CN112900213A - 一种具有控温系统的热风循环加热装置及控温方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有控温系统的热风循环加热装置及控温方法,控温装置包括热风发生装置、加热墙体、热风循环装置和控温单元,所述控温单元包括温度传感器A、温度传感器B、温度传感器C和温度传感器D,分别测量热风出风口的温度T1、回风温度T2、环境温度T3和路面温度T4;还包括控制模块,所述的控制模块根据所检测的温度T1、T2、T3和T4控制热风发生装置的发热功率和热风循环装置的进风量。本发明根据沥青路面热能需求及传热机理,通过对沥青路面温度的检测,控制循环风机冷风门开度和燃烧器的喷油量,进而控制热风产生装置的输出功率,准确控制加热温度,使加热墙的加热功率在路面需求范围内合理变化,节省燃油。
Description
技术领域
本发明属于道路养护设备领域,具体涉及一种具有控温系统的热风循环加热装置及控温方法。
背景技术
随着我国道路建设快速发展,公路交通量的增加,路面养护与维修问题也日益凸显。就地热再生技术由于节约资源、对交通干扰小等优点应用广泛。就地加热是就地热再生的一项核心技术,用于沥青路面的加热软化,防止铣刨时集料破碎,影响再生质量。
沥青路面就地热再生热风循环加热是通过将燃料燃烧产生的高温热烟气喷向沥青路面进行加热,再通过热风循环装置将与沥青路面换热后带有余温的热烟气回收利用,使热烟气在加热装置与沥青路面间循环而对路面进行加热的方法。
公路沥青路面再生技术规范JTG/T 5521-2019中规定的沥青路面就地热再生所要求的温度为:普通沥青路面应不高于185℃,改性沥青路面应不高于200℃。翻松后裸露面的温度,再生深度处温度,普通沥青路面应高于85℃,改性沥青路面应高于100℃。由于沥青混合料是热的不良导体,加热过程中热量从沥青路表面向下传递速度慢,而沥青路面表面温度上升较快。若加热单元的加热功率过大,沥青路面表面温度迅速上升,在再生深度处温度到达要求之前表面温度会超过表面温度要求,导致表面沥青老化、烧焦,影响再生质量;若功率过小,则会导致再生深度处温度过低,铣刨时破坏原沥青混合料级配,或者可通过降低就地热再生机组的施工速度来提高再生深度处温度,但会增加燃料消耗。
目前沥青路面就地热再生机组的加热主要是使用多台加热机进行组合加热,单个路面加热机多采用恒功率加热,施工过程中温度可控性差;加热功率大,温度过高,容易导致表面沥青老化、烤焦,产生有毒沥青烟,危害施工人员身体健康;并且外溢的热烟气还会破坏周围植被,降低热能利用率。
发明内容
针对现有技术中的沥青路面就地热再生机组不具有智能控制的问题,本发明提出了一种可以回收利用加热路面后热烟气的加热装置以及在施工过程中精确控制施工温度的控制方法。
实现上述技术目的,达到上述技术效果,本发明通过以下技术方案实现:
一种具有控温系统的热风循环加热装置,包括热风发生装置、加热墙体、热风循环装置和控温单元,所述热风循环装置的出风口与所述热风发生装置的进风口相通,所述加热墙体中设有与所述热风循环装置相连的循环风道;
所述控温单元包括
温度传感器A,设置于热风发生装置出风口,用于检测热风发生装置出风口的温度T1;
温度传感器B,设置于热风循环装置热风进风口,用于检测回风温度T2;
温度传感器C,设置于热风循环装置的冷风进风口,用于检测环境温度T3;
温度传感器D,布置于所述加热墙体的底面,用于检测路面温度T4;
和控制模块,所述的控制模块根据所检测的温度T1、T2、T3和T4控制热风发生装置的发热功率和热风循环装置的进风量。
作为本发明的进一步改进,所述控温单元还包括参数设定模块,用于对控制参数进行调节。
作为本发明的进一步改进,所述的加热墙体为模块化的拼接墙体,所述拼接墙体按矩形阵列进行拼接组装;对应的,包括N组对应连接的所述热风发生装置、所述热风循环装置和所述控温单元,分别对应安装于垂直于热风循环加热装置前进方向同一列所述的加热墙体上,所述控温单元对应控制所连接的所述热风发生装置和所述热风循环装置的运行。
作为本发明的进一步改进,所述循环风道的进风孔设置于所述拼接墙体的四周,按比例回收所述热风发生装置热风口排出的热风量,所述循环风道的出风口与所述热风循环装置热风进风口相通。
本发明还一种基于以上所述的热风循环加热装置进行的控温方法,包括
(1)判定所述温度T1或所述温度T4是否超过设定的阈值K,若是,热风发生装置停止运行;
