CN107091577A - 一种在线式线性比例控制燃烧系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在线式线性比例控制燃烧系统及控制方法，控制装置包括比例烧嘴及分别与其连接的燃气管和助燃风管，助燃风管上连接有助燃风线性执行机构和风量传感器，燃气管上连接有燃气线性执行机构和气量传感器，燃气线性执行机构通过温度控制仪电性连接一热电偶，该热电偶测定窑炉内温度，该温度控制仪通过热电偶测定的温度值与设定值的差来控制燃气线性执行机构的阀位(燃气量)大小，还包括有一助燃风控制仪，该助燃风控制仪分别电性连接助燃风线性执行机构及风量传感器，气量传感器通过一比例控制仪电性连接助燃风控制仪。本发明温度控制精准，空燃比控制精准，运行稳定，解决了炉内气氛波动问题，同时稳定了产品质量，还避免了烧嘴喷头结焦、积炭、熄火等问题。
Description
技术领域
本发明属于工业窑炉燃烧控制设备技术领域，尤其涉及一种在线式线性比例控制燃烧系统及其控制方法。
背景技术
目前，在线式线性比例控制燃烧系统主要用于需要对燃烧气氛含量控制的工业炉窑。传统燃烧系统用作气氛控制存在的主要问题：1、传统气氛控制的窑炉没有专用的线性燃烧控制装备，气氛调整受人为因素影响很大；2、传统燃烧系统设备用在气氛控制的窑炉上容易出现烧嘴结焦、积炭、熄火等问题，使窑内气氛、温度和压力难以保持动态平衡；3、传统燃烧系统设备用作气氛控制的炉子生产产品质量不稳定，合格率低，无法做到生产高品质的产品要求。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明提供一种在线式线性比例控制燃烧系统，温度、气氛控制精准，窑炉内部热工状态稳定，操作容易，使用方便，燃气与空气的配比能实现成稳定的线性变化，解决了气氛不稳带来的产品质量缺陷以及烧嘴易结焦、积炭、熄火等问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种在线式线性比例控制燃烧系统，包括比例烧嘴及分别与其连接的燃气管和助燃风管，还包括：热电偶、温度控制仪、燃气线性执行机构、气量传感器、比例控制仪、助燃风控制仪以及助燃风线性执行机构。
其中，所述热电偶可测量窑炉内温度并输出热电偶温度信号；
所述温度控制仪与所述热电偶电性连接，所述温度控制仪可接收所述热电偶温度信号并根据温度测量值与设定值的偏差来输出阀位信号，所述阀位信号可控制燃气线性执行机构的阀位；
所述燃气线性执行机构安装于所述燃气管道上，所述燃气线性执行机构与所述温度控制仪电性连接，所述燃气线性执行机构可接收所述阀位信号，通过调节燃气线性执行机构(3)的阀位来控制燃气流量的大小；
所述气量传感器安装于所述燃气管道上，所述气量传感器可检测所述燃气管内的流量并输出燃气流量信号；
所述比例控制仪与所述气量传感器电性连接，所述比例控制仪可接收所述燃气量信号并将燃气量乘以预先设定的空燃比例系数后输出并作为助燃风设定流量信号给助燃风控制仪(6)；
所述助燃风控制仪与所述助燃风线性执行机构以及所述比例控制仪电性连接，所述助燃风控制仪可接收所述助燃风设定流量信号，并输出助燃风线性执行机构阀位控制信号；
所述助燃风线性执行机构安装于所述助燃风管道上，所述助燃风线性执行机构可接收所述助燃风控制仪送来的阀位控制信号并根据燃烧比例需要调节所述燃风管内的助燃风流量。
优选的，还包括风量传感器，所述风量传感器安装于所述助燃风管上，所述风量传感器可检测所述助燃风管的流量并输出助燃风实测流量信号；所述风量传感器与所述助燃风控制仪电性连接，所述助燃风控制仪可接收所述助燃风流量信号并与所述助燃风设定流量信号进行比较，并根据比较结果对所述助燃风线性执行机构的阀位进行调节。助燃风实测流量值低于设定值时，助燃风线性执行机构阀位将开大，直至与设定值相等，反之操作类同。
