本發(fā)明涉及一種隧道窯環(huán)境調(diào)節(jié)方法及隧道窯。

背景技術(shù)：

原有隧道窯的燒嘴直接安裝在隧道窯兩側(cè)或者窯頂，燒嘴的位置是固定不變即燒嘴角度不可以調(diào)節(jié)，兩側(cè)窯墻以及窯頂都是耐火材料堆砌。原有的隧道窯溫度只能通過改變空氣與燃氣的噴射速度以及粗放式調(diào)節(jié)窯內(nèi)鼓風速度來改變窯內(nèi)溫度。其致命的缺點是：

一、原有的隧道窯通過改變空氣與燃氣速度來改變窯內(nèi)溫度，燒結(jié)溫度變化范圍較大，氣體流速變化范圍也不可精確控制，影響耐火材料的燒結(jié)質(zhì)量。

二、原有的隧道窯在燃燒過程中燃氣與空氣不易湍流即不易充分混合，燃燒不夠充分，并且在過程中還有大量的污染氣體生成，污染氣體的生成量也不易控制。

三、原有的隧道窯智能化程度低，不能實時根據(jù)窯內(nèi)溫度的變化調(diào)節(jié)空氣與燃氣的速度比，燒嘴角度的調(diào)節(jié)等。

四、原有的隧道窯在燒結(jié)耐火材料時窯內(nèi)上下溫差大，采取多種措施降低窯內(nèi)溫差的效果不明顯。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種隧道窯自動調(diào)節(jié)溫度研究平臺，采用PID控制器控制隧道窯的調(diào)溫燒嘴角度、燃氣噴射速率、調(diào)溫燒嘴角速率、窯尾鼓風速率等，可以進行多種類耐火材料的燒結(jié)研究，增加研究的多樣性，與原有的隧道窯相比溫度調(diào)節(jié)精度高、效率高、執(zhí)行機構(gòu)反應(yīng)速率快、自動化程度高、污染性低，具有較高環(huán)保性與節(jié)能性。

為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種隧道窯環(huán)境調(diào)節(jié)方法，包括以下幾個步驟：

S1、在隧道窯內(nèi)設(shè)置環(huán)境信息采集設(shè)備，環(huán)境信息采集設(shè)備用于采集隧道窯內(nèi)待調(diào)節(jié)環(huán)境的環(huán)境參數(shù)，并將所述環(huán)境參數(shù)發(fā)送至控制器；

S2、所述控制器根據(jù)所述環(huán)境信息采集設(shè)備所采集的環(huán)境參數(shù)，對系統(tǒng)參數(shù)進行調(diào)整，生成環(huán)境調(diào)節(jié)指令，并將所述環(huán)境調(diào)節(jié)指令發(fā)送至環(huán)境調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)；

S3、所述環(huán)境調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)所述控制器發(fā)送的環(huán)境調(diào)節(jié)指令，對隧道窯內(nèi)環(huán)境進行調(diào)節(jié)；所述環(huán)境調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)包括：設(shè)置在窯體兩側(cè)的調(diào)溫燒嘴以及設(shè)置于窯體尾部的鼓風機；

所述環(huán)境信息采集設(shè)備包括多種類型的傳感器，當單位時間內(nèi)，控制器根據(jù)各傳感器實時反饋的環(huán)境情況與用戶設(shè)置值的差值小于預(yù)設(shè)范圍時，生成指示所述調(diào)溫燒嘴以及鼓風機停止工作；否則，生成指示調(diào)節(jié)所述調(diào)溫燒嘴的角度、燒嘴燃氣噴射速率、燒嘴轉(zhuǎn)動的角速度以及鼓風機的鼓風速率。

進一步的，同一類型的所述傳感器有多個，多個所述同一類型的傳感器在隧道窯中以最大廣度分布。

進一步的，所述傳感器包括溫度傳感器、壓力傳感器、煙氣流速傳感器和煙氣濃度傳感器。

進一步的，所述溫度傳感器為熱電偶溫度傳感器，通過熱電偶溫度傳感器反饋T_i值，將T_i值與窯內(nèi)溫度T的差值進行比較，如果反饋到控制器為最大低溫差，則通過電液比例閥控制窯尾風機的風速，加速整個窯內(nèi)氣體流速，滿足窯內(nèi)預(yù)熱帶、燒成帶、冷卻帶的壓力要求，達到最佳的燒成氣氛，以利于燒成帶前部磚坯的緩慢升溫燃燒；如果反饋到溫度控制器為最大溫度差，繼續(xù)通過電液比例閥控制調(diào)溫燒嘴燃氣與空氣的噴射速率，保持合理的空燃比，達到控制燒結(jié)溫度的目的；

