專利名稱：一種加熱爐調(diào)爐決策裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及單片機控制和數(shù)據(jù)采集通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種加熱爐調(diào) 爐決策裝置。
背景技術(shù)：
目前，對于普遍應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的加熱爐裝置，其控制指標(biāo)主要是根據(jù)生產(chǎn)工藝 要求確定的，缺少對能耗優(yōu)化控制的充分考慮。而由于當(dāng)前國家對于企業(yè)節(jié)能降耗的發(fā)展 要求，近年來國內(nèi)相關(guān)行業(yè)給與了極大的重視，在原有設(shè)備控制的基礎(chǔ)上采取了一些相應(yīng) 的措施。然而，目前國內(nèi)對于加熱爐能耗優(yōu)化控制的工作還十分薄弱，亟待開展這方面的工 作以提高加熱爐的能耗控制水平。隨著近年來的技術(shù)發(fā)展，基于單片機技術(shù)為核心的數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)已經(jīng)日趨成熟，芯片選擇便利程序設(shè)計靈活，對于惡略的現(xiàn)場工業(yè)環(huán)境適應(yīng)能力 不斷增強，大大方便了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計。在實際現(xiàn)場環(huán)境中，由于環(huán)境十分惡劣，加熱爐需要不間斷的進行工作，而工作人 員無法實時去監(jiān)測加熱爐的工作狀態(tài)，因此無法實時地采集加熱爐內(nèi)的煙氣數(shù)據(jù)和溫度數(shù) 據(jù)，無法獲得加熱爐內(nèi)的燃燒情況。

實用新型內(nèi)容有鑒于此，本實用新型的目的是提供一種加熱爐調(diào)爐決策裝置，其可以實時采集 加熱爐內(nèi)的燃燒狀況數(shù)據(jù)，并將該燃燒狀況數(shù)據(jù)以及對應(yīng)所述燃燒狀況數(shù)據(jù)的調(diào)爐決策及 時地告知工作人員，從而向工作人員傳達加熱爐內(nèi)各種氣體的燃燒狀況以及所需要采取的 調(diào)爐決策信息，方便工作人員根據(jù)調(diào)爐決策信息對加熱爐進行操作控制，有利于提高工作 人員對加熱爐操作的工作效率，降低管理成本，促進工業(yè)上的推廣應(yīng)用，具有重大的實際意 義。為此，本實用新型提供了一種加熱爐調(diào)爐決策裝置，包括燃燒數(shù)據(jù)采集單元，與至少一個加熱爐的煙氣采集通道相連接，用于采集加熱爐 內(nèi)的燃燒狀況數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)給控制處理單元；調(diào)爐決策預(yù)先存儲單元，用于預(yù)先存儲多個不同的燃燒狀況數(shù)據(jù)與不同的多個調(diào) 爐決策之間的映射關(guān)系；控制處理單元，與燃燒數(shù)據(jù)采集單元、調(diào)爐決策預(yù)先存儲單元相連接，用于接收所 述加熱爐內(nèi)的燃燒狀況數(shù)據(jù)，根據(jù)所述調(diào)爐決策預(yù)先存儲單元預(yù)先存儲的多個不同的燃燒 狀況數(shù)據(jù)與不同的多個調(diào)爐決策之間的映射關(guān)系，獲得與所接收到的燃燒狀況數(shù)據(jù)具有映 射關(guān)系的調(diào)爐決策，然后將所獲得的調(diào)爐決策以及加熱爐內(nèi)的燃燒狀況數(shù)據(jù)一起發(fā)送給顯 示決策單元；顯示決策單元，與控制處理單元相連接，用于實時顯示出所接收到的調(diào)爐決策。其中，所述加熱爐內(nèi)的燃燒狀況數(shù)據(jù)包括加熱爐內(nèi)的煙氣數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)；燃燒 數(shù)據(jù)采集單元包括有氣體分析儀和溫度分析儀。