优选的，所述烧嘴还设有一电极，邻近所述烧嘴处的所述燃气管还连接有一燃气电磁阀，该燃气电磁阀电性连接一点火器，该点火器连接所述电极，所述点火器通电工作时，使所述电极放电，同时让所述燃气电磁阀打开，启动点火动作程序。
优选的，所述比例控制仪的空燃比例系数可设定恒定值或曲线值，以此来满足不同燃料燃烧过程的空燃比例要求。
一种在线式线性比例燃烧控制方法，其适用于包括比例烧嘴、燃气管和助燃风管的在线式线性比例控制燃烧系统，包括：
热电偶测量窑炉内温度并输出热电偶温度信号；
温度控制仪接收所述热电偶温度信号并根据温度设定值输出燃气线性执行机构阀位控制信号；
燃气线性执行机构接收所述温度控制仪输出的阀位控制信号并调节所述燃气线性执行机构阀位，进而控制燃气流量；
气量传感器检测所述燃气管的流量并输出燃气流量信号；
比例控制仪接收所述气量传感器传来的燃气流量信号并将燃气流量乘以其设定的空燃比例系数后输出其对应的助燃风设定流量信号；
助燃风控制仪接收所述助燃风设定流量信号并输出控制助燃风线性执行机构的阀位控制信号，进而实现线性流量配比；
助燃风线性执行机构接收所述助燃风控制仪输出的助燃风线性执行机构阀位控制信号，并通过调节所述燃风线性执行机构的阀门开度来控制助燃风流量。
优选的，包括采用助燃风控制仪接收所述助燃风量传感器送来的流量信号与所述助比例控制仪送来的助燃风设定流量信号进行比较，并根据比较结果对所述助燃风线性执行机构的阀位进行调节，来控制助燃风流量。
一种在线式线性比例燃烧控制方法，其适用于包括比例烧嘴、燃气管和助燃风管的在线式线性比例控制燃烧系统，包括：获取窑炉内的温度值；然后根据所述温度值与设定值的偏差来调节燃气管的燃气供给流量；获取燃气管的燃气流量；将获取的燃气管的燃气流量乘以空燃比例系数后获得的是助燃风设定流量；将这一助燃风设定流量信号送至助燃风控制仪。
优选的，助燃风控制仪通过风量传感器获取助燃风的实测流量，通过比例控制仪获取设定流量，再根据两个流量数值的偏差控制输出，当测量值低于设定值时，助燃风控制仪将输出信号开大助燃风线性执行机构的阀位开度，直至测量值与设定值相等。反之，操作类同。
本发明的有益效果：
本发明的在线式线性比例控制燃烧系统及控制方法至少具有以下优点：
第一，炉窑的温度控制精准，温差小，窑内热工状态稳定、产品质量稳定，成品率高。
第二、本装置实现了燃气与空气的线性比例供给烧嘴关系，并使得燃烧气氛稳定可调，解决了目前燃控方式导致的窑内气氛不稳定问题，烧嘴的喷头易结焦、积炭、熄火等实际问题。实现了在线智能控制，无需人工看管，自动完成气氛转换控制过程。
第三、本发明操作维护简单，使用方便，运行稳定。
第四、大幅度提高气氛控制窑炉的热工状态的稳定性，产品合格率大幅提高，炉内气氛可随意设定。
第五、应用广泛，第一，常用于硅酸盐制品(日用陶瓷、工艺陶瓷、建筑陶瓷、工程陶瓷、耐火材料等)气氛保护窑炉上；第二，金属热处理及金属熔炼保温的工业炉上，比如各类台车炉、带钢炉、罩式炉、熔炼炉等等。第三，加热烘干的工业生产线上，比如干燥窑、热风炉、燃气烤箱等等。第四，多种材料的防火耐火等级测试炉上，比如垂直式耐火试件测试炉、水平式耐火试件测试炉等等。不仅仅满足生产工艺对气氛的要求，而且大幅度减少或杜绝氧化烧损。
附图说明
图1为本发明的在线式线性比例控制燃烧系统的结构示意图。
图中：100-燃气管；200-助燃风管；1-助燃风线性执行机构；2-风量传感器； 3-燃气线性执行机构；4-气量传感器；5-热电偶；6-助燃风控制仪；7-比例控制仪；8-电极；9-燃气电磁阀；10-点火器；11-温度控制仪；12-烧嘴。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：
