CN102459103B - 用于控制前炉中的温度的系统及方法 - Google Patents

Abstract

提供了用于控制玻璃前炉(11)中的温度的系统及方法。在一个实施方式中，一种系统包括设置在前炉中的至少一个焚烧器(24)、联接到焚烧器上的歧管(22)、联接到焚烧器上的燃烧燃料供送源(26)、用于在压力下将环境空气输送给歧管的助燃鼓风机(20)，以及联接到焚烧器上用于控制焚烧器的操作的控制器(30)。该系统可包括温度传感器(36)，温度传感器(36)可操作地联接至鼓风机的下游，用于将表现由鼓风机输送至歧管的空气的温度信号提供给控制器。控制器可响应于该温度信号，以便随供给歧管的空气的当前温度的变化来控制焚烧器的操作。焚烧器的操作还可随先前持续时间内的平均空气温度变化来控制。

Description

用于控制前炉中的温度的系统及方法

技术领域

本公开内容一般涉及玻璃器皿形成，并且更具体地涉及用于控制前炉中的温度的系统及方法。

背景技术

在玻璃器皿的制造中，已知的是提供玻璃前炉，玻璃前炉中的温度由一个或多个燃烧焚烧器保持。焚烧器的操作可随从热电偶获得的反馈变化来控制，热电偶设置成与前炉的一个或多个区的侧壁通道中的融化玻璃相接触。因此，由玻璃中的热电偶感测到的所检测到的玻璃中的温度变化可用于如所期望那样改变焚烧器的输出，以便在前炉的给定区中实现所期望的玻璃温度。尽管这可能是用以调整前炉区温度的大致精确的方式，但玻璃中的热电偶很昂贵，且需要对给定的前炉有较高的资金投入。

发明内容

本公开内容体现了可彼此独立地或彼此结合地执行的许多方面。

在一种实施方式中，提供了一种用于控制前炉中的温度的系统，该系统包括设置在前炉中用于加热前炉中的玻璃的至少一个焚烧器、联接到焚烧器上的歧管、联接到焚烧器上的燃烧燃料供送源、用于在压力下将环境空气输送至歧管的助燃鼓风机，以及联接到焚烧器上用于控制焚烧器操作的控制器。该系统可包括温度传感器，温度传感器可操作地联接到鼓风机的下游，用于将表现由鼓风机输送至歧管的空气的温度的信号提供给控制器。控制器可响应于该温度信号来随供给歧管的空气的当前温度变化来控制焚烧器的操作。控制器还可随先前持续时间内平均空气温度变化来控制焚烧器的操作。在一种形式中，平均空气温度为预定时间周期内的移动平均空气温度。

根据至少一个实施方式，提供了一种用于控制前炉中的玻璃温度的方法，其包括与前炉相关联的用于加热前炉中的玻璃的至少一个焚烧器、联接到焚烧器上的歧管、联接到焚烧器上的燃烧燃料供送源，以及用于在压力下将环境空气输送至歧管的助燃鼓风机。该方法可包括将表现提供给焚烧器的燃烧空气压力的信号提供给控制器、将表现鼓风机的下游的空气温度的信号提供给控制器，以及随这些压力信号和温度信号变化来控制焚烧器的输出。在至少一种形式中，可燃空气/燃料混合物的质量流速在变化的燃烧空气温度内保持恒定，以便至少减小例如改变环境空气温度的影响。

根据至少一个实施方式，提供了一种用于控制前炉中的玻璃温度的方法，其包括与前炉相关联的用于加热前炉中的玻璃的至少一个焚烧器、联接到焚烧器上的歧管、联接到焚烧器上的燃烧燃料供送源，用于在压力下将空气输送至歧管的助燃鼓风机，以及与歧管连通的冷却空气供送源。该方法可包括产生随提供给歧管的冷却空气量变化的标称焚烧器压力曲线，其中该压力曲线包括第一部分，在第一部分中，在所期望的温度条件的第一范围内的焚烧器的下游的温度至少主要通过调整提供给系统的冷却空气量来控制，且该压力曲线包括第二部分，在第二部分中，不同于第一范围的所期望的温度条件的第二范围内的焚烧器的下游的温度至少主要通过调整焚烧器压力来控制。该方法还可包括随标称焚烧器压力曲线变化来控制焚烧器压力。在一种形式中，焚烧器压力随鼓风机的下游的当前空气温度变化来控制，且还可随先前时间周期内的鼓风机的下游的平均空气温度变化来控制。

