TWI758984B - 燃燒爐爐壓之控制方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種燃燒爐爐壓之控制方法，其係用於控制燃燒爐之爐壓，本發明之方法係以輸入複數個預設工作參數值至處理器，依據該些個預設工作參數值以及複數個定功率，推得一轉移函數，處理器依據該些個預設工作參數值及該轉移函數調整一比例增益值 K _p ，並取得控制器之反應頻寬，其控制器透過反應頻寬調控抽風機之風扇轉速，避免產生燃燒爐之爐壓劇烈變動，藉此控制燃燒爐之爐壓。

Description

燃燒爐爐壓之控制方法

本發明是關於一種燃燒爐爐壓之控制方法，尤其係控制抽風機之風扇轉速，減少進排氣間之不平衡問題，以此解決因燃燒爐之爐壓問題，導致燃燒爐之零件產生脫落或龜裂問題。

傳統式之燃燒爐在快速加熱時，傳統式之燃燒爐需要大量燃料供給燃燒，以產生相對應之大量熱能，於此同時，傳統式之燃燒爐所產生高溫廢氣量也會快速增加，如此一來，傳統式之燃燒爐需要快速的排出高溫廢氣量，才能維持傳統式之燃燒爐內的爐壓，但此舉也會導致傳統式之燃燒爐內大量熱能，隨著高溫廢氣量排出，使得傳統式之燃燒爐中的熱能不斷流失，反而，需要更多的燃料供給量才能維持傳統式之燃燒爐的溫度，於此會造成能源的耗損，進而延緩傳統式之燃燒爐的加熱速度。

在傳統的燃燒技術，我們僅能盡量地將燃燒爐之燃料做到燃燒完全，以避免資源浪費，但隨著科技的進步環保意識得抬頭，如何提升燃燒爐之燃燒系統的效率，已成為相關產業開發與研究的重點領域，因此需要一種可即時偵測並控制蓄熱式燃燒爐之爐壓之控制方法。

蓄熱燃燒技術是利用陶瓷材料作為熱交換之介質，透過吸取燃燒後的高溫廢氣熱能，並合併預熱燃燒所需之空氣，藉由陶瓷材料之高蓄熱能力優點，可將燃燒空氣預熱至廢氣溫度之80％以上，因而造成蓄熱式燃燒爐之火焰的穩定區域擴大，以改善蓄熱式燃燒爐之火焰穩定性。

蓄熱式燃燒器（Regenerative Burner），主要係由燃燒器、蓄熱體及切換閥等組合而成，蓄熱式燃燒器之內部包含蓄熱再生器系統，故一組蓄熱式燃燒器必須要有兩支燃燒器互相切換燃燒，也就是交替式之燃燒方式，且蓄熱式燃燒器（Regenerative Burner）本身具有排氣之通道。

蓄熱式燃燒器（Regenerative Burner）燃燒技術是採用交替之燃燒方式，此交替之燃燒方式，可促進蓄熱式燃燒器之爐內熱流場更加均勻化，也進而提高蓄熱式燃燒器之爐內平均熱通量，獲得高效率之熱傳目的。

蓄熱式燃燒器（Regenerative Burner）作為交替之燃燒時，其運轉動作為：當第一支燃燒器燃燒時，第二支燃燒器便做為高溫廢氣的排放通道，並將高溫廢棄中的熱能積蓄在第二支燃燒器裡，而在下一個切換運轉，第二支燃燒器開始運轉燃燒時，利用空氣將第二支燃燒器中的熱能取出當作燃燒之用，此時第一支燃燒器為高溫廢氣的排放通道，並將高溫廢氣中的熱能回收在第一支燃燒器裡。

由於蓄熱式燃燒器（Regenerative Burner）可將燃燒空氣預熱至相當高的溫度，故在燃燒空氣的空燃率，使用上相較於傳統式之燃燒爐來的低，如此一來，可有效降低排氣時所造成的熱能損失，也因為蓄熱式燃燒器（Regenerative Burner）預熱空氣溫度高的關係，可相對應使用低熱值之燃料，以減少燃燒時不穩定的現象。

蓄熱式燃燒器（Regenerative Burner）現今已運用在許多相關產業生產製程上，它的優點在於熱能回收效率高於傳統式之燃燒爐，是一項具優勢的回收節能技術，此外，也因為蓄熱式燃燒器（Regenerative Burner）燃燒方式不同傳統式之燃燒爐，可大大提升燃燒爐內之加熱性能及其產品的品質。

然而，現今蓄熱式燃燒器（Regenerative Burner）在控制溫度時，由於進氣量與排氣量不平衡之問題，容易造成燃燒爐之爐內壓力不平衡之問題，導致燃燒爐之爐體保溫材料脫落或損壞，業界尋找進一步減少燃燒爐之爐內壓力問題，仍為業界急需解決之問題。

