干燥窑的控制系统、干燥窑及干燥窑的控制方法与流程

1.本发明涉及干燥窑技术领域，特别涉及干燥窑的控制系统、干燥窑及干燥窑的控制方法。


背景技术：

2.干燥窑是一种应用于工业生产中的大型干燥设备，广泛应用于冶金工业、水泥工业、木材干燥、砖瓦干燥等工业生产。现有的一些干燥窑，例如木材干燥窑，基本上都是单一能源方式的，比如燃煤、燃气、燃废木料、燃生物质颗粒、电加热、热泵等等。由于对环保要求的提高，燃煤、燃废木料、燃生物质颗粒等能源方式正在逐步被禁止或淘汰；由于电加热耗电量非常大，且对电网的配电要求也非常高，因此电加热也很难推广利用。
3.无论是热泵还是燃气锅炉也都有其各自的局限性，比如热泵干燥窑没有办法做到太高的烘干温度，大部分在80℃以下，而燃气锅炉供热的干燥窑温度则可高达一百多度，完全可以满足木材干燥的需求；再比如，冬天气温低时，热泵的制热能力和热泵的制热效率都会大幅度下降，导致温度很难升高，干燥周期延长，而燃气锅炉供热可以不受环境温度限制。在低负荷运行时，燃气锅炉的效率会大大降低，并且大部分情况下燃气的烘干成本要高于热泵。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明第一方面实施例提供了一种干燥窑的控制系统，能够优化干燥窑的干燥效率。
5.本发明第二方面实施例提供了一种具有上述干燥窑的控制系统的干燥窑。
6.本发明第三方面实施例提供了一种干燥窑的控制方法。
7.根据本发明第一方面实施例的干燥窑的控制系统，包括：采集单元，所述采集单元用于采集信息，所述采集单元采集的信息包括干燥窑内的温度t、热泵的最高烘干温度tg、环境温度th、热泵的最低工作环温td、热泵的升温速度s1和工艺要求的升温速度s2；处理单元，所述处理单元用于计算热泵的单位成本产热值q1和燃气锅炉的单位成本产热值q2；控制单元，所述控制单元包括自动控制器和比较器，所述比较器用于比较干燥窑内的温度t和热泵的最高烘干温度tg的大小、环境温度th和热泵的最低工作环温td的大小、热泵的升温速度s1和工艺要求的升温速度s2的大小、以及热泵的单位成本产热值q1和燃气锅炉的单位成本产热值q2的大小，并将比较结果信号输送给所述自动控制器，所述自动控制器用于根据所述比较结果信号控制热泵和燃气锅炉的开启和关闭；存储单元，所述存储单元用于存储上述过程中获取的信息数据、所使用的计算式和所使用的程序。
8.基于上述技术方案，本发明第一方面实施例至少具有以下有益效果：本发明第一方面实施例通过比较器比较干燥窑内的温度t和热泵的最高烘干温度tg的大小、环境温度th和热泵的最低工作环温td的大小、热泵的升温速度s1和工艺要求的升温速度s2的大小、以及热泵的单位成本产热值q1和燃气锅炉的单位成本产热值q2的大小，并通过比较器将比
较结果信号输送给自动控制器，自动控制器通过比较结果信号控制热泵和燃气锅炉的开启和关闭，这可以充分发挥热泵和燃气锅炉各自的优势，提供一种高效、经济的干燥方法。
9.根据本发明第一方面实施例的干燥窑的控制系统，所述控制单元还包括手动控制器，所述手动控制器用于手动控制热泵和燃气锅炉的开启和关闭。
10.根据本发明第一方面实施例的干燥窑的控制系统，所述采集单元还用于采集当地峰平谷电价dj、每度电的产热值a、蒸发器侧温差δt1、冷凝器侧温差δt2和热泵的制热效率修正系数ηr，所述热泵的单位成本产热值q1的计算公式如下：
11.q1＝ηr*(a/dj)*(t-δt2 273.15)/(t-th-δt2 δt1)。
12.根据本发明第一方面实施例的干燥窑的控制系统，所述采集单元还用于采集当地的燃气单价qj、每立方天然气的产热值b和燃气锅炉的燃烧效率ηg，所述燃气锅炉的单位成本产热值q2的计算公式如下：
13.q2＝(1/qj)*b*ηg。