附图说明

本公开内容与其附加的目的、特征、优点和方面一起将从以下说明、所附权利要求和附图中最佳地理解，在附图中：

图1为包括前炉的玻璃形成系统的一部分的概略视图；

图2为在不补偿环境空气温度中的变化的情况下随环境空气温度变化的不同前炉区中的玻璃温度的图表；

图3为在补偿环境空气温度变化的情况下随环境空气温度变化的不同前炉区中的玻璃温度的图表；

图4为用于玻璃前炉的控制系统的示意图，该系统控制包括随输入空气温度变化的燃烧焚烧器压力控制；

图5为前炉控制系统的示意图，该前炉控制系统包括随输入空气温度变化且基于预定冷热曲线的燃烧焚烧器压力控制；以及

图6为诸如可用于图5中的控制系统的典型冷热曲线。

具体实施方式

更为详细地参看附图，图1示出了玻璃器皿形成系统10的一部分，其包括玻璃前炉11，在玻璃器皿的制造期间，熔化的玻璃经由玻璃前炉11流动。前炉11可包括后流通区12、中流通区14和前流通区16，其中的各个流通区均可包括一个或多个热电偶18，热电偶18例如用于多个区12，14，16内的温度的反馈控制。风扇或助燃鼓风机20在压力下将强制环境空气流提供给主集管或歧管22，主集管或歧管22将燃烧空气发送至多个区12，14，16。各区12-16均可包括一个或多个燃烧焚烧器24，将一个或多个燃烧焚烧器24收容于其中，或以另外的方式与一个或多个燃烧焚烧器24相关联。歧管22将来自于燃料供送源26的燃料与来自于助燃鼓风机20的空气的可燃混合物分送至燃烧焚烧器24。穿过给定燃烧焚烧器24的可燃混合物流速可通过阀28来控制，阀28的位置或开启程度可通过适合的控制器30设置和控制。控制器30还可控制鼓风机20的操作、从燃料供送源26至歧管(诸如，通过阀32)的流速、冷却空气供送源31到前炉区12，14，16(诸如，通过控制一个或多个冷却空气供送阀33)的流速，以及玻璃器皿形成系统10内的许多其它功能。当然，多个控制器可如所期望那样提供为分别处理某些任务，且燃料供送源26可通过歧管22或歧管22下游联接到焚烧器上。

在使用中，当供给燃烧焚烧器24的环境燃烧空气温度变化时，流过燃烧焚烧器24的空气密度也变化。因此，对于其阀28的给定位置，流过燃烧焚烧器24的气体和空气的质量流速可随空气温度变化而变化。以此方式，燃烧焚烧器24的输出可在其控制阀的给定设置点(即，阀的给定位置)内变化，且因此，前炉区内的温度同样可改变。

另外，助燃鼓风机20的输出压力随系统从鼓风机20吸收的空气体积和供送给鼓风机20的空气环境温度的变化而变化。在具有自动温度控制的系统中，诸如基于玻璃温度的反馈控制，将存在来自于助燃鼓风机20的变化体积需求，这在其供送压力中产生了变化。由于单个鼓风机20可将空气提供给单个前炉11上的一个以上或甚至所有的燃烧区12，14，16，故前炉11内的任何单个区12，14，16的体积要求的变化都可相互作用且影响至其它区的供送压力。此外，对于给定的功率需求，鼓风机20入口处的环境空气温度对鼓风机20的出口压力有不利影响。对出口压力的这种效果将同时地且沿相同的总体方向影响前炉11内的所有燃烧区12，14，16(即，增大或减小压力)。因此，当流过鼓风机20的空气温度升高时，鼓风机20的出口供送压力就减小，并且反之亦然。

此外，供送给鼓风机20的环境空气的温度变化提供了鼓风机处的空气密度的变化。并且，鼓风机20自身可通过随来自系统10的需求的变化而变化的由鼓风机施加给空气的工作量或热量来加热空气。通常，来自鼓风机20的较高空气需求意思是空气在鼓风机处停留较短的时间周期，且因此由鼓风机加热较少，而出自系统10的较少的时间需求允许空气由鼓风机20更多地加热。因此，环境温度变化以及由鼓风机20造成的温度变化可影响鼓风机20的输出状态，以及从鼓风机排放至歧管22的空气的密度。

