專利名稱：智能動(dòng)態(tài)燃燒氣氛控制儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種智能動(dòng)態(tài)燃燒氣氛控制儀，應(yīng)用于各類燃燒爐。
背景技術(shù)：
節(jié)能與環(huán)保是相互關(guān)聯(lián)的兩個(gè)不同視角，能耗大一般污染也重，在燃化石燃料的加熱爐上，節(jié)能與環(huán)保指標(biāo)很大程度上與燃燒是否充分有直接關(guān)系，尤其是ー些鋼鐵廠的大型加熱爐，所用燃料的熱值、壓カ波動(dòng)較大，而常用的控制系統(tǒng)通常將燃料熱值作為ー個(gè)給定值，而不是實(shí)際測(cè)出的值，即使有些系統(tǒng)采用了在線的熱值儀，也由于所測(cè)參數(shù)的滯后和測(cè)量精度太低，所得到的熱值數(shù)據(jù)也無法較精確的用于控制，對(duì)于鋼鐵廠的加熱爐而言，爐內(nèi)燃燒氣氛的控制非但影響到節(jié)能和環(huán)保，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和成材率的影響所造成的經(jīng)濟(jì)損失可能更大。
目前燃化石燃料的燃燒系統(tǒng)空燃比的控制采用如圖I所示的前置式空燃比控制模式。I.按燃料理論空燃比給定值控制。在線檢測(cè)各控制段的空氣、煤氣的瞬時(shí)流量，當(dāng)煤氣量發(fā)生變化吋，空氣量按以下公式的計(jì)算值隨動(dòng)，熱值變化時(shí)誤差較大。Q空氣=a XQ煤氣XK理論空燃比(通常α取I. 00 I. 05)。其中，Qs^表示空氣的流量，α表示空氣過剩系數(shù),Qfiw表示煤氣的流量,Kaifesst比表示理論空燃比。2.采用熱值儀在線檢測(cè)給定值控制
在線檢測(cè)煤氣熱值，并實(shí)時(shí)計(jì)算空燃比K瞬吋，同時(shí)檢測(cè)各控制段的空氣、煤氣的瞬時(shí)流量，當(dāng)煤氣量發(fā)生變化吋，空氣量按以下公式的計(jì)算值隨動(dòng)，消除因熱值變化所帯來的誤差。Q空氣=a XQ煤氣XK瞬時(shí)(通常α取I. 00 I. 05)。其中，Κ_表示瞬時(shí)空燃比。上述模式可以稱為ー種前置式控制模式，是ー種很粗放的控制方式，主要是因?yàn)槿剂蠠嶂档慕o定不是實(shí)際的值，即使是裝有在線燃料熱值檢測(cè)儀，其測(cè)量值的精度和實(shí)時(shí)性也不夠精確，加上流量計(jì)的誤差和控制軟件的響應(yīng)誤差，最終的空燃比控制精度非常粗放。有些要求較高的燃燒控制系統(tǒng)在煙氣管道上設(shè)有在線煙氣分析儀，檢測(cè)煙氣中的殘氧量和一氧化碳含量，但一般都只是檢測(cè)、顯示一下數(shù)值而已，都不參與實(shí)時(shí)空燃比自動(dòng)控制，因此仍屬前置式控制模式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供ー種智能動(dòng)態(tài)燃燒氣氛控制儀，通過對(duì)加熱爐、鍋爐等燃燒設(shè)備中煙氣成份的在線實(shí)時(shí)綜合檢測(cè)與分析，智能動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)空燃比，克服因燃料的熱值、壓カ波動(dòng)干擾，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)地自動(dòng)調(diào)節(jié)空燃比，精確控制燃燒氣氛。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述智能動(dòng)態(tài)燃燒氣氛控制儀包括設(shè)置于燃燒爐現(xiàn)場(chǎng)的可燃物含量檢測(cè)儀、殘氧量分析儀、煙氣溫度檢測(cè)儀、PLC及觸摸屏，所述PLC的輸入端連接可燃物含量檢測(cè)儀、殘氧量分析儀、煙氣溫度檢測(cè)儀，PLC的輸出端連接空氣流量調(diào)節(jié)閥；實(shí)時(shí)采集到煙氣中的可燃物含量、殘氧量和煙氣溫度信號(hào)送入PLC，由PLC根據(jù)設(shè)定參數(shù)進(jìn)行計(jì)算、比較、分析，然后提示燃燒氣氛狀況，并控制空氣流量調(diào)節(jié)閥實(shí)施自動(dòng)調(diào)節(jié)空燃比，精確控制燃燒氣氛；通過所述觸摸屏設(shè)定燃燒種類、控制模式、控制參數(shù)和報(bào)警參數(shù)，PLC根據(jù)設(shè)定參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和控制；整個(gè)燃燒過程的檢測(cè)參數(shù)、設(shè)定參數(shù)和反饋參數(shù)均在觸摸屏上予以顯示。