一种在线式线性比例控制燃烧系统，包括比例烧嘴12及分别与其连接的燃气管100和助燃风管200，还包括热电偶5、温度控制仪11、燃气线性执行机构 3、气量传感器4、比例控制仪7、助燃风控制仪6和助燃风线性执行机构1。
其中，热电偶5可测量窑炉内温度并输出热电偶温度信号。
温度控制仪11与热电偶5电性连接，温度控制仪11可接收热电偶温度信号并根据温度测量值与设定值的偏差来输出燃气线性执行机构阀位控制信号。
燃气线性执行机构3安装于燃气管100，燃气线性执行机构3与温度控制仪 11电性连接，燃气线性执行机构3可接收温度控制仪11送来的燃气线性执行机构阀位控制信号，通过调节燃气线性执行机构3的阀位来控制燃气流量的大小。
气量传感器4安装于燃气管100，气量传感器4可检测燃气管100的流量并输出燃气流量信号。
比例控制仪7与气量传感器4电性连接，比例控制仪7可接收燃气流量信号并将燃气流量乘以其设定的空燃比例系数后输出并作为助燃风设定流量信号给助燃风控制仪6。且比例控制仪7安装有规格为1寸至4寸的线性阀。
助燃风控制仪6与助燃风线性执行机构1以及比例控制仪7电性连接，助燃风控制仪6以通讯方式接收所述比例控制仪7送来的助燃风设定流量信号，并输出助燃风线性执行机构阀位控制信号。
助燃风线性执行机构1安装于助燃风管200上，助燃风线性执行机构1可接收助燃风控制仪送来的阀位控制信号并根据燃烧比例需要调节燃风管200的助燃风流量。
发明人发现，即对助燃风管及燃气管的控制选用自动阀控制其流量完成和天然气的配比，而部分自动阀(例如自动蝶阀)的开度与流量特性不成线性，导致控制过程不稳定，控制精度差，进而影响天然气的燃烧效率。
进一步地，为了能够实时监测助燃风管200的流量经过调节后是否到达了预设的流量值，本实施例中，还包括风量传感器2，风量传感器2安装于助燃风管 200上，风量传感器2可检测助燃风管200的流量并输出助燃风流量信号；风量传感器2与助燃风控制仪6电性连接，助燃风控制仪6可接收助燃风流量信号并与助燃风设定流量信号进行比较，并根据比较结果对助燃风线性执行机构1的的阀位进行调节。
若检测到的实际助燃风流量高于设定的助燃风流量，则助燃风控制仪6进一步输出降低燃风流量的控制信号，控制助燃风控制仪6将助燃风管200的流量减小；若检测到的实际助燃风流量低于设定的助燃风流量，则助燃风控制仪6进一步输出提高燃风流量的控制信号，控制助燃风控制仪6将助燃风管200的流量增加；以此重复操作，直到实际的助燃风流量接近或者等于设定的助燃风流量。
本发明的优选实施例中，烧嘴12还设有一电极8，邻近烧嘴12处的燃气管 100还连接有一燃气电磁阀9，该燃气电磁阀9电性连接一点火器10，该点火器 10连接电极8，点火器10通电工作时，使电极8放电，让燃气电磁阀9打开，启动点火动作程序。
本发明的优选实施例中，比例控制仪7的空燃比例系数可设定恒定值或曲线值，以此来满足不同燃料燃烧过程的空燃比例要求。
具体的，比例控制仪7的空燃比例系数可进行编辑和在线修改，该比例控制仪7主要是控制空气和燃气比例的，所以不同的燃料，其燃烧比例不一样，就可以通过比例控制仪7来设定空燃比例系数，以满足燃烧需求。比例控制仪7的空燃比例系数可以设定恒定值或曲线值，来满足不同燃料的燃烧过程的比例控制。比例控制仪7是接收的气量传感器4送来的气量信号，送入该比例控制仪7的微处理器中，在微处理器内进行运算，得到的气量信号乘以空燃比例系数，再以通讯方式输出给助燃风控制仪6，并作为助燃风量的设定值，调整助燃风线性执行机构1的开启量，以满足空燃比。
