专利名称：富氧及全氧燃烧辊道窑的燃烧控制方法
技术领域：
本发明涉及工业窑炉燃烧控制方法领域，特别是涉及一种用来自动调节富氧及全氧燃 烧陶瓷辊道窑燃烧过程中燃气与氧气混合气的燃烧比例，以高浓度氧包括纯氧作为助燃 气，运用脉冲燃烧控制方式的控制方法。
背景技术：
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、助燃空气流 量的大小来使炉内的温度、燃烧气氛达到工艺要求。由于这种连续燃烧控制的方式往往受 到燃料流量的调节和测量等环节的制约，目前大多数窑炉的控制效果不佳。而高档陶瓷制 品对窑内温度场的均匀性和燃烧气氛的稳定可靠性要求较高，使用传统的连续燃烧控制将 无法实现牛.产需求。脉冲燃烧技术是一种新型的工业窑炉燃烧控制技术，它对不同燃料介 质有良好的适用性，不受燃料量的测量和调节环节的制约，在温度上升与下降的滞后性十 分严重的大型窑炉均能达到理想的温度控制曲线，更加优于传统的连续燃烧控制。
空气主要成分屮氧气占20.94%，氮气占78.09%。在陶瓷辊道窑烧成过程中，只有氧 气与燃料参与反应，而氮气只作为稀释剂存在空气中，使得氧气与燃料接触面减少，造成 燃烧不完全，受热不均匀，并且容易产生局部高温，这将有利于氮气在高温下与氧气反应 生成大暈的NOx，从而导致氧气与燃料发生碰撞反应的几率又大大的减少。所产生的烟气 携带大量的热量排出窑炉体外，造成大量的热量损失，从而降低了陶瓷辊道窑的热效率。
针对以上存在的问题，富氧及全氧燃烧技术是一个很好的解决办法，而脉冲燃烧控制 方式则能解决连续燃烧控制在生产屮的不足。为此，有人提出了一种"富氧及全氧燃烧辊 道窑"(CN101182217)，该辊道窑是一种以体积浓度至少为21%的氧为助燃介质与燃料一 起在燃烧器中燃烧，且不需要空气助燃风机的富氧及全氧燃烧辊道窑。该辊道窑热效率高， 所产生的燃烧产物量比以空气为助燃介质时降低50%以上，产牛的氮氧化物也大大降低， 且能耗可降低10%以上，并能够把有害物质的排放量降到最低点。然而该专利文献并没 有对燃气与助燃气的混合燃烧比例最佳点进行分析，也没有提出对此最佳点该如何进行自
动调节。在专利文献公布的"高温燃气间歇式窑炉双比例燃烧控制装置"(CN2869606) 技术方案中，提出了一种间歇式窑炉的双比例燃烧控制方法，该方法通过在各燃烧器和燃 气总管之间设置不同管径的连接管路和空/燃比例调节方法，从而调节出多种不同的燃烧 比例，它既能解决低温烧成温度控制难度，也能保证高温烧成的顺利进行，节省了燃料， 保证了烧成工艺。然而要实现这种比例调节，需要设置不同的管径连接管路，如果要调节 多种不同的燃烧比例将使得该方法的管路十分复杂，增加了该方法的成本。而且现阶段窑 炉助燃气和燃气的调节一般为开环调节，只能严格按照上位机或控制器屮烧成曲线的比例 来进行调节，不能在一定的范围内进行局部微调，以此来更好的满足工艺烧成要求。
在国家节能减排的政策下，结合富氧及全氧燃烧辊道窑和脉冲燃烧控制技术的特点， 如何提升陶瓷辊道窑的燃烧性能，提高其热效应，节省能源？显然将脉冲燃烧控制技术运 用于这种以高浓度氧包括纯氧作为助燃介质与燃气混合燃烧的新型陶瓷辊道窑中，能更好 的满足提升辊道窑的燃烧性能，提高其热效应和节省能源的要求，且在氧气和燃气的比例 调节中运用负反馈控制技术进行微调能更好的满足工艺烧成要求。因此，研究一种包含燃 氧比例调节反馈控制环节的富氧及全氧燃烧陶瓷辊道窑脉冲燃烧控制方法具有重大的工 程实践意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用脉冲燃烧技术来控制富氧及全氧燃烧辊 道窑的燃烧，使窑内燃烧气氛中的氧气浓度保持在21%以上并与燃气混合燃烧，同时自动 调节混合燃烧比例为最佳，提高辊道窑的热效应，以实现节能减排和提高烧成品的质量。
本发明解决其技术问题的技术方案是采用脉冲燃烧控制方法，将所述辊道窑内燃烧 气氛中的氧气保持在体积含量为21%以上并与燃气混合燃烧，同时自动调节氧气与燃气的 比例及燃烧时间。具体是
