CN205826506U - 多功能工业炉空气过剩系数检测仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及利用光学手段来测试或分析材料领域，具体为一种多功能工业炉空气过剩系数检测仪。一种多功能工业炉空气过剩系数检测仪，包括机箱(1)，其特征是：还包括激光探头(2)、数据输入接口(31)、数据输出接口(32)、模/数转换器(4)、控制器(5)和直流电源模块(6)，激光探头(2)的模拟信号输出端通过数据输入接口(31)经模/数转换器(4)连接控制器(5)，控制器(5)通过信号线连接数据输出接口(32)。本实用新型结构简单，使用方便，功能齐全，控制精确。
Description
技术领域
本实用新型涉及利用光学手段来测试或分析材料领域，具体为一种多功能工业炉空气过剩系数检测仪。
背景技术
工业炉是通过燃烧将化学能转化为热能的装置，燃烧需要空气中的氧作为助燃剂，在燃烧过程中加入合适的氧非常关键，氧量不足会造成燃烧不完全，燃料烧不完，排到大气造成能源损失和环境污染。氧量过量，会造成能源的浪费，产生物料烧损，影响产品质量。空气过剩系数是衡量助燃氧量加入是否合适的重要参数，因此准确知道空气过剩系数非常重要。
以往检测空气过剩系数的方法有两种：一是计算法，二是推测法。计算法为根据进入炉子的煤气、空气流量以及煤气的热值计算出1m3煤气需要的空气量，并通过流量调节阀加以设定，这样就确切知道了入炉时的空气过剩系数，但是实际炉膛是一个动态系统，煤气压力波动、炉膛漏风、助燃空气温度波动因素无时不在，实际的空气过剩系数会大大偏离设定值，这时只有靠操作人员的经验来判断设定的空气过剩系数是大还是小，人工操作工作量大误差也大。推测法就是在烟道前装一个残氧检测仪，测一个残氧值，通过残氧值的大小来间接判断工业炉空气过剩系数的大小，该方法检测不是实时炉气值对实时控制意义不大，仅供环保参考。
理论上最佳的空气过剩系数是1，但是在实际的燃烧过程中，受炉型结构、燃气种类和压力、助燃空气预热温度等多因素影响，实际最佳空气过剩系数分布在一个大于1的区间，将燃烧控制在该区间，就可以实现最佳燃烧。理论上一次设定好空气过剩系数，将相应的燃气、空气量送往炉子后，就可以实现最佳燃烧，但是由于实际工业炉在加热的过程中是一个动态的过程，无论是煤气压力的波动，助燃空气温度的变化，都会影响空气过程系数的变化，使得在炉内的燃烧大大偏离设定的最佳空气过剩系数区间，所以实际空气过剩系数存在一个根据影响因素反复修正的动态调整过程，只有动态响应才能实现优化燃烧。
公开号为85100958的中国专利申请于1986年07月23日公开了一种“工业炉高温直插式氧化锆氧量计”，该专利申请技术检测温度为600℃～1000℃，但由于检测温度技术的限制，无法用于炉内，造成检测值滞后，检测值修正方法难以定量。
公开号为85202865的中国专利于1986年11月12日公开了一种“空气过剩系数表”，该专利技术连续分析显示锅炉、窑炉燃烧时的空气过剩系数大小。烟气用燃烧设备自身的引风机采样，经冷却、洗涤，氧探头将含氧量转换为电量，该专利技术读数直观，可为司炉提供炉内配风工况数据，但检测的是烟气中组分，适合只有单个燃烧区的炉窑，如锅炉使用。
法国的液化空气集团公司（即AIR LIQUIDE）开发了燃烧过程用的过程超级视觉系统（Process Super vision System）测试仪，采用可调谐二极管激光光谱（即TDLS）激光型探头，测量温度可达1600℃，可以检测炉温以及O2、H2、和H2O等参数，可以集成到过程控制系统中，实现了实时测控，但是最佳空气过剩系数仍需要经验设定，没有寻优功能。
实用新型内容
为了克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单、使用方便、功能齐全、控制精确的炉气分析设备，本实用新型公开了一种多功能工业炉空气过剩系数检测仪。