(2)若否,根据所检测的所述路面温度T4、沥青路面加热过程所需热流量Q按公式(1)计算热风循环装置出风口的温度T1的目标值,计算获得的结果记为目标温度T1°;
Q=hA0(T1-T4) (1)
式中,h为对流换热系数,A0为出风板面积。
(3)根据目标温度T1°控制热风循环装置的和热风循环装置的运行调节热风循环装置出风口的实际温度T1’等于所述目标温度T1°,包括:
(3-1)调节所述热风循环装置的冷风吸入量q3和所述热风循环装置的回风量q2;之后根据检测的所述回风温度T2和所述的环境温度T3,依据公式(2-1)和(2-2)计算所述热风循环装置出风口的风温T5和流体流量q4;
q2(T2-T5)=q3(T5-T3) (2-1)
q4=q2+q3 (2-2);
(3-2)根据公式(3)控制所述热风发生装置中的燃烧器的喷油量调节热风流量和温度使得所述温度T1’达到公式(1)所计算的目标温度T1°;
q0(T0-T1’)=q4(T1’-T5) (3)
式中,q0、T0为燃烧器产生热风流量、温度;
(4)若无法调节到目标温度T1°,则反向调节冷风吸入量q3,重复步骤(3-1)和步骤(3-2)。
作为本发明的进一步改进,通过调节所述热风循环装置中循环风机冷风门的开度A调节所述的冷风吸入量q3,两者满足如下关系:
q3=v·A。
作为本发明的进一步改进,还包括对所述回风量q2的控制,所述热风循环装置按设定的比例k循环回收所述热风发生装置出风口的出风量q1,所述回风量q2与所述出风量q1满足如下关系:
q2=k·q1。
作为本发明的进一步改进,所述步骤(4)中,
若经步骤(3-2)获得的所述温度T1’的最小值大于所述步骤(2)所需的目标所述温度T1°,则增大所述冷风门的开度A;
若经步骤(3-2)获得的所述温度T1’的最大值小于所述步骤(2)所需的目标所述温度T1°,
则减小所述冷风门的开度A。
作为本发明的进一步改进,若对所述冷风门的开度A和所述燃烧器的调节均超出了调节的限度,经步骤(3-2)获得的所述温度T1’均无法到达所述步骤(2)所需的目标所述温度T1°,则调节所述热风循环装置所回收的热风循环比例k。
作为本发明的进一步改进,还包括对设定参数进行调节,所述的参数包括所述阈值K,所述热流量Q,所述比例k。
本发明的有益效果:
(1)本发明根据沥青路面热能需求及传热机理,通过对沥青路面温度的检测,控制循环风机冷风门开度和燃烧器的喷油量,进而控制热风产生装置的输出功率,准确控制加热温度,使加热墙的加热功率在路面需求范围内合理变化,节省燃油。
(2)自动调整不同燃烧器的输出功率,防止因输入功率过大导致的沥青路表面烤焦、老化、产生沥青烟,降低环境污染,减少能量损失,缩短加热时间,提高加热效率和加热质量。
(3)采用模块化分区独立控制,使热风均匀分布加热沥青路面,确保沥青路面的加热均匀性。
附图说明
图l为本发明的热风循环加热装置中的控温单元的结构示意图;
图2为本发明的热风循环加热装置整体结构示意图;
图3为本发明的热风循环加热装置局部结构示意图;
图4为循环风机的结构示意图;
图5为本发明的热风循环加热装置进行温度控制方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1-4所示的一种热风循环加热装置的硬件结构示意图,主要包括热风发生装置1、加热墙体2和热风循环系统3三个部分,在加热过程中热风发生装置l燃烧燃料产生高温烟气,经加热墙体2输送至地面进行加热,在热风循环系统3的作用下,将带有余温的烟气送回热风发生装置1再次加热至高温,进入加热墙体2依次循环。还包括控制热风发生装置1和热风循环系统3运行的控制单元,同时也对热风的循环进行控制。在结构的总体连接上,所述热风循环装置3的出风口与所述热风发生装置1的进风口相通,所述加热墙体2中设有与所述热风循环装置3相连的循环风道。
各部分的具体的结构为:
所述热风发生装置1包括燃烧器1-1和燃烧炉1-2,燃烧器1-1包括带有电比例流量阀的燃料供给装置1-3,燃烧炉1-2带有夹层1-4。
所述热风循环系统3包括循环风道2-5和高温循环风机3-1和进风罩3-2,进风罩3-2设置有两个进风口,一个进风口3-3与加热墙体2的循环风道2-5相连,作为回收热烟气的热风进口,另一个进风口3-4与大气相通,作为冷风口,冷风口设置挡板3-5,可调节冷风口面积大小,循环风机3-1的出风端3-6与燃烧炉1-2的夹层1-4相连。
