CN116697702A - 一种循环利用废气的多层干燥窑及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种循环利用废气的多层干燥窑及其控制方法，具体地涉及了干燥窑结构的技术领域，干燥窑依据湿度情况依次划分为高湿度窑区、中湿度窑区和低湿度窑区，其中，各个湿度窑区均引出有至少一根旁通连接至预设的排气主道上的排气支道，所述排气主道引出有至少一根连接至高湿度窑区和/或中湿度窑区且独立控制开度的循环主通道；基于循环分支通道送入高湿度窑区或中湿度窑区的混合干燥气的实时湿度情况相对应分别调节循环主通道、循环分支通道和补风口的开度；有效地降低了干燥窑的供热能耗、有效地防止废热回收利用对高湿度窑区/中湿度窑区的湿度及温度影响，保证窑内的正常运行。

Description

一种循环利用废气的多层干燥窑及其控制方法

技术领域

本发明涉及干燥窑结构的技术领域，尤其是涉及一种循环利用废气的多层干燥窑及其控制方法。

背景技术

目前窑炉行业中，所使用的干燥窑的干燥方式包括有两种，其中一种干燥方式是利用光波辐射对制品进行烘干，具有烘干速度快、能源利用率高的特点，但由于多层干燥内部空间结构复杂，光波照射不均匀将导致部分干燥制品受到的辐射换热不均匀、干燥窑内部分区域温度过高、坯体干燥脱水速度过快不易控制等问题，容纳出现炸坯的情况。由此，现有光伏干燥仅在单层干燥上应用，具有一定的局限性。另一种干燥方式是利用热风吹扫对制品形成对流烘干，与光波辐射干燥相比，虽然对流烘干速率较慢，但干燥效果稳定安全，干燥结构简单易，空间温度均匀性好调控，使得对流烘干的干燥方式使用更广泛。

其次，多层快速干燥窑是陶瓷生产中一种采用对流烘干方式的重要配套设备，其功能为利用烧成窑炉的抽热风和烟气换热的预热空气以及燃烧机燃烧补充的高温烟气形成干燥窑内不断循环扰动的干燥风，对坯体进行对流烘干。为国家工业能源使用方向的改变，烧成窑炉势必将逐渐由以天然气为主要能源的燃烧加热方式转变为以绿电、绿氢等清洁能源，这种加热能源的改变将导致燃烧炉内的可利用烟气余热量大量减少且供热不稳定，即，由于电加热及掺氢燃烧参与烧成将使烧成窑内烟气量大量减少，导致换热器换热功率减少，致使目前使用的干燥窑供热量减少，干燥窑内干燥风不充盈，从而使干燥速率下降，产量不变情况下能耗增高，且有湿坯干燥过程中炸坯的风险。因此，需要一种能降低能耗以及保证干燥窑供热量和干燥风充足的干燥窑。

另外，现有的干燥窑顺着窑内长度方向（长度方向）存在不同湿度分布，主要呈现出窑头区域湿度较高、窑尾湿度较低的湿度递减的分布形式；其次，窑尾区域剩余的废气具有客观的余热量，如果能够将此部分余热量回收利用起来，则能够有效地降低干燥窑的能耗。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能降低能耗以及保证干燥窑供热量和干燥风充足的干燥窑。

为实现上述目的，本发明提供的方案为一种循环利用废气的多层干燥窑，干燥窑依据湿度情况依次划分为高湿度窑区、中湿度窑区和低湿度窑区，其中，各个湿度窑区均引出有至少一根旁通连接至预设的排气主道上的排气支道，所述排气主道的流向由低湿度窑区朝高湿度窑区方向延伸，所述排气主道引出有至少一根连接至高湿度窑区和/或中湿度窑区且独立控制开度的循环主通道，所述循环主通道与排气主道的旁通接口位于同一高湿度窑区或中湿度窑区引出的排气支道与排气主道的旁通接口的流向上游；每根所述循环主通道的出口分隔形成至少两个与高湿度窑区/中湿度窑区相连通且独立控制开度的循环分支通道，每个所述循环分支通道设有用于引入窑外空气且独立控制开度的补风口；基于循环分支通道送入高湿度窑区或中湿度窑区的混合干燥气的实时湿度情况相对应分别调节循环主通道、循环分支通道和补风口的开度，其中，所述补风口的开度与实时湿度情况成正比，所述循环主通道及循环分支通道的开度与实时湿度情况成反比。

