一种窑炉氧燃比自动控制方法、装置及系统与流程

1.本公开涉及窑炉生产工艺技术领域，具体是一种窑炉氧燃比自动控制方法、装置及系统。


背景技术：

2.窑炉是用耐火材料砌成的用以烧成制品的设备，是陶艺成型中的必备设施。窑炉在实际燃烧过程中，燃气的用量与氧气的用量需要按照一定的比例来控制，即为氧燃比。燃气过量容易导致小范围的爆炸，影响窑炉安全，而氧气过量会增加窑炉的废气产量，升高窑炉的能耗，降低燃烧效率。
3.因此，需要对窑炉内的氧燃比进行调节，然而，目前的调节方式存在滞后性，使得窑炉仍然存在爆炸风险以及燃烧效率低的问题。


技术实现要素：

4.为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种窑炉氧燃比自动控制方法、装置及系统。
5.根据本公开实施例的第一方面，提供一种氧燃比控制方法，用于控制窑炉内的氧燃比，所述氧燃比控制方法包括：
6.确定预设配置信息，所述预设配置信息用于表征燃气热值与氧燃比的对应关系；
7.获取所述窑炉内的热值传感器检测的燃气热值；
8.基于所述燃气热值和所述预设配置信息，确定目标氧燃比；
9.获取所述窑炉的设定氧燃比；
10.基于所述目标氧燃比，对所述设定氧燃比进行调节。
11.本公开一些实施例中，所述基于所述燃气热值和所述预设配置信息，确定目标氧燃比，包括：
12.获取当前时刻之前的预设时间段内的燃气热值信息；
13.基于所述燃气热值信息，确定所述预设时间段内的燃气热值均值；
14.根据所述燃气热值均值和所述预设配置信息，确定所述目标氧燃比。
15.本公开一些实施例中，所述预设配置信息包括多个不同的燃气热值范围与不同的氧燃比的对应关系；
16.所述根据所述燃气热值均值和所述预设配置信息，确定所述目标氧燃比，包括：
17.确定所述燃气热值均值所属的燃气热值范围，将所属的燃气热值范围对应的氧燃比确定为所述目标氧燃比。
18.本公开一些实施例中，所述基于所述目标氧燃比，对所述设定氧燃比进行调节，包括：
19.比较所述目标氧燃比和所述设定氧燃比，得到比较结果；
20.基于所述比较结果，对所述设定氧燃比进行调节。
21.本公开一些实施例中，所述比较所述目标氧燃比和所述设定氧燃比，得到比较结果，包括：
22.确定所述目标氧燃比和所述设定氧燃比的氧燃比差值，将所述氧燃比差值作为所述比较结果；
23.所述基于所述比较结果，对所述设定氧燃比进行调节，包括：
24.当所述氧燃比差值为正值且位于第一预设范围时，增大所述设定氧燃比；
25.当所述氧燃比差值为负值且位于第二预设范围时，减小所述设定氧燃比；
26.当所述氧燃比的差值位于所述第一预设范围和所述第二预设范围之间的第三预设范围时，保持所述设定氧燃比不变。
27.本公开一些实施例中，当所述氧燃比差值为正值且大于差值上限时，输出第一报警信号；
28.当所述氧燃比差值为负值且小于差值下限时，输出第二报警信号。
29.本公开一些实施例中，所述氧燃比控制方法还包括：
30.周期性地获取所述窑炉的设定氧燃比，并根据所述目标氧燃比对所述设定氧燃比进行调节。
31.本公开一些实施例中，所述氧燃比控制方法还包括：
32.响应于使能信号，执行所述氧燃比控制方法。
33.根据本公开实施例的第二方面，提供一种氧燃比控制装置，用于控制窑炉内的氧燃比，所述氧燃比控制装置包括：
34.配置信息确定模块，被配置为确定预设配置信息，所述预设配置信息用于表征燃气热值与氧燃比的对应关系；
35.燃气热值获取模块，被配置为获取所述窑炉内的热值传感器检测的燃气热值；
36.目标氧燃比确定模块，被配置为基于所述燃气热值和所述预设配置信息，确定目标氧燃比；
37.设定氧燃比获取模块，被配置为获取所述窑炉的设定氧燃比；
38.调节模块，被配置为基于所述目标氧燃比，对所述设定氧燃比进行调节。
