专利名称：富氧及全氧燃烧陶瓷辊道窑混合燃烧控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及工业窑炉燃烧控制技术领域，特别是涉及一种富氧及全氧燃烧陶瓷辊道窑 混合燃烧控制系统。
背景技术：
工业窑炉的燃烧控制水平直接影响到生产的各项指标，例如产品质量、能源消耗等。 目前国内的陶瓷窑炉一般都采用连续燃烧控制的形式，即通过控制燃料、助燃氧气流量的 大小来使炉内的温度、燃烧气氛达到工艺要求。连续燃烧控制方式受燃料流量的调节和测 量等环节的制约，致使窑炉的控制效果不佳。目前髙档陶瓷制品对窑内温度场的均匀性和 燃烧气氛稳定可控性的要求均较高，特别是对宽断面、大容量的陶瓷窑炉，对炉内温度场 的均匀性要求最高，使用传统的连续燃烧控制无法满足其生产工艺要求。
普通烧嘴的调节比一般为1: 4左右，当烧嘴在满负荷工作时，燃气流速、火焰形状、 热效率均可达到最佳状态，但当烧嘴流量接近其最小流量时，热负荷最小，燃气流速大大 降低，火焰形状达不到要求，热效率急剧下降，烧嘴工作在满负荷流量的50%以下时，上 述各项指标距设计要求就有了较大的差距。采用脉冲燃烧控制技术的烧嘴，烧嘴只有两种 工作状态， 一种是满负荷工作，另一种是不工作，只是通过调整两种状态的时间比进行温 度调节，所以采用脉冲燃烧可弥补烧嘴调节比低的缺陷，需要低温控制时仍能保证烧嘴工 作在最佳燃烧状态。在使用高速烧嘴时，燃气喷出速度快，使周围形成负压，将大量窑内 烟气吸入主燃气内，进行充分搅拌混合，延长了烟气在窑内的滞流时间，增加了烟气与制 品的接触时间，从而提高了对流传热效率，另外，窑内烟气与燃气充分搅拌混合，使燃气 温度与窑内烟气温度接近，提高窑内温度场的均匀性，能够很好地解决各种形状的窑内温 度死角问题，减少高温燃气对被加热体的直接热冲击。但脉冲燃烧控制方式也有其不足之 处大、小火间歇作用，在整个温度场内形成强烈搅拌，受强烈的搅拌气流的影响易产生 落脏；在脉冲周期选用不当时易产生温度波动，烧嘴喷射和燃烧速率高，升温快，而不能 满足陶瓷工艺温度的升降应该是渐进的要求，易使产品产生色差，从而影响产品的合格率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对连续燃烧控制和脉冲燃烧控制的特点以及在工业 窑炉燃烧控制中的优缺点，提供一种富氧及全氧燃烧陶瓷辊道窑混合燃烧控制系统，该系 统可以充分发挥所述连续燃烧控制和脉冲燃烧控制的优势，从而在整体上更好的提升陶瓷 辊道窑的燃烧性能，提高其热效应，节省能源，提髙产品质量。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案
本发明提供的富氧及全氧燃烧陶瓷辊道窑混合燃烧控制系统，由脉冲燃烧控制子系统 和比例燃烧自动控制子系统构成，并且两子系统同时执行一个由上位机确定的烧成曲线。
脉冲燃烧控制子系统由测温传感器、温度控制器、功能转换器、时序控制器、烧嘴控制器、 氧气电磁阀、燃气电磁阀和脉冲燃烧烧嘴组成，其中测温传感器、温度控制器、功能转 换器、时序控制器和烧嘴控制器依次以电缆连接，温度控制器还由电缆与烧成曲线的部件 连接；烧嘴控制器还由电缆分别与氧气电磁阀和燃气电磁阀相连。比例燃烧自动控制子系
统由气氛压力传感器、上位机、燃气控制器、氧气控制器、第一执行器、第二执行器、燃
气阀、氧气阀组成，其中气氛压力传感器以电缆与上位机相连；上位机通过电缆经燃气 控制器、第一执行器连接燃气阀，另一方面又通过电缆经氧气控制器、第二执行器连接氧 气阀。
本发明提供的富氧及全氧燃烧陶瓷辊道窑混合燃烧控制系统，其在陶瓷辊道窑中使用。
