CN103982911A - 分段式陶瓷窑燃气与空气联动控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种分段式陶瓷窑燃气与空气联动控制系统，其包括窑体、空气总管、燃气总管、第一热电偶、以及至少三个控制分区。每个控制分区包括：空气支管；设置于空气支总管之间的连接管线上的空气电动阀及流量计；连接于空气支管与空气入口之间的至少三个空气输入管；燃气支管；设置于燃气支总管之间的连接管线上的燃气电动阀及流量计；连接于燃气支管与燃气入口之间的至少三个燃气输入管；用于测量窑体内的分区温度的第二热电偶。其中，控制中心根据燃气流量数据和第一热电偶获得的空气总管内的空气温度数据来耦合控制空气电动阀的开度，使得空气流量计获得的空气质量流量数据与燃气流量计获得的燃气质量流量数据达到系统预设的最佳空燃比。
Description
技术领域
本发明涉及一种陶瓷窑炉，特别涉及一种分段式陶瓷窑。
背景技术
目前，随着陶瓷的市场需求量越来越大，陶瓷窑炉也越建越长、截面也愈来愈宽，但同时窑内温度也越来越难以控制，而由于窑内温度不均匀造成的诸如变形、色差等烧成缺陷也日趋严重。因此，如何均匀窑内温度、减小断面温差成了陶瓷企业最关心的问题之一。
陶瓷窑炉常以燃气作为热源，燃烧时燃气与空气的配比是否合理直接影响到能耗的大小。空气量过少时，燃烧不完全，不完全燃烧产物中含有大量污染环境的物质，同时也造成能源的浪费；而空气量过大时，过量的空气排出时又带走大量的热量，加大了热量的损失。因此，提供一种环保、节能的窑炉操控系统成为业内关注的焦点。
脉冲燃烧技术是近年来新发展起来的一种工业炉燃烧技术，是根据炉温的变化调节燃气和空气用量，使烧嘴在大火和小火之间周期性燃烧，热量在高低之间交替输出，从而达到降低炉内温差，提高燃料燃烧效率的目的，其实质是强化炉内热气体对流。高速流动的炉气带动周围的气体，使炉内的气体循环量大为增加，一般可以达到原来的10倍以上，对炉内气体的搅拌作用十分强烈，使炉内温差缩小。并且烧嘴燃烧的脉冲周期越小，热气流对流强烈，温差也就越小。
如中国专利201010240305.1号公开的一种陶瓷窑炉智能节能操控系统，包括空气喷嘴和燃气喷嘴，空气喷嘴中的空气与燃气喷嘴中的燃气在经过空气、燃气混合装置后，进入燃烧器进行燃烧，操控系统进一步包括可编程控制器，燃气压力传感器、空气压力传感器、燃气压力调节装置及空气压力调节装置：可编程控制器与燃气压力调节装置、燃气压力传感器的输入端依次相连，燃气压力传感器的输出端与可编程控制器相连；可编程控制器与空气压力调节装置、空气压力传感器的输入端依次相连，空气压力传感器的输出端与可编程控制器相连；燃气压力传感器和空气压力传感器分别设置在燃气喷嘴和空气喷嘴中，分别对燃气压力和空气压力进行检测，然后将检测到的数值输入可编程控制器中，可编程控制器根据检测到的燃气压力和空气压力的数值，分别通过燃气压力调节装置和空气压力调节装置对燃气压力和空气压力进行调节，使其达到最佳配比。
又如中国专利200920057020.7号公开的一种脉冲分组控制燃烧宽体陶瓷辊道窑，包括窑体、辊棒和燃烧系统，其中燃烧系统包括多个高速烧嘴、燃气总管、空气总管和脉冲分组控制器，高速烧嘴设于窑体的窑壁上，各个高速烧嘴的进口端分别与燃气总管和空气总管通过阀门连接，各个阀门与脉冲分组控制器电气连接。该辊道窑采用脉冲分组控制燃烧，大大加强了窑体内热气体的对流，减小窑体内温差，保证了窑体内温度的均匀性和稳定性:同时辊道窑的窑顶采用弧形拱顶结构，扩大窑体内拱顶部位的燃烧空间，增加窑体横向截面中间部位的热力，同时有利于截面中部获得更多的热辐射传导，克服了平窑顶存在的截面热气流死角，可大大改善窑体横向截面的温度均匀性。