(1) 通过氧气与燃气各自的闭环反馈控制，自动调节氧气与燃气的混合比例参数； 同时根据窑内气氛和温度的实时信息，对由烧成曲线所确定的燃气和氧气给定量进行修 正，得到燃气和氧气给定量的实时控制量；
(2) 在上述两种控制量信号的共同作用下，使燃气控制器和氧气控制器通过各自的 执行器对燃气阀和氧气阀进行实时调节，实现并保持预先设定的最佳燃烧控制比例；
(3) 利用上位机实时从窑内采样并将所获得的燃烧气氛和温度信息处理分析后，对 烧成曲线确定的脉冲占空比给定量进行修正，得到实时控制量；
(4) 根据反馈得到的实时控制量信号，由脉冲控制器对所述执行器实时控制和调节 燃气与氧气的混合气的燃烧时间或大火所占时间的比例，实现最佳燃烧控制。
本发明与现有技术相比具有如下优点
1. 氧气与燃气的混合燃烧比例由陶瓷辊道窑中提取气氛参量后再进行修正，经控制 器处理后控制执行器来调节燃气与氧气的燃气阀中气体的流量，以此来达到一种最符合生 产实际的燃烧比例，使得窑内混合气体的燃烧更为充分，节省了能源。
2. 采用新型脉冲燃烧控制方法，燃烧速率高，能快速升温。且大、小火间歇作用， 使整个温度场内形成强烈搅拌，使窑内温度场更加均匀，产品的烧成质量得到了保证。
3. 整个控制方法简单，工作可靠性卨，釆用工控机作为控制器，便于与上位机进行 通讯和数据传送，可提高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。
图1是本发明的氧气与燃气的混合比例脉冲燃烧控制方法系统结构图。
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.脉冲控制器；8.第三执行器；9.烧嘴；IO.上位机；ll.窑体。
具体实施例方式
本发明提供的富氧及全氧燃烧辊道窑的燃烧控制方法是采用脉冲燃烧控制方法，将所 述辊道窑内燃烧气氛中的氧气保持在体积含量为21%以上并与燃气混合燃烧，同时自动调 节氧气与燃气的比例及燃烧时间。具体如下
(1) 通过氧气与燃气各自的闭环反馈控制，自动调节氧气与燃气的混合比例参数； 同时根据窑内气氛和温度的实时信息，对由烧成曲线所确定的燃气和氧气给定量进行修 正，得到燃气和氧气给定量的实时控制量；
(2) 在上述两种控制量信号的共同作用下，使燃气控制器和氧气控制器通过各自的 执行器对燃气阀和氧气阀进行实时调节，实现并保持预先设定的最佳燃烧控制比例；
(3) 利用上位机实时从窑内采样并将所获得的燃烧气氛和温度信息处理分析后，对 烧成曲线确定的脉冲占空比给定量进行修正，得到实时控制量；
(4) 根据反馈得到的实时控制量信号，由脉冲控制器对所述执行器实时控制和调节 燃气与氧气的混合气的燃烧时间或大火所占时间的比例，实现最佳燃烧控制。
在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时，使用脉宽调制技 术，以便实现脉冲燃烧控制方式。
所述燃气控制器、氧气控制器和脉冲控制器，均采用工业可编程控制器，它们与上位 机之间均采用RS-232通讯方式连接。上位机可采用PC机。
下面结合附图对本发明作进一歩说明。
如图1所示本发明采用了包括燃气控制器1、氧气控制器2、脉冲控制器7、第一 执行器3、第二执行器4、第三执行器8和上位机10组成的装置，对窑体11的燃烧实现 脉冲燃烧控制方式。
所述窑体11是指"富氧及全氧燃烧陶瓷辊道窑"(CN101182217)，这种陶瓷辊道窑 包括预热区、烧成区、燃料和助燃介质输送系统、排烟系统、急冷区、降温区、温度控制 系统、燃烧系统、余热系统，它可以实现以体积浓度至少为21%的氧为助燃介质与燃料一 起在燃烧器屮燃烧，且不需要空气助燃风机。
在富氧及全氧燃烧陶瓷辊道窑中，本发明通过氧气与燃气的各6的闭环反馈控制调节 方法来自动调节氧气与燃气到一个最佳的燃烧比例。
在所述闭环反馈控制调节方法中，利用设置在燃气和氧气管道中的流量传感器测出实 时管道中燃气和氧气的流量Gp、 Op，与燃气控制器1和氧气控制器2中的预设流量Gq、 Oq进行对比，修正后得到当前时刻燃气和氧气流量G。、 O。，燃气控制器l和氧气控制器 2根据Gn、 0。来调节燃气阀5、氧气阀6的气体流量；且在实际生产过程中，根据烧成曲 线可以得到燃气和氧气的控制量分别为Gg、 Og，燃烧气氛、温度及氧气等参数输入到上
