CN106179911A - 一种基于余热回收的汽车烘干室加热区温控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于余热回收的汽车烘干室加热区温控系统，包括：加热区回风温度控制单元，根据加热区的回风温度设定值及加热区的当前回风温度值输出第一MV值；加热区送风温度控制单元，根据第一MV值及加热区的当前送风温度值而输出第二MV值；换热器换热控制单元，根据第二MV值及加热区的回风量实时控制给加热区供应热风的换热器的换热调节阀的开度；焚烧炉送风温度控制单元，根据第二MV值以及焚烧炉的当前热风出口温度值，输出第三MV值对焚烧炉出口温度调节阀的开度实时调节。本发明可实现汽车烘干室加热区温控的智能调节控制。

Description

一种基于余热回收的汽车烘干室加热区温控系统

技术领域

本发明属于汽车涂装技术领域，具体涉及一种基于余热回收的汽车烘干室加热区温控系统。

背景技术

汽车涂装行业中，通常采用中低温烘干室进行车身漆面干燥处理，包括电泳漆烘干、密封胶烘干、面漆烘干等。采用四元体或三元体加热方式，其中四元体加热方式一般采用独立燃烧器作为各个加热区热源，废气经RTO系统处理排放；三元体加热方式一般采用焚烧炉处理烘房废气并将燃烧余热用于各个加热区热源。三元体加热方式中，焚烧炉出口高温烟气，经过各区换热器，为加热区提供热量。整个系统中需要控制的温度包括焚烧炉的炉膛温度、焚烧炉出口烟气温度、各个加热区的回风温度。现有加热系统中，焚烧炉出口温度的设定值为固定值，为加热区提供恒定的热源温度；各加热区温度通过换热器调节阀直接控制回风温度。现有焚烧炉及各个加热区的上述温度控制策略，在实际运行过程中存在以下不足：

焚烧炉出口温度始终使用固定的设定值，为加热区提供恒温热源。然而在烘干系统不同的运行阶段中，对于热量的需求存在较大差异。例如在烘干炉升温过程中，对于热量需求较大，因而需要较高的焚烧炉出口温度；而在烘干炉到温后和进车前的低消耗时段，对于热量需求较小，此时需要较低的焚烧炉出口温度；而在烘干炉有车辆进入后，热量需求又处在连续变化过程中。因此，若焚烧炉出口温度保持恒定，不能根据实际需求进行调整，则最终排烟温度会过高，能源利用率低，增加运营成本，造成浪费。

另外，在各加热区控温中，直接控制回风温度，滞后大，震荡时间长，受扰动后，恢复时间长。

发明内容

本发明的目的在于解决上述的技术问题而提供一种基于余热回收的汽车烘干室加热区温控系统，其通过在各个加热区控温中加入串级控制策略，缩短了震荡时间，减小超调，提高了系统稳定性；通过在焚烧炉出口温度控制中采用动态调节法调节焚烧炉出口温度的设定值，达到节能降耗的目的。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于余热回收的汽车烘干室加热区温控系统，包括：

加热区回风温度控制单元，用于根据加热区的回风温度设定值以及加热区的当前回风温度值通过PID控制输出第一MV值；

加热区送风温度控制单元，用于根据所述第一MV值以及加热区的当前送风温度值通过PID控制输出第二MV值；

换热器换热控制单元，用于根据所述第二MV值以及加热区的回风量实时控制给所述加热区供应热风的换热器的换热调节阀的开度；所述换热器用于使焚烧炉送来的热风与所述加热区的回风进行换热后形成加热热风送入所述加热区；

焚烧炉送风温度控制单元，用于根据所述第二MV值以及焚烧炉的当前热风出口温度值通过PID控制输出第三MV值对焚烧炉出口温度调节阀的开度实时进行调节。

所述基于余热回收的汽车烘干室加热区温控系统，包括焚烧炉炉膛温度控制单元，用于根据当前炉膛温度以及炉膛设定温度通过PID控制输出第四MV值给燃气管道上的燃气调节阀，控制燃气调节阀的开度。