本实施例基于上述的在线式线性比例控制燃烧系统，还提供了一种在线式线性比例燃烧控制方法，其适用于包括比例烧嘴12、燃气管100和助燃风管200 的在线式线性比例控制燃烧系统，该控制方法包括：热电偶5测量窑炉内温度并输出热电偶温度信号；温度控制仪11接收热电偶温度信号并根据温度设定值输出燃气线性执行机构阀位控制信号；燃气线性执行机构3接收温度控制仪11输出的燃气线性执行机构阀位控制信号并调节所述燃气线性执行机构3的阀位，进而控制燃气流量；气量传感器4检测燃气管100的流量并输出燃气流量信号；比例控制仪7接收燃气流量信号并将燃气流量乘以其设定的空燃比例系数后输出对应的助燃风设定流量信号；助燃风控制仪6接收助燃风设定流量信号并输出控制助燃风线性执行机构1的阀位控制信号，进而实现线性流量配比；助燃风线性执行机构1接收助燃风控制仪6输出的助燃风线性执行机构阀位控制信号，并通过调节助燃风线性执行机构1的阀门开度来控制燃风管200的助燃风流量。
本发明的优选实施例中，还包括采用助燃风控制仪6接收助燃风流量信号并与助燃风设定流量信号进行比较，并根据比较结果对助燃风线性执行机构1的输出助燃风流量控制信号。
进一步还提供了一种更为简化的在线式线性比例燃烧控制方法，其适用于包括比例烧嘴12、燃气管100和助燃风管200的在线式线性比例控制燃烧系统，其包括：获取窑炉内的温度值；然后根据温度值来调节燃气管100的燃气流量；获取燃气管100的燃气流量；将获取的燃气管100的燃气流量乘以空燃比例系数后获得助燃风设定流量；根据助燃风设定流量信号调节助燃风管200的助燃风流量。
为了使助燃风的流量能够达到设定值，本实施例中，还包括：获取助燃风管 200的助燃风流量；根据获取的助燃风管200的助燃风流量调节助燃风管200直至助燃风管200的实际助燃风流量接近或等于助燃风设定流量。
本发明的工作原理及使用流程：
首先系统设定了一个温度值，而热电偶5把测量的窑炉温度信号传送给温度控制仪11，并与设定的温度值进行比较，若窑炉的实际温度偏高，则温度控制仪11输出信号控制燃气线性执行机构3关小燃气量，气量传感器4把燃气管内的气量信号输送给比例控制仪7，比例控制仪7接收到的燃气量减小，乘以空燃比例系数后，比例控制仪7输出的助燃风量设定值必然减小，由于助燃风量设定值的减小，助燃风控制仪6控制助燃风线性执行机构1减少助燃风阀门开度，从而达到同时按比例减少燃气量和助燃风量，不仅使燃烧气氛、温度稳定，而且避免了烧嘴12的喷头易结焦、积炭和熄火等问题。本发明实现了空气和燃气按比例线性化稳定燃烧，实现空气和燃气的同步线性变化，从而保证了空燃比例燃烧，燃料得到充分的利用，同时温度波动范围小，生产出来的产品质量稳定，品质高。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种在线式线性比例控制燃烧系统，包括比例烧嘴(12)及分别与其连接的燃气管(100)和助燃风管(200)，其特征在于，还包括：
热电偶(5)，所述热电偶(5)可测量窑炉内温度并输出热电偶温度信号；
温度控制仪(11)，所述温度控制仪(11)与所述热电偶(5)电性连接，所述温度控制仪(11)可接收所述热电偶温度信号并根据温度测量值与设定值的偏差来输出燃气线性执行机构阀位控制信号；
燃气线性执行机构(3)，所述燃气线性执行机构(3)安装于所述燃气管(100)，所述燃气线性执行机构(3)与所述温度控制仪(11)电性连接，所述燃气线性执行机构(3)可接收所述温度控制仪(11)送来的燃气线性执行机构阀位控制信号，通过调节燃气线性执行机构(3)的阀位来控制燃气流量的大小；
气量传感器(4)，所述气量传感器(4)安装于所述燃气管(100)，所述气量传感器(4)可检测所述燃气管(100)的流量并输出燃气流量信号；
比例控制仪(7)，所述比例控制仪(7)与所述气量传感器(4)电性连接，所述比例控制仪(7)可接收所述燃气流量信号并将燃气流量乘以预先设定的空燃比例系数后再输出并作为助燃风设定流量信号给助燃风控制仪(6)；