为了适应前炉系统10内空气条件的变化，控制策略可使用来自于一个或多个歧管压力传感器34和/或环境空气温度传感器36的反馈来使得能够控制燃烧焚烧器24。歧管压力传感器34可联接到歧管上，且操作成将信号发送至控制器，该信号表现歧管22内的压力。温度传感器36优选为可操作地联接到鼓风机20的下游，以便其不但响应于环境空气温度变化，而且响应于由鼓风机自身造成的空气温度的变化。因此，温度反馈可用于随输送给燃烧焚烧器阀的空气中的温度和密度变化而使得穿过燃烧焚烧器阀28的流速变化。在一个实施方式中，可控制燃烧焚烧器24来提供大致恒定的质量流速的气体和空气燃烧混合物至前炉11的各区12，14，16。在一个示例性实施方式中，使用对各前炉燃烧区的温度补偿的大致恒定的质量流速控制来操作前炉会将环境温度影响减少大约百分之75。除控制焚烧器阀28的开启程度之外或作为控制焚烧器阀28开启程度的替代，鼓风机20可具有可变的输出，可变的输出可通过控制器来改变，以便控制穿过焚烧器阀28和/或燃烧焚烧器24的流速。

温度补偿的质量流速控制可通过以随从温度传感器36(图1)提供的温度反馈变化而导出的补偿因数38(图4)来加强燃烧焚烧器阀28的操作来执行。以此方式，燃烧焚烧器阀设置点(即，阀28开启的程度)通过控制器30响应于温度反馈数据来改变。这在图4中被示意性地示出了，其中标称燃烧焚烧器阀控制值40和来自于温度传感器36的温度数据42被输入给控制器30(图1)，且控制器30提供了输出燃烧焚烧器控制值44，该输出燃烧焚烧器控制值44可取决于温度传感器数据且因温度补偿因数38而与标称值不同。

在一个实施方式(图4)中，温度补偿因数38随穿过燃烧焚烧器阀28的压差变化而导出。这或多或少假定了等于前炉11中的内部压力的焚烧器24的排出压力相比于通向燃烧焚烧器24的歧管22中的上游压力很低。在给出这些假定的情况下，穿过燃烧焚烧器阀28的温度修正质量流可表示为：

$Q=K\sqrt{h*\frac{\mathrm{Td}}{\mathrm{Tf}}}$

其中Q等于质量流，K为流动校准常数，h为穿过燃烧焚烧器的压差，Td为设计温度(绝对单位)，而Tf为感测的温度(绝对单位)。由此，对于特定质量流所需的焚烧器压力就由以下等式给出：

$h={(Q/K)}^2*\frac{\mathrm{Tf}}{\mathrm{Td}}$

由于质量流速Q优选为保持成恒定值，故一个常数除以另一常数的平方可表示为第三常数K₂，或：

$h=K_2*\frac{\mathrm{Tf}}{\mathrm{Td}}$

由此，燃烧焚烧器阀的操作可由控制器30按需要调整，以便实现所期望的燃烧焚烧器操作压力，以便即使在空气温度由于环境温度变化或鼓风机20导致的变化而变化时，实现穿过焚烧器的所期望的流速。

此外，为了使得系统10可在修正或补偿为季节平均温度的白天和晚上的温度摆动内产生较小的递增修正，当前感测到的空气温度可与移动平均歧管温度相比较。移动平均温度可包括在一些最近的预定时间周期内获得的温度数据。以此方式，燃烧焚烧器阀设置点可基于随给定时间周期内的移动平均温度变化的环境温度来改变。如果在太短的时间周期内检查移动平均温度，例如，小于大约2天，则移动平均温度的变化可能会过大。如果在太长的时间内进行移动平均，则温度变化可能不会大到足以提供所期望的控制。在一个当前优选的实施方式中，可使用5天至15天之间的移动平均温度，且一个当前优选的形式包括刚好前10天内的平均温度。这可由以下公式来表示：

$h_{\mathrm{TSP}}=\frac{\mathrm{Tf}}{T_{\mathrm{movavg}}}*h_{\mathrm{RSP}}$

其中h_TSP等于歧管压力″真实设置点″，其为保持恒定质量流速所需的修正燃烧焚烧器压力；h_RSP等于歧管压力″所需的设置点″，其为燃烧焚烧器阀控制数据，该数据可在没有该公式的温度补偿的情况下使用；Tf等于燃烧歧管22中的流动空气温度；而T_movavg等于歧管空气温度的移动平均值。