进一步，所述排气主道与引出有两根分别连接至高湿度窑区和或中湿度窑区的循环主通道。

进一步，每个所述循环分支通道上均设有循环风机。

进一步，所述循环分支通道配置有用于检测混合干燥气的实时湿度H1的湿度传感器。

进一步，每个所述循环分支通道上均设有电加热装置，基于循环分支通道送入高湿度窑区或中湿度窑区的混合干燥气的实时温度情况相对应控制电加热装置的功率大小。

进一步，所述干燥窑内配置有用于检测实时窑内压力P1的压力传感器，基于实时窑内压力情况，再选择基于实时湿度情况或实时温度情况所对应的控制动作。

进一步，所述循环分支通道上配置用于检测混合干燥气的实时温度T1的温度传感器。

进一步，所述循环主通道配置有用于控制通断及开度大小的循环主阀，每个所述循环分支通道配置用于控制通断及开度大小的循环支阀，所述补风口配置用于控制通断及开度大小的补风阀。

一种循环利用废气的多层干燥窑的控制方法，该控制方法基于上述实施例所述的干燥窑，具体包括有以下步骤：

步骤S1.获取干燥窑的实时窑内压力P1，并与预设定的压力标准值P0进行比较；

步骤S2.当实时窑内压力P1≥压力标准值P0时，则运行步骤S3；反之，当实时窑内压力P1＜压力标准值P0时，则运行步骤S4。

步骤S3.获取循环分支通道送入高湿度窑区或中湿度窑区的混合干燥气的实时温度T1，并与预设定的温度标准值T0进行比较，从而对应调节循环分支通道上的电加热装置的功率，其中，当实时温度T1≥温度标准值T0时，则维持或降低电加热装置功率；反之，当实时温度T1＜温度标准值T0时，则增大电加热装置的功率；

步骤S4.获取循环分支通道送入高湿度窑区或中湿度窑区的混合干燥气的实时湿度H1，并与预设定的湿度标准值H0进行比较，从而对应调节相配套的循环主通道、循环分支通道和补风口的开度，其中，当实时湿度H1≥湿度标准值H0时，则增大补风阀的开度，并减小或维持循环主阀和循环支阀的开度；反之，当实时湿度H1＜湿度标准值H0时，则增大循环主阀和循环支阀的开度，并维持或减小补风阀的开度；

当每完成一次步骤S3或步骤S4后，循环重复步骤S1-S4，直至实时窑内压力P1和实时温度T1均达标。

本发明的有益效果为：基于窑内压力情况来判断是否需要额外的空气补充，其中，在需要额外空气补充时，可基于送入的混合干燥气的湿度情况对应调节循环主通道、循环分支通道和补风口的开度；在不需要额外空气补充时，可基于送入的混合干燥气的温度情况对应调节电加热装置的功率大小，由此，有效地降低了干燥窑的供热能耗、有效地防止废热回收利用对高湿度窑区/中湿度窑区的湿度及温度影响，保证窑内的正常运行。