本实用新型通过如下技术方案达到发明目的：
一种多功能工业炉空气过剩系数检测仪，包括机箱，机箱由前箱板、后箱板、左箱板、右箱板、顶箱板和底箱板拼合而成，其特征是：还包括激光探头、数据输入接口、数据输出接口、模/数转换器、控制器和直流电源模块，
激光探头的模拟信号输出端通过信号线连接数据输入接口，数据输入接口通过信号线连接模/数转换器的模拟信号输入端，模/数转换器的数字信号输出端通过信号线连接控制器，控制器通过信号线连接数据输出接口，直流电源模块通过导线分别连接模/数转换器和控制器；
数据输入接口和数据输出接口都设于机箱的后箱板上，模/数转换器、控制器和直流电源模块都设于机箱的箱体内；
激光探头的数量不少于四个；控制器选用单片机或单板机；数据输出接口选用RS232串行接口、usb接口和RJ45接口中的至少一种；直流电源模块选用蓄电池和整流-滤波-稳压电路中的至少一种。
所述的多功能工业炉空气过剩系数检测仪，其特征是：激光探头选用直插式或可调谐二极管激光光谱式，激光探头的输出信号为4mA～20mA的电流或不高于100mV的电压。
所述的多功能工业炉空气过剩系数检测仪，其特征是：还包括显示屏，显示屏设于机箱的前箱板上，显示屏通过信号线连接控制器并通过导线连接直流电源模块。
所述的多功能工业炉空气过剩系数检测仪，其特征是：还包括无线发射模块和无线接收模块，激光探头的模拟信号输出端通过信号线连接无线发射模块，无线接收模块的模拟信号输出端通过信号线连接模/数转换器的模拟信号输入端，无线发射模块和无线接收模块互相匹配。
所述的多功能工业炉空气过剩系数检测仪，其特征是：机箱的顶箱板上设有把手，机箱的底箱板上设有螺母。
本实用新型使用时，首先根据加热炉的具体情况确定测点数量、测点位置，具体为安装单个测点或各段均安装测点，测点位置确定是在炉顶还是炉墙，配置不同的开孔方法；实现激光探头和数据输入接口的连接选用有线或无线，数据输出接口和其他系统如DCS（DCS全称Distributed Control System，即分散控制系统亦称集散控制系统。DCS是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机、通讯、显示和控制等技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。DCS的骨架是系统网络，必须满足实时性的要求，即在确定的时间限度内完成信息的传送，而这个时间限度则是根据被控制过程的实时性要求确定的。）的连接，实现三者间的数据传输；由操作人员设定空气过剩系数，仪器启动数据记录和分析功能，定时输出统计报表，统计出空燃比反馈值落在最佳燃烧区的概率；开启最高炉温寻优功能，找到最佳空气过剩系数，输出值供设定参考，判断工况状态是否还处于最优区，如不在，再次启动寻优功能，DCS采用仪器输出值后，仪器启动计时器记录连接时间。
激光探头用于实时测量高温炉气组分，包括含氧量或可燃物，测量温度可达1400℃，氧测量范围0～25%，CO检测范围可达30000ppm，加热炉通常分四个段，包括预热段、加热一段、加热二段和均热段，本实用新型设计有四个数据输入接口，可以配套四个激光探头，可一次性完成全炉的检测，激光探头输出的包含温度、氧、组分信息的模拟信号通过有线或无线方式经模/数转换器转换成数字信号后输入控制器作数据处理，控制器带有数据曲线图、数据统计等功能，控制器处理后的数据经数据输出接口输出至其他计算机处理，如通过RS232串行接口连接其他计算机，或通过usb接口输出数据，还可通过显示屏显示。
机箱的顶箱板上设有把手，可使本实用新型作便携式移动；机箱的底箱板上设有螺母，用以外接三脚架，实现测量高度的自由调节；直流电源模块可以采用锂电池等蓄电池，或外接交流电源经整流-滤波-稳压电路输出；数据处理、显示等程序可以固化在控制器的ROM内，控制器的外存可以存储连续三天的测量数据，存储的测量数据可以经数据输出接口导出。