助燃风控制仪(6)，所述助燃风控制仪(6)与所述助燃风线性执行机构(1)以及所述比例控制仪(7)电性连接，所述助燃风控制仪(6)以通讯方式接收所述比例控制仪(7)送来的助燃风设定流量信号，并输出助燃风线性执行机构阀位控制信号；
助燃风线性执行机构(1)，所述助燃风线性执行机构(1)安装于所述助燃风管(200)上，所述助燃风线性执行机构(1)可接收所述助燃风控制仪送来的阀位控制信号并根据燃烧比例需要调节所述燃风管(200)的助燃风流量。
2.根据权利要求1所述的在线式线性比例控制燃烧系统，其特征在于：还包括风量传感器(2)，所述风量传感器(2)安装于所述助燃风管(200)上，所述风量传感器(2)可检测所述助燃风管(200)的流量并输出助燃风流量信号；所述风量传感器(2)与所述助燃风控制仪(6)电性连接，所述助燃风控制仪(6)可接收所述助燃风流量信号并与所述助燃风流量设定信号进行比较，并根据比较结果对所述助燃风线性执行机构(1)的阀位进行调节。
3.根据权利要求1所述的在线式线性比例控制燃烧系统，其特征在于：所述烧嘴(12)还设有一电极(8)，邻近所述烧嘴(12)处的所述燃气管(100)还连接有一燃气电磁阀(9)，该燃气电磁阀(9)电性连接一点火器(10)，该点火器(10)连接所述电极(8)，所述点火器(10)通电工作时，使所述电极(8)放电，让所述燃气电磁阀(9)打开，启动点火动作程序。
4.根据权利要求1所述的在线式线性比例控制燃烧系统，其特征在于：所述比例控制仪(7)的空燃比例系数可设定恒定值或曲线值，以此来满足不同燃料燃烧过程的空燃比例要求。
5.一种在线式线性比例燃烧控制方法，其适用于包括比例烧嘴(12)、燃气管(100)和助燃风管(200)的在线式线性比例控制燃烧系统，其特征在于，包括：
热电偶(5)测量窑炉内温度并输出热电偶温度信号；
温度控制仪(11)接收所述热电偶温度信号并根据温度设定值输出燃气线性执行机构阀位控制信号；
燃气线性执行机构(3)接收所述温度控制仪输出的燃气线性执行机构阀位控制信号并调节所述燃气线性执行机构(3)的阀位，进而控制燃气流量；
气量传感器(4)检测所述燃气管(100)的流量并输出燃气流量信号；
比例控制仪(7)接收所述气量传感器传来的燃气流量信号并将燃气流量乘以其设定的空燃比例系数后输出对应的助燃风设定流量信号；
助燃风控制仪(6)接收所述助燃风设定流量信号并输出控制助燃风线性执行机构的阀位控制信号，进而实现线性流量配比；
助燃风线性执行机构(1)接收所述助燃风控制仪输出的助燃风线性执行机构阀位控制信号，并通过调节所述助燃风线性执行机构的阀门开度来控制所述燃风管(200)的助燃风流量。
6.根据权利要求5所述的在线式线性比例燃烧控制方法，其特征在于，包括：还包括采用助燃风控制仪(6)接收所述助燃风流量信号并与所述助燃风设定流量信号进行比较，并根据比较结果对所述助燃风线性执行机构(1)的输出助燃风流量控制信号。
7.一种在线式线性比例燃烧控制方法，其适用于包括比例烧嘴(12)、燃气管(100)和助燃风管(200)的在线式线性比例控制燃烧系统，其特征在于，包括：
获取窑炉内的温度值；
然后根据所述温度值来调节燃气管(100)的燃气流量；
获取燃气管(100)的燃气流量；
将获取的燃气管(100)的燃气流量乘以空燃比例系数后获得助燃风设定流量；
根据助燃风设定流量信号调节助燃风管(200)的助燃风流量。
8.根据权利要求7所述的在线式线性比例燃烧控制方法，其特征在于：还包括：
获取助燃风管(200)的助燃风流量；
根据获取的助燃风管(200)的助燃风流量调节助燃风管(200)直至助燃风管(200)的实际助燃风流量接近或等于助燃风设定流量。
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