一种燃气辐射管温度控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种燃气辐射管温度控制系统，包括伸入热处理炉内部用于散热的至少一个燃气辐射管，还包括：一设置于燃气辐射管内部用于加热区温度控制的第一热电偶；一嵌设于燃气辐射管管壁用于保温阶段的温度控制以及升温时的超温报警的第二热电偶；以及一设置于热处理炉工作区用于升温阶段温度控制的第三热电偶。还公开了一种基于燃气辐射管温度控制系统的温度控制方法，第一热电偶、第二热电偶和第三热电偶分别电连接温度控制器，温度控制器根据各热电偶监测的温度，通过PID算法控制燃料和富氧空气的流量，进而控制燃气辐射管内的燃烧反应，以对热处理炉各阶段温度进行精准控制，且能保证测到炉温信号的稳定性、均匀性、精确性和灵敏性。

【技术实现步骤摘要】
一种燃气辐射管温度控制系统及其控制方法
本专利技术涉及一种热处理设备加热时控温装置，尤其涉及一种燃气辐射管温度控制系统及其控制方法。
技术介绍
现有的热处理炉炉子温度控制模式是通过工作区的热电偶测出的温度信号进行控制的，这种控温方式存在的问题是热电偶插入的位置变化和炉内气体的流动变化对测量的温度信号有很大的影响，造成温度信号的波动、不准确和滞后等。因此开发一种温度控制响应快、控制精度高的热处理炉温度控制装置是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术中的上述问题，提出一种燃气辐射管温度控制系统及其控制方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的第一个方面是提供一种燃气辐射管温度控制系统，包括伸入热处理炉内部用于散热的至少一个燃气辐射管，还包括：一设置于所述燃气辐射管内部用于加热区温度控制的第一热电偶；一嵌设于所述燃气辐射管管壁用于保温阶段的温度控制以及升温时的超温报警的第二热电偶；以及一设置于所述热处理炉工作区用于升温阶段温度控制的第三热电偶；其中，所述第一热电偶、第二热电偶和第三热电偶分别电连接温度控制器，所述温度控制器根据各热电偶监测的温度，通过PID算法控制燃料和富氧空气的流量，进而控制所述燃气辐射管内的燃烧反应，以对所述热处理炉各阶段温度进行精准控制。进一步地，在所述燃气辐射管温度控制系统上，所述燃气辐射管为具有中空腔体的U型结构；且在所述燃气辐射管外壁设置有散热片，增加换热面积。进一步地，在所述燃气辐射管温度控制系统上，所述富氧空气为热处理厂制氮过程产生的副产品。进一步地，在所述燃气辐射管温度控制系统上，还包括：设置于所述燃气辐射管前端的烧嘴，所述烧嘴分别与所述制燃料和富氧空气连通。进一步优选地，在所述燃气辐射管温度控制系统上，还包括：设置于所述燃气辐射管尾端的烟道；和设置于所述烟道与所述燃气辐射管尾端之间的换热器；其中，所述换热器的热媒进口与所述燃气辐射管尾端连通，热媒出口与所述烟道连通；所述换热器的冷媒进口通过管道与鼓风机连接，冷媒出口通过管道与所述燃气辐射管前端连通。进一步地，在所述燃气辐射管温度控制系统上，所述燃料的输送管道上设置有第二调节阀，所述富氧空气的输送管道上设有第三调节阀，以及鼓风机与所述燃气辐射管连通的管道上设置有第一调节阀；所述第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀和鼓风机分别与所述温度控制器电连接。本专利技术的第二个方面是提供一种燃气辐射管的温度控制方法，包括步骤：步骤1，在热处理炉内设置连通燃料和富氧空气的燃气辐射管，在燃气辐射管内部设置第一热电偶，用于监测燃气辐射管内部温度；在燃气辐射管管壁设置第二热电偶，用于监测燃气辐射管管壁温度；以及在燃气辐射管外部工作区设置第三热电偶，用于监测热处理炉工作区的温度；步骤2，将第三热电偶检测的温度传给温度控制器，所述温度控制器执行控制程序进行计算与判断，判断所述热处理炉的工作状态为升温阶段或保温阶段；如果工作状态是升温阶段，采用第三热电偶实测的温度和目标温度差值，控制燃料、富氧空气的流量大小，进而控制所述燃气辐射管内的燃热反应；步骤3，在保温阶段，将第二热电偶检测的温度传给温度控制器，所述温度控制器根据设定的目标温度，通过所述温度控制器根据所述目标温度自动控制所述燃料、富氧空气的流量大小，以调节该温度控制区的温度；在升温阶段，所述第二热电偶检测温度不参与炉温控制；步骤4，将第一热电偶检测的温度传给温度控制器，所述温度控制器根据设定的报警温度，判断所述热处理炉控温区的温度是否超过报警温度；如果超过报警温度，通过所述温度控制器根据所述目标温度自动控制所述燃料、富氧空气的流量大小，使温度小于报警温度。