加热墙体2与热风发生装置1出口1-5相连通,所述加热墙体2采用模块化分区结构,按矩形阵列的形式拼接在一起,在本发明的实施例中,采用的四块模块化墙体按“田”字格的形式拼接。每一块模块化的腔体上包括导流板2-1、抛流板2-2、布有出风孔2-3的出风面板2-4、循环风道2-5、隔热罩2-6、;循环风道2-5固定于隔热罩顶盖板2-7,顶盖板2-7开设有与热风发生装置l的出风口l-5和与热风循环系统3的热风进风口3-3相通的开孔。出风面板2-4固定于隔热罩2-4底部,出风面板2-4上设置的出风孔2-2将热烟气提速后喷向沥青路面进行加热,四周设有循环风道2-5,用于回收带有余温的热烟气。所述出风孔2-3为不均匀分布,靠近加热墙外围出风孔密度大,每个小分区中心位置出风孔密度小。
对应的,在本发明的实施例中,所述热风发生装置1、热风循环系统3和控制单元设有两组,位于加热墙上方前后对称布置,单个控制单元独立调整控制所连接的热风发生装置1和热风循环系统3的运行。
所述控制单元包括温度检测模块4和控制模块5;控制模块5收集温度检测模块4采集到的温度信息。
所述温度检测模块4包括在热风发生装置1出口1-5布置的温度传感器A 4-1、循环风机回收热烟气的热风进口3-3布置的温度传感器B4-2、循环风机冷风进口3-4布置的温度传感器C4-3和加热墙体2底面布置的温度传感器D4-4,各传感器与控制模块5连接。温度检测模块4中的温度传感器A、B、C、D分别采集出风温度T1、回风温度T2、环境温度T3以及路面温度T4,并将温度值传输至控制模块5,控制模块5控制循环风机冷风进口3-4开度和燃烧器1-1喷油量。
所述的控制模块5中还内置了参数设定模块,用于设置在温控过程中的阈值参数、比例参数等。
具体的控制过程如图5所示,包括以下几个步骤:
步骤1,初始条件下,燃烧器在最大输出功率条件下产生热风加热沥青路面,温度检测模块4中各温度传感器采集温度数据,并将采集到的数据传递给控制模块5。
步骤2,控制模块5根据沥青路面温度传感器D4-4检测到的路面温度T4和热风发生装置1的出风温度T1,若温度超过路面温度或者出风温度设定值上限,燃烧器关闭并报警,循环风机持续工作为装置降温,之后进行二次点火。
步骤3,沥青路面加热过程所需热流量设为Q,控制模块5根据公式Q=hA0(T1°-T4),(h为热风与路面对流换热系数,A0为出风板面积)计算热风出风温度T1°,控制模块5发出指令,控制循环风机冷风门开度和燃烧器功率,直至最终所调节的的出风温度T1’等于所计算目标出风温度T1°。
步骤4,在控制器控制程序中,优先调节循环风机冷风门的开度改变进风面积A,冷风门初始面积设置为0.5A,根据公式q3=v×A,(v为进口冷风风速)计算吸入冷风量。循环回收的热风风量根据所设定的参数按照一定的比例进行回收,在本发明的实施例中以每次循环热风风量为出风量的30%为例,再根据公式0.3q1(T2-T5)=q3(T5-T3)计算经过循环风机后的流体温度T5,同时得到经过循环风机后的流体流量q4=q3+q2=q3+0.3q1。
步骤5,经过循环风机引入冷风后的热风温度、流量在传输至控制器,根据q0(T0-T1)=q4(T1-T5)(q0、T0为燃烧器产生热风流量、温度),计算得到热风加热装置出风温度,记为T1’,并判定最终所调节的出风温度T1’与步骤3计算计算的目标出风温度T1°形成闭环带反馈控制,起到改变加热装置输出功率的目的。
步骤6,在调节过程中若经最终所调节的出风温度T1’的最小值(燃烧器的喷油量调节至最小时的情况)大于所述步骤3的计算值,则增大所述冷风门的开度A;若经最终所调节的的出风温度T1’的最大值(燃烧器的喷油量调节至最大时的情况)大于所述步骤3的计算值则减小所述冷风门的开度A。
当冷风门的开度A以及燃烧器的喷油量的调节范围都超过了调节的阀内后,还可以通过调节循环回收的热风风量实现调节的目的。
另在本发明的一种实施例中:
所述温度传感器A采用是WRNK-291及SBWZP温变模块,所述温度传感器B采用是WRNK-291及SBWZP温变模块,所述温度传感器C采用是WRNK-291及SBWZP温变模块,所述温度传感器D采用是CIMLTVCB3红外线测温仪。所述控制模块采用的是EPEC4602的芯片。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种具有控温系统的热风循环加热装置,其特征在于:包括热风发生装置、加热墙体、热风循环装置和控温单元,所述热风循环装置的出风口与所述热风发生装置的进风口相通,所述加热墙体中设有与所述热风循环装置相连的循环风道;
所述控温单元包括
温度传感器A,设置于热风发生装置出风口,用于检测热风发生装置出风口的温度T1;