39.根据本公开实施例的第三方面，提供一种窑炉系统，所述窑炉系统包括：
40.窑炉；
41.多个燃烧器，分散设置于所述窑炉中；
42.控制装置，用于对所述多个燃烧器中的至少一个执行如上所述任意一种的氧燃比控制方法。
43.本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：获取窑炉内的热值传感器检测的燃气热值，并根据实时检测的燃气热值对设定氧燃比进行调整，从而保证调节的实时性，使得设定氧燃比更加符合窑炉当前工况，降低窑炉的爆炸风险以及保证窑炉的燃烧效率。另外，由于是根据实时测量的燃气热值计算目标氧燃比值，避免了窑炉燃烧后再进行残氧量的检测时复杂气体情况所产生的干扰，使得自动控制调整过程更具时效性、准确性，使燃烧更充分，废气量更少。
44.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
45.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
46.图1是根据一示例性实施例示出的氧燃比控制方法的流程图。
47.图2是根据一示例性实施例示出的目标氧燃比确定方法的流程图。
48.图3是根据一示例性实施例示出的设定氧燃比调节方法的流程图。
49.图4是根据一示例性实施例示出的氧燃比控制装置的结构框图。
50.图5是根据一具体实施例示出的氧燃比控制方法中的预设配置信息表。
51.图6是根据一具体实施例示出的窑炉燃烧器的系统框图。
52.图7是根据一具体实施例示出的玻璃池窑布局图。
具体实施方式
53.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
54.相关技术中，对窑炉内的氧燃比进行调节通常采用的方式为：通过人工手持仪表定期测试窑炉废气的氧含量，根据燃烧后残留的氧含量来确定窑炉目前氧气与燃气的燃烧比例是否合理，熔化工再手动调整氧燃比。窑炉的氧燃比控制需要通过检测燃烧后产生的废气氧含量才可以反推出之前一段时间内燃气的热值，继而调节氧燃比。这种方式采集间隔久，根据这种方法测得的氧含量具有明显的滞后性，无法准确反应出实时燃烧时具体的氧气消耗变化，因此通过该滞后的氧含量确定的氧燃比与理想的氧燃比均在较大偏差，导致窑炉仍然存在爆炸风险以及燃烧效率低的问题。
55.基于此，本公开示例性实施例提供一种氧燃比控制方法，获取窑炉内的热值传感器检测的燃气热值，并根据实时检测的燃气热值对设定氧燃比进行调整，从而保证调节的实时性，使得设定氧燃比更加符合窑炉当前工况，降低窑炉的爆炸风险以及保证窑炉的燃烧效率。另外，由于是根据实时测量的燃气热值计算目标氧燃比值，避免了窑炉燃烧后再进行残氧量的检测时复杂气体情况所产生的干扰，使得自动控制调整过程更具时效性、准确性，使燃烧更充分，废气量更少。
56.在一个示例性实施例中，提供了一种氧燃比控制方法，用于控制窑炉内的氧燃比。参考图1所示，该方法包括：
57.s100、确定预设配置信息，预设配置信息用于表征燃气热值与氧燃比的对应关系；
58.s200、获取窑炉内的热值传感器检测的燃气热值；
59.s300、基于燃气热值和预设配置信息，确定目标氧燃比；
60.s400、获取窑炉的设定氧燃比；
61.s500、基于目标氧燃比，对设定氧燃比进行调节。
62.其中，燃气热值表示单位质量(或体积)的燃气完全燃烧时所放出的热量，通过引入热值传感器的方式可以准确测得燃气的实时热值。氧燃比与燃气热值之间存在一定的映射关系，当获取燃气热值的信息后可以通过映射关系得到所要控制氧燃比的目标值即目标
氧燃比，并基于目标氧燃比对当前设定的氧燃比进行调节控制。
63.本实施例中，燃气热值是窑炉燃烧过程中通过热值传感器直接测得的实时数据，避免了通过其他方式推算热值带来的误差和滞后性。通过该方法所确定的目标氧燃比更加真实准确，既能够提高窑炉的燃烧效率，降低窑炉废气产生量，又能够防止燃气过量可能引发的危险。