[0011]其中，所述氣體分析儀通過一個模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器與控制處理單元相連接，所述溫 度分析儀直接與控制處理單元相連接。其中，所述控制處理單元包括有單片機W78E516B，所述加熱爐的煙氣通道上設(shè)置 有電磁閥，該單片機W78E516B與可編程外圍接口芯片82C55A相連接，可編程外圍接口芯片 82C55A的輸出端與電磁閥相接，所述可編程外圍接口芯片82C55A用于控制電磁閥的開閉， 實現(xiàn)選通加熱爐的煙氣通道。由以上本實用新型提供的技術(shù)方案可見，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實用新型提供了 一種加熱爐調(diào)爐決策裝置，其可以實時采集加熱爐內(nèi)的燃燒狀況數(shù)據(jù)(包括煙氣數(shù)據(jù)和溫 度數(shù)據(jù))，并將該燃燒狀況數(shù)據(jù)以及對應(yīng)所述燃燒狀況數(shù)據(jù)的調(diào)爐決策及時地告知工作人 員，從而向工作人員傳達加熱爐內(nèi)各種氣體的燃燒狀況以及所需要采取的調(diào)爐決策信息， 方便工作人員根據(jù)調(diào)爐決策信息對加熱爐進行操作控制，有利于提高工作人員對加熱爐操 作的工作效率，降低管理成本，促進工業(yè)上的推廣應(yīng)用，具有重大的實際意義。

圖1為本實用新型提供的一種加熱爐調(diào)爐決策裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實用新型的加熱爐的結(jié)構(gòu)簡圖；圖3為控制處理單元中單片機與總線驅(qū)動器74HC245的外部連接擴展電路圖；圖4a為控制處理單元中兩片可編程邏輯芯片GAL16V8的電路的電路圖；圖4b為控制處理單元中一片數(shù)據(jù)鎖存器74HC573的電路圖；圖5為控制處理單元中的一片可編程外圍接口芯片82C55A的電路連接圖；圖6為控制處理單元中的時鐘芯片DS12C887的電路連接圖；圖7為控制處理單元中的模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換芯片MAX197的電路連接圖；圖8為控制處理單元中的RS485總線通信的電路連接圖；圖9為控制處理單元中的異步串行收發(fā)器TL16C550的電路連接圖；圖10為控制處理單元中的RS232總線通信的電路連接圖。
具體實施方式
為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本實用新型方案，
以下結(jié)合附圖和實施方式 對本圖1為本實用新型提供一種加熱爐調(diào)爐決策裝置的結(jié)構(gòu)框圖；參見圖1，本實用新型提供了 一種加熱爐調(diào)爐決策裝置，包括有燃燒數(shù)據(jù)采集單元 101、調(diào)爐決策預(yù)先存儲單元102、控制處理單元103和顯示決策單元104，其中燃燒數(shù)據(jù)采集單元101，與至少一個加熱爐的煙氣采集通道相連接，用于采集加熱 爐內(nèi)的燃燒狀況數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)給控制處理單元102 ；需要說明的是，燃燒數(shù)據(jù)采集單元101內(nèi)有抽氣泵，抽氣泵將氣體從采樣點通過 煙氣采集通道抽到充當(dāng)燃燒數(shù)據(jù)采集單元101的氣體分析儀和溫度分析儀，用以分析得到 數(shù)據(jù)。調(diào)爐決策預(yù)先存儲單元102，用于預(yù)先存儲多個不同的燃燒狀況數(shù)據(jù)與不同的多 個調(diào)爐決策之間的映射關(guān)系；[0031]在本實用新型中，所述調(diào)爐決策預(yù)先存儲單元102為一個數(shù)據(jù)存儲器，優(yōu)選為非 易失性隨機訪問存儲器NVRAM。具體實現(xiàn)上，本實用新型對于不同的燃燒狀況數(shù)據(jù)采用不同的調(diào)爐決策。