然而，上述二件专利所公开的技术都存在如下的缺点或不足：(1)、采用压力传感器和可编程控制器，通过控制燃气与空气的气压达到控制窑内温度均匀，其控制效果较差，压力与温度之间转换的效果不明显，且反应速度较慢。因此，不能及时有效地控制窑内的温度变化；(2)、采用脉冲分组控制燃气、空气总管阀门的技术方案，使得管路布置构造复杂，稳定性较差；(3)、二件专利均具有机构复杂，控制系统成本较高的问题；(4)、另外，二件专利都不能达到即时调控窑内温度问题。
再如中国专利201320216754.1号公开的一种陶瓷窑炉上可分段调节热气含氧量的节能装置，陶瓷窑炉为高温烧成区窑炉，包括一条向窑炉内引入助燃风的进风总管，炉内温度不同的各段窑炉内，分别设有各自独立且均与进风总管平行的进风分管，每段进风分管与进风总管之间，均间隔连有可自动调节进风量大小的自动阀，以及可手动调节进风量大小的手动阀。上述结构由于设置了进风分管及自动阀、手动阀，可自动或手动调节各段窑炉的助燃风大小，也即灵活调节了各段窑炉的热气含氧量，使热气排出炉外时不致因含氧量过高而带走部分煤气，从而实现良好的节能效果。然而，该陶瓷窑炉上可分段调节热气含氧量的节能装置存在如下的缺点或不足：(1)、仅可自动调节助燃空气量大小，不能同时调节燃气量大小，从而不能使燃气和空气达到最佳空燃比；(2)、通过监测空气含氧量来自动调节助燃空气量大小，在助燃空气温度降低时不能对系统进行自动调节；(3)、助燃空气量的调节与燃气量的调节不能保持同步或者随动，可能导致冷风吹入窑内，影响燃烧效率甚至影响陶瓷产品的质量。
因此，提供一种结构简单，工作稳定可靠，又能及时控制陶瓷窑内温度的燃气与空气联动控制系统成为业内急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单，工作稳定可靠，又能及时控制陶瓷窑内温度的分段式陶瓷窑燃气与空气联动控制系统。
根据本发明的方案，提供一种分段式陶瓷窑燃气与空气联动控制系统，其包括：窑体，其设有若干空气入口及若干燃气入口；空气总管；以及燃气总管。该分段式陶瓷窑燃气与空气联动控制系统还包括：第一热电偶，其设置于空气总管内；以及沿窑体的纵向方向依次布置的至少三个控制分区。每个控制分区包括：空气支管；设置于空气支管与空气总管之间的连接管线上的空气电动阀以及空气流量计；连接于空气支管与空气入口之间的至少三个空气输入管；燃气支管；设置于燃气支管与燃气总管之间的连接管线上的燃气电动阀以及燃气流量计；连接于燃气支管与燃气入口之间的至少三个燃气输入管；第二热电偶，其设置于窑体上以获得每个控制分区所对应的窑体内的分区温度数据。其中，至少三个控制分区根据第二热电偶获得的窑体内的分区温度数据控制每个控制分区内的燃气电动阀的开度，燃气流量计将获得的燃气流量数据传送给控制中心，控制中心根据燃气流量数据及第一热电偶获得的空气总管内的空气温度数据来耦合控制每个控制分区内的空气电动阀的开度，使得每个控制分区内的空气流量计获得的空气质量流量数据与燃气流量计获得的燃气质量流量数据达到系统预设的最佳空燃比。
其中，所谓耦合控制是指：当分区温度数据和空气温度数据其中之一发生变化时，控制中心通过渐进改变每个控制分区内的空气电动阀的开度和燃气电动阀的开度，使得每个控制分区内的空气流量计获得的空气质量流量数据与燃气流量计获得的燃气质量流量数据逐步接近系统预设的最佳空燃比。