如果多組T_i與T的差值進行比較，即多組溫差值ε比較相差較大，即窯內(nèi)燃燒不均勻溫差較大，控制器將信號傳遞到角度控制器，通過放大器將反饋的信號進行放大，最后通過調(diào)節(jié)調(diào)溫燒嘴擺動的角度、擺動的角速度，達到控制窯內(nèi)燒結(jié)溫度的目的。

本發(fā)明還公開了一種窯內(nèi)溫度自調(diào)節(jié)裝置，包括：窯體、設(shè)置在窯體側(cè)壁上的調(diào)溫燒嘴、設(shè)置在窯體尾部的鼓風機、設(shè)置在窯體內(nèi)的溫度傳感器以及PID控制器、以及控制器；還包括設(shè)置在窯體外部的第一電機、第二電機、第一連接軸、第二連接軸、第一連接塊、球面副、第二連接塊以及轉(zhuǎn)動鉸鏈座，其中，所述第一連接軸和第二連接軸相互垂直，第一電機通過齒輪傳動副與第一連接軸一端傳動連接，第二電機通過齒輪傳動副與第二連接軸一端傳動連接，第一連接軸的另一端和第二連接軸的另一端分別與第一連接塊螺紋連接；第一連接塊上固定連接所述球面副，球面副另一端固定連接第二連接塊，第二連接塊上滑動連接所述調(diào)溫燒嘴的管子；所述轉(zhuǎn)動鉸支座與調(diào)溫燒嘴的管子之間鉸接；所述溫度傳感器、PID控制器、第一電機、第二電機以及鼓風機均與所述控制器控制連接。

進一步的，所述調(diào)溫燒嘴交錯安裝在隧道窯兩側(cè)。

進一步的，所述調(diào)溫燒嘴與窯長方向形成角度α，角度α的范圍為-23~23°，調(diào)溫燒嘴與窯高方向的角度β，角度β的范圍為-15~15°。

相對于現(xiàn)有安裝普通燒嘴的隧道窯，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1. 本發(fā)明提供了一種可自動調(diào)節(jié)隧道窯內(nèi)溫度的方法，以提高隧道窯的智能化、節(jié)能性、環(huán)保性，旨在解決傳統(tǒng)隧道窯使用時燒嘴固定不變，不能根據(jù)窯內(nèi)煙氣的流速、壓力、溫度等因素合理調(diào)節(jié)調(diào)溫燒嘴角度，滿足最佳的燃燒條件，提高耐火材料的燒結(jié)質(zhì)量。

2.本發(fā)明增加的調(diào)溫燒嘴取代原有的普通燒嘴，可以改變?nèi)細鈬娚涞慕嵌?，增加燃氣混合燃燒區(qū)域、燃燒更加充分，降低污染氣體的生成量，達到節(jié)能減排目的。

3.本發(fā)明的調(diào)溫燒嘴交錯安裝在隧道窯窯墻兩側(cè)，調(diào)溫燒嘴角度的變化通過PID控制器控制，調(diào)溫燒嘴可以沿著窯長方向左右調(diào)節(jié)角度，可以沿著窯高方向上下調(diào)節(jié)角度，燒嘴角度的調(diào)整更易于在窯內(nèi)產(chǎn)生湍流現(xiàn)象，窯內(nèi)燃氣與空氣充分混合燃燒。

4.本發(fā)明增加的調(diào)溫燒嘴與窯長方向成一定角度α轉(zhuǎn)動范圍為-23~23°，調(diào)溫燒嘴與窯高方向的角度β轉(zhuǎn)動范圍為-15~15°，燃氣可以對耐火材料充分燃燒，可以有效解決隧道窯上下溫差難題。

5. 本發(fā)明增加了PID控制器，可以監(jiān)測窯內(nèi)溫度變化，實時改變調(diào)溫燒嘴角度變化，燃氣噴射速率，窯尾鼓風速率等，達到控制溫度變化的作用。