所述PLC連接現(xiàn)場(chǎng)的主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過觸摸屏調(diào)取工作過程和參數(shù)的歷史記求。所述檢測(cè)參數(shù)包括實(shí)測(cè)煙氣中的溫度、一氧化碳含量、氧含量，所述設(shè)定參數(shù)包括一氧化碳含量設(shè)定和氧含量設(shè)定，所述反饋參數(shù)包括空氣流量調(diào)節(jié)閥的實(shí)際閥位信號(hào)和實(shí)際空燃比。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過對(duì)加熱爐、鍋爐等燃燒設(shè)備中煙氣成分的可燃物含量、殘氧量和煙氣溫度的測(cè)量、分析，智能動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)助燃空氣的流量，克服因燃料的熱值、壓カ波動(dòng)干擾，從而實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)地自動(dòng)調(diào)節(jié)空燃比，精確控制燃燒氣氛。該產(chǎn)品是在線、連續(xù)、高速控制各種燃燒氣氛的理想設(shè)備，可廣泛應(yīng)用于冶金、化工、電カ等行業(yè)的各種加熱爐、鍋爐
坐寸ο


圖I是前置式空燃比控制流程示意圖。圖2是后置式空燃比控制流程示意圖。圖3是空燃比動(dòng)態(tài)曲線示意圖。圖4是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施案例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說明。本設(shè)備是如圖2所示的一種后置式燃燒氣氛控制裝置，可同時(shí)檢測(cè)煙氣溫度T、co%、02%，甚至還可增加h2%、ch4%的檢測(cè)，以適應(yīng)不同的燃料和燃燒系統(tǒng)。本設(shè)備的控制原理參見圖3所示，橫坐標(biāo)是空燃比，縱坐標(biāo)是煙氣中CO及O2的含量。以高爐煤氣為例，一般情況下，合理的空燃比是要使得空氣過剩系數(shù)在I. 00 I. 05左右，假設(shè)實(shí)際空燃比控制在“ A”至“B”之間的范圍內(nèi)，則空燃比在“ L”范圍內(nèi)波動(dòng)，由于實(shí)際煙氣中氧氣和一氧化碳不可能為零，所以當(dāng)燃燒系統(tǒng)形式確定后，正常燃燒時(shí)煙氣中的氧氣和一氧化碳都有一個(gè)“底值”。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)圖3曲線按下述規(guī)律變化
I.實(shí)際空燃比總是在“L”區(qū)域內(nèi)波動(dòng)，不可能是ー個(gè)點(diǎn)。2.當(dāng)空燃比降低吋，“L”區(qū)左移，煙氣中一氧化碳值會(huì)增加，但氧氣不會(huì)明顯減少。
3.當(dāng)空燃比増加吋，“L”區(qū)右移，煙氣中氧氣量會(huì)増加，但ー氧化碳不會(huì)明顯減少。4.系統(tǒng)控制精度越高，“ L”區(qū)越窄。5.燃料熱值或壓カ波動(dòng)越大，“L”區(qū)越寬。6.當(dāng)燃燒系統(tǒng)不正常工作時(shí)，曲線會(huì)同時(shí)上移，即“底值”增加。本設(shè)備基于上述原理，直接在線測(cè)出煙氣中的殘氧量和一氧化碳含量，快速反饋控制助燃空氣量，在將“L”區(qū)域跟蹤在最佳范圍內(nèi)的同吋，也將“L”區(qū)域控制在最小范圍內(nèi)。如圖4所示，本發(fā)明包括設(shè)置于燃燒爐現(xiàn)場(chǎng)的可燃物含量檢測(cè)儀、殘氧量分析儀、煙氣溫度檢測(cè)儀、PLC及觸摸屏，所述PLC的輸入端連接可燃物含量檢測(cè)儀、殘氧量分析