可选择地，当第一热电偶获得的空气总管内的空气温度数据表明空气温度降低时，控制中心对应控制空气电动阀的开度减小；当第一热电偶获得的空气总管内的空气温度数据表明空气温度升高时，控制中心对应控制空气电动阀的开度增大；当每个控制分区对应设置的第二热电偶获得的窑体内的温度数据表明窑内温度降低时，控制中心控制该控制分区内的燃气电动阀的开度减小；当每个控制分区对应设置的第二热电偶获得的窑体内的温度数据表明窑内温度升高时，控制中心控制该控制分区内的燃气电动阀的开度增大。
根据本发明的一种替代方案，提供一种分段式陶瓷窑燃气与空气联动控制系统，包括：窑体，其设有若干空气入口及若干燃气入口；空气总管；以及燃气总管。该系统还包括：第一热电偶，其设置于空气总管内；以及至少三个控制分区。每个控制分区包括：空气支管；设置于空气支管与空气总管之间的连接管线上的空气电动阀以及空气流量计；连接于空气支管与空气入口之间的至少三个空气输入管；燃气支管；设置于燃气支管与燃气总管之间的连接管线上的燃气电动阀以及燃气流量计；连接于燃气支管与燃气入口之间的至少三个燃气输入管。其中，至少三个控制分区根据第一热电偶获得的空气总管内的空气温度数据来控制每个控制分区内的燃气电动阀的开度，燃气流量计将获得的燃气流量数据传送给控制中心，控制中心根据燃气流量数据来控制每个控制分区内的空气电动阀的开度，使得每个控制分区内的空气流量计获得的空气流量数据与燃气流量计获得的燃气流量数据达到系统预设的最佳空燃比。
可选择地，当第一热电偶获得的空气总管内的空气温度数据表明空气温度降低时，控制中心控制每个控制分区内的燃气电动阀的开度减小，燃气流量计获得的燃气流量也减小，控制中心对应控制空气电动阀的开度减小，空气流量计获得的空气流量也减小，从而达到系统预设的最佳空燃比。
可选择地，当第一热电偶获得的空气总管内的空气温度数据表明空气温度升高时，控制中心控制每个控制分区内的燃气电动阀的开度增大，燃气流量计获得的燃气流量也增大，控制中心对应控制空气电动阀的开度增大，空气流量计获得的空气流量也增大，从而达到系统预设的最佳空燃比。
可选择地，每个控制分区可以对应设置第二热电偶以获得窑体内的温度数据，控制中心可以根据每个控制分区的第二热电偶获得的窑内温度数据来控制每个控制分区内的燃气电动阀的开度，燃气流量计将获得的燃气流量数据传送给控制中心，控制中心根据燃气流量数据来控制每个控制分区内的空气电动阀的开度，使得每个控制分区内的空气流量计获得的空气流量数据与燃气流量计获得的燃气流量数据达到系统预设的最佳空燃比。
可选择地，当每个控制分区对应设置的第二热电偶获得的窑体内的温度数据表明窑内温度降低时，控制中心控制该控制分区内的燃气电动阀的开度减小，燃气流量计获得的燃气流量也减小，控制中心对应控制空气电动阀的开度减小，空气流量计获得的空气流量也减小，从而达到系统预设的最佳空燃比。
可选择地，当每个控制分区对应设置的第二热电偶获得的窑体内的温度数据表明窑内温度升高时，控制中心控制该控制分区内的燃气电动阀的开度增大，燃气流量计获得的燃气流量也增大，控制中心对应控制空气电动阀的开度增大，空气流量计获得的空气流量也增大，从而达到系统预设的最佳空燃比。
可选择地，所述至少三个控制分区对应的窑体内的温度可以设定为从窑体的一端向另一端逐渐升高。
可选择地，空气总管中的空气为经过余热利用装置预热的空气，所述余热利用装置设置于所述窑体的烟气管道中。
可选择地，所述分段式陶瓷窑燃气与空气联动控制系统包括五个或五个以上的控制分区，每个所述控制分区包括五个或五个以上的空气输入管以及五个或五个以上的燃气输入管。
优选地，每个控制分区可以包括一个设置于窑体上的混合喷嘴，空气入口和燃气入口形成于混合喷嘴上，来自空气输入管的空气经空气入口进入混合喷嘴，来自燃气输入管的燃气经燃气入口进入混合喷嘴，混合喷嘴内设有旋转叶轮，旋转叶轮使进入混合喷嘴内的空气与燃气的混合气体高速旋转混合后喷射至窑体内。