6. 本發(fā)明增加了PID控制器，根據(jù)窯內(nèi)燒成帶壓力制度，實時調(diào)節(jié)窯尾鼓風機改變窯尾鼓風風速以及預(yù)熱帶、燒成帶、冷卻帶的壓力值，控制窯內(nèi)氣氛性質(zhì)，以利于燒成帶前部磚坯的緩慢升溫燃燒，磚塊均勻加熱可以避免出現(xiàn)黑心磚制品，避免在預(yù)熱帶后半部以及燒成帶全部形成還原氣氛出現(xiàn)磚塊欠燒現(xiàn)象。

附圖說明

圖1為本發(fā)明隧道窯窯高截面圖；

其中，1為隧道窯窯底； 2為溫度傳感器； 3為調(diào)溫燒嘴；4為支撐磚；5為窯體保溫材料；6為防護蓋板；7為調(diào)溫燒嘴與窯高方向的角度β；9為第一電機；10為第一連接軸；11為第一連接塊；12為球面副；13為第二連接塊；14為調(diào)溫燒嘴的管子；15為轉(zhuǎn)動鉸支座；19為第二電機；20為第二連接軸；

圖2為隧道窯窯長截面圖；

其中，16為調(diào)溫燒嘴與窯長方向成一定角度α；17為燒結(jié)磚；18為鼓風機；

圖3為本發(fā)明中溫度自動調(diào)節(jié)方法流程圖；

圖4為溫度自動調(diào)節(jié)方法執(zhí)行機構(gòu)模塊連接圖；

圖5為調(diào)溫燒嘴上下擺動隧道窯內(nèi)溫度分布圖；

圖6為調(diào)溫燒嘴左右擺動隧道窯內(nèi)溫度分布圖；

圖7為普通燒嘴隧道窯內(nèi)溫度場分布圖。

具體實施方式

實施例1

一種隧道窯環(huán)境調(diào)節(jié)方法，包括以下幾個步驟：

S1、在隧道窯內(nèi)設(shè)置環(huán)境信息采集設(shè)備，環(huán)境信息采集設(shè)備用于采集隧道窯內(nèi)待調(diào)節(jié)環(huán)境的環(huán)境參數(shù)，并將所述環(huán)境參數(shù)發(fā)送至控制器；

S2、所述控制器根據(jù)所述環(huán)境信息采集設(shè)備所采集的環(huán)境參數(shù)，對系統(tǒng)參數(shù)進行調(diào)整，生成環(huán)境調(diào)節(jié)指令，并將所述環(huán)境調(diào)節(jié)指令發(fā)送至環(huán)境調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)；

S3、所述環(huán)境調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)所述控制器發(fā)送的環(huán)境調(diào)節(jié)指令，對隧道窯內(nèi)環(huán)境進行調(diào)節(jié)；所述環(huán)境調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)包括：設(shè)置在窯體兩側(cè)的調(diào)溫燒嘴以及設(shè)置于窯體尾部的鼓風機；

所述環(huán)境信息采集設(shè)備包括多種類型的傳感器，當單位時間內(nèi)，控制器根據(jù)各傳感器實時反饋的環(huán)境情況與用戶設(shè)置值的差值小于預(yù)設(shè)范圍時，生成指示所述調(diào)溫燒嘴以及鼓風機停止工作；否則，生成指示調(diào)節(jié)所述調(diào)溫燒嘴的角度、燒嘴燃氣噴射速率、燒嘴轉(zhuǎn)動的角速度以及鼓風機的鼓風速率。

進一步的，同一類型的所述傳感器有多個，多個所述同一類型的傳感器在隧道窯中以最大廣度分布。

進一步的，所述傳感器包括溫度傳感器、壓力傳感器、煙氣流速傳感器和煙氣濃度傳感器。

進一步的，所述溫度傳感器為熱電偶溫度傳感器，通過熱電偶溫度傳感器反饋T_i值，將T_i值與窯內(nèi)溫度T的差值進行比較，如果反饋到控制器為最大低溫差，則通過電液比例閥控制窯尾風機的風速，加速整個窯內(nèi)氣體流速，滿足窯內(nèi)預(yù)熱帶、燒成帶、冷卻帶的壓力要求，達到最佳的燒成氣氛，以利于燒成帶前部磚坯的緩慢升溫燃燒；如果反饋到溫度控制器為最大溫度差，繼續(xù)通過電液比例閥控制調(diào)溫燒嘴燃氣與空氣的噴射速率，保持合理的空燃比，達到控制燒結(jié)溫度的目的；