儀、煙氣溫度檢測(cè)儀，PLC的輸出端連接空氣流量調(diào)節(jié)閥；實(shí)時(shí)采集到的煙氣中的可燃物含量、殘氧量和煙氣溫度信號(hào)送入PLC，由PLC根據(jù)設(shè)定參數(shù)進(jìn)行計(jì)算、比較、分析，然后提示燃燒氣氛狀況，并控制空氣流量調(diào)節(jié)閥實(shí)施自動(dòng)調(diào)節(jié)空燃比，精確控制燃燒氣氛；通過所述觸摸屏設(shè)定燃燒種類、控制模式、控制參數(shù)和報(bào)警參數(shù)，PLC根據(jù)設(shè)定參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和控制。本智能動(dòng)態(tài)燃燒氣氛控制儀采用智能的可燃物含量檢測(cè)儀、殘氧量分析儀、煙氣溫度檢測(cè)儀及德國(guó)西門子公司的可編程控制器(PLC)、觸摸屏(HMI)組成先進(jìn)、實(shí)用、可靠的燃燒氣氛自動(dòng)調(diào)節(jié)控制儀器。操作人員在HMI上通過人機(jī)對(duì)話的形式，可以設(shè)定燃燒種類、控制模式、控制和報(bào)警參數(shù)。系統(tǒng)的整個(gè)過程檢測(cè)參數(shù)、控制設(shè)定參數(shù)和反饋參數(shù)均在HMI上顯示，同時(shí)可隨時(shí)調(diào)閱各種歷史記錄或根據(jù)用戶要求打印，聲音報(bào)警系統(tǒng)又能及時(shí)對(duì)故障、誤操作等進(jìn)行報(bào)警，井向操作者提示處理方法。I、本發(fā)明所使用的殘氧量分析儀的技術(shù)參數(shù)如下。傳感器型號(hào)Z0-4_600。測(cè)量范圍0 25%02。測(cè)量精度:<±2. 0%F. S，轉(zhuǎn)換器:< ± I. 0%F. S。輸出信號(hào)4 20mADC,負(fù)載電阻< 500 Ω ,隔離。被測(cè)煙氣溫度ZO— 4型低于600°C (低溫型)；ZO— 5型600°C 800°C (高溫型)。響應(yīng)時(shí)間從通標(biāo)準(zhǔn)氣起，5秒內(nèi)達(dá)到氧量90%的響應(yīng)。氧化鋯探頭加熱升溫時(shí)間(低溫型)約20分鐘。工作電壓220VAC±10%，50Hz。功耗小于150w。環(huán)境溫度檢測(cè)器-10 80°C，轉(zhuǎn)換器-5 45°C，相対濕度< 90%RH。2、可燃物含量檢測(cè)儀的技術(shù)參數(shù)如下。傳感器型號(hào)TA3120。儀表類型隔爆型氣體變送器。采樣方式自然擴(kuò)散式。檢測(cè)原理電化學(xué)。工作方式固定式連續(xù)工作。測(cè)量范圍0 lOOOppm。
測(cè)量精度彡±2. 0%F. S。輸出信號(hào)4 20mADC (三線制)。響應(yīng)時(shí)間:く 30s (達(dá)90%穩(wěn)定值)。工作電壓24VDC。功耗<2w。環(huán)境溫度一20°C 50°C，相対濕度く 90%RH。/防瀑等級(jí)ExdII CT6。3、煙溫檢測(cè)儀的技術(shù)參數(shù)如下。傳感器型號(hào)WRN_220。測(cè)量范圍0 800°C。測(cè)量精度<± I · 0%F. S。響應(yīng)時(shí)間< 90s。傳感器類型分度號(hào)“K”。環(huán)境溫度一20°C 50°C。在本發(fā)明智能動(dòng)態(tài)燃燒氣氛控制儀的控制主界面，將智能動(dòng)態(tài)燃燒氣氛控制儀檢測(cè)的煙氣溫度、一氧化碳含量及氧氣含量實(shí)時(shí)的顯示在畫面中；ー氧化碳設(shè)定和氧含量設(shè)定是我們控制儀的控制目標(biāo)。只要在對(duì)應(yīng)框內(nèi)輸入相應(yīng)的值，再點(diǎn)“手動(dòng)/自動(dòng)選擇”按鈕，如出現(xiàn)偏差，直接調(diào)節(jié)空氣流量調(diào)節(jié)閥或通過主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)空氣量，從而達(dá)到最佳的燃燒狀態(tài)，并在主界面中顯示實(shí)際的空燃比值和空氣調(diào)節(jié)閥的閥位反饋值。具體操作方法為