根据燃烧学理论，燃烧温度与炉中的氧量具有对应关系，燃烧温度最高时对应的氧量最低，对应的空气过剩系数也就是最佳值，本实用新型可实现“空气过剩系数最高炉温寻优功能”，可一键切换，实现了空气过剩系数的动态设定，持续寻优。
采用“空气过剩系数最高炉温寻优功能”找到最佳空气过剩系数的方法总结如下：
设a为风量，
(1) 过氧工况：当a(实际)>a(给定)时，判断炉内有过剩氧气，计算出对应的助燃空气量和过剩烟气量，减少风量，判断减少风量后炉温T2是否大于量减少前的T1，即>1？，如大于1就等比例继续减风操作，直至<1止，此时对应的a为风量的最佳值，直到下一次触发条件，再开始重复以上调节；
(2) 缺氧工况：a(实际)<a(给定)时，判断炉内缺氧，增加风量后，判断>1？如大于1则说明风量改变方向正确继续等比例开大，等比例的大小由阀门的响应速度确定，直至<1止，此时对应的a为风量的最佳值，直到下一次触发条件，再开始重复以上调节。
本实用新型实现了对不同类型的炉子，包括蓄热、脉冲、常规炉的检测，并可以安装在炉子的不同部位，炉顶、炉墙均可，设计成可便携式移动，带数据分析及处理功能，修正数据可输出到DCS，独创了空气过剩系数优选功能，可实现在线控制。本实用新型的有益效果是：能检测到空气过剩系数的实时值，实现空燃比闭环控制；配套标准的要求，适用不同探头系统、不同炉型、不同位置检测点；集数据采集和分析于一体，具有较为强大的统计功能，可通过命中率指标了解空气过剩系数反馈值落在最优燃烧区的时间百分比；增加了最优空气过剩系数寻优功能，大大增强了系统的智能性，减轻操作人员的负担。
附图说明
图1是本实用新型主视方向的示意图；
图2是本实用新型后视方向的示意图；
图3是本实用新型的连接示意图；
图4是燃烧温度与炉中的氧量的对应关系；
图5是带有无线发射模块和无线接收模块的本实用新型的连接示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步说明本实用新型。
实施例1
一种多功能工业炉空气过剩系数检测仪，包括机箱1、激光探头2、数据输入接口31、数据输出接口32、模/数转换器4、控制器5和直流电源模块6，如图1～图3所示，具体结构是：
机箱1由前箱板、后箱板、左箱板、右箱板、顶箱板和底箱板拼合而成；
激光探头2的模拟信号输出端通过信号线连接数据输入接口31，数据输入接口31通过信号线连接模/数转换器4的模拟信号输入端，模/数转换器4的数字信号输出端通过信号线连接控制器5，控制器5通过信号线连接数据输出接口32，直流电源模块6通过导线分别连接模/数转换器4和控制器5；
数据输入接口31和数据输出接口32都设于机箱1的后箱板上，模/数转换器4、控制器5和直流电源模块6都设于机箱1的箱体内；
激光探头2的数量不少于四个；控制器5选用单片机或单板机；数据输出接口32选用RS232串行接口、usb接口和RJ45接口；直流电源模块6选用蓄电池和整流-滤波-稳压电路中；
激光探头2可以选用直插式或可调谐二极管激光光谱式，激光探头2的输出信号为4mA～20mA的电流或不高于100mV的电压；
本实施例还包括显示屏7、把手11和螺母12，显示屏7设于机箱1的前箱板上，显示屏7通过信号线连接控制器5并通过导线连接直流电源模块6；机箱1的顶箱板上设有把手11，机箱1的底箱板上设有螺母12。
为简便清晰起见，图2中把手11和螺母12未画出。
本实施例使用时，首先根据加热炉的具体情况确定测点数量、测点位置，具体为安装单个测点或各段均安装测点，测点位置确定是在炉顶还是炉墙，配置不同的开孔方法；实现激光探头2和数据输入接口31的连接选用有线或无线，数据输出接口和其他仪器如DCS的连接，实现三者间的数据传输；由操作人员设定空气过剩系数，仪器启动数据记录和分析功能，定时输出统计报表，统计出空燃比反馈值落在最佳燃烧区的概率；开启最高炉温寻优功能，找到最佳空气过剩系数，输出值供设定参考，判断工况状态是否还处于最优区，如不在，再次启动寻优功能，DCS采用仪器输出值后，仪器启动计时器记录连接时间。
