CN112503520B - 一种蓄热式燃烧器的管路系统控制方法以及加热炉 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蓄热式燃烧器的管路系统控制方法，根据燃烧器控制的环境实际温度与设定温度的差距设置保温范围，保温范围内实施保温控制步骤，保温控制步骤为：控制主烧嘴火焰大小为大火控制步骤中主烧嘴火焰大小的1/8‑1/4。本发明通过在现有蓄热式燃烧器的管路系统控制方法的基础上增加保温控制步骤，对非大火位时的主烧嘴的燃烧火焰大小以及时间进行控制，从而1200‑1250℃阶段保温时能源消耗由原来200‑280m3/h之间降低到100‑180m3/h之间；同时工件表面温度与炉温之间的差距由原来相差15‑20℃减少到5‑10℃，工件表面的均匀性和表面温度明显改善。

Description

一种蓄热式燃烧器的管路系统控制方法以及加热炉
技术领域
本发明涉及温度控制技术领域，尤其涉及一种蓄热式燃烧器的管路系统控制方法以及加热炉。
背景技术
近年来，随着锻造行业竞争的日益激烈，如何降低锻造成本，已经成为整个锻造行业的共同课题。因此蓄热式加热炉窑已经成为当前国内炉窑的发展方向。蓄热式燃烧器是该加热炉的重要组成部分。加热炉的蓄热式烧嘴成对出现工作，当一个燃烧器燃烧时，另一个燃烧器的排烟管排出炉内烟气，工作一段时间后，两个燃烧器工作状态互换，实现一个换向周期。
现有的蓄热式燃烧器管路包括燃气管道和助燃风管道(如图1和图2所示)，控制多采用两位控制，即点火位和大火位，点火位点火烧嘴作为长明灯，一直处于燃烧状态，大火位是当温度低于设定值，主烧嘴大火开启燃烧，快速升温。因大火火焰热值大，炉膛内温度上升速度快，而在炉膛保温阶段，需要的热量较升温阶段少很多，其一，瞬间大火也会引起炉膛压力高，造成炉膛里的热量从炉子周边密封位置散出，造成能源消耗大，其二，大火燃烧容易引起较大的温度波动，造成炉温不稳定，影响工件加热的均匀性，其三，短时间的燃烧，造成炉膛内的气氛搅动不足，造成炉膛温度均匀性不足、炉内加热的工件温度不均匀和工件表面温度偏低情况。
因此，针对上述问题，有必要提出进一步地解决方案，以至少解决其中一个问题。
发明内容
本发明旨在提供一种蓄热式燃烧器的管路系统控制方法以及加热炉，以克服现有技术中存在的不足。
第一方面，本发明提供了一种蓄热式燃烧器的管路系统控制方法，如下：
一种蓄热式燃烧器的管路系统控制方法，包括大火控制步骤，所述大火控制步骤为：控制燃气和空气输入，以使主烧嘴燃烧；根据所述燃烧器控制的环境实际温度与设定温度的差距设置保温范围，保温范围内实施保温控制步骤，所述保温控制步骤为：控制主烧嘴火焰大小为大火控制步骤中主烧嘴火焰大小的1/8-1/4。
本发明的一个较佳实施例中，所述保温控制步骤还包括：控制主烧嘴火焰持续燃烧至少一半的换向周期。
本发明的一个较佳实施例中，所述保温范围为实际温度低于设定温度2℃至实际温度高于设定温度1℃。
本发明的一个较佳实施例中，保温范围内控制：
Figure BDA0002820256060000021
其中，E为环境的设定温度，D为环境的初始温度，Δd为主烧嘴火焰的不同大小所对应的环境升温速率，t为保温控制步骤持续的时间，T为换向周期。
本发明的一个较佳实施例中，实际温度低于设定温度1-2℃时，启动保温控制步骤。
本发明的一个较佳实施例中，低于所述保温范围的下限时，采用大火控制步骤。
本发明的一个较佳实施例中，高于所述保温范围的上限时，采用关闭控制步骤，所述关闭控制步骤为：所述燃烧器的燃气和空气输入均关闭。
本发明的一个较佳实施例中，所述的蓄热式燃烧器的管路系统包括燃气管道、辅助燃气管道和助燃风管道，所述燃气管道上设置有控制阀一，所述辅助燃气管道的两端分别连接于所述控制阀一的两端，所述辅助燃气管道上设置有控制阀二，所述助燃风管道包括空气管道和烟气管道，所述空气管道上依次设置有助燃阀一、助燃阀二，所述助燃阀二开启时具有第一位置和第二位置，所述助燃阀二位于第一位置时允许气体通过的流量和所述助燃阀一开启时相同，并且所述助燃阀二位于第二位置时允许气体通过的流量小于位于第一位置时。