可通过将图2与图3相比较来看出燃烧焚烧器阀28的温度补偿质量流速控制的利益。在这些附图中，环境温度绘制为线46，而前炉区12，14或16的两个区段(例如，左和右)中的玻璃温度绘制为线48和50。在这些附图中，大约20华氏度的环境温度下降出现在4点钟与9点钟之间。在称为没有环境温度补偿的来自前炉系统的实验数据的绘图的图2中，两个前炉区段中的玻璃温度在该时间期间显著地增加。相反，图3中所示的前炉系统10包括如本文所述的环境温度控制，而前炉区段中的玻璃温度不论相似的环境空气温度如何变化都保持为几乎恒定。不论环境温度如何显著变化这都极大地改善了玻璃温度控制，解决了前炉内的玻璃温度中的几乎所有的记录的变化。其它因素贡献了相对较小的玻璃温度中的变化，且可具有其它根本原因。

最后，为了使得能够利用环境温度补偿来进一步自动控制前炉系统10，可产生控制前炉内或与前炉相关联的玻璃温度或另一温度的图表或表格。利用该图表，就可基于歧管22内的压力来控制燃烧焚烧器24(其为提供给燃烧焚烧器24的压力)，例如以便适应空气密度的变化。如果期望的话，除歧管压力传感器34之外或作为歧管压力传感器34的替代，可在各焚烧器处提供单独的压力传感器。在较宽范围的温度条件内的标称燃烧焚烧器压力可通过针对任何给定系统的反复试验来设置，其中来自其的变化(例如，由环境温度变化造成的)由控制器30中执行的控制策略产生。

图6中示出了包括标称焚烧器压力曲线52，54的典型温度控制图表51。在该图表51上，示出了用于两个燃烧焚烧器24的控制数据或曲线。在该实例中，燃烧焚烧器压力在图表的第一部分内保持为大致恒定，而系统温度要求通过调整输入系统中的冷却空气的流速来改变，这由曲线60示出。然而，在一些点处，通过渐增地关闭供送阀33来减小冷却空气流可能不足以保持或达到所期望的温度，且焚烧器压力必须增大来增大燃烧焚烧器的输出。

在典型的图表中，从单独地或主要地通过冷却空气调整的温度控制到单独地或主要地通过焚烧器压力调整的温度控制的过渡出现在控制器输出的大约90％处。在控制器输出的90％处，冷却空气供送阀为大约关闭90％(或处于其可由控制器关闭的90％的程度)。对于给定的操作条件，减少冷却空气流将在给定的燃烧焚烧器输出下升高前炉的对应部分中的温度。在该控制图表可结合其使用的典型系统中，将冷却空气进一步减少至超过90％的控制器输出阀不足以保持或达到前炉中所期望的温度。因此，燃烧焚烧器压力被增大来增大焚烧器输出，且从而升高前炉的对应部分中的温度。在所示的实例中，燃烧焚烧器压力在最大系统输出水平下从大约2.5inH₂O增大至大约6inH₂O，但也可使用焚烧器压力的其它值和变化率。另外在所示的实例中，当调整焚烧器压力时，冷却空气在恒定的最小值处或附近保持为最大系统输出水平，该最小值为其控制阀最大闭合的大约5％至10％。在典型的操作中，系统10将需要略大于最低操作水平(0％的控制器输出、最大冷却空气流)且小于最大操作水平(100％控制器输出，最小冷却空气流，最大焚烧器压力)。在一个示例性情形中，如由虚线62所示，系统在大约47％的控制器输出下操作，在大约47％的控制器输出下，冷却空气供送阀处于大约48％的开启处，第一燃烧焚烧器压力(以线52所示)为大约2.8inH₂O，而第二燃烧焚烧器压力(以线54所示)为大约2.5inH₂O。

如由图5所示，从图6中的图表51获得的焚烧器压力曲线或值为标称值，该标称值用作为环境温度修正提供的控制策略中的输入。在使用中，从图6中的图表获得的焚烧器压力值(或其它适合的来源，如检查表或其它数据收集)可通过上述温度补偿因数38来调整，以便提供恒定质量流速，对于环境温度变化，该质量流速随所期望的时间周期内的平均温度变化(例如，上述10天的移动平均温度)而被调整。