激光探头2用于实时测量高温炉气组分，包括含氧量或可燃物，测量温度可达1400℃，氧测量范围0～25%，CO检测范围可达30000ppm，加热炉通常分四个段，包括预热段、加热一段、加热二段和均热段，本实用新型设计有四个数据输入接口31，可以配套四个激光探头2，可一次性完成全炉的检测，激光探头2输出的包含温度、氧、组分信息的模拟信号通过有线或无线方式经模/数转换器4转换成数字信号后输入控制器5作数据处理，控制器5带有数据曲线图、数据统计等功能，控制器5处理后的数据经数据输出接口32输出至其他计算机处理，如通过RS232串行接口连接其他计算机，或通过usb接口输出数据，还可通过显示屏7显示。
机箱1的顶箱板上设有把手11，可使本实施例作便携式移动；机箱1的底箱板上设有螺母12，用以外接三脚架，实现测量高度的自由调节；直流电源模块6可以采用锂电池等蓄电池，或外接交流电源经整流-滤波-稳压电路输出；数据处理、显示等程序可以固化在控制器5的ROM内，控制器5的外存可以存储连续三天的测量数据，存储的测量数据可以经数据输出接口导出。
根据燃烧学理论，燃烧温度与炉中的氧量具有对应关系，如图4所示，燃烧温度最高时对应的氧量最低，对应的空气过剩系数也就是最佳值，本实用新型可实现“空气过剩系数最高炉温寻优功能”，可一键切换，实现了空气过剩系数的动态设定，持续寻优。
采用“空气过剩系数最高炉温寻优功能”找到最佳空气过剩系数的方法总结如下：
设a为风量，
(1) 过氧工况：当a(实际)>a(给定)时，判断炉内有过剩氧气，计算出对应的助燃空气量和过剩烟气量，减少风量，判断减少风量后炉温T2是否大于量减少前的T1，即>1？，如大于1就等比例继续减风操作，直至<1止，此时对应的a为风量的最佳值，直到下一次触发条件，再开始重复以上调节；
(2) 缺氧工况：a(实际)<a(给定)时，判断炉内缺氧，增加风量后，判断>1？如大于1则说明风量改变方向正确继续等比例开大，等比例的大小由阀门的响应速度确定，直至<1止，此时对应的a为风量的最佳值，直到下一次触发条件，再开始重复以上调节。
根据加热炉类型，蓄热炉、脉冲炉、常规炉等进行“测点优选1”的工作，不同的炉型有不同的最佳测点，测点确定后，根据测点位置，炉顶还是炉墙，在直插型或激光型选择，进行“探头配置2”，探头安装后，进行“通讯选择3”，可以选择有线或无线的方式，实现探头与检测仪之间的通讯，通讯完成后，进行“数据采集4”，并实现模数转换，将炉温、氧量、可燃物等组分模拟量转化为数据量，然后进行“数据显示及分析5”，数据可以以曲线、可视化方式显示，并可以提供统计功能，可统计出空气过剩系数落在最优燃烧区的命中率，可选择“反馈控制6”，这时空气过剩系数的实时动态值将送到“炉子DCS系统8”，修正炉子的空燃比控制，操作工或系统这时也可以启动“寻优ON/OFF切换7”功能，这时系统开始利用最高炉温技术对现设定的空气过剩系数进行寻优，直到找到最优值，系统进行稳定控制。
在一台150ton/hour的蓄热式加热炉上进行测试，对于该炉选测点为炉顶，安装直插型探头，插入深度与测温热电偶一致，通讯选择电缆连接，启动检测器后，仪器完成模数转换，将炉温、氧量、可燃物组分等数值以组分随时间的变化曲线等方式显示，可以看到板坯进炉后任意时间的组分等，测试一段时间后可使用统计功能，可统计测试时间内出空气过剩系数落在最优燃烧区的命中率，例如a=1.05～1.16的命中率为80%，大于1.16的为过氧，小于1.05的为缺氧，启动反馈控制后，该a(实时值)送到炉子DCS与a(设定值)进行比对，若a(实时值)>a(设定值)，则减小风量，若a(实时值)<a(设定值)，则增加风量，若工况变化频繁，不知如何设定a，则可启动“寻优ON/OFF”，自动寻找最佳a值，然再进行反馈控制，经过以上操作，可以实现a(设定值)的最佳，实时在线反馈控制，命中率最高，不管炉子工况如何变化，空气过剩系数始终控制在最优化燃烧区，通常可实现吨钢单耗下降4%～6%，氧化烧损减少不小于20%。