进一步地，在所述燃气辐射管温度控制方法中，所述步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)中，通过所述第三热电偶实测温度与该温度控制区目标温度的差值，判断所述热处理炉的各温度控制区的工作状态处于升温阶段或保温阶段。进一步地，在所述燃气辐射管温度控制方法中，当工作区的所述第三热电偶检测的温度一直低于所述目标温度时，则对应的热处理炉控制区处于升温阶段；当工作区第三热电偶检测的温度大于或等于所述目标温度时，则对应的热处理炉控制区进入保温阶段。进一步地，在所述燃气辐射管温度控制方法中，当热处理炉处于升温阶段，根据所述第三热电偶实测温度与该温度控制区目标温度的差值，通过PID算法控制炉温；当热处理炉进入保温阶段，通过所述第二热电偶实测温度与该温度控制区目标温度的差值，通过PID算法控制炉温。进一步地，在所述燃气辐射管温度控制方法中，步骤(3)中，所述燃气辐射管内燃烧反应产生的热一部分使燃气温度升高，另一部分通过导热、辐射和对流方式传输给辐射管和管外环境，使热处理炉环境温度升高，其中：所述燃气辐射管内燃烧反应产生的热为：式中为质量流率，即单位时间内参与燃烧反应的燃气质量，H为单位质量燃气的燃烧热值，Δt为燃烧反应时间，K为燃烧率；根据热平衡，各部分热量的总和与焦耳热相等，则有：Q＝Q1+Q2+Q3(2)式中Q为燃烧热，Q1为辐射管升温吸收热量，Q2为管外环境(热处理炉)升温吸收的热量，Q3为管内燃气升温吸收的热量，其中：式中，m为辐射管质量，Cp为定压热容，为平均定压热容，Tr为辐射管温度(辐射管很薄，辐射管管体内部温度近似一致)，Tm为室温；Q2＝h0(Tr-Tf0)(4)Q3＝hi(Tr-Tfi)(5)式中，h0为辐射管与管外环境之间的传热系数，hi为辐射管与管内环境之间的传热系数，Tf0为管外环境的温度，Tr为管壁温度，Tfi为管内环境温度；根据公式(2)，有式中，Tf0为热处理炉工作区温度，Tr为辐射管壁温度，Tfi为热电偶测出的辐射管内温度；所述温度控制器通过Tf0、Tr、(Tr-Tf0)和(Tr-Tfi)值，利用PID算法计算实时温度与目标温度的偏差输出控制量，实现对热处理炉进行升温阶段和保温阶段温度的精确控制。进一步地，在所述燃气辐射管温度控制方法中，所述升温阶段根据工作区温度进行控温；进入保温阶段后，根据辐射管壁的温度信号控温。本专利技术采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：本专利技术提出的燃气辐射管温度控制系统及其控制方法，通过将热电偶分别布置在辐射管的内部，辐射管壁和热处理炉的工作区，不同阶段采取不同的控温方式，升温阶段根据工作区热电偶的信号控温，进入恒温阶段后，根据辐射管壁的温度信号控温；由于热电偶的位置固定、受气流影响很小，利用PID算法计算实时温度与设定温度的偏差输出控制量，从而实现对电阻炉温度的精确控制；且能保证测到炉温信号的稳定性、均匀性、精确性和灵敏性。附图说明图1为本专利技术一种燃气辐射管温度控制系统的结构示意图。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本专利技术，但是下述实施例并不限制本专利技术范围。