有鑑於上述習知技術之問題，本發明提供一種燃燒爐爐壓之控制方法，其係調控抽風機之風扇轉速，解決燃燒爐因進排氣間之不平衡問題，易造成燃燒爐之爐內壓力大量變動問題，藉此控制燃燒爐之爐壓不穩定性。

本發明之一目的，在於提供一種燃燒爐爐壓之控制方法，透過複數個預設工作參數值及複數個定功率，利用函數運算取得第一反應頻寬，並產生小於第一反應頻寬之第二反應頻寬，控制器依據第二反應頻寬調整抽風機之風扇轉速，於此可避免因燃料輸入過多或過少問題，產生抽風機之風扇轉速太慢或太快之不平衡性，於此減少燃燒爐內頻繁膨脹縮小，導致內部零件龜裂損壞，甚至脫落。

為達到上述所指稱之各目的與功效，本發明係提供一種燃燒爐爐壓之控制方法，輸入複數個預設工作參數值至處理器，依據該些個預設工作參數值以及複數個定功率，推得轉移函數，處理器依據該些個預設工作參數值及轉移函數調整比例增益值 K _p ，取得控制器之第一反應頻寬，並以小於第一反應頻寬之第二反應頻寬，控制並調整抽風機之風扇轉速，利用此方法控制抽風機之風扇轉速，於此解決燃燒爐加熱時壓力急遽上升或風扇轉速過慢間不平衡性問題，避免造成燃燒爐內工件損壞之問題。

本發明之一實施例中，其中該第一控制器及該第二控制器為PID控制器（Proportional Integral Derivative）。

本發明之一實施例中，其中該第一控制器電性連接一燃料輸入單元。

本發明之一實施例中，其中該第二控制器電性連接該抽風機。

本發明之一實施例中，其中該預設工作參數值包含一預設爐溫反應頻寬。

本發明之一實施例中，其中該燃燒爐之一側設置一溫度感測器，該溫度感測器感測該燃燒爐，以取得複數個爐溫值。

本發明之一實施例中，其中該第二反應頻寬小於該第一反應頻寬之5~10倍。

本發明之一實施例中，其中調整該處理器的一比例增益值 K _p ，包含透過計算以求得波得圖(Bode plot)。

本發明之一實施例中，其中每一該些個爐溫曲線對應一加熱時間及一爐溫溫度。

本發明之一實施例中，其中該第二控制器控制該抽風機調整該爐壓差於20~150 Pa。

為使　貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以實施例及配合說明，說明如後：

有鑑於現今蓄熱式燃燒器（Regenerative Burner）在控制溫度時，由於進氣量與排氣量不平衡之問題，易造成燃燒爐之爐內壓力失衡，當燃燒爐之爐內壓力過高時，易造成爐體內工件脫落，此時需調整燃燒爐之排氣量，減低燃燒爐之爐內壓力過高等問題，於此本發明係提供一種燃燒爐爐壓之控制方法，透過輸入複數個預設工作參數值以及複數個定功率，運用方程式計算之結果以控制並調整抽風機之風扇轉速，於此解決當燃燒爐之爐壓過高時易造成工件損壞之問題。

請參閱第1圖為本發明之實施例之步驟示意圖，如圖所示，本實施例係一種燃燒爐爐壓之控制方法，其係用於一燃燒爐，燃燒爐之一側連通設置一抽風機，該燃燒爐爐壓之控制方法步驟包含：

步驟S02：輸入複數個預設工作參數值至一處理器；

步驟S04：該處理器依據該些個預設工作參數值以及複數個定功率，取得對應該些個定功率之複數個爐溫曲線，並以該些個爐溫曲線推得一轉移函數；

步驟S06：該處理器依據該些個預設工作參數值以及該轉移函數調整該處理器之一比例增益值 K _p ，取得一第一控制器之一第一反應頻寬；

步驟S08：該處理器依據該第一反應頻寬產生小於該第一反應頻寬之一第二反應頻寬；以及

步驟S10：一第二控制器依據該第二反應頻寬控制該抽風機之一風扇轉速。

再次參閱第1圖、第2A圖、第2B圖及第2C圖，如圖所示，於步驟S02中，其中預設工作參數值包含一預設爐溫反應頻寬、複數個燃料流量以及複數個爐溫值，燃料流量對應爐溫值，其中預設爐溫反應頻寬係以第一控制器34之預設控制參數。

