一种VOC浓度联动迭代自持燃烧热处理工艺和设备的制作方法

本发明涉及工业热处理工艺，具体涉及一种voc（英文全称是volatileorganic compounds，中文全称是挥发性有机化合物）浓度联动迭代自持燃烧热处理工艺和设备。

背景技术：

1、现有voc自持燃烧热处理方案大多仅利用温度升高带来的voc自然析出放热，属于被动式自持燃烧，缺少炉内气氛的主动闭环调控机制。工件内部有机物受热分解呈现显著的非线性特征，尤其对于通孔、孔道较多的工件，孔腔容易形成气体流动死角，带来一系列工艺缺陷：第一，低温段工件有机物析出速率慢，voc浓度难以达到自持燃烧起燃条件，自持燃烧难以顺利启动，仍需要持续投入大量外源燃气供热；第二，自持燃烧中段，voc集中释放会快速消耗炉膛内部氧气，孔道死角位置供氧不足，极易出现缺氧闷烧、有机物燃烧不充分的问题，工件残碳超标，同时尾气中一氧化碳、未完全分解voc排放量升高；第三，热处理后期工件易分解有机物消耗完毕，voc析出量快速衰减，自持燃烧提前终止，必须重新启动外源热源补热，自持燃烧有效工作区间窄。

2、同时，传统低氧自持燃烧热处理为维持炉膛低氧气氛，普遍采用持续通入大量氮气的方式稀释炉内氧含量，氮气消耗量大，辅料运行成本高；并且无精准动态微量补风手段，难以针对工件孔腔深处补给反应所需氧气，孔道内外分解燃烧一致性差，工件良品率难以保障。

3、现有公开技术中缺少集“220℃分段分解监测、voc浓度与氧含量双阈值联合判定、新风比例阀迭代微量补风、梯度自持燃烧升温至切换固化工序”于一体的闭环自持燃烧工艺，被动式燃烧工况波动大，自持燃烧温度区间受限，节能效果有限，工件处理质量一致性差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种voc浓度联动迭代自持燃烧热处理工艺和设备，解决现有技术中低温阶段自持燃烧难以启动、中段缺氧闷烧、后期自持提前终止、依赖大量氮气维持低氧气氛以及产品一致性差的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种voc浓度联动迭代自持燃烧热处理工艺，其包括：

3、密闭隔离升温阶段：启动辐射管燃烧器对炉膛进行间接辐射加热，热风循环系统同步运行对炉膛均匀升温；炉膛为密闭结构，除新风入口外整体封闭，炉膛内原有氧气随升温过程自然消耗，形成低氧气氛环境；

4、220℃缓慢分解监测阶段：炉膛匀速升温至220℃，通过voc浓度传感器和氧含量传感器实时采集炉内voc浓度和氧含量参数；

5、稳定自持燃烧阶段：当炉内voc浓度达到起燃阈值且氧含量降至氧含量下限阈值时，进入稳定自持燃烧状态，依靠voc氧化放热推动炉温上升；

6、迭代新风补偿循环阶段：当检测到炉内voc浓度低于补风触发阈值时，控制单元控制新风比例阀开启，向炉膛补入新风；补入的新风经热风循环系统带动穿过工件孔道，提升炉内氧含量，激励工件残余有机物分解，使voc浓度回升、强化自持燃烧放热；持续实时监测炉内参数，反复执行浓度下降、补风、分解加速、浓度回升的循环迭代流程，梯度抬升炉温；工艺切换收尾阶段：当满足终止条件时，控制单元终止新风比例阀的迭代补风调控，切换至高温恒温热处理程序，完成工件后续固化、保温工序；

7、其中，热风循环系统由高温循环风机和导流风道组成，在炉膛内部形成定向强制热风环流，该气流穿过含voc多通孔工件的内部孔道。

8、进一步地，稳定自持燃烧阶段中，voc浓度起燃阈值为300mg/m3，氧含量氧含量下限阈值为6.0%vol；密闭隔离升温阶段和220℃缓慢分解监测阶段中，炉膛由室温按照1℃/min至4℃/min的升温速率匀速升温至220℃。

9、进一步地，迭代新风补偿循环阶段中，补风触发阈值为：voc浓度下降至不大于300mg/m3，或者voc实时浓度相较于自持阶段voc峰值浓度下降不小于30%，满足任一条件即触发补风；新风比例阀的补风瞬时流量控制为炉膛有效容积的0.03倍至0.15倍每小时。