如图1所示，本实施例提供一种燃气辐射管温度控制系统，包括伸入热处理炉内部用于散热的至少一个燃气辐射管1，其特征在于，还包括：一设置于所述燃气辐射管1内部用于加热区温度控制的第一热电偶2；一嵌设于所述燃气辐射管1管壁用于保温阶段的温度控制以及升温时的超温报警的第二热电偶3；以及一设置于所述热处理炉工作区用于升温阶段温度控制的第三热电偶4；其中，所述第一热电偶2、第二热电偶3和第三热电偶4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃气辐射管温度控制系统，其特征在于，包括伸入热处理炉内部用于散热的至少一个燃气辐射管(1)，其特征在于，还包括：一设置于所述燃气辐射管(1)内部用于加热区温度控制的第一热电偶(2)；一嵌设于所述燃气辐射管(1)管壁用于保温阶段的温度控制以及升温时的超温报警的第二热电偶(3)；以及一设置于所述热处理炉工作区用于升温阶段温度控制的第三热电偶(4)；其中，所述第一热电偶(2)、第二热电偶(3)和第三热电偶(4)分别电连接温度控制器，所述温度控制器根据各热电偶监测的温度，通过PID算法控制燃料(10)和富氧空气(12)的流量，进而控制所述燃气辐射管(1)内的燃烧反应，以对所述热处理炉各阶段温度进行精准控制。

【技术特征摘要】
1.一种燃气辐射管温度控制系统，其特征在于，包括伸入热处理炉内部用于散热的至少一个燃气辐射管(1)，其特征在于，还包括：一设置于所述燃气辐射管(1)内部用于加热区温度控制的第一热电偶(2)；一嵌设于所述燃气辐射管(1)管壁用于保温阶段的温度控制以及升温时的超温报警的第二热电偶(3)；以及一设置于所述热处理炉工作区用于升温阶段温度控制的第三热电偶(4)；其中，所述第一热电偶(2)、第二热电偶(3)和第三热电偶(4)分别电连接温度控制器，所述温度控制器根据各热电偶监测的温度，通过PID算法控制燃料(10)和富氧空气(12)的流量，进而控制所述燃气辐射管(1)内的燃烧反应，以对所述热处理炉各阶段温度进行精准控制。2.根据权利要求1所述的燃气辐射管温度控制系统，其特征在于，所述燃气辐射管(1)为具有中空腔体的U型结构。3.根据权利要求1所述的燃气辐射管温度控制系统，其特征在于，所述富氧空气(12)为热处理厂制氮过程产生的副产品。4.根据权利要求1所述的燃气辐射管温度控制系统，其特征在于，还包括：设置于所述燃气辐射管(1)前端的烧嘴(13)，所述烧嘴(13)分别与所述制燃料(10)和富氧空气(12)连通。5.根据权利要求4所述的燃气辐射管温度控制系统，其特征在于，还包括：设置于所述燃气辐射管(1)尾端的烟道(6)；和设置于所述烟道(6)与所述燃气辐射管(1)尾端之间的换热器(5)；其中，所述换热器(5)的热媒进口与所述燃气辐射管(1)尾端连通，热媒出口与所述烟道(6)连通；所述换热器(5)的冷媒进口通过管道与鼓风机(8)连接，冷媒出口通过管道与所述燃气辐射管(1)前端连通。6.一种燃气辐射管的温度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，在热处理炉内设置连通燃料(10)和富氧空气(12)的燃气辐射管(1)，在燃气辐射管(1)内部设置第一热电偶(2)，用于监测燃气辐射管(1)内部温度；在燃气辐射管(1)管壁设置第二热电偶(3)，用于监测燃气辐射管(1)管壁温度；以及在燃气辐射管(1)外部工作区设置第三热电偶(4)，用于监测热处理炉工作区的温度；步骤2，将第三热电偶(4)检测的温度传给温度控制器，所述温度控制器执行控制程序进行计算与判断，判断所述热处理炉的工作状态为升温阶段或保温阶段；如果工作状态是升温阶段，采用第三热电偶(4)实测的温度和目标温度差值，控制燃料(10)、富氧空气(12)的流量大小，进而控制所述燃气辐射管(1)内的燃热反应；步骤3，在保温阶段，将第二热电偶(3)检测的温度传给温度控制器，所述温度控制器根据设定的目标温度，通过所述温度控制器根据所述目标温度自动控制所述燃料(10)、富氧空气(12)的流量大小，以调节该温度控制区的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨景峰，沈鹏，汪海斌，
申请(专利权)人：上海颐柏科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31