所述焚烧炉出口温度调节阀安装在所述焚烧炉的出口管路上；当所述焚烧炉出口温度调节阀全关时，烘干室加热区废气被预热后进入焚烧炉炉膛燃烧，燃烧后的高温烟气全部经过换热装置与引入的烘干室加热区废气换热后通过焚烧炉出口管路排出；当所述焚烧炉出口温度调节阀全开时，燃烧后的高温烟气不经过换热装置，直接通过焚烧炉的出口管路排出，而烘干室加热区废气不经预热直接进入焚烧炉炉膛燃烧。

所述加热区为多个，每个所述加热区设有一个所述换热器并配置一个所述加热区回风温度控制单元与一个加热区送风温度控制单元，所述焚烧炉的热风管道穿过多个所述换热器，所述换热调节阀设在所述换热器对应的热风管道上。

本发明具有以下有益效果：

1.自动调节焚烧炉出口温度的设定值，可根据加热区的实时的换热器调节阀开度大小，并通过PID内部计算处理实时转换为控制焚烧炉出口温度调节阀的开度大小的输出量，从而实现对焚烧炉出口温度调节阀的开度大小在焚烧炉出口温度设定值范围内进行自动实时调节，实现了根据热量需求来调整热量供给，实现热源温度的智能调节，提高能源利用率，降低能耗；

2.自动实现加热区控温调节，缩短震荡时间，减小超调，提高系统稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的汽车烘干炉余热回收利用智能温控系统的示意图。

具体实施方式

下面，结合实例对本发明的实质性特点和优势作进一步的说明，但本发明并不局限于所列的实施例。

参见图1所示，一种汽车烘干炉余热回收利用智能温控系统，包括：

加热区回风温度控制单元，包括第一PID控制器10，用于根据加热区的回风温度设定值以及加热区的当前回风温度值(由第一温度传感器11采集回风管12中回风温度T5)输出第一MV值，即MV3；

加热区送风温度控制单元，包括第二PID控制器20，用于根据所述第一MV值MV3以及加热区的当前送风温度值(通过第二温度传感器21采集送风管22中送风温度T6)而输出第二MV值,即MV4；

换热器换热控制单元，用于根据所述第二MV值以及加热区的回风管12的回风量，实时控制给所述加热区供应热风的换热器(如图1中所示的4区换热器)的换热调节阀30的开度；

所述换热器用于使焚烧炉100送来的热风与所述加热区的回风进行换热后,形成加热热风通过送风管22送入所述加热区；

焚烧炉送风温度控制单元，包括第三PID控制器40，用于根据所述第二MV值以及焚烧炉的当前热风出口温度值(由第三温度传感器41采集)，输出第三MV值，即MV2，对焚烧炉出口温度调节阀42的开度实时进行调节。

所述第一MV值用于作为同一加热区送风温度控制单元的输入设定值，由该加热区送风控制单元根据该第一MV值及加热区的当前送风温度值而自动调节，输出第二MV值，控制换热器换热控制单元的换热调节阀的开度，从而使该加热区送风温度根据加热区回风温度及加热区送风实际温度实现智能调节控制，由于焚烧炉的出口温度影响着制换热器换热，因此该第二MV值同时传送到焚烧炉送风温度控制单元，由焚烧炉送风温度控制单元根据该第二MV值，输出第三MV值对焚烧炉出口温度调节阀的开度实时进行调节，从而满足了实际温度调节需要。