根据本发明的一方面，可以整体上对各个控制分区的温度进行控制，通过在空气总管内设置第一热电偶，将其温度转换为电信号，该信号被传送到中央控制器，中央控制器通过其温度信号控制每个控制分区的空气阀门的开度，空气阀门开度的变化导致空气流量的变化，通过空气流量计将空气的流量参数传送到中央控制器，中央控制器通过整体上控制每个控制分区的空气质量流量保持不变，从而达到中央控制器内设定的燃气与空气的最佳配比。
根据本发明的另一方面，可以单独对每个控制分区的温度进行控制，通过在窑体各段内设置第二热电偶，将其温度转换为电信号，该信号被传送到中央控制器，中央控制器通过其温度信号控制对应一个控制分区的燃气阀门的开度，燃气阀门开度的变化导致燃气流量的变化，通过燃气流量计将燃气的流量参数传送到中央控制器，中央控制器通过将燃气的流量参数控制空气阀门的开度，空气阀门开度的变化导致空气流量的变化，通过空气流量计将空气的流量参数传送到中央控制器，中央控制器通过单独控制每个控制分区的燃气阀门的开度与空气阀门的开度，从而达到中央控制器内设定的燃气与空气的最佳配比。
本发明的有益效果是：(1)、控制系统结构简单，零部件的数量少；(2)、由于燃气控制阀门、空气控制阀门、燃气流量计、空气流量计均设在窑体的外部不受炉温的影响，不易损坏；(3)、工作稳定可靠，温度控制精准，而且可使窑体内的温度有一端到另一端连续、逐渐升高或逐渐降低；(4)、整个系统制造、使用成本低廉，便于维护，便于操作；(5)、系统的安全性能好；(6)、采用混合喷嘴，使得进入混合喷嘴内的空气与燃气的混合气体经由旋转叶轮高速旋转、混合增压后高速喷射至窑体内，从而可以降低窑炉两侧的温差，可以增强对流换热提高产量，还可以使空气与燃气混合更均匀提高燃烧效率；(7)、当炉窑内分区温度和空气总管内的空气温度降低时，系统可以自动调节燃气电动阀的开度和空气电动阀的开度，在达到系统预设的最佳空燃比的情况下避免冷风吹入窑内，从而保证了陶瓷产品的质量；以及(8)、该系统可采用二级自动调节方式，通过在空气总管内设置的第一热电偶可以整体上对各个控制分区的空气流量进行控制，通过在各分区内设置的第二热电偶，可以单独对每个控制分区的温度进行更精确的控制。
附图说明
图1示出了本发明分段式陶瓷窑燃气与空气联动控制系统的结构示意图。
图2示出了本发明分段式陶瓷窑燃气与空气联动控制系统中混合喷嘴的构造示意图。
图3示出了本发明分段式陶瓷窑燃气与空气联动控制系统中混合喷嘴的旋转叶轮的结构示意图。
具体实施方式
请参照图1，作为一种非限制性示例实施方式，本发明的分段式陶瓷窑燃气与空气联动控制系统包括：窑体100、空气总管200、燃气总管300、以及四个控制分区(未标号)。
窑体100设有十六个空气入口120以及十六个燃气入口130。空气总管200内设有第一热电偶260。
每个控制分区包括：空气支管210；设置于空气支管210与空气总管200之间的连接管线上的空气电动阀230以及空气流量计250；连接于空气支管210与空气入口120之间的四个空气输入管270。设置有第二热电偶150以获得窑体内的分区温度数据
每个控制分区还包括：燃气支管310；设置于燃气支管310与燃气总管300之间的连接管线上的燃气电动阀330以及燃气流量计350；连接于燃气支管310与燃气入口130之间的四个燃气输入管370。
其中，该系统的四个控制分区根据第一热电偶260所获得的空气总管温度数据和第二热电偶150获得的炉窑内温度数据来耦合控制每个控制分区内的燃气电动阀330的开度。燃气流量计350将获得的燃气流量数据传送给控制中心(中央控制器，未图示)，控制中心进而根据燃气流量数据来控制每个控制分区内的空气电动阀230的开度。使得每个控制分区内的空气流量计250获得的空气流量数据与燃气流量计350获得的燃气流量数据达到系统预设的最佳空燃比。