位机10中，经过气氛调整分析和参量修正，得到实时燃气和氧气的修正量分别为Gt、 Ot， 给定量Gg、 Og与修正量Gt、 Ot，在这些参数的共同作用下形成当前时刻的燃气给定量Gs 和氧气给定量Os。将&和Os输入到燃气控制器1和氧气控制器2中，以控制第一执行器 3、第二执行器4来调节燃气阀5、氧气阀6的气体流量，以此来共同控制燃气与氧气的 混合燃气的流量，从而达到一种最符合生产实际的混合气燃烧比例。
所述的助燃气，其氧气的含量浓度为21 %至99%，氮气的含量浓度至少小于15%。 由氧气和燃气构成的混合气，其燃烧控制方式为脉冲燃烧控制方式，采用脉宽调制技 术来实现，即通过采集炉内温度通过上位机10进行温度和脉冲控制占空比分析得到实 时修正量PWMt，并与由烧成曲线得到的脉冲控制占空比给定量PWMg，它们共同作用后 得到当前时刻的脉冲占空比给定量PWMs，将PWMs输入到脉冲控制器7，以控制第三执 行器8来调节燃氧混合气的燃烧时间或大火所占时间的"占空比"来达到燃烧要求。
本发明中所用器件全部外购，例如各控制器可采用西门子可编程序控制器S7-300 系列，执行器采用BELIMO电动执行器，燃气阀和氧气阀采用BELIMO线性调节阀，烧 嘴采用Ar-50K-H-PL高速脉冲烧嘴来实现。控制器经过RS232接口与上位机连接，上位 机为PC机。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。
权利要求
1.富氧及全氧燃烧辊道窑的燃烧控制方法，其特征是采用脉冲燃烧控制方法，将所述辊道窑内燃烧气氛中的氧气保持在体积含量为21％以上并与燃气混合燃烧，同时自动调节氧气与燃气的比例及燃烧时间，具体是(1)通过氧气与燃气各自的闭环反馈控制，自动调节氧气与燃气的混合比例参数；同时根据窑内气氛和温度的实时信息，对由烧成曲线所确定的燃气和氧气给定量进行修正，得到燃气和氧气给定量的实时控制量；(2)在上述两种控制量信号的共同作用下，使燃气控制器和氧气控制器通过各自的执行器对燃气阀和氧气阀进行实时调节，实现并保持预先设定的最佳燃烧控制比例；(3)利用上位机实时从窑内采样并将所获得的燃烧气氛和温度信息处理分析后，对烧成曲线确定的脉冲占空比给定量进行修正，得到实时控制量；(4)根据反馈得到的实时控制量信号，由脉冲控制器对所述执行器实时控制和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，实现最佳燃烧控制。
2. 根据权利要求1所述的燃烧控制方法，其特征在于使用脉宽调制技术，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所述的燃烧控制方法，其特征在于所述控制器均采用工业可编 程控制器，其与上位机之间均采用RS-232通讯方式连接。
4. 根据权利要求1或3所述的燃烧控制方法，其特征在于上位机采用PC机。
全文摘要
本发明公开的富氧及全氧燃烧辊道窑的燃烧控制方法为脉冲燃烧控制方法，即通过氧气与燃气各自的闭环反馈控制自动调节氧气与燃气的混合比例，同时依据烧成曲线对其修正得到实时控制量；然后在这两种信号的作用下，使燃气和氧气执行器对燃气阀和氧气阀实时调节，实现并保持预先设定的最佳燃烧控制比例；再用上位机从窑内实时采样并处理后，对烧成曲线确定的脉冲占空比给定量进行修正得到实时控制量；最后根据实时控制量的反馈信号，由脉冲控制器对执行器实时控制和调节，实现最佳燃烧控制。本发明具有高效、节能、环保等优点，可使窑内燃烧气氛中的氧气保持在体积含量为21％以上并与燃气混合燃烧，同时自动调节氧气与燃气的比例及燃烧时间。
文档编号F23N5/02GK101338910SQ20081004878
公开日2009年1月7日 申请日期2008年8月12日 优先权日2008年8月12日
发明者徐国成, 佳 李, 程明家, 纯 肖, 袁佑新, 郎建勋, 静 陈, 魏志华, 黄必辉 申请人:武汉理工大学