14.根据本发明第二方面实施例的干燥窑，包括上述的干燥窑的控制系统，还包括干燥窑本体、热泵、冷凝器、燃气锅炉和散热器，所述冷凝器和所述散热器设置在所述干燥窑本体的内部，所述自动控制器与所述热泵连接，所述热泵与所述冷凝器连接，所述自动控制器也与所述燃气锅炉连接，所述燃气锅炉与所述散热器连接。
15.根据本发明第三方面实施例的干燥窑的控制方法，包括以下步骤：步骤100：通过采集单元采集信息并存储，所述采集单元采集的信息包括干燥窑内的温度t、热泵的最高烘干温度tg、环境温度th、热泵的最低工作环温td、热泵的升温速度s1和工艺要求的升温速度s2；
16.步骤200：通过处理单元计算热泵的单位成本产热值q1和燃气锅炉的单位成本产热值q2；
17.步骤300：通过比较器比较干燥窑内的温度t和热泵的最高烘干温度tg的大小、环境温度th和热泵的最低工作环温td的大小、热泵的升温速度s1和工艺要求的升温速度s2的大小、以及热泵的单位成本产热值q1和燃气锅炉的单位成本产热值q2的大小，并将比较结果信号输送给自动控制器，所述自动控制器根据所述比较结果信号控制热泵和燃气锅炉的开启和关闭。
18.根据本发明第三方面实施例的干燥窑的控制方法，在步骤300中，所述热泵和所述燃气锅炉的开启和关闭还能通过手动控制器控制。
19.根据本发明第三方面实施例的干燥窑的控制方法，在步骤100中，所述采集单元采集的信息还包括当地峰平谷电价dj、每度电的产热值a、蒸发器侧温差δt1、冷凝器侧温差δt2和热泵的制热效率修正系数ηr，在步骤200中，所述热泵的单位成本产热值q1的计算公式如下：
20.q1＝ηr*(a/dj)*(t-δt2 273.15)/(t-th-δt2 δt1)。
21.根据本发明第三方面实施例的干燥窑的控制方法，在步骤100中，所述采集单元采集的信息还包括当地的燃气单价qj、每立方天然气的产热值b和燃气锅炉的燃烧效率ηg，在步骤200中，所述燃气锅炉的单位成本产热值q2的计算公式如下：
22.q2＝(1/qj)*b*ηg。
23.根据本发明第三方面实施例的干燥窑的控制方法，在步骤300中，通过所述比较器
比较干燥窑内的温度t和热泵的最高烘干温度tg的大小以及环境温度th和热泵的最低工作环温td的大小；当干燥窑内的温度t大于或等于热泵的最高烘干温度tg，或者，环境温度th小于或等于热泵的最低工作环温td时，所述自动控制器选择燃气锅炉加热；
24.当干燥窑内的温度t小于热泵的最高烘干温度tg且环境温度th大于热泵的最低工作环温td时，进一步比较热泵的升温速度s1与工艺要求的升温速度s2；
25.若热泵的升温速度s1大于工艺要求的升温速度s2，且热泵的单位成本产热值q1大于燃气锅炉的单位成本产热值q2，所述自动控制器选择热泵加热；若热泵的升温速度s1大于工艺要求的升温速度s2，且热泵的单位成本产热值q1小于或者等于燃气锅炉的单位成本产热值q2，所述自动控制器选择燃气锅炉加热；
26.若热泵的升温速度s1小于或者等于工艺要求的升温速度s2，且热泵的单位成本产热值q1大于燃气锅炉的单位成本产热值q2，所述自动控制器选择热泵和燃气锅炉联合加热；若热泵的升温速度s1小于或者等于工艺要求的升温速度s2，且热泵的单位成本产热值q1小于或者等于燃气锅炉的单位成本产热值q2，所述自动控制器选择燃气锅炉加热。
附图说明
27.下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；
28.图1为本发明第一方面实施例干燥窑的控制系统的结构示意图；
29.图2为本发明第二方面实施例干燥窑的结构示意图；
30.图3为本发明第三方面实施例干燥窑的控制方法的总示意图；
31.图4为本发明第三方面实施例干燥窑的控制方法中自动控制器根据比较结果信号选择加热方式的流程示意图。
具体实施方式
32.本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