具体地，当第一热电偶260获得的空气总管200内的空气温度数据表明空气温度降低时，控制中心控制每个控制分区内空气流量也相应减小。进而，控制中心对应控制空气电动阀230的开度减小，则空气流量计250获得的空气流量也减小，从而最终达到系统预设的最佳空燃比。
类似地，当第一热电偶260获得的空气总管200内的空气温度数据表明空气温度升高时，控制中心控制每个控制分区内的空气流量也增大，控制中心对应控制空气电动阀230的开度增大，空气流量计250获得的空气流量也增大，从而达到系统预设的最佳空燃比。
作为一种非限制性可替代实施方式，如图1所示，每个控制分区对应设置一个第二热电偶150以获得窑体100内的温度数据。控制中心根据每个控制分区的第二热电偶150获得的窑内温度数据来控制每个控制分区内的燃气电动阀330的开度。燃气流量计350将获得的燃气流量数据传送给控制中心，进而控制中心根据燃气流量数据来控制每个控制分区内的空气电动阀230的开度，使得每个控制分区内的空气流量计250获得的空气流量数据与燃气流量计350获得的燃气流量数据达到系统预设的最佳空燃比。
具体地，当每个控制分区对应设置的第二热电偶150获得的窑体100内的温度数据表明窑内温度降低时，控制中心控制该控制分区内的燃气电动阀330的开度减小，燃气流量计350获得的燃气流量也减小，控制中心根据燃气流量数据对应控制空气电动阀230的开度减小，空气流量计250获得的空气流量也减小，从而最终达到系统预设的最佳空燃比。
类似地，当每个控制分区对应设置的第二热电偶150获得的窑体内的温度数据表明窑内温度升高时，控制中心控制该控制分区内的燃气电动阀330的开度增大，燃气流量计350获得的燃气流量也增大，控制中心对应控制空气电动阀230的开度增大，空气流量计250获得的空气流量也增大，从而达到系统预设的最佳空燃比。
作为另一种可替代实施方式，分段式陶瓷窑燃气与空气联动控制系统，至少三个控制分区对应的窑体100内的温度设定为从窑体100的一端向另一端逐渐升高，比如，图1所示四个控制分区的炉温从左至右依次升高10摄氏度。
作为又一种可替代实施方式，分段式陶瓷窑燃气与空气联动控制系统，空气总管200中的空气为经过余热利用装置(比如常规换热器)预热的空气，余热利用装置设置于窑体100的烟气管道中。
作为再一种可替代实施方式，请参照图2、3，每个控制分区包括一个设置于窑体上的混合喷嘴500。空气入口120和燃气入口130形成于混合喷嘴500上。来自空气输入管270的空气经空气入口120进入混合喷嘴500，来自燃气输入管370的燃气经燃气入口130进入混合喷嘴500。混合喷嘴500内设有旋转叶轮550，旋转叶轮550能够使进入混合喷嘴500内的空气与燃气的混合气体高速旋转混合后喷射至窑体100内。
尽管在此已详细描述本发明的优选实施方式，但要理解的是本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体结构，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体，都在本发明所公开的范围内。
Claims (10)
1.一种分段式陶瓷窑燃气与空气联动控制系统，包括：
窑体，其设有若干空气入口及若干燃气入口；
空气总管；以及
燃气总管；
其特征在于，所述分段式陶瓷窑燃气与空气联动控制系统还包括：