I、在控制儀的主界面上設(shè)定ー氧化碳含量的控制值和氧含量的控制值，控制方式選擇“手動(dòng)”或“自動(dòng)”。2、控制方式選擇“手動(dòng)”:主界面中顯示實(shí)測(cè)煙氣中的溫度，一氧化碳含量和氧含量，另外，有主系統(tǒng)中反饋過來的空氣流量調(diào)節(jié)閥的實(shí)際閥位信號(hào)和實(shí)際空燃比。當(dāng)ー氧化碳含量實(shí)測(cè)值超過設(shè)定值，氧含量實(shí)測(cè)值在設(shè)定值以下吋，則說明燃料沒有充分燃燒，欠氧，實(shí)際空燃比偏低，所以要手動(dòng)調(diào)節(jié)空氣流量調(diào)節(jié)閥的開度，適當(dāng)增加助燃空氣量，使一氧化碳含量降低到設(shè)定值以下，達(dá)到燃燒的最佳狀態(tài)；當(dāng)氧含量實(shí)測(cè)值超過設(shè)定值，ー氧化碳含量實(shí)測(cè)值在設(shè)定值以下吋，則說明空氣量過剩，實(shí)際空燃比偏高，所以要手動(dòng)調(diào)節(jié)空氣流量調(diào)節(jié)閥的開度，適當(dāng)減少助燃空氣量，使氧含量降到設(shè)定值以下，達(dá)到燃燒的最佳狀態(tài)；當(dāng)一氧化碳含量和氧含量的實(shí)測(cè)值都超過設(shè)定值時(shí)，則說明空氣和燃料沒有混合好，還沒有充分燃燒就排到煙道中去了，大部分原因是燃燒器出了故障，需要維修。3、若控制方式選擇“自動(dòng)”:主界面中顯示的實(shí)測(cè)值，則自動(dòng)和設(shè)定值進(jìn)行比較；若出現(xiàn)偏差超過規(guī)定閾值，則控制儀將直接或通過主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(在采用本發(fā)明對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行改造時(shí)，可能現(xiàn)有的控制系統(tǒng)已經(jīng)布置好了，因此無需斷開原先的連接，將本控制儀直接與空氣流量調(diào)節(jié)閥相連，可以借助現(xiàn)有的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通信)向現(xiàn)場(chǎng)發(fā)出控制信號(hào)，自動(dòng)調(diào)節(jié)空氣流量調(diào)節(jié)閥，増加或減少助燃空氣流量，使一氧化碳含量或氧含量降低到設(shè)定值以下，系統(tǒng)處于最佳的燃燒狀態(tài)，此時(shí)，實(shí)際空燃比也就是最佳空燃比，保證燃燒氣氛控制在理想的范圍內(nèi)。在參數(shù)設(shè)定界面中，給出了煙氣溫度、一氧化碳含量和氧含量高報(bào)警值的設(shè)定；當(dāng)?shù)竭_(dá)高報(bào)警設(shè)定值時(shí)，控制儀將報(bào)警。在系統(tǒng)的曲線畫面中分別記錄了一氧化碳含量、氧含量和煙氣溫度I小時(shí)的實(shí)時(shí)曲線，系統(tǒng)內(nèi)保存半年以上的歷史數(shù)據(jù)，可用U盤導(dǎo)出。系統(tǒng)的報(bào)警畫面中對(duì)檢測(cè)超限值的進(jìn)行報(bào)警，并顯示報(bào)警參數(shù)的當(dāng)前值和界限值，記錄報(bào)警的相關(guān)信息，并提示處理方法。本發(fā)明能夠適應(yīng)加熱爐、鍋爐等燃燒系統(tǒng)因燃料熱值波動(dòng)大、壓カ不穩(wěn)定的干擾，始終保持合理的空燃比例，提高燃燒效率。對(duì)燃?xì)獾姆N類和燃燒的方式適應(yīng)范圍廣，適應(yīng)能力強(qiáng)。氣體傳感變送器采用全進(jìn)ロ傳感器，抗煙氣腐蝕能力強(qiáng)，具有零位漂移自動(dòng)調(diào)整，工作穩(wěn)定，調(diào)節(jié)方便。外殼采用耐高溫、耐腐蝕的不銹鋼材料組成，防爆、防滲漏。 表內(nèi)結(jié)構(gòu)全浮空，抗干擾能力強(qiáng)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠；PLC核心系統(tǒng)運(yùn)算速度快，精確度高，兼容性強(qiáng)，控制模式多人機(jī)界面友好，操作方便，組態(tài)功能強(qiáng)大。