CN102944026B - 气体点火器一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气体点火器一体化装置，包括变压器套、与变压器套相连的燃气管以及与燃气管一侧相连的套管，还包括自动点火设备、点火变压器、火焰监测器、输入输出接口和PLC控制电路；自动点火设备设于变压器套内，与PLC控制电路通过输入输出接口连接；点火变压器设于变压器套内，与自动点火设备的继电器连接，受控于PLC控制电路；火焰监测器设于套管内，由燃气烧嘴、点火电极及离子电极三部分组成，燃气烧嘴与燃气管通过阀门连通，点火电极与点火变压器连接，离子电极与自动点火设备连接。本发明点火变压器能产生万伏高电压，同时设有短路保护电路、开路保护电路；实时监测火焰；耐高温、抗强酸抗氧化；结构紧凑，使用方便。

Description

气体点火器一体化装置

技术领域

本发明涉及焦化化工、炉窑自动点火领域，具体涉及一种气体点火器一体化装置。

背景技术

气体点火器一体化装置是焦化副产品硫磺的回收的核心设备。因其特殊的应用环境，存在以下技术难题：

1．其强酸性且高温的极其恶劣的工作环境，要求装置极好的耐强酸性及耐高温性；

2．加热时温度高，且处于强酸环境，仪表设备极容易被氧化，对设备本身及其安装的要求都非常高；

3．点火变压器是气体点火装置的重要设备，高电压高温工作时对其可靠性和耐用性要求很高；

4．火焰监测器在整个系统中起着至关重要的作用，它既要实现自动点火的功能，又要对火焰进行实时监控，工作时，作为一次检测元件需长时间在近千摄氏度的明火下灼烧且处于强酸环境。

目前国内尚无合适此类产品，国外同类产品价格极为昂贵，因此，为节约成本，有效节能减排，非常有必要自行研制一种替代国外产品的气体点火器一体化装置。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术领域中气体点火器存在的上述不足，提供一种耐高温、抗强酸性、抗氧化性的气体点火器一体化装置。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

气体点火器一体化装置，包括变压器套、与变压器套相连的燃气管以及与燃气管一侧相连的套管，还包括自动点火设备、点火变压器、火焰监测器、输入输出接口和PLC控制电路；

自动点火设备设于变压器套内，包括电源变压器、滤波器、稳压器、信号处理控制电路、驱动器、鉴别器和继电器，电网AC电源依次经过自动点火设备的电源变压器、滤波器、稳压器输出高电平电压小信号进入信号处理控制电路；信号处理控制电路分别与驱动器、鉴别器和继电器相连；继电器与PLC控制电路通过输入输出接口连接；

点火变压器设于变压器套内，与自动点火设备的继电器连接，受控于PLC控制电路，点火变压器由电源部分、振荡器、升压器、整流器组成；

火焰监测器设于套管内，与自动点火设备的鉴别器连接，火焰监测器由燃气烧嘴、点火电极及离子电极三部分组成，燃气烧嘴与燃气管连通，点火电极的一侧与点火变压器连接，离子电极的一侧与自动点火设备连接，点火电极同离子电极的地分开。

在上述方案中，所述自动点火设备接收PLC控制电路发出的点火指令，信号处理控制电路根据点火指令将高电平电压小信号放大并输出，控制驱动器打开对应主煤气阀或点火煤气阀的点火通道，完成自动点火、火焰信号鉴别和信号输入输出功能。

在上述方案中，所述点火变压器的电源部分将输入的220V交流电依次经过振荡器的谐波振荡，变压器降压，二极管整流，再经滤波器滤波后变为6V的直流电压；直流电压经过振荡器振荡、升压器升压再经过整流器整流产生不低于7500V的直流高电压。

在上述方案中，所述点火变压器的振荡器采用大功率开关管、电阻、电容、电感元件实现高频电子谐波振荡；升压器采用高频变压器升压；整流器采用二极管。

在上述方案中，所述点火变压器的内部还设有短路保护电极，短路保护电极的一端接在振荡器的输出端，另一端接在点火变压器的输出端，短路保护电极之间设有一约1mm的开口限位，实现信号的二次传递（相当于点火变压器内部还有一个电极），当点火电极直接短路时，点火变压器内部这个1mm的开口限位起到相当于电极的作用，点火变压器不会被近万伏的高压烧毁，实现短路保护。

在上述方案中，所述点火变压器的内部还设有开路保护电极，开路保护电极的两端分别并接在振荡器的两输出端，开路保护电极之间设有一约8mm的开口；当点火电极间距离过大、超过有效的6mm时，开路保护电极发挥作用，实现开路保护。