需要說明的是，參見圖2，本實用新型的加熱爐中，包括有空氣預(yù)熱器，空氣預(yù)熱器 位于如圖2所示位置，通過鼓風(fēng)機吹入空氣，將煙氣回吹回加熱爐，從而來回收煙氣所攜帶 的熱量。在每一個采樣點(對流段頂、預(yù)熱期前和預(yù)熱期后采樣點)都引出一個煙氣采樣 通道連接到燃燒數(shù)據(jù)采集單元101，在采樣時刻通過智能選擇切換，切換當(dāng)前采樣點的煙氣 采樣管道，通過燃燒數(shù)據(jù)采集單元101內(nèi)的煙氣抽氣泵將采樣點的煙氣通過煙氣管道抽到 燃燒數(shù)據(jù)采集單元101以供處理。需要說明的是，對于本實用新型，包括有對流段頂，預(yù)熱期前，預(yù)熱器后這三個采 樣點，對流段頂采樣點其實就是在對流段的對流段出口那個部分，往上就是煙 了，也就是 位于排氣煙 與對流段交界處；預(yù)熱期前采樣點就是預(yù)熱器上面那一部分，那里有個采樣 點，預(yù)熱期后采樣點就是圖2上預(yù)熱器左邊的那一個通道，經(jīng)過了預(yù)熱器所以叫預(yù)熱期后 采樣點。例如當(dāng)加熱爐中預(yù)熱器后采樣點氧氣的百分含量大于百分之5且一氧化碳的 ppm( 一百萬體積的空氣中所含一氧化碳的體積數(shù))值在0與1之間時，那么加熱爐的狀態(tài) 診斷為進風(fēng)量過剩，本實用新型采取的調(diào)爐決策預(yù)先設(shè)定為適當(dāng)減少進風(fēng)量；當(dāng)加熱爐中預(yù)熱器后采樣點的溫度大于200度時，那么加熱爐的狀態(tài)診斷為由于 含硫增高，空氣預(yù)熱器的冷端產(chǎn)生露點腐蝕，而使熱管積灰甚至堵塞，換熱效果差，加熱爐 的煙氣沒有進行充分預(yù)熱回收就排入大氣，這時本實用新型采取的調(diào)爐決策為溫度太高， 會導(dǎo)致預(yù)熱管損壞，建議除灰排煙溫度過高時，會導(dǎo)致空氣預(yù)熱器熱管損壞，本實用新型采 取的調(diào)爐決策為對加熱爐中的空氣預(yù)熱器清灰；當(dāng)加熱爐中對流段頂采樣點的二氧化硫ppm( —百萬體積的空氣中所含二氧化硫 的體積數(shù))值大于200時，那么加熱爐的狀態(tài)診斷為燃料含硫量較高，容易在煙道及余熱回 收設(shè)備的低溫?fù)Q熱面上產(chǎn)生低溫露點腐蝕，這時本實用新型采取的調(diào)爐決策為保證燃料品 質(zhì)，控制排煙溫度在露點溫度以上20度。控制處理單元103，與燃燒數(shù)據(jù)采集單元101、調(diào)爐決策預(yù)先存儲單元102相連接， 用于接收所述加熱爐內(nèi)的燃燒狀況數(shù)據(jù)，根據(jù)所述調(diào)爐決策預(yù)先存儲單元102預(yù)先存儲的 多個不同的燃燒狀況數(shù)據(jù)與不同的多個調(diào)爐決策之間的映射關(guān)系，獲得與所接收到的燃燒 狀況數(shù)據(jù)具有映射關(guān)系的調(diào)爐決策，然后將所獲得的調(diào)爐決策以及加熱爐內(nèi)的燃燒狀況數(shù) 據(jù)一起發(fā)送給顯示決策單元104 ；顯示決策單元104，與控制處理單元103相連接，用于實時顯示出所接收到的調(diào)爐 決策，讓工作人員實時了解到加熱爐內(nèi)各種氣體的燃燒狀況。在本實用新型中，具體實現(xiàn)上，所述加熱爐內(nèi)的燃燒狀況數(shù)據(jù)包括加熱爐內(nèi)的煙 氣數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)，對應(yīng)地，燃燒數(shù)據(jù)采集單元101包括有氣體分析儀和溫度分析儀，其 中，所述氣體分析儀通過一個模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器與控制處理單元103相連接，其將加熱爐內(nèi)被 測氣體的含量轉(zhuǎn)換為4 20mA的模擬電信號，并通過與其相連接的模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成 數(shù)字信號，然后傳送給控制處理單元103;所述溫度分析儀通過RS485總線直接與控制處理 單元103相連接，其直接采集獲得加熱爐內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)并形成溫度數(shù)字信號發(fā)送給控制處理單元103。