需要说明的是，本发明中，由于是对烘干室的多个加热区进行智能控制器，因此，所述焚烧炉送风温度控制单元在PID控制时的控制设定值是多个加热区的送风温度控制单元输出的多个第二MV值经过自动处理后而得到，具体的，可以由处理器110接收多个加热区送风温度控制单元输出的第二MV值，然后经接收后多个第二MV值进行比较处理数字转换后形成一个综合值，然后送入所述第三PID控制器作为该第三PID控制器的输入设定值，由所述第三PID控制器根据该输入设定值以及焚烧炉出口温度值，对焚烧炉出口温度调节阀42的开度实时进行调节。

其中，所述焚烧炉出口温度调节阀42可安装在所述焚烧炉的出口管路上；所述焚烧炉100内设有换热装置50，与加热区废气引入管道相连接，可用于引入烘干室加热区的废气进入焚烧炉100中，或预热后进入焚烧炉膛燃烧，或与燃烧后的高温烟气进行换热，具体如下：

当所述焚烧炉出口温度调节阀42全关时，加热区废气被预热后进入焚烧炉炉膛燃烧，燃烧后的高温烟气全部经过换热装置50与引入的废气换热后通过焚烧炉出口管路排出；当所述焚烧炉出口温度调节阀42全开时，燃烧后的高温烟气不经过换热装置，直接通过焚烧炉的出口管路排出，而加热区废气不经预热直接进入焚烧炉炉膛燃烧。

从而通过调节焚烧炉出口温度调节阀的开度，可以控制进入换热装置和直接排出的燃烧后高温烟气比例；当炉膛温度T2不变时，焚烧炉出口温度调节阀开度42越小，燃烧后高温烟气进入换热装置50的比例越高，加热区废气被预热的温度越高，换热后的高温烟气温度(即焚烧炉出口温度T1)越低；整个过程中，需要将废气预热温度T3(由温度传感器60采集)的气体，通过燃烧加热到炉膛温度T2(由温度传感器70采集)，控制炉膛温度T2保持不变，废气预热温度T3越高，则加热温差越小，所需能源注入即燃气量也越小，从而节约能源。

在保证烘干系统和焚烧炉系统稳定运行的前提下，智能调节焚烧炉出口温度T1，在一定程度下，在需要降低焚烧炉出口温度T1时，就需要减小焚烧炉出口温度调节阀的开度，该调节阀的开度越小，如上所述，燃烧后高温烟气进入换热装置的比例越高，最终提高了废气预热温度，从而减少了燃气消耗量，节约了能源。

进一步的，本发明中所述基于余热回收的汽车烘干室加热区温控系统，包括焚烧炉炉膛温度控制单元，包括第四PID控制器90，用于根据当前炉膛温度T2以及炉膛设定温度输出第四MV值,即MV1给燃气管道上的燃气调节阀80，控制燃气调节阀的开度。

所述加热区为多个，如图1所示，示出了四个加热区的情况，如加热1区，加热2区，加热3区以及加热4区，每个所述加热区设有一个换热器,并配置一个加热区回风温度控制单元与一个加热区送风温度控制单元，所述焚烧炉的热风(热气)管道穿过多个所述换热器，所述换热调节阀设在所述换热器对应的热风(热气)管道上。

关于焚烧炉出口温度T1的设定值的调节，主要是通过焚烧炉送风温度控制单元控制实现，该单元通过判断烘干炉加热区的末端负荷，动态调节热源温度设定值，即焚烧炉出口温度值T1，从而可以通过降低焚烧炉出口温度，提高废气预热温度，降低最终排烟温度，减少焚烧炉燃气耗量，节能降耗。

该焚烧炉送风温度控制单元采用了PID控制，被控量为焚烧炉出口温度T1，输出量为焚烧炉出口调节阀开度MV2，设定值不是固定值，需要根据烘干炉加热区末端负荷进行实时跟踪调节，即根据各加热区换热器调节阀开度的变化，在一定范围内改变设定值。