在上述方案中，所述套管使用高牌号的不锈钢。

在上述方案中，所述火焰监测器的燃气烧嘴、点火电极及离子电极的另一侧均裸露在套管的外侧，点火电极、离子电极和接地杆套接在支撑环内。

在上述方案中，所述火焰监测器的点火电极受到点火变压器的直流高电压的击发喷出电火花；离子电极通过探测火焰离子流信号实时监测火焰情况，并将火焰离子流信号反馈给自动点火设备的鉴别器，鉴别器确认燃气烧嘴已经点燃，鉴别器再将反馈的火焰离子流信号返回PLC控制电路，PLC控制电路发出点火成功信号。

在上述方案中，所述燃气管和套管之间设有空气管，在停止生产情况下，通过空气管通入空气以降温及降低酸浓度，起到了保护点火电极、离子电极及套管、延长其使用寿命的作用。

本发明的工作原理：当系统开始运行时，PLC控制电路在系统安全条件满足时，控制供给系统电源，将现场的自动点火设备的电压送上，自动点火设备得电开始工作，其电源变压器将200V交流电变化成三组不同的次级交流电压：8V、24V、280V。其中，8V、24V的次级交流电压经整流滤波后再经稳压器稳定成纹波小、抗干扰能力强的+5V、+24V直流电压作为电路的工作电源；另外的280V次级交流电压仅供火焰监测器使用。自动点火设备得电后，其通过输出放大的高电平电压小信号驱动继电器吸合，从而接通点火变压器的电源，进行高压打火；PLC控制电路发出开阀和点火变压器打火指令，燃气管的阀门打开，火焰监测器的燃气烧嘴被点燃，火焰监测器不间断的探测燃气烧嘴的火焰情况，火焰监测器探测到火焰后，马上将火焰反馈信号返送到自动点火设备的鉴别器，鉴别器确认烧嘴已经点燃，说明点火成功，给PLC控制电路发出点火成功信号，PLC控制电路即刻进行下步控制程序；同时自动点火设备的驱动器动作，停止点火变压器的高压打火，主管道煤气通过主煤气阀送至主工作烧嘴并被点燃，炉子开始升温。

本发明的有益效果在于：

（1）自动点火设备与PLC控制电路通讯，实现远程控制自动点火；

（2）本发明由于各种不确定因素多，可燃气体的成分不稳定，需要大能量点火，产生较大的电火花，以确保火焰能正常点燃，因此设计的点火变压器能产生高达万伏的电压（一般产品不高于7500V），同时产生的电流也高于一般的同类产品，点火变压器实现了点火所需的大能量，保证了点火的成功率；同时点火变压器采用电子谐波振荡作为升压源，并在万伏高压下设有隔离保护、短路保护电极、开路保护电极；

（3）火焰监测器的点火电极和离子电极的地是分开的，离子电极通过测火焰的离子流信号来实时监测火焰，这样就不容易产生误报，长时间工作灵敏可靠，增强了信号的可靠性，尤其适用于高温且强酸性等恶劣环境的场合；同时离子电极探测的离子流信号与大地产生回路，从而避免了干扰信号串入产生干扰造成错误信号；

（4）点火器套管采用高牌号的不锈钢，能适应抗强酸性、抗氧化性的现场环境，满足生产需要； 

（5）因炉膛内酸性浓度一向很高，在停止生产情况下，通过通入空气以降温及降低酸浓度，起到了保护点火电极、离子电极及套管、延长其使用寿命的作用；气体点火器经过一体化设计、生产，结构紧凑，使用方便。

附图说明

图1是本发明气体点火器一体化装置机械部分的结构剖视图。

图2是本发明气体点火器一体化装置的结构原理框图。

图3是本发明自动点火设备的工作原理框图。

图4是本发明点火变压器的结构原理图。

图5是本发明短路保护电极和开路保护电极的结构示意图。

图中，1-变压器套，2-燃气管，3-空气管，4-支撑环，5-套管，6-点火电极，7-接地杆，8-离子电极。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的技术方案做进一步的说明。

参照图1~图5所示，本发明所述的气体点火器一体化装置，包括变压器套1、与变压器套1相连的燃气管2以及与燃气管2一侧相连的套管5，还包括自动点火设备、点火变压器、火焰监测器、输入输出接口和PLC控制电路；

自动点火设备设于变压器套1内，是整个系统的核心仪表，包括电源变压器、滤波器、稳压器、信号处理控制电路、驱动器、鉴别器和继电器，电网AC电源依次经过自动点火设备的电源变压器、滤波器、稳压器输出高电平电压小信号进入信号处理控制电路；信号处理控制电路分别与驱动器、鉴别器和继电器相连；继电器与PLC控制电路通过输入输出接口连接；自动点火设备接收PLC控制电路发出的点火指令，信号处理控制电路根据点火指令将高电平电压小信号放大并输出，控制驱动器打开对应主煤气阀或点火煤气阀的点火通道，完成自动点火、火焰信号鉴别和信号输入输出功能； 