需要說明的是，由MAX491芯片組成的RS485通信收發(fā)器是在控制處理單元上，溫 度分析儀上有標(biāo)準(zhǔn)的RS485通信接口，直接通過標(biāo)準(zhǔn)的接口就可以引出信號的，通過溫度 分析儀引出的RS485總線與控制處理單元103上的由MAX491組成的收發(fā)器相連來通信。在本實用新型中，控制處理單元103還用于選擇并控制一個所述加熱爐煙氣通道 的開啟和閉合；具體實現(xiàn)上，所述控制處理單元103包括有單片機MCU W78E516B，所述加熱爐的 煙氣通道(具體有三路煙氣通道)上設(shè)置有電磁閥，該單片機W78E516B與可編程外圍接口 芯片82C55A相連接，參見圖4，圖4為可編程外圍接口芯片82C55A控制電路圖。將可編程 外圍接口芯片82C55A設(shè)置為輸出方式，數(shù)據(jù)端接受來自單片機的控制信息，可編程外圍接 口芯片82C55A的輸出端B 口的第7位、5位、3位用來控制三路電磁閥的開閉，從而實現(xiàn)選 通相應(yīng)采樣點的煙氣通道。在本實用新型中，具體實現(xiàn)上，所述控制處理單元103可以根據(jù)所接收到的加熱 爐內(nèi)的煙氣數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)，計算得到加熱爐的熱效率、酸露點和過?？諝庀禂?shù)等數(shù)據(jù)，并 且進行存檔處理，以便工作人員隨時調(diào)用。需要說明的是，對于本實用新型，所述熱效率為總輸入熱量減去總損失熱量二者 之間的差值與總輸入熱量的比值。總輸入熱量包括燃料的低熱值、霧化蒸汽入爐時帶入的 熱量、燃料入爐時帶入的熱量、空氣入爐時帶入的熱量?？倱p失熱量包括煙氣帶走的熱量、 燃料的化學(xué)不完全燃燒損失、燃料的機械不完全燃燒損失、爐壁散熱損失。其中，化學(xué)不完全燃燒損失，其主要取決與煙氣中一氧化碳CO的含量，因此可通 過監(jiān)測煙氣中的CO的含量來計算。煙氣帶走的熱量由過?？諝饬亢团艧煖囟葲Q定，這是加 熱爐的主要熱損失。加熱爐是靠燃料燃燒供給熱量的。在操作過程中，加熱爐內(nèi)煙氣含氧 量增加，表明進入爐內(nèi)的過?？諝舛?。在排煙中，大量的過?？諝鈱崃繋ё吲湃氪髿?，所 以使?fàn)t子熱損失增多，熱效率下降。由于過剩的空氣是在出口煙氣溫度下排入大氣的，所以 排煙溫度越高，過?？諝鈳ё叩臒崃吭蕉啵瑢嵝实挠绊懢驮酱?。因此要想提高加熱爐熱 效率既要采取措施使燃料充分燃燒，熱能釋放最大化；又要減小熱能損失；還要提高操作 水平，及時調(diào)節(jié)控制氧含量、一氧化碳含量和排煙溫度，在保證充分燃燒的前提下，提高熱 量有效利用率。這些措施的實施必須建立在準(zhǔn)確有效的檢測基礎(chǔ)上，分析出影響熱效率提 高的原因，可以通過操作調(diào)節(jié)得到改善。根據(jù)現(xiàn)場的采樣數(shù)據(jù)以及多年的專家經(jīng)驗分析，總 結(jié)出了一套綜合效率的簡化計算方法，適用于管式爐的日常操作調(diào)節(jié)和管理，也可用于微 機上綜合效率的顯示、記錄和控制。需要說明的是，計算熱效率的公式是依據(jù)現(xiàn)有的中華人民共和國石油天然氣行業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)中的管式加熱爐規(guī)范制定的經(jīng)驗公式，是簡化的計算方法，適用于管式爐的日常操作 調(diào)節(jié)和管理，也可用于微機上綜合效率的顯示、記錄和控制，不適用于管式爐的標(biāo)定、考核、 評價和分析。簡化計算式為加熱爐的熱效率η = 100-qi-q2-q3 ；排煙損失熱量占供給能量的百分?jǐn)?shù) 二(8.3x10 3 +0.03k)(ig +1.35x10 4 /)+(5.65+4.7x10 3ig)tV 1.1