如果多組T_i與T的差值進行比較，即多組溫差值ε比較相差較大，即窯內(nèi)燃燒不均勻溫差較大，控制器將信號傳遞到角度控制器，通過放大器將反饋的信號進行放大，最后通過調(diào)節(jié)調(diào)溫燒嘴擺動的角度、擺動的角速度，達到控制窯內(nèi)燒結(jié)溫度的目的。

本發(fā)明還公開了一種窯內(nèi)溫度自調(diào)節(jié)裝置，包括：窯體、設(shè)置在窯體側(cè)壁上的調(diào)溫燒嘴3、設(shè)置在窯體尾部的鼓風機18、設(shè)置在窯體內(nèi)的溫度傳感器以及PID控制器、以及控制器；還包括設(shè)置在窯體外部的第一電機9、第二電機19、第一連接軸10、第二連接軸20、第一連接塊11、球面副12、第二連接塊13以及轉(zhuǎn)動鉸鏈座15，其中，所述第一連接軸10和第二連接軸20相互垂直，第一電機9通過齒輪傳動副與第一連接軸10一端傳動連接，第二電機19通過齒輪傳動副與第二連接軸20一端傳動連接，第一連接軸10的另一端和第二連接軸20的另一端分別與第一連接塊11螺紋連接；第一連接塊11上固定連接所述球面副12，球面副12另一端固定連接第二連接塊13，第二連接塊13上滑動連接所述調(diào)溫燒嘴3的管子；所述轉(zhuǎn)動鉸支座15與調(diào)溫燒嘴3的管子之間鉸接；

本發(fā)明中調(diào)溫燒嘴的角度調(diào)節(jié)原理是：

第一電機9通過齒輪傳動副與第一連接軸10傳動連接，所述第一連接塊11用于限制第一連接軸10和第二連接軸20互相垂直地運動，第一連接軸10與第一連接塊11之間為螺紋連接，通過第一電機9帶動第一連接軸10的旋轉(zhuǎn)，當?shù)谝贿B接軸10旋轉(zhuǎn)時，第一連接塊11便可通過螺紋上、下移動帶動第二連接軸20上、下移動；同理，當?shù)诙B接軸20旋轉(zhuǎn)時，第一連接塊11便可通過螺紋左、右移動帶動第一連接軸10左、右移動，第一連接塊11便可完成復(fù)合的運動，即可以到達平面內(nèi)的任意一點。球面副12與第一連接塊固定，球面副12的運動即可視為第一連接塊11的運動。

第二連接塊13與調(diào)溫燒嘴的管子14為滑動副連接，調(diào)溫燒嘴的管子14與轉(zhuǎn)動鉸支座15為鉸鏈連接，使得燒嘴可以在上、下范圍內(nèi)移動，同時，使得燒嘴又可以完成左右范圍內(nèi)的移動，即使得燒嘴可以完成復(fù)合的運動，到達上下左右23°范圍內(nèi)的任意一點。

所述溫度傳感器、PID控制器、第一電機、第二電機以及鼓風機均與所述控制器控制連接。

作為本發(fā)明隧道窯技術(shù)方案的進一步優(yōu)選，所述調(diào)溫燒嘴交錯安裝在隧道窯兩側(cè)。本發(fā)明的調(diào)溫燒嘴交錯安裝在隧道窯兩側(cè)，燒嘴角度的調(diào)整更易于在窯內(nèi)產(chǎn)生湍流現(xiàn)象充分燃燒。

作為本發(fā)明隧道窯技術(shù)方案的進一步優(yōu)選，所述調(diào)溫燒嘴與窯長方向形成角度α，角度α的范圍為-23~23°，調(diào)溫燒嘴與窯高方向的角度β，角度β的范圍為-15~15°。經(jīng)過數(shù)值模擬得出調(diào)溫燒嘴與窯長方向可以形成角度α的范圍為-23~23°，即調(diào)溫燒嘴左右轉(zhuǎn)動的角度范圍-23~23°，調(diào)溫燒嘴與窯高方向的角度β為-15~15°，即調(diào)溫燒嘴上下轉(zhuǎn)動的角度范圍為-15~15°，調(diào)溫燒嘴的上下左右轉(zhuǎn)動可以增加對耐火材料的燃燒區(qū)域，耐火材料可以均勻燒結(jié)，可以有效解決隧道窯上下溫差難題。