64.在一个示例性实施例中，提供了一种氧燃比控制方法，本实施例中，如图2所示，步骤s300具体包括如下步骤：
65.s310、获取当前时刻之前的预设时间段内的燃气热值信息；
66.s320、基于所述燃气热值信息，确定预设时间段内的燃气热值均值；
67.s330、根据燃气热值均值和预设配置信息，确定目标氧燃比。
68.其中，预设时间段可设置为5至30分钟内任一时长，当前时刻之前的预设时间段内的燃气热值均为热值传感器检测所得，将该时间段内所测得的所有燃气热值取平均值，得到该时间段的燃气热值均值。通过燃气热值与氧燃比的映射关系，进而得到当前时刻之前预设时间段内的燃气热值均值所对应的目标氧燃比。
69.本实施例中，目标氧燃比是通过当前时刻之前预设时间段内燃气热值的均值确定的，均值的计算和采用使得检测到的热值更加体现预设时间段内燃气燃烧的总体水平，进而使对应的目标氧燃比更加准确。
70.示例性地，燃气热值取平均值可采用滤波方式进行计算，采用滤波方式进行均值计算能够消除异常数据带来的误差干扰。
71.步骤s100中，预设配置信息可以为映射、表格等形式，能够表征出燃气热值与氧燃比的对应关系即可。示例性地，预设配置信息包括多个不同的燃气热值范围与不同的氧燃比的对应关系。例如，燃气热值范围分别为(-∞，d1)、[d1，d2)、[d2，d3)、[d3， ∞)，对应的氧燃比分别为b1、b2、b3、b4。
[0072]
在一个示例性实施例中，步骤s330具体包括：
[0073]
确定燃气热值均值所属的燃气热值范围，将所属的燃气热值范围对应的氧燃比确定为目标氧燃比。例如，燃气热值均值属于[d1，d2)范围，则将[d1，d2)范围对应的氧燃比b2确定为目标氧燃比
[0074]
其中，预设配置信息是建立的燃气热值范围与理论氧燃比值的对应关系模型，不同的燃气热值范围对应了不同的理论氧燃比值。根据燃气热值均值所属的燃气热值范围，结合燃气热值与理论氧燃比值的对应关系模型，确定该燃气热值均值对应的理论氧燃比值，将此理论氧燃比值确定为目标氧燃比。
[0075]
本实施例中，不同的燃气热值范围对应了不同的理论氧燃比值，处于一定热值范围的燃气在对应的理论氧燃比值条件下燃烧更加充分，窑炉生产效率更高，因此将燃气热值对应的理论氧燃比值确定为目标氧燃比有利于燃气燃烧效果和窑炉生产效率的提升。
[0076]
一些实施例中，在确定了目标氧燃比之后，在步骤s500中可直接将设定氧燃比调节为目标氧燃比，在另一些实施例中，也可以是对目标氧燃比与当前的设定氧燃比进行比较，并根据实际的比较结果来对设定氧燃比进行调节。在一个示例性实施例中，如图3所示，步骤s500具体包括如下步骤：
[0077]
s510、比较目标氧燃比和设定氧燃比，得到比较结果；
[0078]
s520、基于比较结果，对设定氧燃比进行调节。
[0079]
该方法中，设定氧燃比为窑炉中当前设定的氧燃比，将前述得到的目标氧燃比与当前设定的氧燃比进行比较，并且根据比较结果对当前设定的氧燃比进行调节。将目标氧燃比作为当前设定的氧燃比的比较对象，能够直观的得出两者的差异，使对当前设定的氧燃比的调节意向清晰明确。
[0080]
在一个示例性实施例中，步骤s510具体包括：
[0081]
确定目标氧燃比和设定氧燃比的氧燃比差值，将氧燃比差值作为比较结果。
[0082]
步骤s520具体包括：
[0083]
当氧燃比差值为正值且位于第一预设范围时，增大设定氧燃比；
[0084]
当氧燃比差值为负值且位于第二预设范围时，减小设定氧燃比；
[0085]
当氧燃比的差值位于第一预设范围和第二预设范围之间的第三预设范围时，保持设定氧燃比不变。
[0086]