本发明是一种由连续燃烧控制子系统和脉冲燃烧控制子系统构成的混合式燃烧控制 系统，这种混合燃烧控制系统既能克服连续燃烧方式的不足，同时也能克服脉冲燃烧的不 足。与现有技术相比，本发明主要有以下的优点
1. 解决了连续燃烧控制方式不足的问题，增加了陶瓷辊道窑的热效应，使陶瓷窑炉 的温度场分布均匀，温度平缓变化，降低能耗和燃烧产物排放量，提高烧成品质量。
2. 可发挥脉冲燃烧控制方式的优势，B卩采用脉冲燃烧技术完成窑炉温度控制的粗 调，在脉冲的作用下，大、小火频繁交替，烧嘴喷出的高速热气流使炉内整个温度场在激 烈的搅拌、振荡中实现升温、保温和降温的平衡。
3. 能够克服脉冲燃烧控制的不足由于在每个高速脉冲烧嘴处配置了一套单独的比 例燃烧自动控制系统，对窑炉温度进行控制的微调，并且同时执行一个烧成曲线，因此大 大地提高了窑内各区温度的一致性，窑温恒定，从而减少了因脉冲燃烧控制炉内升温过快， 而不能满足陶瓷工艺温度的升降应该是渐进的要求，易使产品产生色差(颜色不一致)， 以及脉冲周期不稳或过于频繁而导致产品出现诸如裂纹、落脏的情况。还有，可提高产品 的合格率，产品烧制效果理想，质量得到提高，产品质量稳定。
此外，因其烧嘴喷射和燃烧速率高，能快速升温，且大、小火间歇作用，故使整个温 度场内形成强烈搅拌，有利于温度均匀，能够很好地解决各种形状的窑内温度死角问题， 使得窑内混合气体的燃烧更为充分，减少NOX的生成，从而更节能环保。
4. 整个系统结构简洁，工作可靠性高，采用工控机作为控制单元，便于与上位机进 行通讯和数据传送，可提髙整个窑炉控制系统的自动化程度，减轻了操作人员的工作强度， 免除了不必要的人力浪费。
5. 本系统不仅从整体上控制燃烧"占空比"的时间，而且还控制每一个燃烧器的燃
料和风量"占空比"的时间。整个过程智能化控制，可以完成自动点火、火焰监测、加热 /冷却温度自动调节等，从而保证窑内温度的均衡性。
总之，本发明在整体上能够更好地提升陶瓷辊道窑的燃烧性能，节能减排，提高了产 品质量。同时结构简洁，工作可靠，整个过程智能化控制，便于操作。
图1是本发明的富氧及全氧燃烧陶瓷辊道窑混合燃烧控制系统结构图2是本发明的富氧及全氧燃烧陶瓷辊道窑混合燃烧控制系统实物连接示意图。
图中l.燃气控制器；2.氧气控制器；3.第一执行器；4.第二执行器；5.燃气阀；
6.氧气阀；7.氧气电磁阀；8.燃气电磁阀；9.脉冲燃烧烧嘴；IO.比例燃烧烧嘴；
ll.上位机；12.温度控制器；13.功能转换器；14.时序控制器；15.烧嘴控制器；
16.窑炉；17.测温传感器；18.气氛压力传感器。
具体实施例方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。
本发明提供的富氧及全氧燃烧陶瓷辊道窑混合燃烧控制系统，其结构如图l所示由 脉冲燃烧控制子系统和比例燃烧自动控制子系统构成，并且两子系统同时执行一个由上位 机ll确定的烧成曲线。所述脉冲燃烧控制子系统由测温传感器17、温度控制器12、功能 转换器13、时序控制器14、烧嘴控制器15、氧气电磁阀7、燃气电磁阀8和脉冲燃烧烧 嘴9组成，其中测温传感器17、温度控制器12、功能转换器13、时序控制器14和烧 嘴控制器15依次以电缆连接，温度控制器12还由电缆与烧成曲线的部件连接；烧嘴控制 器15还由电缆分别与氧气电磁阀7和燃气电磁阀8相连。所述比例燃烧自动控制子系统 由气氛压力传感器18、上位机ll、燃气控制器l、氧气控制器2、第一执行器3、第二执 行器4、燃气阀5和氧气阀6组成，其中气氛压力传感器18以电缆与上位机11相连； 上位机11 一方面通过电缆经燃气控制器1、第一执行器3连接燃气阀5，另一方面又通过 电缆经氧气控制器2、第二执行器4连接氧气阀6。
