃烧过程中也可以但不限于用来监测燃烧室内的火焰是否发生熄灭(无论是沼气耗尽后正常的自动熄火，还是因意外情况导致的突发异常熄火)，均可以可靠捕获到，例如一旦检测到正常燃烧时突发火焰状态丢失，便可以及时关断相应的供气阀门，避免对大气造成环境污染，还可以结合前文示例，由报警模块输出异常熄火的警示信息，对此本发明不作赘述和限定。在实际操作中，所述火焰探测器6可以采用如下任一种：紫外火焰探测器、红外火焰探测器、紫外及红外混合探测器。

接续前文，关于流量电控仪表5，则可以作为沼气输送管路中的流量监控手段，一方面可以用于显示沼气燃烧器供气的稳定性，更佳地，也可以用来检测沼气是否发生泄露，例如沼气燃烧器停燃时(无论是点火前还是熄火后)，假设相关阀门关不严，流量电控仪表5必然会产生读数，则可以提示沼气可能存在泄漏风险，相应地，可以通过前述报警模块上位机做出泄漏报警指示，提醒操作人员进行处理.避免造成大气污染。

在上述实施例基础上，还可以结合图1说明的是，所述装置还可以包括与所述燃烧控制器1电信号连接的气位仪表10以及供气阀组20，具体地，所述气位仪表10可以安装在所述稳压气柜2上，用于监测所述稳压气柜2的沼气量，而所述供气阀组20安装在所述沼气输送管道4上，用于调节及通断所述稳压气柜2向所述沼气燃烧器3的点火单元供气。在实际操作中，为了实现通断及调节两种功能，优选地该供气阀组20可以具体包括在所述沼气输送管道4上并联设置的开关电磁阀21和比例调节阀22，其中，所述开关电磁阀21用于控制沼气供气的通断，所述比例调节阀22用于调节沼气供气的供气量。

结合示例而言，制造环节产生的沼气会收集在稳压气柜内，而安装在稳压气柜上的气位仪表则可以用来反映沼气的收集量，进而可以再根据气位变化来控制、调节前述供气阀组。也即是说，可以将气位仪表作为沼气稳压柜的气位显示与供气阀组和沼气燃烧器的点火、然后进行联锁调控，这里仅以示意性地，提供如下参考：例如可通过设定不同的气位限值，一方面可用来打开阀门并触发点火，另一方面还可以在燃烧过程中监测气位变化，实施通过诸如PID方式控制供气量，比如气位高度越高，则可以使比例调节阀的开度增加以加大沼气供气量，反之如果气位高度越低，则可以使比例调节阀的开度减小，以减少供沼气量等等，上述方式仅为基于前文提供的装置架构的实施参考，而非对上述装置实施例及其优选方案的限定。

综上所述，本发明的构思在于通过设置在沼气输送管道上的流量电控仪表、设置在沼气燃烧器的燃烧室内部的火焰探测器以及温度电控仪表，可以实现对沼气输送管道内的沼气输送流量数据进行监测，以及可以在整个燃烧过程中监测沼气燃烧器内的火焰燃烧状态和/或温度变化，从而为点火有效性、异常熄火以及阀门泄漏提供了可靠的监控架构，进而可以实现对整个沼气燃烧过程予以全面且精准的安全及效率管控。

结合前述设备硬件方案，本发明还相应地进一步提供了基于前述装置架构的沼气燃烧监控方法供实施参考，具体地可以如图2所示，主要包括如下过程：

步骤S1、在达到预设点火条件后，开启阀门向沼气燃烧器的点火单元供气并触发点火单元执行点火操作；

步骤S2、对沼气燃烧器的燃烧室进行火焰探测和/或温升值检测；

步骤S3、根据火焰探测结果和/或温升值检测结果，判断是否点火成功；

步骤S4、在判定点火成功后，持续跟踪沼气燃烧器的燃烧室内的火焰状态；

步骤S5、根据所述火焰状态，判定沼气燃烧器的燃烧室是否熄火；

步骤S6、在判定熄火后(正常或异常皆可)，关闭阀门并持续监测沼气输送管道内的沼气流量数据；

步骤S7、根据所述沼气流量数据，判定是否发生沼气泄漏。

这里需指出的，其中所述预设点火条件可以按需设定，例如可以通过监测稳压气柜的气位数据是否达到预设阈值，如果达到了，则可以在预设时间内(比如60秒)执行点火操作，并且还可以进一步说明的是，可以通过前述燃烧室内的温升变化和/或火焰状态，判定是否点火成功，例如60s内温升值未达到预设要求和/或未检测到火焰信号，则表明点火失败，此时还可以通过报警方式输出点火无效警示信息，并按一定的时间或既定条件复位以重新监控点火条件进行二次自动点火等，对此本发明可以不作限定；接续前文，如果未达到条件，则说明沼气收集量不到点火条件，因而可以持续监测气位数据，同时，由于当前处于供气阀门的关闭状态，还可以持续监测沼气输送管道内的沼气流量数据，根据所述沼气流量数据，判定是否发生沼气泄漏，比如在监测到气位未达到预设低限值，但监测到接入沼气燃烧器的管路中存在流量示值，则表明大概率存在泄漏情况，此时可以输出泄漏报警信息引起注意。也即是说，本优选构思是指，除了步骤S7提及的熄火且关闭阀门后对管路流量进行跟踪，还可以在点火前实时监测泄漏情况。

此外，如前文提及，在沼气燃烧器点火成功后的燃烧过程中，还可以通过持续监控稳压气柜的气位数据来进行供气调控，例如气位指示超过某预设高限值，则表明稳压柜收集了较多的待处理沼气，此时可以加大阀门开度，提升供气量以加速消耗沼气，而一旦气位提示当前收集量低于某预设低限值，则表明稳压柜内收集的沼气已被燃烧消耗殆尽，而无需再燃烧，此时可以减小供气阀门开度或者可以决策进入正常的自动熄火控制程序。

在此构思基础上，还可以考虑在沼气燃烧器点火成功后的燃烧过程中，结合所述气位数据以及所述火焰状态，判定沼气燃烧器的燃烧室是否发生异常熄火，比如点火成功进入燃烧阶段后发现丢失了火焰状态信号，但此时的气位并未到达下限值，则表明可能发生了异常，导致燃烧室非正常熄火了，此时，则可以输出异常熄火报警信号，并按前文步骤S7所述关闭掉相关阀门(还可以在此时开始监控管路流量，持续监测泄漏事件)。

本发明实施例中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示单独存在A、同时存在A和B、单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项”及其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项或复数项的任意组合。例如，a，b和c中的至少一项可以表示：a，b，c，a和b，a和c，b和c或a和b和c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，但以上仅为本发明的较佳实施例，需要言明的是，上述实施例及其优选方式所涉及的技术特征，本领域技术人员可以在不脱离、不改变本发明的设计思路以及技术效果的前提下，合理地组合搭配成多种等效方案；因此，本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。