温度传感器B,设置于热风循环装置热风进风口,用于检测回风温度T2;
温度传感器C,设置于热风循环装置的冷风进风口,用于检测环境温度T3;
温度传感器D,布置于所述加热墙体的底面,用于检测路面温度T4;
和控制模块,所述的控制模块根据所检测的温度T1、T2、T3和T4控制热风发生装置的发热功率和热风循环装置的进风量。
2.根据权利要求1所述的一种具有控温系统的热风循环加热装置,其特征在于:所述控温单元还包括参数设定模块,用于对控制参数进行调节。
3.根据权利要求1所述的一种具有控温系统的热风循环加热装置,其特征在于:所述的加热墙体为模块化的拼接墙体,所述拼接墙体按矩形阵列进行拼接组装;对应的,包括N组对应连接的所述热风发生装置、所述热风循环装置和所述控温单元,分别对应安装于垂直于热风循环加热装置前进方向同一列所述的加热墙体上,所述控温单元对应控制所连接的所述热风发生装置和所述热风循环装置的运行。
4.根据权利要求3所述的一种具有控温系统的热风循环加热装置,其特征在于:所述循环风道的进风孔设置于所述拼接墙体的四周,按比例回收所述热风发生装置热风口排出的热风量,所述循环风道的出风口与所述热风循环装置热风进风口相通。
5.一种采用权利要求1-4任一项所述的热风循环加热装置进行的控温方法,其特征在于:包括
(1)判定所述温度T1或所述温度T4是否超过设定的阈值K,
若是,热风发生装置停止运行;
(2)若否,根据所检测的所述路面温度T4、沥青路面加热过程所需热流量Q按公式(1)计算热风循环装置出风口的温度T1的目标值,计算获得的结果记为目标温度T1°;
Q=hA0(T1-T4) (1)
式中,h为对流换热系数,A0为出风板面积。
(3)根据目标温度T1°控制热风循环装置的和热风循环装置的运行调节热风循环装置出风口的实际温度T1’等于所述目标温度T1°,包括:
(3-1)调节所述热风循环装置的冷风吸入量q3和所述热风循环装置的回风量q2;之后根据检测的所述回风温度T2和所述的环境温度T3,依据公式(2-1)和(2-2)计算所述热风循环装置出风口的风温T5和流体流量q4;
q2(T2-T5)=q3(T5-T3) (2-1)
q4=q2+q3 (2-2);
(3-2)根据公式(3)控制所述热风发生装置中的燃烧器的喷油量调节热风流量和温度使得所述温度T1’达到公式(1)所计算的目标温度T1°;
q0(T0-T1’)=q4(T1’-T5) (3)
式中,q0、T0为燃烧器产生热风流量、温度;
(4)若无法调节到目标温度T1°,则反向调节冷风吸入量q3,重复步骤(3-1)和步骤(3-2)。
6.根据权利要求5所述的控温方法,其特征在于:通过调节所述热风循环装置中循环风机冷风门的开度A调节所述的冷风吸入量q3,两者满足如下关系:
q3=v·A。
7.根据权利要求5所述的控温方法,其特征在于:还包括对所述回风量q2的控制,所述热风循环装置按设定的比例k循环回收所述热风发生装置出风口的出风量q1,所述回风量q2与所述出风量q1满足如下关系:
q2=k·q1。
8.根据权利要求7所述的控温方法,其特征在于:所述步骤(4)中,
若经步骤(3-2)获得的所述温度T1’的最小值大于所述步骤(2)所需的目标所述温度T1°,则增大所述冷风门的开度A;
若经步骤(3-2)获得的所述温度T1’的最大值小于所述步骤(2)所需的目标所述温度T1°,则减小所述冷风门的开度A。
9.根据权利要求7或8所述的控温方法,其特征在于:若对所述冷风门的开度A和所述燃烧器的调节均超出了调节的限度,经步骤(3-2)获得的所述温度T1’均无法到达所述步骤(2)所需的目标所述温度T1°,则调节所述热风循环装置所回收的热风循环比例k。
10.根据权利要求8所述的控温方法,其特征在于:还包括对设定参数进行调节,所述的参数包括所述阈值K,所述热流量Q,所述比例k。
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郭小宏: "沥青路面就地热再生加热机的加热方式对比", 《养护施工与机械》 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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CN112900213B (zh) | 2022-11-25 |
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