調(diào)溫燒嘴上下左右的轉(zhuǎn)動噴射燃燒同時與窯尾鼓入的冷風混合，易形成湍流混合更均勻、燃燒更充分、熱利用率更高，充分燃燒，可以減少窯內(nèi)污染氣體的生成，冷卻風在沿窯長方向通道及磚垛與窯體間隙內(nèi)流速快、對流強烈，在沿窯寬方向通道內(nèi)氣體流速慢、湍流強度弱，粉塵污染物主要集中在窯寬方向間隙內(nèi)，濃度沿窯長方向逐漸增加，在冷卻風下游聚集，在沿窯高方向，隨著高度增加，粉塵濃度越來越低，達到節(jié)能減排的目的。

本發(fā)明增加的PID控制器控制流程圖如圖3所示，隧道窯燒結(jié)某種耐火材料的燒結(jié)溫度是固定的T值以及設(shè)定溫差值ε，預(yù)熱時間、燒結(jié)時間、冷卻時間都是固定的，當窯內(nèi)熱電偶溫度傳感器反饋的溫度值為Ti時，PID控制器會將Ti與T的差值進行比較，如果兩者差值大于ε，相應(yīng)的調(diào)節(jié)調(diào)溫燒嘴噴射的角度、燃氣噴射速率、燒嘴轉(zhuǎn)動的角速度、窯尾鼓風速率等因素，目的是將Ti與T差值保持在合理的溫差值ε范圍內(nèi)。

本發(fā)明增加的PID控制器執(zhí)行機構(gòu)如圖4所示，熱電偶溫度傳感器反饋Ti值，將Ti與T的差值進行比較，如果反饋到溫度控制器為最大低溫差，則通過電液比例閥控制窯尾風機的風速，電液比例閥是閥內(nèi)比例電磁鐵輸入電壓信號產(chǎn)生相應(yīng)動作，使工作閥閥芯產(chǎn)生位移，閥口尺寸發(fā)生改變并以此完成與輸入電壓成比例壓力、流量輸出元件。閥芯位移也可以以機械、液壓或電形式進行反饋。電液比例閥具有形式種類多樣、容易組成使用電氣及計算機控制各種電液系統(tǒng)、控制精度高、安裝使用靈活以及抗污染能力強等多方面優(yōu)點，應(yīng)用領(lǐng)域日益拓寬，加速整個窯內(nèi)氣體流速，滿足窯內(nèi)預(yù)熱帶、燒成帶、冷卻帶的壓力要求，達到最佳的燒成氣氛，保證磚塊的質(zhì)量。如果反饋到溫度控制器為最大溫度差，繼續(xù)通過電液比例閥控制調(diào)溫燒嘴燃氣與空氣的噴射速率，保持合理的空燃比，達到控制燒結(jié)溫度的目的。

如果多組Ti與T的差值進行比較，即多組溫差值ε比較相差較大，即窯內(nèi)燃燒不均勻溫差較大，將信號傳遞到角度控制器，通過放大器將反饋的信號進行放大，最后通過電機及執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)調(diào)溫燒嘴擺動的角度、擺動的角速度等，達到控制窯內(nèi)燒結(jié)溫度的目的。

圖5、圖6、圖7分別為調(diào)溫燒嘴在不同角度位置模擬窯內(nèi)溫度場的分布情況，溫度場分布云圖顏色接近黑色表示溫度越高，燒嘴沿著窯高方向上下擺動或者沿著窯長方向左右擺動易于產(chǎn)生湍流，強烈的湍流易于燃氣與空氣充分混合，燃燒更加充分，在湍流區(qū)域燒結(jié)溫度較高，圖5、圖6與圖7安裝普通燒嘴窯內(nèi)溫度場分布相比燒結(jié)溫度均勻且燒結(jié)溫度高，溫度分布的區(qū)域較均勻，可以降低窯內(nèi)的上下溫差，提高耐火材料燒結(jié)質(zhì)量。