工业炉内燃料积累情况的监测方法

摘要

本发明公开了一种工业炉内燃料积累情况的监测方法，首先根据工业炉的具体构型及物流情况建立模拟模型，并通过组分输运方程计算出正常工况下冷流状态的各物流流动情况以及流场分布情况，作为流场基础数据；在工业炉炉膛内部可能作为闪爆引发源的关键控制点周围或燃料容易积累的死体积周围布置燃料浓度监测仪；最后通过燃料浓度监测仪得监测数据，结合流场基础数据和监测数据来选择采取点火或吹扫操作。本发明结合燃料爆炸极限范围采取相应方法，以此避免工业炉在危险状况下盲目强制点火运行以及在安全情况下盲目停车吹扫的问题。

权利要求

1.一种工业炉内燃料积累情况的监测方法，其特征在于，依次包括以下步骤：第一步、根据工业炉的具体构型及物流情况建立模拟模型，并通过组分输运方程计算出正常工况下冷流状态的各物流流动情况以及流场分布情况，作为流场基础数据；

第二步、在工业炉炉膛内部可能作为闪爆引发源的关键控制点周围或燃料容易积累的死体积周围布置燃料浓度监测仪，所述燃料浓度监测仪的布置原则为依照流场模拟结果中燃料、氧气流向轨迹布置；

第三步、通过燃料浓度监测仪得到监测数据，结合流场基础数据和监测数据来选择采取点火或吹扫操作，若燃料浓度进入爆炸极限范围的区域则进行吹扫操作，反之则选择采取点火操作。

2.根据权利要求1所述的工业炉内燃料积累情况的监测方法，其特征在于：可能作为闪爆引发源的关键控制点包括烧嘴、工业炉炉壁及工业炉内的辐射室顶部。

说明书

工业炉内燃料积累情况的监测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及工业炉的监测技术领域，具体涉及一种工业炉内燃料积累情况的监测方法。

背景技术

[0002] 在工业炉运行过程中，经常会出现炉膛闪爆的情况，其原因常是不同异常工况造成的炉膛内燃料积累，被广泛认知的是，工业炉开车阶段点火失败或部分烧嘴熄火后点火失败、助燃气供应异常导致熄火、燃料供应异常后恢复、烧嘴脱火等均会造成炉膛内燃料积累。当燃料与氧气混合比例进入爆炸极限便有可能被引发源引发发生爆炸。

[0003] 同样被广泛认知的是，目前工业炉炉膛燃料浓度监测的方法手段较为缺乏，普遍是通过火焰检测配合个别点可燃气体监测，当检测到火焰熄灭或者可燃气体浓度超过报警值则停止进料并紧急吹扫，以防燃料积累、炉膛闪爆。

发明内容

[0004] 针对上述工业炉内燃料浓度监测较为缺乏的缺陷，本发明提出了一种工业炉内燃料积累情况的监测方法，该方法可以判定是否具备再次点火的条件或需进行吹扫。

[0005] 其技术解决方案包括：

[0006] 一种工业炉内燃料积累情况的监测方法，依次包括以下步骤：

[0007] 第一步、根据工业炉的具体构型及物流情况建立模拟模型，并通过组分输运方程计算出正常工况下冷流状态的各物流流动情况以及流场分布情况，作为流场基础数据；

[0008] 第二步、在工业炉炉膛内部可能作为闪爆引发源的关键控制点周围或燃料容易积累的死体积周围布置燃料浓度监测仪，所述浓度监测仪的布置原则为依照流场模拟结果中燃料流股流动轨迹布置；

[0009] 第三步、通过燃料浓度监测仪得到监测数据，结合流场基础数据和监测数据来选择采取点火或吹扫方法，若燃料浓度进入爆炸极限范围的区域则进行吹扫方法，反之则选择采取点火操作。

[0010] 作为本发明的一个优选方案，上述可能作为闪爆引发源的关键控制点包括烧嘴、工业炉炉壁及工业炉内的辐射室顶部。

[0011] 当工业炉发生开车阶段点火失败或部分烧嘴熄火后重新点火失败、助燃气供应异常导致熄火、燃料供应异常后恢复、烧嘴脱火等任何一种异常工况造成炉膛内燃料积累时，本发明方法可以监测潜在引发源附近燃料浓度及浓度梯度，并结合炉膛内流场模拟结果外推得出局部甚至炉膛全局燃料浓度分布，结合燃料爆炸极限范围采取相应措施，以此避免工业炉在危险状况下盲目强制点火运行以及在安全情况下盲目停车吹扫的问题。

[0012] 当工业炉出现上述异常工况熄火时，炉膛内燃料浓度在较大范围内呈连续梯度变化，这对于把握炉膛内燃料积累情况、再次点火条件的判定形同虚设。相反，本技术方法可以监测关键点附近燃料气浓度变化趋势，并结合流场计算情况预测炉膛其他位置燃料分布场形成的“来龙去脉”，则炉膛燃料积累情况一目了然，方可判定是否具备再次点火的条件或需进行吹扫。

附图说明

[0013] 下面结合附图对本发明做进一步说明：

[0014] 图1为本发明实施例1选用的炉体结构示意图。

具体实施方式

[0015] 本发明公开了一种工业炉内燃料积累情况的监测方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

[0016] 具体的，本发明工业炉内燃料积累情况的监测方法，包括以下步骤：

[0017] 首先，根据工业炉具体构型及物流情况建立模拟模型，并通过组分输运方程计算出冷流(未点火)状态下炉膛内流场分布情况；

[0018] 其次，在炉膛内部可能作为闪爆引发源的关键控制点周围或者燃料容易积累的死体积周围，如高温火嘴、高温炉壁、辐射室顶部等位置布置燃料浓度监测仪，布置原则为依照流场模拟结果中燃料流股流动轨迹布置，从而实时监测关键点附近燃料气浓度及浓度随位置的变化趋势；

[0019] 最后，结合监测数据和流场计算数据，外推出炉膛其他位置的燃料浓度，若存在浓度进入爆炸极限范围的区域则严格进行炉膛吹扫，若全部炉膛范围内不存在燃料浓度进入爆炸极限的区域，则可以进行再次点火。

[0020] 下面结合具体实施例做详细说明。

[0021] 实施例1：

[0022] 第一步、选取典型加热炉作为技术实施对象，其炉体结构如图1所示，针对上述加热炉建立数值模拟模型，首先进行几何建模和网格划分，其次进行流场模拟，根据具体燃烧形式选取组分输运模型、传热模型、湍流模型等，本例中组分输运模型采用无反应模型，传热模型采用DO辐射模型，湍流模型采用k-ε湍流模型等，当计算收敛后，即可得到炉膛内部冷流(未点火)情况下燃烧组分如燃料、氧气等的浓度分布、流线轨迹等数据；

[0023] 第二步、根据炉膛内部流场数据，选取可能作为闪爆引发源的关键控制点，选取原则首先是烧嘴、炉管、炉壁等高温区域；其次是根据燃料、氧气流线轨迹，筛选可能存在燃料积累隐患的区域，在这些选定的关键控制点设置燃气及氧气浓度实时监测装置；

[0024] 第三步、结合监测数据和流场计算数据，外推出关键控制点周围甚至炉膛整体范围内的燃料浓度，若存在浓度进入爆炸极限范围的区域则严格进行炉膛吹扫，若全部炉膛范围内不存在燃料浓度进入爆炸极限的区域，则可以进行再次点火。

[0025] 需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员所做出的任何等同方式，或明显变型方式均应在本发明的保护范围内。