接續上述，如圖所示，於本實施例中複數個燃料流量係以一第一燃料流量F1與一第二燃料流量F2舉例，以及複數個爐溫值係以一第一爐溫值T1與一第二爐溫值T2舉例，處理器32傳送包含燃料流量之訊號至第一控制器34，第一控制器34依據處理器32之訊號控制一燃料輸入單元40，使燃料輸入單元40以第一燃料流量F1以及第二燃料流量F2輸入一燃料F至燃燒爐20，讓燃燒爐20進行燃燒；其中，燃料輸入單元40係瓦斯伺服閥，燃燒爐20係蓄熱式燃燒爐，而燃料F可為液化石油氣、天然氣或煤氣，但本發明不在此限制。

再次參閱第1圖、第2A圖、第2B圖及第2C圖，如圖所示，於步驟S04中，處理器32依據該些個預設工作參數值以及複數個定功率，取得對應該些個定功率之複數個爐溫曲線，並以該些個爐溫曲線推得一轉移函數，於本實施例中，該些個爐溫曲線對應一加熱時間及一爐溫溫度，並係以波得圖(Bode plot)取得，其中加熱時間為燃燒爐20之燃燒器運作時間，爐溫溫度為燃燒爐20之第一爐溫值T1以及第二爐溫值T2，其將第一功率值及第二功率值帶入方程式中，以反推第一控制器34之轉移函數，方程式係式(一)； 式(一)：

； 帶入方程式後，將結果繪製波得圖(Bode plot)，其中s為頻域(橫坐標單位為虛指數)。

接續上述，如圖所示，於本實施例中，燃燒爐20之一側設置溫度感測器24，利用溫度感測器24感測燃燒爐20內之溫度，以取得第一爐溫值T1以及第二爐溫值T2，且第一控制器34電性連接溫度感測器24，並接收溫度感測器24所測得之第一爐溫值T1以及第二爐溫值T2，其中，第一控制器34係使用PID控制器(Proportional Integral Derivative)，其可藉由 K _p (比例增益)、 K _i (積分增益)和 K _d (微分增益)三個參數的設定。

接續上述，如圖所示，於本實施例中，複數個定功率，例如以以第一控制器34取得燃燒爐20之第一爐溫值T1以及第二爐溫值T2，並將第一爐溫值T1以及第二爐溫值T2傳送至處理器32，處理器32再依據第一燃料流量F1與第二燃料流量F2，以及第一爐溫值T1與第二爐溫值T2進行計算，用以產生該些個定功率，本發明不在此限制。

再次參閱第1圖、第2A圖、第2B圖及第2C圖，如圖所示，於於步驟S06中，處理器32依據該些個預設工作參數值以及轉移函數調整處理器32之比例增益值 K _p ，取得第一控制器34之第一反應頻寬，於本實施例中，處理器32透過函數運算取得第一反應頻寬後，其中，調整處理器32之比例增益值 K _p ，包含透過計算以求得波得圖(Bode plot)。

再次參閱第1圖、第2A圖、第2B圖及第2C圖，如圖所示，於於步驟S08中，處理器32依據該第一反應頻寬產生小於第一反應頻寬之第二反應頻寬，於本實施例中，處理器32以小於第一反應頻寬產生第二反應頻寬，例如第一反應頻寬為0.1Hz，處理器32產生為0.01Hz之第二反應頻寬，其中，第二反應頻寬較佳為小於第一反應頻寬5~10倍之數值；於本實施例中，第一反應頻寬係第一控制器之反應頻寬(Bandwidth)，第二反應頻寬係第二控制器36之反應頻寬(Bandwidth)，其中第二控制器36與第一控制器34相同，係使用PID控制器(Proportional Integral Derivative)。

於步驟S10中，第二控制器36依據第二反應頻寬，控制抽風機22之風扇轉速，以抽取燃燒爐20之廢氣G，並利用第一控制器34與第二控制器36之反應頻寬之差異，使燃燒爐20之爐內壓力得以穩定控制，其中，第二控制器36電性連接抽風機22，並利用第二反應頻寬調整燃燒爐20之爐內壓力差於20~150Pa之間。

本實施例中，於步驟S02中係以不同流量輸入燃燒爐20，再各別偵測其溫度值，以取得至少二功率值用於後續計算，但本實施例不在此限制，本實施例更可重複以不同流量之燃料依序輸入至燃燒爐20，並各別取得燃燒後之爐溫值，以計算出複數個功率值，例如：第一控制器34取得並傳送燃燒爐20之第二爐溫值T2至處理器32後，輸入第三燃料流量之燃料F至燃燒爐20，且第一控制器34取得並傳送燃燒爐20之第三爐溫值至處理器32，處理器32依據第三燃料流量與第三爐溫值進行計算，產生第三功率值，依此類推，本實施例可重複進行上述步驟，以使後續之計算能更準確。

本實施例中，處理器32各別電性連接第一控制器34及第二控制器36，以接收第一控制器34及第二控制器36之訊號，第二控制器36電性連接抽風機22，以控制抽風機22之馬達及風扇，且處理器32、第一控制器34及第二控制器36設置於裝置30內。