其中，如目标氧燃比为k1，设定氧燃比为k2，第一预设范围为[m1，m2)，第二预设范围为(m3，m4]，第三预设范围为(m4，m1)，m1》0且m4《0。
[0087]
当m1≤k1-k2《m2时，增大k2的值；
[0088]
当m3《k1-k2≤m4时，减小k2的值；
[0089]
当m4《k1-k2《m1时，k2保持不变。
[0090]
本实施例中，将目标氧燃比与设定氧燃比进行差值比较，根据差值大小对设定氧燃比进行调节，能够使两者存在一定差值时，通过调节将设定氧燃比的数值逐渐接近目标氧燃比的数值，实现设定值趋于目标值自动调节的功能和效果。同时，当两者的差值较小时，说明此时的设定氧燃比与目标氧燃比较为接近，燃气处于利于燃烧的稳定环境中，在该条件下保持设定氧燃比不变有利于减少不必要调节带来的损耗。
[0091]
示例性的，为了防止一次性调节氧燃比速度过快使燃烧变得不稳定，可对设定氧燃比每次增大或减小的调整值设置上限。例如，设定氧燃比每次增大或减小的调整值为δ，调整值上限为a，当δ》a时，设定氧燃比增大或减小的调整值改为a。可以理解的，在其他的实施例中，目标氧燃比和设定氧燃比也可以根据比值比较等方式的比较结果对设定氧燃比进行调节。
[0092]
在一个示例性实施例中，提供了一种氧燃比控制方法，在得到氧燃比差值后，当氧燃比差值为正值且大于差值上限时，输出第一报警信号；
[0093]
当氧燃比差值为负值且小于差值下限时，输出第二报警信号。
[0094]
本实施例中，当设定氧燃比与目标氧燃比差距过大时发出报警信号，用以警示当前设定的氧燃比不合理，窑炉当前生产状态不稳定，使工作人员能够即时发现问题并进行反馈处理。示例性地，差值上限可以为上述的m2，当k1-k2≥m2时，输出第一报警信号；差值下限可以为上述的m3，当k1-k2≤m3时，输出第二报警信号。
[0095]
可选的，报警信号可控制报警器发出蜂鸣声。报警信号还可以设置为触发后同步断开设定氧燃比的调节控制，使设定氧燃比维持原值，防止在报警情况下即窑炉中气体状态不稳定时因自动调节带来的安全隐患和生产效率的下降。同时，报警信号可设置为无法自动接触，需确认安全后手动复位。
[0096]
在一个示例性实施例中，提供了一种氧燃比控制方法，氧燃比控制方法还包括：
[0097]
周期性地获取窑炉的设定氧燃比，并根据目标氧燃比对设定氧燃比进行调节。
[0098]
该方法中，获取设定氧燃比和目标氧燃比并根据两者的比较结果对设定氧燃比进行调节的过程可根据一定周期进行循环重复，循环频率或循环周期间隔时间都可以根据实际工艺生产情况进行设定或调整。
[0099]
本实施例中，通过周期性的获取目标氧燃比和设定氧燃比并对设定氧燃比进行调节，可以实现设定氧燃比的动态调节。同时氧燃比的调节在一段时间内持续进行，使设定氧燃比长期处于合理控制范围，实现窑炉内氧燃比的自动控制的技术效果。
[0100]
可以理解的，上述的氧燃比控制方法可在窑炉开启工作后自动运行，也可以是当需要其运行时，再通过发送使能信号的方式启动该氧燃比控制方法。在一个示例性实施例中，提供了一种氧燃比控制方法，氧燃比控制方法还包括：
[0101]
响应于使能信号，执行所述氧燃比控制方法。
[0102]
该方法中，从开始对燃气热值的检测到最后对设定氧燃比的调节需要对使能信号产生响应后方可执行，若未被赋予使能信号，则不执行整个氧燃比调节控制过程。
[0103]
本实施例中，执行氧燃比控制方法需要响应于使能信号，窑炉中不同区域对氧燃比控制调节的需求不同，可根据不同区域的氧燃比调节要求对窑炉中部分区域赋予使能，其响应于使能信号执行氧燃比控制方法，使该区域具有氧燃比调节控制的功能，而不影响其他区域。
[0104]
在一个示例性实施例中，提供了一种氧燃比控制装置，用于控制窑炉内的氧燃比。参考图4所示氧燃比控制装置包括配置信息确定模块10、燃气热值获取模块20、目标氧燃比确定模块30、设定氧燃比获取模块40和调节模块50。