所述的脉冲燃烧控制子系统，其使用脉宽调制技术调节燃气与氧气的混合气的燃烧时 间或大火所占时间的比例，以实现脉冲燃烧控制方式。
所述的燃气控制器l、氧气控制器2、温度控制器12、时序控制器14和烧嘴控制器 15均采用工业可编程控制器(PLC),它们与上位机11之间均采用RS-232通讯方式连接。 这样，所述控制器与上位机之间可以通过RS232协议传递信息，上位机通过其传达指令 信号给控制器，控制器可根据上位机的指令对其下属设备进行控制，检测仪表可将窑炉实 时信息传递给上位机，通过上位机进行实时的显示和数据存储。上位机11采用PC机。
所述的烧成曲线的部件为上位机的存储单元。
图2为本发明富氧及全氧燃烧陶瓷辊道窑混合燃烧控制系统实物连接示意图。图2中 的PLC为工业可编程序控制器，PLC经过RS485/232接口与上位机11连接，上位机11 与PLC之间通过RS485/232进行通讯，上位机11通过其传达指令信号给PLC, PLC可根 据上位机11的指令给上述的控制器，各控制器可根据上位机11的指令对其下属设备进行 控制，检测仪表可将窑炉实时信息传递给上位机ll，通过上位机11进行实时的显示和数 据存储。脉冲燃烧控制方式与比例燃烧方式成套出现，且分别控制不同的烧嘴，奇偶互相 交错，即1#、 3#......(2n-l) #为脉冲燃烧控制烧嘴，而2#、 4#......(2n)弁为比例燃烧
控制烧嘴，且相邻奇偶编号的烧嘴的燃烧控制方式不同，它们之间相互协调，保证炉温平 缓变化。
本发明提供的富氧及全氧燃烧陶瓷辊道窑混合燃烧控制系统，参见图l,其工作过程 是上位机11通过温度控制器12将检测信号与窑炉16工艺要求的烧成曲线共同作用后 输出控制信号，功能转换器13将温度控制器12输出的控制信号(4 20mA或l 5V)的 连续信号转换成脉冲信号，传输给烧嘴控制器15,烧嘴控制器15根据脉冲信号来控制燃 气电磁阀8、氧气电磁阀7的通断。温度控制器12设定值越大，经过功能转换器13输出 的脉冲频率将逐渐升高；设定值越小，输出的脉冲频率将逐渐就逐渐降低，脉冲输出的宽 度与周期是可变。燃烧的时间则设置为固定值，频率越髙，燃烧时间就越长、间隔时间则 越短，当系统运行在加热/冷却转换时，温度控制器12设定值与窑炉16温度实际值逐步 接近为零，那么冷却脉冲输出频率逐渐升高，系统进行冷氧气吹扫，吹扫周期与加热方式 一样。当温度降到设定输入下限的一半时，停止冷气吹扫；当超过一半时，燃烧脉冲输出 频率升高，加热燃烧重新进行。温度一旦再次达到转换点时，又开始加热/冷却控制调节。 转换间隔时间根据被控窑炉滞后情况，通过外部操作数来确定，如ls、 20s、 40s等。时序 控制器14将功能转换器13输出的脉冲信号以固定的程序顺序接通l-n个输出接点，并在 到达设定的时间后自动断开，通过耦合，可以任意组合接点的输出数。氧气与燃气的比例 可以通过各自的闭环反馈控制调节装置自动调节到一个最佳的燃烧比例，且在实际生产中 由陶瓷辊道窑中提取的烧成曲线和气氛、温度分析及氧气参数输入至上位机ll中，经过 气氛调整和参量修正后指导燃气控制器1和氧气控制器2控制第一执行器3、第二执行器 4來调节燃气阀5、氧气阀6的气体流量，以此来控制氧气与燃气的比例(即"氧燃比")， 从而达到一种最符合生产实际的燃烧比例，使窑炉16内的温度得到精确控制。
所述的窑炉16为陶瓷辊道窑。
本发明提供的富氧及全氧燃烧陶瓷辊道窑混合燃烧控制系统，其在陶瓷辊道窑中使 用。所述的陶瓷辊道窑为富氧及全氧燃烧陶瓷辊道窑(CN101182217),或者其它类型的 如特种陶瓷梭式窑等陶瓷窑炉。