本发明的一个较佳实施例中，所述保温控制步骤为：控制阀一关闭，控制阀二和助燃阀一开启，助燃阀二开启至第二位置；所述大火控制步骤为：控制阀一和助燃阀一开启，控制阀二关闭，助燃阀二开启至第一位置。
本发明的一个较佳实施例中，所述关闭控制步骤为：控制阀一、控制阀二和助燃阀一关闭。
本发明的一个较佳实施例中，所述控制阀一和/或所述控制阀二为电磁阀。
本发明的一个较佳实施例中，所述助燃阀二为双位阀，开启时具有第一位置和第二位置，并且所述第二位置的开口角度小于第一位置的开口角度。
第二方面，本发明提供了一种加热炉，如下：
一种加热炉，采用以上任一所述的蓄热式燃烧器的管路系统控制方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过在现有蓄热式燃烧器的管路系统控制方法的基础上增加保温控制步骤，对非大火位时的主烧嘴的燃烧火焰大小以及时间进行控制，从而避免环境温度(即炉膛内温度)波动较大，影响工件温度，并且避免炉膛压力瞬时上升，热量散出，解决了蓄热式燃烧器在保温阶段能耗较高的问题，1200-1250℃阶段保温时能源消耗由原来200-280m3/h之间降低到100-180m3/h之间；同时解决了蓄热式燃烧器脉冲式燃烧造成炉内温度波动大且气氛搅动不足，造成炉膛均匀性差和工件表面温度不均匀及偏低的情况，经测量工件表面温度与炉温之间的差距由原来相差15-20℃减少到5-10℃，工件表面的均匀性和表面温度明显改善。
(2)本发明改造工程量小，改造方便，成本较低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中燃气管道示意图；
图2为现有技术中助燃风管道示意图；
图3为本发明中的燃气管道示意图；
图4为本发明中的助燃风管道示意图。
具体地，110、燃气管道；111、控制阀一；120、辅助燃气管道；121、控制阀二；
210、空气管道；211、助燃阀一；212、助燃阀二；220、烟气管道；221、排烟阀；
122、213、流量计；
112、113、123、手动球阀；
214、222、手动通风蝶阀。
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。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种蓄热式燃烧器的管路系统控制方法，包括大火控制步骤和保温控制步骤。本控制方法优选应用于蓄热式平焰烧嘴燃烧器。
大火控制步骤为：控制燃气和空气输入，以使主烧嘴燃烧。与常规设置相同，指主烧嘴大火开启燃烧，快速升温。
根据燃烧器控制的环境实际温度与设定温度的差距设置保温范围，设定温度由不同的锻件以及锻造工艺确定。保温范围内实施保温控制步骤，保温控制步骤为：控制主烧嘴火焰大小为大火控制步骤中主烧嘴火焰大小的1/8-1/4，以下简称保温控制中主烧嘴火焰为中火。通过中火燃烧，避免大火燃烧快速升温造成炉膛温度波动较大，影响工件温度，并且避免炉膛压力瞬时上升，热量散出，解决了蓄热式燃烧器在保温阶段能耗较高的问题，1200-1250℃阶段保温时能源消耗由原来200-280m3/h之间降低到100-180m3/h之间，同时解决了大火短时燃烧造成炉内气氛搅动不足，造成炉膛均匀性差和工件表面温度不均匀及偏低的情况，通过增加保温控制，经测量工件表面温度与炉温之间的差距由原来相差15-20℃减少到5-10℃，工件表面的均匀性和表面温度明显改善。
优选地，保温控制步骤还包括：控制主烧嘴火焰持续燃烧至少一半的换向周期，其中，换向周期指单个燃烧器的工作时间，从而延长中火燃烧时间，进一步降低温度波动，以及使得炉内气氛充分搅动。
优选地，保温范围为实际温度低于设定温度2℃至实际温度高于设定温度1℃。
优选地，保温范围内控制：
Figure BDA0002820256060000071
其中，E为环境的设定温度，D为环境的初始温度，Δd为主烧嘴火焰的不同大小所对应的环境升温速率，t为保温控制步骤持续的时间，T为换向周期。即保温范围为(E-2,E+1)，实际温度低于设定温度2℃以上，则炉膛温度则过低，不满足锻造要求，实际温度高于设定温度1℃以上时，温度有过高趋势，同时由于降温较慢，因此需在过高趋势前停止中火燃烧。