於本實施例中，透過輸送二燃料至燃燒爐，並使用第一控制器取得並傳送至少二爐溫值及至少二燃料流量至處理器後，處理器以方程式運算並透過波得圖(Bode plot)取得第一反應頻寬，並以小於第一反應頻寬產生第二反應頻寬，第二控制器控制並調整抽風機之風扇轉速，避免因燃料輸入過多時，抽風機之風扇轉速太慢，造成燃燒爐之顱內壓力劇烈上升，或因燃料輸入過少，抽風機之風扇轉速過快，造成燃燒爐之進排氣間不平衡性問題，於此本發明藉由輸入PID控制器（Proportional Integral Derivative）之反應頻寬，控制抽風機之風扇轉速，於此使燃燒爐之爐溫穩定，避免因燃燒爐內頻繁膨脹縮小，導致內部工件損壞或工件壽命縮短之問題。

綜上所述，本發明係提供一種燃燒爐爐壓之控制方法，處理器依據該些個預設工作參數值以及該些個定功率，推得轉移函數，並取得第一控制器之第一反應頻寬，並產生小於第一反應頻寬之第二反應頻寬，第二控制器透過第二反應頻寬調控抽風機之風扇轉速，以穩定控制燃燒爐之爐內壓力，解決習知燃燒爐之爐內壓力不穩定性，且因燃料輸入及廢氣抽出間之不穩定，導致燃燒爐之材料脫落或損壞問題。

故本發明實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈  鈞局早日賜准專利，至感為禱。

惟以上所述者，僅為本發明一實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

20:燃燒爐 22:抽風機 30:裝置 24:溫度感測器 34:第一控制器 32:處理器 36:第二控制器 40:燃料輸入單元 F:燃料 F1:第一燃料流量 F2:第二燃料流量 G:廢氣 S02:步驟 S04:步驟 S06:步驟 S08:步驟 S10:步驟 T1:第一爐溫值 T2:第二爐溫值

第1圖：其為本發明之實施例之步驟流程圖； 第2A圖：其為本發明之實施例之硬體結構示意圖； 第2B圖：其為本發明之實施例之第一流量系統流程圖；以及 第2C圖：其為本發明之實施例之第二流量系統流程圖。

S02:步驟

S04:步驟

S06:步驟

S08:步驟

S10:步驟

Claims (10)

1. 一種燃燒爐爐壓之控制方法，其係用於一燃燒爐，該燃燒爐之一側連通設置一抽風機，其係至少包含下列步驟：輸入複數個預設工作參數值至一處理器，其中該些個預設工作參數係包含一預設爐溫反應頻寬、複數個燃料流量及複數個爐溫值，該預設爐溫反應頻寬係透過一第一控制器以一預設工作參數控制該些個燃料流量；該處理器依據該些個預設工作參數值之該些個燃料流量及該些個爐溫值計算取得複數個定功率，取得對應該些個定功率之複數個爐溫曲線，並以該些個爐溫曲線推得一轉移函數；該處理器依據該些個預設工作參數值以及該轉移函數調整一比例增益值K _p ，透過該比例增益值K _p 取得該第一控制器之一第一反應頻寬；該處理器依據該第一反應頻寬產生小於該第一反應頻寬之一第二反應頻寬；以及一第二控制器依據該第二反應頻寬控制該抽風機之一風扇轉速。
2. 如請求項1所述之燃燒爐爐壓之控制方法，其中該第一控制器及該第二控制器為PID控制器(Proportional Integral Derivative)。
3. 如請求項1所述之燃燒爐爐壓之控制方法，其中該第一控制器電性連接一燃料輸入單元。
4. 如請求項1所述之燃燒爐爐壓之控制方法，其中該第二控制器電性連接該抽風機。
5. 如請求項1所述之燃燒爐爐壓之控制方法，其中該預設工作參數值包含一預設爐溫反應頻寬。
6. 如請求項1所述之燃燒爐爐壓之控制方法，其中該燃燒爐之一側設置一溫度感測器，該溫度感測器感測該燃燒爐，以取得複數個爐溫值。
7. 如請求項1所述之燃燒爐爐壓之控制方法，其中該第二反應頻寬小於該第一反應頻寬之5~10倍。
8. 如請求項1所述之燃燒爐爐壓之控制方法，其中調整該處理器之一比例增益值K _p ，包含透過計算以求得波得圖(Bode plot)。
9. 如請求項1所述之燃燒爐爐壓之控制方法，其中每一該些個爐溫曲線對應一加熱時間及一爐溫溫度。
10. 如請求項1所述之燃燒爐爐壓之控制方法，其中該第二控制器控制該抽風機調整該爐壓差於20~150Pa。

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