本发明所述器件可以全部外购。例如测温传感器17可采用KGW—88型窥管光电温 度传感器，气氛压力传感器18可采用1030系列传感器，燃气控制器l、氧气控制器2和 烧嘴控制器15可采用BELIM0818智能控制器，第一执行器3和第二执行器4可采用 BELIMO电动执行器，燃气阀5和氧气阀6可采用BELIMO线性调节阀，燃气电磁阀8 和氧气电磁阀7可采用ESAr电磁脉动阀，脉冲燃烧烧嘴9和比例燃烧烧嘴10可采用 Ar-50K-H-PL高速脉冲烧嘴来实现。
权利要求
1.一种富氧及全氧燃烧陶瓷辊道窑混合燃烧控制系统，其特征是由脉冲燃烧控制子系统和比例燃烧自动控制子系统构成，同时执行一个由上位机(11)确定的烧成曲线，脉冲燃烧控制子系统由测温传感器(17)、温度控制器(12)、功能转换器(13)、时序控制器(14)、烧嘴控制器(15)、氧气电磁阀(7)、燃气电磁阀(8)和脉冲燃烧烧嘴(9)组成，其中测温传感器(17)、温度控制器(12)、功能转换器(13)、时序控制器(14)和烧嘴控制器(15)依次以电缆连接，温度控制器(12)还由电缆与烧成曲线的部件连接；烧嘴控制器(15)还由电缆分别与氧气电磁阀(7)和燃气电磁阀(8)相连，比例燃烧自动控制子系统由气氛压力传感器(18)、上位机(11)、燃气控制器(1)、氧气控制器(2)、第一执行器(3)、第二执行器(4)、燃气阀(5)、氧气阀(6)组成，其中气氛压力传感器(18)以电缆与上位机(11)相连；上位机(11)一方面通过电缆经燃气控制器(1)、第一执行器(3)连接燃气阀(5)，另一方面又通过电缆经氧气控制器(2)、第二执行器(4)连接氧气阀(6)。
2. 根据权利要求1所述的富氧及全氧燃烧陶瓷辊道窑混合燃烧控制系统，其特征在 于脉冲燃烧控制子系统使用脉宽调制技术，调节燃气与氧气的混合气的燃烧时间或大火 所占时间的比例来实现脉冲燃烧控制方式。
3. 根据权利要求1所述的富氧及全氧燃烧陶瓷辊道窑混合燃烧控制系统，其特征在 于所述燃气控制器(1)、氧气控制器(2)、温度控制器(12)、时序控制器(14)和烧 嘴控制器(15)均采用工业可编程控制器，它们与上位机(11)之间均釆用RS-232通讯 方式连接。
4. 根据权利要求1或3所述的富氧及全氧燃烧陶瓷辊道窑混合燃烧控制系统，其特 征在于上位机(11)采用PC机。
5. —种根据权利要求1至4中任一权利要求所述的富氧及全氧燃烧陶瓷辊道窑混合 燃烧控制系统的用途，其特征是在陶瓷辊道窑中使用。
6. 根据权利要求5所述的富氧及全氧燃烧陶瓷辊道窑混合燃烧控制系统的用途，其 特征是所述的陶瓷辊道窑为富氧及全氧燃烧陶瓷辊道窑。
全文摘要
本发明是富氧及全氧燃烧陶瓷辊道窑混合燃烧控制系统，由脉冲燃烧控制子系统和比例燃烧自动控制子系统构成，同时执行一个由上位机(11)确定的烧成曲线；脉冲燃烧控制子系统由测温传感器(17)、温度控制器(12)、功能转换器(13)、时序控制器(14)、烧嘴控制器(15)、氧气电磁阀(7)、燃气电磁阀(8)和脉冲燃烧烧嘴(9)组成；比例燃烧自动控制子系统由气氛压力传感器(18)、上位机(11)、燃气控制器(1)、氧气控制器(2)、第一和第二执行器、燃气阀(5)、氧气阀(6)组成。本发明适于在陶瓷辊道窑中使用，并且在整体上能够更好地提升陶瓷辊道窑的燃烧性能，节能减排，提高产品质量，同时结构简洁，便于操作。
文档编号F23N1/02GK101344264SQ20081004895
公开日2009年1月14日 申请日期2008年8月22日 优先权日2008年8月22日
发明者馗 向, 徐国成, 佳 李, 程明家, 纯 肖, 胡红明, 袁佑新, 静 陈, 黄必辉 申请人:武汉理工大学