本发明中，所述焚烧炉出口温度T1的设定值调节，分为三个阶段：

第一阶段，焚烧炉升温中，对于焚烧炉出口温度T1不进行控制，焚烧炉出口调节阀开度MV2赋零，即全部关闭状态，以保证焚烧炉快速升温；

第二阶段，焚烧炉到温后，烘干房加热区升温中，焚烧炉出口温度T1的设定值设置为固定的上限值，以保证烘干房加热区快速升温；

第三阶段，烘干房加热区到温，此时，烘干房开始进车，末端负荷发生变化，焚烧炉出口温度T1的设定值根据各区换热器调节阀开度情况，程序算法自动计算，在一定的合理范围内进行调节，在保证系统稳定的同时，智能调节焚烧炉出口温度T1，提高废气预热比例，减少焚烧炉燃气耗量，降低能耗。

关于本发明中各个加热区烘干温度的智能控制的说明。本发明，烘干室各区烘干温度的控制模式一样，下面以一个加热区为例进行说明；

下面以加热4区为例说明，包括一个回风温度控制单元，一个送风温度控制单元，主控温度为回风温度T5，辅助控制温度为送风温度T6,回风温度控制单元采用PID控制器，被控量为回风温度T5，输出量为MV3，设定值为工艺要求的固定值；送风温度控制单元，采用PID控制器，被控量为送风温度T6，输出量为MV4，设定值为回风温度控制单元的输出量MV3。

此种串级控制策略，通过送风和回风的串级控制方式，可将送风温度的波动限定在一定范围，从而缩小主控回风温度的震荡幅度，提高控制精度，减小超调，减小滞后，加快响应速度，提高系统稳定性和动态性能，优化烘干加热温度的稳定性，改善烘干效果,从而解决了目前在烘干炉控温系统中，存在较大滞后环节，当加热区进车或存在外部干扰时，加热的回风温度通常会出现较大波动，且稳定时间较长的技术问题。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于余热回收的汽车烘干室加热区温控系统，其特征在于，包括：

加热区回风温度控制单元，用于根据加热区的回风温度设定值以及加热区的当前回风温度值通过PID控制输出第一MV值；

加热区送风温度控制单元，用于根据所述第一MV值以及加热区的当前送风温度值通过PID控制输出第二MV值；

换热器换热控制单元，用于根据所述第二MV值以及加热区的回风量实时控制给所述加热区供应热风的换热器的换热调节阀的开度；所述换热器用于使焚烧炉送来的热风与所述加热区的回风进行换热后形成加热热风送入所述加热区；

焚烧炉送风温度控制单元，用于根据所述第二MV值以及焚烧炉的当前热风出口温度值通过PID控制输出第三MV值对焚烧炉出口温度调节阀的开度实时进行调节。

2.根据权利要求1所述基于余热回收的汽车烘干室加热区温控系统，其特征在于，包括焚烧炉炉膛温度控制单元，用于根据当前炉膛温度以及炉膛设定温度通过PID控制输出第四MV值给燃气管道上的燃气调节阀，控制燃气调节阀的开度。

3.根据权利要求1或2所述基于余热回收的汽车烘干室加热区温控系统，其特征在于，所述焚烧炉出口温度调节阀安装在所述焚烧炉的出口管路上；当所述焚烧炉出口温度调节阀全关时，烘干室加热区废气被预热后进入焚烧炉炉膛燃烧，燃烧后的高温烟气全部经过换热装置与引入的烘干室加热区废气换热后通过焚烧炉出口管路排出；当所述焚烧炉出口温度调节阀全开时，燃烧后的高温烟气不经过换热装置，直接通过焚烧炉的出口管路排出，而烘干室加热区废气不经预热直接进入焚烧炉炉膛燃烧。

4.根据权利要求3所述基于余热回收的汽车烘干室加热区温控系统，其特征在于，所述加热区为多个，每个所述加热区设有一个所述换热器并配置一个所述加热区回风温度控制单元与一个加热区送风温度控制单元，所述焚烧炉的热风管道穿过多个所述换热器，所述换热调节阀设在所述换热器对应的热风管道上。