优选地，实际温度低于设定温度1-2℃时，启动保温控制步骤。也即E-2＜实际温度≤E-1保温位控制启动，从而在温度趋向于过低时对炉膛进行中火加热，缓慢升温，以避免陷入过低温度必须启动大火，从而减小炉膛温度波动，避免炉膛快速升压，造成热量散出，能源消耗大。同时，中火保持到(E-1,E+1)温度范围，避免温度产生较大波动，还能减少各阀门的动作频率，延长管路系统的使用寿命。
优选地，低于保温范围的下限时，采用大火控制步骤。即实际温度≤E-2，启动大火位控制，从而避免炉膛温度过低，影响锻造。
优选地，高于保温范围的上限时，采用关闭控制步骤，关闭控制步骤为：燃烧器的燃气和空气输入均关闭。即实际温度≥E+1，启动关闭控制，避免炉膛温度过高，影响锻造。
为采用本控制方法，并且减少对现有的蓄热式燃烧器的管路系统的改造，可以采用以下改造方案：
现有的蓄热式燃烧器的管路系统包括燃气管道110和助燃风管道。如图1所示，燃气管道110上设置有控制阀一111。如图2所示，助燃风管道包括空气管道210和烟气管道220，空气管道210上设置有助燃阀一211，烟气管道220上设置有排烟阀221。大火位时，控制阀一111和助燃阀一211打开。可以理解的是，为保证管道安全，控制阀一111的前方设置手动球阀112，打开手动球阀112后，燃气流量通过控制阀一111控制，空气管道210和烟气管道220可以采用Y型管道与主管道连通，空气管道210与Y型管道连接处设置有手动通风蝶阀214，烟气管道220与Y型管道连接处设置有手动通风蝶阀222。控制阀一111一般采用电磁阀。
如图3所示，管路系统还设置有辅助燃气管道120，辅助燃气管道120的两端分别连接于控制阀一111的两端，辅助燃气管道120上设置有控制阀二121。控制阀二121也可以采用电磁阀。具体地，燃气管道110在最前方设置手动球阀113，辅助燃气管道120的一端连接于手动球阀112、手动球阀113之间，另一端连接与控制阀一111的后方，从而实现两个燃气通路，原有燃气通路在大火位时启动，辅助燃气通路在保温时启动，从而在不改变原有控制回路的基础上实现对保温状态的温度控制。
如图4所示，助燃阀二212与助燃阀一211依次设置空气管道210上，从而在不改变原有控制回路的基础上实现对保温状态的温度控制。同时，助燃阀二212开启时具有第一位置和第二位置，助燃阀二212位于第一位置时允许气体通过的流量和助燃阀一211开启时相同，并且助燃阀二212位于第二位置时允许气体通过的流量小于位于第一位置时。为快速进入大火位，可设置助燃阀二212常开于第一位置，保温位时，助燃阀二212开启至第二位置，大火位时，助燃阀二212恢复至第一位置。在本发明的一个较佳实施例中，如图3和图4所示，辅助燃气管道120和/或空气管道210上设置有流量计122、213，优选采用孔板流量计，以知晓管道内气体流量。
辅助燃气管道120选用普通的焊接钢管，控制阀二121、助燃阀二212、流量计122、213根据需求选择即可。管道安装前对管道进行清理，清除管道内壁铁锈，焊接完成后对管道壁进行清理，清理电焊渣，确保焊接的杂物不会进入到电磁阀中。
助燃阀一211优选采用气动切断阀，作为第一级设置，状态为全开和全关。助燃阀二212优选采用双位阀，进一步为气动双位蝶阀，作为第二级阀门设置，一位为大火位(第一位置)，与助燃阀一211开启时允许气体通过的流量相同，二位为保温位(第二位置)，第二位置的开口角度小于第一位置的开口角度，并且其实际开口大小根据实际保温控制需要调节后固定。
可以理解的是，为实现管路控制，以上助燃阀一211、助燃阀二212以及排烟阀221均设置有限位开关，以检测其状态，便于自动控制。
根据燃烧器的控制原理，增加保温位控制阀二121和助燃阀二212的输入输出控制及反馈信号。