本發(fā)明發(fā)送4 20mADC的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，便于和現(xiàn)場(chǎng)已有的流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)或主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的傳輸連接，也可采用現(xiàn)場(chǎng)總線的方式進(jìn)行通訊連接。根據(jù)智能動(dòng)態(tài)燃燒氣氛控制儀檢測(cè)出的可燃物含量和殘氧量，作為手動(dòng)或參與自動(dòng)系統(tǒng)控制的依據(jù)，精確動(dòng)態(tài)控制燃燒氣氛或查找燃燒不佳的設(shè)備故障，采用此裝置可降低加熱爐能耗10%以上。
權(quán)利要求
1.智能動(dòng)態(tài)燃燒氣氛控制儀，其特征是包括設(shè)置于燃燒爐現(xiàn)場(chǎng)的可燃物含量檢測(cè)儀、殘氧量分析儀、煙氣溫度檢測(cè)儀、PLC及觸摸屏，所述PLC的輸入端連接可燃物含量檢測(cè)儀、殘氧量分析儀、煙氣溫度檢測(cè)儀，PLC的輸出端連接空氣流量調(diào)節(jié)閥；實(shí)時(shí)采集到煙氣中的可燃物含量、殘氧量和煙氣溫度信號(hào)送入PLC，由PLC根據(jù)設(shè)定參數(shù)進(jìn)行計(jì)算、比較、分析，然后提示燃燒氣氛狀況，并控制空氣流量調(diào)節(jié)閥實(shí)施自動(dòng)調(diào)節(jié)空燃比，精確控制燃燒氣氛；通過所述觸摸屏設(shè)定燃燒種類、控制模式、控制參數(shù)和報(bào)警參數(shù)，PLC根據(jù)設(shè)定參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和控制；整個(gè)燃燒過程的檢測(cè)參數(shù)、設(shè)定參數(shù)和反饋參數(shù)均在觸摸屏上予以顯示。
2.如權(quán)利要求I所述智能動(dòng)態(tài)燃燒氣氛控制儀，其特征是，所述PLC連接現(xiàn)場(chǎng)的主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過觸摸屏調(diào)取工作過程和參數(shù)的歷史記錄。
3.如權(quán)利要求I所述智能動(dòng)態(tài)燃燒氣氛控制儀，其特征是，所述檢測(cè)參數(shù)包括實(shí)測(cè)煙氣中的溫度、一氧化碳含量、氧含量，所述設(shè)定參數(shù)包括一氧化碳含量設(shè)定值和氧含量設(shè)定值，所述反饋參數(shù)包括空氣流量調(diào)節(jié)閥的實(shí)際閥位信號(hào)和實(shí)際空燃比。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種智能動(dòng)態(tài)燃燒氣氛控制儀，它包括可燃物含量檢測(cè)儀、殘氧量分析儀、煙氣溫度檢測(cè)儀、PLC及觸摸屏，所述PLC的輸入端連接可燃物含量檢測(cè)儀、殘氧量分析儀、煙氣溫度檢測(cè)儀，PLC的輸出端連接空氣流量調(diào)節(jié)閥；實(shí)時(shí)采集到的煙氣中的可燃物含量、殘氧量和煙氣溫度信號(hào)送入PLC，由PLC根據(jù)設(shè)定參數(shù)進(jìn)行計(jì)算、比較、分析，提示燃燒氣氛狀況，并控制空氣流量調(diào)節(jié)閥實(shí)施自動(dòng)調(diào)節(jié)空燃比，精確控制燃燒氣氛；通過觸摸屏設(shè)定燃燒種類、控制模式、控制參數(shù)和報(bào)警參數(shù)。優(yōu)點(diǎn)是通過對(duì)加熱爐、鍋爐等燃燒設(shè)備中煙氣成分的可燃物含量、殘氧量和煙氣溫度的測(cè)量、分析，智能調(diào)節(jié)助燃空氣的流量，實(shí)時(shí)地自動(dòng)調(diào)節(jié)空燃比，精確控制燃燒氣氛。
文檔編號(hào)F23N1/02GK102654286SQ20121015773
公開日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月18日
發(fā)明者侯峻巍, 吳軍方, 陸彬, 高建勛 申請(qǐng)人:無錫龍山科技有限公司