点火变压器设于变压器套1内，在系统中担负高压打火功能，与自动点火设备的继电器连接，受控于PLC控制电路，高压打火时间、电源通断控制均可由PLC控制电路随工艺要求而设定；点火变压器由电源部分、振荡器、升压器、整流器组成；其中，电源部分将输入的220V交流电依次经过振荡器的谐波振荡，变压器降压，二极管整流，再经滤波器滤波后变为6V的直流电压；振荡器采用大功率开关管、电阻、电容、电感元件实现高频电子谐波振荡；升压器采用高频变压器进行升压；整流器采用二极管，经过振荡器振荡、升压器升压的交流电再经过整流器整流产生不低于7500V的直流高电压；

火焰监测器在整个装置中起着至关重要的作用，它稳定可靠的工作是系统成功的关键所在，火焰监测器既要实现自动点火功能，又要对火焰进行实时监控；火焰监测器设于套管5内，与自动点火设备的鉴别器连接，火焰监测器由燃气烧嘴、点火电极6及离子电极8三部分组成，燃气烧嘴与燃气管2连通，点火电极6的一侧与点火变压器连接，离子电极8的一侧与自动点火设备连接，点火电极6同离子电极8的地是分开的，燃气烧嘴、点火电极6及离子电极8的另一侧均裸露在套管5的外侧，从而形成隔离保护，点火电极6、离子电极8和接地杆7套接在支撑环4内；点火电极6受到点火变压器的直流高电压的击发喷出电火花；离子电极8通过探测火焰离子流信号实时监测火焰情况，并将火焰离子流信号反馈给自动点火设备的鉴别器，鉴别器确认燃气烧嘴已经点燃，同时离子电极6探测的火焰离子流信号与大地产生回路，从而避免了干扰信号串入产生干扰造成错误信号，增强了信号的可靠性，自动点火设备的鉴别器再将反馈的火焰离子流信号返回PLC控制电路，PLC控制电路发出点火成功信号后即刻进行下步控制程序（根据现场工艺要求，气体点火器点火完成后要进行的控制程序）。

由于应用现场点火电极6和离子电极7裸露在外，人为原因造成两电极短路或煤气中焦油等含量高，使两电极粘合，造成短路等原因存在，短路保护必不可少；而又由于本发明设计的点火变压器要产生高能、高压，短路后再采取保护措施，点火变压器将会被烧毁，无法起到短路保护的作用的，因电压过高，用电路进行保护，电子元件无法办到，因此本发明采取事前保护的思想，在点火变压器内部设计了短路保护电极和开路保护电极（如图5所示）： 

（1）为了避免当点火变压器经过高频振荡，输出近万伏高压时，如遇意外情况，无放电回路，点火变压器极易瞬间烧毁的问题，点火变压器的内部还设有短路保护电极，短路保护电极的一端接在振荡器的输出端，另一端接在点火变压器的输出端，短路保护电极之间设有一约1mm的开口限位，实现信号的二次传递（相当于点火变压器内部还有一个电极），当点火电极直接短路时，点火变压器内部这个1mm的开口限位起到相当于电极的作用，点火变压器不会被近万伏的高压烧毁，实现短路保护；

（2）另外，由于应用单位现场环境复杂，会出现点火电极6间间隔过大（设计要求点火电极6间距离不大于6mm），当点火电极6开口过大时，点火变压器会反复打火，直至点火成功，但开口限位过大，自动点火是无法实现的，这样就会烧毁点火变压器，因此点火变压器的内部还设有开路保护电极，开路保护电极的两端分别并接在振荡器的两输出端，开路保护电极之间设有一约8mm的开口，当点火电极间距离过大、超过有效的6mm时，开路保护电极发挥作用，实现开路保护的目的；

这样一来，点火变压器外部无论是开路还是短路，其内部皆有放电回路，点火变压器不会损坏，保证其工作稳定可靠。

本发明气体点火器一体化装置的点火器管长大约2米，因其工作环境长期处于高温强酸状态，对其材质要求很高，经反复研究、实验，所述套管5使用高牌号的不锈钢，其抗腐蚀、耐高温性能好。