具体地，保温控制步骤为：控制阀一111关闭，控制阀二121和助燃阀一211开启，助燃阀二212开启至第二位置。大火控制步骤为：控制阀一111和助燃阀一211开启，控制阀二121关闭，助燃阀二212开启至第一位置。关闭控制步骤为：控制阀一111、控制阀二121和助燃阀一211关闭。由于助燃阀一211已经关闭，故助燃阀二212恢复至第一位，处于开启状态。
由目前运用在加热炉的蓄热式燃烧器可知，蓄热式烧嘴成对出现工作，则保温控制时，本燃烧器的排烟阀221关闭，另一燃烧器的排烟阀221开启。大火控制时，本燃烧器的排烟阀221关闭，另一燃烧器的排烟阀221开启。关闭控制时，本燃烧器的排烟阀221和另一燃烧器的排烟阀221均关闭。
另一实施例中，本发明提供了一种加热炉，采用以上任一的蓄热式燃烧器的管路系统控制方法。
实际操作中，单个燃烧器调节好后，整体炉子一起升温保温后再测试，保温火的大小情况，根据实际的燃烧情况进行微调。
综上所述，本发明通过对燃气管道和空气管道的改造，增设辅助燃气管道以及控制其流通的控制阀二，在空气管道上增设助燃阀二，解决了蓄热式燃烧器在保温阶段能耗较高的问题，1200-1250℃阶段保温时能源消耗由原来200-280m3/h之间降低到100-180m3/h之间；还解决了蓄热式燃烧器脉冲式燃烧时间段，造成炉内气氛搅动不足，造成炉膛均匀性差和工件表面温度不均匀及偏低的情况，经测量工件表面温度与炉温之间的差距由原来相差15-20℃减少到5-10℃，工件表面的均匀性和表面温度明显改善；同时，该改造工程量小，改造方便，成本较低。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种蓄热式燃烧器的管路系统控制方法，包括大火控制步骤，所述大火控制步骤为：控制燃气和空气输入，以使主烧嘴燃烧；其特征在于，根据所述燃烧器控制的环境实际温度与设定温度的差距设置保温范围，保温范围内实施保温控制步骤，所述保温控制步骤为：控制主烧嘴火焰大小为大火控制步骤中主烧嘴火焰大小的1/8-1/4；所述保温控制步骤还包括：控制主烧嘴火焰持续燃烧至少一半的换向周期。
2.根据权利要求1所述的蓄热式燃烧器的管路系统控制方法，其特征在于，所述保温范围为实际温度低于设定温度2℃至实际温度高于设定温度1℃。
3.根据权利要求2所述的蓄热式燃烧器的管路系统控制方法，其特征在于，保温范围内控制：
Figure FDA0003780224210000011
其中，E为环境的设定温度，D为环境的初始温度，Δd为主烧嘴火焰的不同大小所对应的环境升温速率，t为保温控制步骤持续的时间，T为换向周期。
4.根据权利要求2所述的蓄热式燃烧器的管路系统控制方法，其特征在于，实际温度低于设定温度1-2℃时，启动保温控制步骤。
5.根据权利要求2所述的蓄热式燃烧器的管路系统控制方法，其特征在于，低于所述保温范围的下限时，采用大火控制步骤。
6.根据权利要求2所述的蓄热式燃烧器的管路系统控制方法，其特征在于，高于所述保温范围的上限时，采用关闭控制步骤，所述关闭控制步骤为：所述燃烧器的燃气和空气输入均关闭。
7.根据权利要求1-6任一所述的蓄热式燃烧器的管路系统控制方法，其特征在于，所述的蓄热式燃烧器的管路系统包括燃气管道、辅助燃气管道和助燃风管道，所述燃气管道上设置有控制阀一，所述辅助燃气管道的两端分别连接于所述控制阀一的两端，所述辅助燃气管道上设置有控制阀二，所述助燃风管道包括空气管道和烟气管道，所述空气管道上依次设置有助燃阀一、助燃阀二，所述助燃阀二开启时具有第一位置和第二位置，所述助燃阀二位于第一位置时允许气体通过的流量和所述助燃阀一开启时相同，并且所述助燃阀二位于第二位置时允许气体通过的流量小于位于第一位置时。
8.根据权利要求7所述的蓄热式燃烧器的管路系统控制方法，其特征在于，所述保温控制步骤为：控制阀一关闭，控制阀二和助燃阀一开启，助燃阀二开启至第二位置；所述大火控制步骤为：控制阀一和助燃阀一开启，控制阀二关闭，助燃阀二开启至第一位置。
9.一种加热炉，其特征在于，采用如权利要求1-8任一所述的蓄热式燃烧器的管路系统控制方法。
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