1+3.4x10 \tA 15.6)+0.0657fF[0050]不完全燃燒損失執(zhí)量占供給能量的百分?jǐn)?shù)
權(quán)利要求1.一種加熱爐調(diào)爐決策裝置，其特征在于，包括燃燒數(shù)據(jù)采集單元，與至少一個加熱爐的煙氣采集通道相連接，用于采集加熱爐內(nèi)的 燃燒狀況數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)給控制處理單元；調(diào)爐決策預(yù)先存儲單元，用于預(yù)先存儲多個不同的燃燒狀況數(shù)據(jù)與不同的多個調(diào)爐決 策之間的映射關(guān)系；控制處理單元，與燃燒數(shù)據(jù)采集單元、調(diào)爐決策預(yù)先存儲單元相連接，用于接收所述加 熱爐內(nèi)的燃燒狀況數(shù)據(jù)，根據(jù)所述調(diào)爐決策預(yù)先存儲單元預(yù)先存儲的多個不同的燃燒狀況 數(shù)據(jù)與不同的多個調(diào)爐決策之間的映射關(guān)系，獲得與所接收到的燃燒狀況數(shù)據(jù)具有映射關(guān) 系的調(diào)爐決策，然后將所獲得的調(diào)爐決策以及加熱爐內(nèi)的燃燒狀況數(shù)據(jù)一起發(fā)送給顯示決 策單元；顯示決策單元，與控制處理單元相連接，用于實時顯示出所接收到的調(diào)爐決策。
2.如權(quán)利要求1所述的智能加熱爐調(diào)爐決策裝置，其特征在于，所述加熱爐內(nèi)的燃燒 狀況數(shù)據(jù)包括加熱爐內(nèi)的煙氣數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)；燃燒數(shù)據(jù)采集單元包括有氣體分析儀和溫 度分析儀。
3.如權(quán)利要求2所述的智能加熱爐調(diào)爐決策裝置，其特征在于，所述氣體分析儀通過 一個模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器與控制處理單元相連接，所述溫度分析儀直接與控制處理單元相連接。
4.如權(quán)利要求1所述的智能加熱爐調(diào)爐決策裝置，其特征在于，所述控制處理單元包 括有單片機W78E516B，所述加熱爐的煙氣通道上設(shè)置有電磁閥，該單片機W78E516B與可編 程外圍接口芯片82C55A相連接，可編程外圍接口芯片82C55A的輸出端與電磁閥相接，所述 可編程外圍接口芯片82C55A用于控制電磁閥的開閉，實現(xiàn)選通加熱爐的煙氣通道。
專利摘要本實用新型公開了一種加熱爐調(diào)爐決策裝置，包括燃燒數(shù)據(jù)采集單元，用于采集加熱爐內(nèi)的燃燒狀況數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)給控制處理單元；控制處理單元，與燃燒數(shù)據(jù)采集單元、調(diào)爐決策預(yù)先存儲單元相連接，用于根據(jù)調(diào)爐決策預(yù)先存儲單元預(yù)先存儲的多個不同的燃燒狀況數(shù)據(jù)與不同的多個調(diào)爐決策之間的映射關(guān)系，獲得與所接收到的燃燒狀況數(shù)據(jù)具有映射關(guān)系的調(diào)爐決策然后一起發(fā)送給顯示決策單元；顯示決策單元，與控制處理單元相連接，用于實時顯示出所接收到的調(diào)爐決策。本實用新型可以實時采集加熱爐內(nèi)的燃燒狀況數(shù)據(jù)，向工作人員傳達加熱爐內(nèi)各種氣體的燃燒狀況以及所需要采取的調(diào)爐決策信息，方便工作人員根據(jù)調(diào)爐決策信息對加熱爐進行操作控制。
文檔編號F27D19/00GK201780006SQ20102024649
公開日2011年3月30日 申請日期2010年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月5日
發(fā)明者倪建云, 孫全勝, 常樂, 李興軍, 李志國, 梁斌, 賈曉楠, 陳在平, 魏一 申請人:天津理工大學(xué)