燃烧焚烧器压力可如所期望那样在图表51的第一部分内变化(也就是说，在冷却空气流调整单独地或主要地用于温度控制时)，且不需要如实例中所示那样保持为恒定的。在至少一些实施例中，燃烧焚烧器压力的变化率可小于图表51的第一部分内的冷却空气的变化率，图表51的第一部分对应于前炉操作条件的第一范围。冷却空气流同样可在图表51的第二部分中变化(也就是说，在燃烧焚烧器调整单独地或主要地用于温度控制时)，而不是将其阀保持在恒定位置处或附近。在至少一些实施例中，冷却空气的变化率可小于图表51的第二部分内的燃烧焚烧器压力的变化率，图表51的第二部分对应于温度条件的第二范围。此外，焚烧器压力调整单独地或主要地用于控制温度所处的点可如所期望那样为沿图表的任何位置，且在冷却空气流仍减小的同时或在冷却空气流中的最后减小之前，焚烧器压力如所期望那样增大。

本公开内容已经结合一些示例性实施例被提供，且已经描述了附加的改变和变化。鉴于前述说明，其它改变和变化容易将其自身暗示给本领域的普通技术人员。例如而不限于，系统和方法可结合不同的前炉构造使用，如所期望那样其中包括单独的鼓风机用于各前炉区、可燃燃料供送源提供在主集管或歧管的下游的构造，以及其它构造。本公开内容旨在包含诸如落入所附权利要求内的所有这些改变和变化。

Claims (10)

1.一种玻璃前炉温度控制系统，所述玻璃前炉温度控制系统包括玻璃前炉（11）、与所述前炉相关联的用于加热所述前炉中的玻璃的至少一个焚烧器(24)、联接到所述焚烧器上的歧管(22)、联接到所述焚烧器上的燃烧燃料供送源(26)、用于在压力下将环境空气输送至所述歧管的助燃鼓风机(20)、联接到所述焚烧器上用于控制所述焚烧器的操作的控制器(30)，以及温度传感器(36)，所述温度传感器(36)可操作地联接到所述鼓风机的下游和所述歧管(22)的上游来将表现由所述鼓风机输送给所述歧管的燃烧空气的温度的温度信号提供给所述控制器，所述控制器(30)响应于所述温度信号来随供给所述歧管的燃烧空气当前温度的变化控制所述焚烧器的操作，其特征在于，所述控制器(30)响应于所述温度信号来随在至少两天的先前持续时间内的移动平均燃烧空气温度变化来控制所述焚烧器(24)的操作。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述移动平均空气温度在5天至15天之间的先前持续时间内。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其特征在于，所述当前温度除以所述移动平均空气温度来提供温度补偿因数。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述焚烧器(24)包括可操作成用以控制穿过所述焚烧器的可燃混合物流的阀(28)或变速鼓风机，并且其中所述控制器(30)联接到所述阀或所述鼓风机上来控制所述阀的操作和穿过所述焚烧器的流速。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统还包括压力传感器(34)，所述压力传感器(34)联接到所述歧管(22)和所述控制器(30)上，以便将表现所述歧管内的压力的信号提供给所述控制器，并且所述控制器响应于来自所述压力传感器的信号来随所述歧管压力变化来使得所述阀的操作或鼓风机速度变化，以便提供穿过所述焚烧器的恒定质量流速。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器(30)可操作成用以保持穿过所述焚烧器的恒定质量流速。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括联接到所述前炉上的冷却空气供送源(31)，并且其中所述控制器(30)联接到所述冷却空气供送源上来控制冷却空气到所述前炉的流速，以便允许在穿过所述焚烧器(24)的所述质量流速保持恒定的同时控制所述前炉内的温度。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述控制器(30)可操作成在前炉操作条件的第一范围内使得所述冷却空气流速变化，以及其中在前炉操作条件的第二范围期间增大穿过所述焚烧器(24)的所述质量流速。

9.一种用于控制前炉(11)中的玻璃温度的方法，其包括与所述前炉相关联的用于加热所述前炉中的玻璃的至少一个焚烧器(24)、联接到所述焚烧器上的歧管(22)、联接到所述焚烧器上的燃烧燃料供送源(26)、用于在压力下将环境空气输送至所述歧管的助燃鼓风机(20)，所述方法包括：

将表现提供给所述焚烧器的燃烧空气压力的信号提供给控制器(30)；

将表现所述鼓风机的下游和输送给所述歧管的燃烧空气的温度的信号提供给控制器(30)；以及

随所述压力信号和温度信号的变化控制所述焚烧器的输出，

其特征在于，所述焚烧器的输出还随至少两天的先前持续时间内的移动平均燃烧空气温度变化来控制。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述移动平均燃烧空气温度是在5天至15天之间的先前持续时间内。