第一热电偶，其设置于所述空气总管内；以及
沿所述窑体的纵向方向依次布置的至少三个控制分区，每个控制分区包括：
空气支管；
设置于所述空气支管与所述空气总管之间的连接管线上的空气电动阀以及空气流量计；
连接于所述空气支管与所述空气入口之间的至少三个空气输入管；
燃气支管；
设置于所述燃气支管与所述燃气总管之间的连接管线上的燃气电动阀以及燃气流量计；
连接于所述燃气支管与所述燃气入口之间的至少三个燃气输入管；
第二热电偶，其设置于所述窑体上以获得每个所述控制分区所对应的窑体内的分区温度数据；
其中，所述至少三个控制分区根据所述第二热电偶获得的窑体内的分区温度数据控制每个控制分区内的所述燃气电动阀的开度，所述燃气流量计将获得的燃气流量数据传送给控制中心，所述控制中心根据燃气流量数据及所述第一热电偶获得的所述空气总管内的空气温度数据来耦合控制每个控制分区内的所述空气电动阀的开度，使得每个控制分区内的所述空气流量计获得的空气质量流量数据与所述燃气流量计获得的燃气质量流量数据达到系统预设的最佳空燃比。
2.如权利要求1所述的分段式陶瓷窑燃气与空气联动控制系统，其特征在于，当所述分区温度数据和所述空气温度数据其中之一发生变化时，所述控制中心通过渐进改变每个控制分区内的所述空气电动阀的开度和所述燃气电动阀的开度，使得每个控制分区内的所述空气流量计获得的空气质量流量数据与所述燃气流量计获得的燃气质量流量数据逐步接近系统预设的最佳空燃比。
3.如权利要求2所述的分段式陶瓷窑燃气与空气联动控制系统，其特征在于，当所述第一热电偶获得的所述空气总管内的空气温度数据表明空气温度降低时，所述控制中心对应控制所述空气电动阀的开度减小。
4.如权利要求2所述的分段式陶瓷窑燃气与空气联动控制系统，其特征在于，当所述第一热电偶获得的所述空气总管内的空气温度数据表明空气温度升高时，所述控制中心对应控制所述空气电动阀的开度增大。
5.如权利要求2所述的分段式陶瓷窑燃气与空气联动控制系统，其特征在于，当每个所述控制分区对应设置的第二热电偶获得的窑体内的温度数据表明窑内温度降低时，所述控制中心控制该控制分区内的所述燃气电动阀的开度减小。
6.如权利要求2所述的分段式陶瓷窑燃气与空气联动控制系统，其特征在于，当每个所述控制分区对应设置的第二热电偶获得的窑体内的温度数据表明窑内温度升高时，所述控制中心控制该控制分区内的所述燃气电动阀的开度增大。
7.如权利要求1～6中任一项所述的分段式陶瓷窑燃气与空气联动控制系统，其特征在于，所述至少三个控制分区对应的窑体内的温度设定为从窑体的一端向另一端逐渐升高。
8.如权利要求1～6中任一项所述的分段式陶瓷窑燃气与空气联动控制系统，其特征在于，所述空气总管中的空气为经过余热利用装置预热的空气，所述余热利用装置设置于所述窑体的烟气管道中。
9.如权利要求1～6中任一项所述的分段式陶瓷窑燃气与空气联动控制系统，其特征在于，所述分段式陶瓷窑燃气与空气联动控制系统包括五个或五个以上的控制分区，每个所述控制分区包括五个或五个以上的空气输入管以及五个或五个以上的燃气输入管。
10.如权利要求1～6中任一项所述的分段式陶瓷窑燃气与空气联动控制系统，其特征在于，每个所述控制分区包括一个设置于所述窑体上的混合喷嘴，所述空气入口和所述燃气入口形成于所述混合喷嘴上，来自所述空气输入管的空气经所述空气入口进入所述混合喷嘴，来自所述燃气输入管的燃气经所述燃气入口进入所述混合喷嘴，所述混合喷嘴内设有旋转叶轮，所述旋转叶轮使进入所述混合喷嘴内的空气与燃气的混合气体高速旋转混合后喷射至所述窑体内。
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