10、进一步地，迭代新风补偿循环阶段中，控制单元采用氧含量联锁优先、voc浓度闭环调节的复合控制方式：当氧含量不大于6.0%vol时，控制单元增大新风比例阀开度；当氧含量不小于10.0%vol时，控制单元关闭新风比例阀；氧含量处于6.0%vol至10.0%vol区间时，控制单元启动voc浓度闭环控制回路，以voc目标浓度600mg/m3作为设定值，调节新风比例阀开度。

11、进一步地，voc浓度闭环控制回路中，pid参数设置为：比例系数为0.08至0.15，积分时间为35s至55s，微分时间为3s至8s；当氧含量不大于6.0%vol触发氧含量联锁时，新风比例阀的最大开度不超过35%。

12、进一步地，迭代新风补偿循环阶段中，当voc浓度回升至滞回阈值且回升幅度达到自持阶段voc峰值浓度的65%以上时，控制单元逐步减小新风比例阀开度；滞回阈值为280mg/m3。

13、进一步地，工艺切换收尾阶段中的终止条件包括以下任意一项：

14、（1）炉膛温度达到350℃；

15、（2）炉膛voc浓度连续90s以上低于300mg/m3；

16、（3）氧含量处于6.0%vol至10.0%vol区间内，新风比例阀开度连续120s维持在25%以上，且炉膛氧浓度仍呈上升趋势；（4）自持燃烧模式累计运行时长达到120min。

17、进一步地，炉膛还连接有氮气补给管路，氮气补给管路作为备用气源，仅在炉膛氧含量高于警戒下限或设备故障工况下启用。

18、进一步地，新风比例阀选用电控流量调节阀，安装于炉膛的新风入口管路上，其控制端与控制单元电连接，能够连续调节新风进气量；辐射管燃烧器为间接辐射加热装置，燃气和助燃空气在辐射管封闭内腔内燃烧，燃烧烟气封闭于管体内部不进入炉膛。

19、本发明还提供一种voc浓度联动迭代自持燃烧热处理设备，用于实现如上热处理工艺，其包括炉膛、辐射管燃烧器、热风循环系统、voc浓度传感器、氧含量传感器、新风比例阀以及控制单元；炉膛为密闭结构，除新风入口外整体封闭，用于构建低氧热处理环境；辐射管燃烧器为间接辐射加热装置，燃烧烟气封闭于管体内部不进入炉膛，用于炉膛前期供热；热风循环系统设置于炉膛内部，由高温循环风机和导流风道组成，用于形成穿过工件孔道的强制热风环流；voc浓度传感器和氧含量传感器分别布置于炉膛，用于采集炉内voc浓度信号和氧含量信号并传输至控制单元；新风比例阀设置在炉膛新风入口管路上，用于调节新风补入流量；控制单元分别与voc浓度传感器、氧含量传感器、辐射管燃烧器、热风循环系统、新风比例阀信号连接，接收检测信号并输出控制信号。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

21、本发明由于采用了密闭隔离升温泄氧、voc浓度与氧含量双阈值联动判定、新风比例阀迭代微量补风以及热风循环强制送风的闭环自持燃烧技术方案，使炉膛内原有氧气在升温过程中自然消耗而自行形成稳定低氧环境，仅在极端工况下才启用氮气备用管路，无需在工艺全过程持续通入大量氮气，大幅降低了氮气辅料消耗，并在低温段voc析出缓慢时仍能精准捕捉自持燃烧起燃阈值，有效解决了传统工艺低温段自持燃烧难以启动的问题；同时，在自持燃烧中段因voc集中释放导致炉内氧含量下降时，能够自动经新风比例阀补入微量新风并配合热风循环系统将新风送入工件通孔孔道深处，改善了孔道死角供氧不足的问题，减少了缺氧闷烧与残碳超标，且在热处理后期voc析出量衰减时通过循环迭代微量补风激励工件残余有机物继续分解，延长了自持燃烧有效工作区间，减少了外源热源补热时间；此外，热风循环系统强制气流穿过工件通孔孔道，可导出孔道内蓄积热量、带出孔道内滞留voc、将新风均匀输送至工件孔腔并均衡炉膛各处气氛，改善了通孔工件内外分解燃烧一致性，从而在降低燃气与氮气消耗的同时，实现了宽温区稳定自持燃烧，提升了工件热处理质量一致性。