33.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
34.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
35.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、连接等词语应做广义理解，技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
36.参见图1，本发明第一方面实施例提供了一种干燥窑的控制系统，包括采集单元、处理单元、控制单元和存储单元。
37.采集单元用于采集信息，采集单元采集的信息包括干燥窑内的温度t、热泵的最高
烘干温度tg、环境温度th、热泵的最低工作环温td、热泵的升温速度s1以及工艺要求的升温速度s2。
38.在其中的一些实施例中，采集单元还用于采集当地峰平谷电价dj、每度电的产热值a、蒸发器侧温差δt1、冷凝器侧温差δt2，热泵的制热效率修正系数ηr、燃气单价qj、每立方天然气的产热值b和燃气锅炉的燃烧效率ηg。
39.容易想到的，采集单元包括第一温度传感器和第二温度传感器，其中，第一温度传感器用于检测干燥窑内的温度t，第二温度传感器用于检测环境温度th。蒸发器侧温差δt1、冷凝器侧温差δt2、热泵的制热效率修正系数ηr、热泵的最高烘干温度tg、最低工作环温td和热泵的升温速度可从热泵的铭牌参数或者生产厂商获得；峰平谷电价是指根据电网的负荷变化情况，将每天24小时划分为高峰、平段、低谷等多个时段，对各时段分别制定不同的电价水平，峰平谷电价可以从当地的电力部门获得；当地的燃气价格可以从当地的燃气公司获得；燃气锅炉的燃烧效率可以从燃气锅炉的铭牌参数中获得；每度电的产热值a一般取值为860kcal，每立方天然气的产热值b一般取值为8600kcal。将获得的数据录入采集单元中。
40.处理单元用于计算热泵的单位成本产热值q1和燃气锅炉的单位成本产热值q2，其中，热泵的单位成本产热值q1为花费一块钱的电费热泵可以产生的热量值，热泵的单位成本产热值q1的计算公式如下：
41.q1＝(1/dj)*a*cop*ηr；
42.其中，cop为热泵的理论制热能效比，cop＝tk/(tk-t0)；
43.其中，t0为蒸发器的蒸发绝对温度，t0＝t0 273.15；tk为冷凝器的冷凝绝对温度，tk＝tk 273.15；
44.其中，t0为蒸发器的蒸发温度，t0＝th-δt1；tk为冷凝器的冷凝温度tk＝t-δt2；
45.因此，q1＝ηr*(a/dj)*(t-δt2 273.15)/(t-th-δt2 δt1)。
46.燃气锅炉的单位成本产热值q2为花费一块钱的燃气费燃气锅炉可以产生的热量值，燃气锅炉的单位成本产热值q2的计算公式如下：
47.q2＝(1/qj)*b*ηg。
48.控制单元包括自动控制器和比较器，自动控制器用于根据比较器得出的比较结果信号控制热泵和燃气锅炉的开启和关闭。
49.在一些实施例中，控制单元还包括手动控制器，当通过手动控制器启动手动模式时，比如通过手动按压开关从而控制热泵和燃气锅炉的开启和关闭，此时不能通过自动控制器启动自动模式；当通过自动控制器启动自动模式时，自动控制器根据比较结果信号控制热泵和燃气锅炉的开启和关闭，此时不能通过手动控制器启动手动模式。这种系统设计使得热泵和燃气锅炉两个设备互为备用，即当其中一个设备发生故障不能运行时，可以启动手动模式开启没有发生故障的那一个设备，极大的提高了干燥窑的可靠性，不会因为其中一个设备故障导致烘干周期延长或者烘坏产品。