在停止生产情况下，通过空气管3通入空气以降温及降低酸浓度，起到了保护点火电极6、离子电极8及套管1、延长其使用寿命的作用。

本发明的工作过程描述：

当系统开始运行时，PLC控制电路在系统安全条件满足时，控制供给系统电源，将现场的自动点火设备的电压送上，自动点火设备得电开始工作，其电源变压器将200VAC交流电变化成三组不同的次级交流电压：8V、24V、280V。其中，8V、24V的次级交流电压经整流滤波后再经稳压器稳定成纹波小、抗干扰能力强的+5V、+24V直流电压作为电路的工作电源；另外的280V次级交流电压仅供火焰监测器使用。自动点火设备得电后，其通过输出放大的高电平电压小信号驱动继电器吸合，从而接通点火变压器的电源，进行高压打火；PLC控制电路发出开阀和点火变压器打火指令，燃气管2的阀门打开，火焰监测器的燃气烧嘴被点燃，火焰监测器不间断的探测燃气烧嘴的火焰情况，火焰监测器探测到火焰后，马上将火焰反馈信号返送到自动点火设备的鉴别器，鉴别器确认烧嘴已经点燃，说明点火成功，给PLC控制电路发出点火成功信号，PLC控制电路即刻进行下步控制程序；同时自动点火设备的驱动器动作，停止点火变压器的高压打火，主管道煤气通过主煤气阀送至主工作烧嘴并被点燃，炉子开始升温。

以上所述的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (9)

1.气体点火器一体化装置，包括变压器套、与变压器套相连的燃气管以及与燃气管一侧相连的套管，还包括自动点火设备、点火变压器、火焰监测器、输入输出接口和PLC控制电路；

自动点火设备设于变压器套内，包括电源变压器、滤波器、稳压器、信号处理控制电路、驱动器、鉴别器和继电器，电网AC电源依次经过自动点火设备的电源变压器、滤波器、稳压器输出高电平电压小信号进入信号处理控制电路；信号处理控制电路分别与驱动器、鉴别器和继电器相连；继电器与PLC控制电路通过输入输出接口连接；

点火变压器设于变压器套内，与自动点火设备的继电器连接，受控于PLC控制电路，点火变压器由电源部分、振荡器、升压器、整流器组成；

火焰监测器设于套管内，与自动点火设备的鉴别器连接，火焰监测器由燃气烧嘴、点火电极及离子电极三部分组成，燃气烧嘴与燃气管连通，点火电极的一侧与点火变压器连接，离子电极的一侧与自动点火设备连接；

所述点火变压器的内部还设有短路保护电极，短路保护电极的一端接在振荡器的输出端，另一端接在点火变压器的输出端，短路保护电极之间设有一约1mm的开口。

2.如权利要求1所述的气体点火器一体化装置，其特征在于：所述自动点火设备接收PLC控制电路发出的点火指令，信号处理控制电路根据点火指令将高电平电压小信号放大并输出，控制驱动器打开对应主煤气阀或点火煤气阀的点火通道，完成自动点火、火焰信号鉴别和信号输入输出功能。

3.如权利要求1所述的气体点火器一体化装置，其特征在于：所述点火变压器的电源部分将输入的220V交流电依次经过振荡器的谐波振荡，变压器降压，二极管整流，再经滤波器滤波后变为直流电压；直流电压经过振荡器振荡、升压器升压再经过整流器整流产生不低于7500V的直流高电压。

4.如权利要求1或3所述的气体点火器一体化装置，其特征在于：所述点火变压器的振荡器采用大功率开关管、电阻、电容、电感元件实现高频电子谐波振荡；升压器采用高频变压器升压；整流器采用二极管。

5.如权利要求1所述的气体点火器一体化装置，其特征在于：所述点火变压器的内部还设有开路保护电极，开路保护电极的两端分别并接在振荡器的两输出端，开路保护电极之间设有一约8mm的开口。

6.如权利要求1所述的气体点火器一体化装置，其特征在于：所述套管使用高牌号的不锈钢。

7.如权利要求1所述的气体点火器一体化装置，其特征在于：所述火焰监测器的燃气烧嘴、点火电极及离子电极的另一侧均裸露在套管的外侧，点火电极、离子电极和接地杆套接在支撑环内。

8.如权利要求1所述的气体点火器一体化装置，其特征在于：所述火焰监测器的点火电极受到点火变压器的直流高电压的击发喷出电火花；离子电极通过探测火焰离子流信号实时监测火焰，并将火焰离子流信号反馈给自动点火设备的鉴别器，鉴别器确认燃气烧嘴已经点燃，鉴别器再将反馈的火焰离子流信号返回PLC控制电路，PLC控制电路发出点火成功信号。

9.如权利要求1所述的气体点火器一体化装置，其特征在于：所述燃气管和套管之间设有空气管。