实施例2
一种多功能工业炉空气过剩系数检测仪，包括机箱1、激光探头2、数据输入接口31、数据输出接口32、模/数转换器4、控制器5、直流电源模块6和显示屏7，还包括无线发射模块81和无线接收模块82，如图5所示，具体结构是：激光探头2的模拟信号输出端通过信号线连接无线发射模块81，无线接收模块82的模拟信号输出端通过信号线连接模/数转换器4的模拟信号输入端，无线发射模块81和无线接收模块82互相匹配；无线信号可选用wifi信号、蓝牙信号或无线电波信号。其他结构都和实施例1同。
本实施例使用时，激光探头2输出的模拟信号经无线发射模块81调制后发射，无线接收模块82接收到无线信号后经解调再输入模/数转换器4，其他使用方法都和实施例1同。
Claims (5)
1.一种多功能工业炉空气过剩系数检测仪，包括机箱(1)，机箱(1)由前箱板、后箱板、左箱板、右箱板、顶箱板和底箱板拼合而成，其特征是：还包括激光探头(2)、数据输入接口(31)、数据输出接口(32)、模/数转换器(4)、控制器(5)和直流电源模块(6)，
激光探头(2)的模拟信号输出端通过信号线连接数据输入接口(31)，数据输入接口(31)通过信号线连接模/数转换器(4)的模拟信号输入端，模/数转换器(4)的数字信号输出端通过信号线连接控制器(5)，控制器(5)通过信号线连接数据输出接口(32)，直流电源模块(6)通过导线分别连接模/数转换器(4)和控制器(5)；
数据输入接口(31)和数据输出接口(32)都设于机箱(1)的后箱板上，模/数转换器(4)、控制器(5)和直流电源模块(6)都设于机箱(1)的箱体内；
激光探头(2)的数量不少于四个；控制器(5)选用单片机或单板机；数据输出接口(32)选用RS232串行接口、usb接口和RJ45接口中的至少一种；直流电源模块(6)选用蓄电池和整流-滤波-稳压电路中的至少一种。
2.如权利要求1所述的多功能工业炉空气过剩系数检测仪，其特征是：激光探头(2)选用直插式或可调谐二极管激光光谱式，激光探头(2)的输出信号为4mA～20mA的电流或不高于100mV的电压。
3.如权利要求2所述的多功能工业炉空气过剩系数检测仪，其特征是：还包括显示屏(7)，显示屏(7)设于机箱(1)的前箱板上，显示屏(7)通过信号线连接控制器(5)并通过导线连接直流电源模块(6)。
4.如权利要求3所述的多功能工业炉空气过剩系数检测仪，其特征是：还包括无线发射模块(81)和无线接收模块(82)，激光探头(2)的模拟信号输出端通过信号线连接无线发射模块(81)，无线接收模块(82)的模拟信号输出端通过信号线连接模/数转换器(4)的模拟信号输入端，无线发射模块(81)和无线接收模块(82)互相匹配。
5.如权利要求4所述的多功能工业炉空气过剩系数检测仪，其特征是：机箱(1)的顶箱板上设有把手(11)，机箱(1)的底箱板上设有螺母(12)。
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|---|---|---|---|---|
| CN108415293A (zh) * | 2017-02-09 | 2018-08-17 | 佛山市顺德区美的电热电器制造有限公司 | 烹饪的烹饪控制方法及装置 |
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| CN108415293B (zh) * | 2017-02-09 | 2021-11-02 | 佛山市顺德区美的电热电器制造有限公司 | 烹饪的烹饪控制方法及装置 |
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