50.比较器用于比较干燥窑内的温度t和热泵的最高烘干温度tg的大小、环境温度th和热泵的最低工作环温td的大小、热泵的升温速度s1和工艺要求的升温速度s2的大小、以及热泵的单位成本产热值q1和燃气锅炉的单位成本产热值q2的大小，并将比较结果信号输送给自动控制器。自动控制器通过比较器的比较结果自动选择更优的加热方式，充分发挥
热泵及燃气锅炉各自的优势，提供一种高效、经济的干燥方法。
51.具体的，先通过比较器比较干燥窑内的温度t和热泵的最高烘干温度tg的大小以及环境温度th和热泵的最低工作环温td的大小；当干燥窑内的温度t大于或等于热泵的最高烘干温度tg，或者，环境温度th小于或等于热泵的最低工作环温td时，自动控制器选择燃气锅炉加热。
52.当干燥窑内的温度t小于热泵的最高烘干温度tg且环境温度th大于热泵的最低工作环温td时，进一步比较热泵的升温速度s1与工艺要求的升温速度s2。
53.若热泵的升温速度s1大于工艺要求的升温速度s2，且热泵的单位成本产热值q1大于燃气锅炉的单位成本产热值q2，自动控制器选择热泵加热；若热泵的升温速度s1大于工艺要求的升温速度s2，且热泵的单位成本产热值q1小于或者等于燃气锅炉的单位成本产热值q2，自动控制器选择燃气锅炉加热。
54.若热泵的升温速度s1小于或者等于工艺要求的升温速度s2，且热泵的单位成本产热值q1大于燃气锅炉的单位成本产热值q2，自动控制器选择热泵和燃气锅炉联合加热；若热泵的升温速度s1小于或者等于工艺要求的升温速度s2，且热泵的单位成本产热值q1小于或者等于燃气锅炉的单位成本产热值q2，自动控制器选择燃气锅炉加热。
55.存储单元用于存储上述过程中获取的信息数据、所使用的计算式和所使用的程序。
56.根据本发明第一方面实施例的干燥窑的控制系统的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
57.参见图2，本发明第二方面实施例提供了一种干燥窑，包括本发明第一方面实施例的干燥窑的控制系统，还包括干燥窑本体、热泵、冷凝器、蒸发器、燃气锅炉和散热器，冷凝器和散热器设置在干燥窑本体的内部，自动控制器与热泵电连接，热泵的一端与冷凝器连接，热泵的另一端与蒸发器连接，自动控制器还与燃气锅炉电连接，燃气锅炉与散热器连接，散热器根据实际情况可以选择蒸汽散热器或者导热油散热器。
58.在其中的一些实施例中，手动控制器与热泵电连接，手动控制器也与燃气锅炉电连接。
59.通过配置本发明第一方面实施例的干燥窑的控制系统，本发明第二方面实施例的干燥窑至少具有以下优点：控制单元包括手动控制器和自动控制器，使得热泵和燃气锅炉两个设备互为备用，具体的，当其中一个设备发生故障不能运行时，可以启动手动模式开启没有发生故障的那一个设备，极大的提高了干燥窑的可靠性，不会因为其中一个设备故障导致烘干周期延长或者烘坏产品；可以通过比较选择更优的加热方式，充分发挥热泵及燃气锅炉各自的优势，提供一种高效、经济的干燥方法。
60.根据本发明第二方面实施例的干燥窑的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
61.参见图3，本发明第三方面实施例提供了一种干燥窑的控制方法，包括以下步骤：
62.步骤100：通过采集单元采集信息并存储，采集单元采集的信息包括干燥窑内的温度t、热泵的最高烘干温度tg、环境温度th、热泵的最低工作环温td、热泵的升温速度s1以及工艺要求的升温速度s2。
63.在其中的一些实施例中，采集单元还用于采集当地峰平谷电价dj、每度电的产热
值a、蒸发器侧温差δt1、冷凝器侧温差δt2，热泵的制热效率修正系数ηr、燃气单价qj、每立方天然气的产热值b和燃气锅炉的燃烧效率ηg。