[0105]
其中，配置信息确定模块10被配置为确定预设配置信息，所述预设配置信息用于表征燃气热值与氧燃比的对应关系。燃气热值获取模块20被配置为获取所述窑炉内的热值传感器检测的燃气热值。目标氧燃比确定模块30被配置为基于所述燃气热值和所述预设配置信息，确定目标氧燃比。设定氧燃比获取模块40被配置为获取所述窑炉的设定氧燃比。调节模块50被配置为基于所述目标氧燃比，对所述设定氧燃比进行调节。
[0106]
在一个示例性实施例中，提供了一种窑炉系统，窑炉系统包括窑炉、多个燃烧器以及控制装置。
[0107]
该系统中，多个燃烧器分散设置于窑炉中，控制装置控制至少一个燃烧器执行氧燃比控制方法。通过控制窑炉中一个或多个燃烧器执行氧燃比控制的方法，实现了整个窑炉氧燃比自动调节控制的功能，使燃烧更充分，废气量更少。
[0108]
下面通过具体实施例进行说明。
[0109]
具体实施例
[0110]
预设配置信息如图5所示，表示燃气热值与氧燃比的对应关系
[0111]
首先获取燃烧器当前时刻13:00前10分钟12:50-13:00内热值传感器检测的燃气热值，将10分钟内测得的燃气热值取平均值并通过滤波方式消除异常干扰数据后得到燃气热值均值为8180，根据如图5所示的预设信息配置找到热值均值所属范围对应的目标氧燃比为2.33。燃烧器当前时刻设定氧燃比为2.31，将目标氧燃比减去设定氧燃比得到两者差值为0.02，差值为正值且位于第一预设范围[0.01，0.04)内，增大设定氧燃比，调整值为0.01，故设定氧燃比增大为2.32。
[0112]
再次获取燃烧器于13:10时前10分钟13:00-13:10内热值传感器检测的燃气热值，将10分钟内测得的燃气热值取平均值并通过滤波方式消除异常干扰数据后得到燃气热值均值为8140，根据如图5所示的预设信息配置找到热值均值所属范围对应的目标氧燃比为2.32。燃烧器当前时刻设定氧燃比为2.32，将目标氧燃比减去设定氧燃比得到两者差值为0，差值位于第三预设范围(-0.01,0.01)内，设定氧燃比保持不变，调整值为0，故设定氧燃比仍为2.32。
[0113]
燃烧器如图6所示，根据上述方法获取热值61并计算出调整后的设定氧燃比62，通过燃气控制pid63和氧气控制pid64分别控制燃气控制阀65和氧气控制阀66，进而执行该燃烧器的氧燃比调节控制。
[0114]
在13:20、13:30、13:40等时刻重复上述氧燃比控制方法，实现氧燃比每十分钟一次的周期性调节。
[0115]
玻璃池窑布局如图7所式，玻璃池窑沿其延伸方向依次排布有第一区域718、第二区域719、第三区域720、第四区域721、第五区域722。燃烧器701至717分散布置于窑炉中，其中，燃烧器701至703位于窑炉的第一区域718，燃烧器704至706位于窑炉的第二区域719，燃烧器707至711位于窑炉的第三区域720，燃烧器712至714位于窑炉的第四区域721，燃烧器715至717位于窑炉的第五区域722。工艺调节过程中池窑内不同区域要求的控制精度不同，通常来说窑炉在第三区域720位置的燃烧最影响整体玻璃液质量，其余区域相比于控制精确，更需要长时间的稳定，故只控制第三区域720中燃烧器氧燃比的情况。只赋予燃烧器707至711使能信号，使其执行氧燃比控制方法，不影响其他燃烧器。
[0116]
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本技术旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求指出。
[0117]
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。