64.容易想到的，采集单元包括第一温度传感器和第二温度传感器，其中，第一温度传感器用于检测干燥窑内的温度t，第二温度传感器用于检测环境温度th。蒸发器侧温差δt1、冷凝器侧温差δt2、热泵的制热效率修正系数ηr、热泵的最高烘干温度tg、最低工作环温td和热泵的升温速度可从热泵的铭牌参数或者生产厂商获得；峰平谷电价是指根据电网的负荷变化情况，将每天24小时划分为高峰、平段、低谷等多个时段，对各时段分别制定不同的电价水平，峰平谷电价可以从当地的电力部门获得；当地的燃气价格可以从当地的燃气公司获得；燃气锅炉的燃烧效率可以从燃气锅炉的铭牌参数中获得；每度电的产热值a一般取值为860kcal，每立方天然气的产热值b一般取值为8600kcal。将获得的数据录入采集单元中。
65.步骤200：通过处理单元计算热泵的单位成本产热值q1和燃气锅炉的单位成本产热值q2，其中，热泵的单位成本产热值q1为花费一块钱的电费热泵可以产生的热量值，热泵的单位成本产热值q1的计算公式如下：
66.q1＝(1/dj)*a*cop*ηr；
67.其中，cop为热泵的理论制热能效比，cop＝tk/(tk-t0)；
68.其中，t0为蒸发器的蒸发绝对温度，t0＝t0 273.15；tk为冷凝器的冷凝绝对温度，tk＝tk 273.15；
69.其中，t0为蒸发器的蒸发温度，t0＝th-δt1；tk为冷凝器的冷凝温度tk＝t-δt2；
70.因此，q1＝ηr*(a/dj)*(t-δt2 273.15)/(t-th-δt2 δt1)。
71.燃气锅炉的单位成本产热值q2为花费一块钱的燃气费燃气锅炉可以产生的热量值，燃气锅炉的单位成本产热值q2的计算公式如下：
72.q2＝(1/qj)*b*ηg。
73.步骤300：通过比较器比较干燥窑内的温度t和热泵的最高烘干温度tg的大小、环境温度th和热泵的最低工作环温td的大小、热泵的升温速度s1和工艺要求的升温速度s2的大小、以及热泵的单位成本产热值q1和燃气锅炉的单位成本产热值q2的大小，并将比较结果信号输送给自动控制器，自动控制器根据比较结果信号控制热泵和燃气锅炉的开启和关闭。
74.具体的，参见图4，在步骤300中，先通过比较器比较干燥窑内的温度t和热泵的最高烘干温度tg的大小以及环境温度th和热泵的最低工作环温td的大小；当干燥窑内的温度t大于或等于热泵的最高烘干温度tg，或者，环境温度th小于或等于热泵的最低工作环温td时，自动控制器选择燃气锅炉加热。
75.当干燥窑内的温度t小于热泵的最高烘干温度tg且环境温度th大于热泵的最低工作环温td时，进一步比较热泵的升温速度s1与工艺要求的升温速度s2。
76.若热泵的升温速度s1大于工艺要求的升温速度s2，且热泵的单位成本产热值q1大于燃气锅炉的单位成本产热值q2，自动控制器选择热泵加热；若热泵的升温速度s1大于工艺要求的升温速度s2，且热泵的单位成本产热值q1小于或者等于燃气锅炉的单位成本产热值q2，自动控制器选择燃气锅炉加热。
77.若热泵的升温速度s1小于或者等于工艺要求的升温速度s2，且热泵的单位成本产
热值q1大于燃气锅炉的单位成本产热值q2，自动控制器选择热泵和燃气锅炉联合加热；若热泵的升温速度s1小于或者等于工艺要求的升温速度s2，且热泵的单位成本产热值q1小于或者等于燃气锅炉的单位成本产热值q2，自动控制器选择燃气锅炉加热。
78.在一些实施例中，热泵和燃气锅炉的开启和关闭还能通过手动控制器控制，当通过手动控制器启动手动模式时，比如通过手动按压开关从而控制热泵和燃气锅炉的开启和关闭，此时不能通过自动控制器启动自动模式；当通过自动控制器启动自动模式时，自动控制器根据比较结果信号控制热泵和燃气锅炉的开启和关闭，此时不能通过手动控制器启动手动模式。这种系统设计使得热泵和燃气锅炉两个设备互为备用，即当其中一个设备发生故障不能运行时，可以启动手动模式开启没有发生故障的那一个设备，极大的提高了干燥窑的可靠性，不会因为其中一个设备故障导致烘干周期延长或者烘坏产品。
79.上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。