附图说明

图1为干燥窑的高湿度窑区、中湿度窑区和低湿度窑区的结构示意图。

图2为单个循环分支通道的示意图。

图3为控制方法的步骤示意图。

图4为基于窑内压力情况的控制流程图。

图5为基于窑内温度情况的控制流程图。

图6为基于窑内湿度情况的控制流程图。

其中，A-高湿度窑区，B-中湿度窑区，C-低湿度窑区，10-排气主道，20-排气支道，30-循环主通道，31-循环主阀，40-循环分支通道，41-循环支阀，50-补风口，60-循环风机，51-补风阀。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面参照附图对本发明进行更全面地描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解得更加透彻全面。

参见附图1所示，在本实施例中，一种循环利用废气的多层干燥窑，干燥窑依据湿度情况依次划分为高湿度窑区A、中湿度窑区B和低湿度窑区C，此时的高湿度窑区A、中湿度窑区B和低湿度窑区C对应沿送料方向依次布置，即：高湿度窑区A、中湿度窑区B和低湿度窑区C依次对应为干燥窑的前段、中段和后段。

在本实施例中，各个湿度窑区均引出有至少一根旁通连接至预设的排气主道10上的排气支道20，其中，各个湿度窑区的窑内气体可经各自引出的排气支道20流入排气主道10中混合形成废热气流。其次，排气主道10的流向由低湿度窑区C朝高湿度窑区A方向延伸，以使各个湿度窑区所流出的废热气流经排气主道10排出。

在本实施例中，所述排气主道10引出有至少一根连接至高湿度窑区A和/或中湿度窑区B且独立控制开度的循环主通道30。为便于解释说明，结合图1定义本实施例的高湿度窑区A和中湿度窑区B均配套设置有一根循环主通道30。而对于同一湿度窑区设置有两根或两根以上的循环主通道30，仅是数量级的差异，其结构及原理属于相衍生的技术方案，此处不再展开赘述。

进一步，循环主通道30与排气主道10的旁通接口位于同一高湿度窑区A或中湿度窑区B引出的排气支道20与排气主道10的旁通接口的流向上游，即：如附图1所示，高湿度窑区A所对应的循环主通道30介于其引出的排气支道20和中湿度窑区B引出的排气支道20之间，中湿度窑区B所对应的循环主通道30介于其引出的排气支道20和低湿度窑区C引出的排气支道20之间。采用上述的布置方式，并结合排气主道10的流向设置，令高湿度窑区A可回收利用中湿度窑区B及低湿度窑区C送入排气主道10的低湿度/中湿度的废热气流，中湿度窑区B可回收利用低湿度窑区C送入排气主道10的低湿度的废热气流，进而实现了余热回收利用以及干燥窑内空气的回收利用。

在本实施例中，循环主通道30的出口分隔形成至少两个与高湿度窑区A/中湿度窑区B相连通且独立控制开度的循环分支通道40，即：同一循环主通道30所分隔形成的各个循环分支通道40沿送料方向依次排布并与对应的高湿度窑区A/中湿度窑区B相连通。采用这种方式，从而将送入循环主通道30的废热气流分割为若干份并均匀送入高湿度窑区A/中湿度窑区B，起到充分回收利用的废热气流。

进一步，循环主通道30配置有用于控制通断及开度大小的循环主阀31，利用循环主阀31的通断及开度控制便可实现精确控制循环主通道30所送入的废热气流量，同样地，每个循环分支通道40配置用于控制通断及开度大小的循环支阀41，利用循环支阀41的通断及开度控制便可实现精确控制循环分支通道40所送入的废热气流量。

参见附图2所示，在本实施例中，循环分支通道40设有用于引入窑外空气且独立控制开度的补风口50，其中，补风口50配置用于控制通断及开度大小的补风阀51，利用补风阀51的通断及开度控制便可实现精确控制补风口50所送入的窑外空气量。此处的补风口50所引入的窑外空气作为辅助补偿，从而令窑外空气和废热气流在循环分支通道40处混合形成混合干燥气输送至高湿度窑区A/中湿度窑区B内，可避免局部废热利用过度而导致窑内湿度超标的问题。

在本实施例中，每个循环分支通道40上均设有循环风机60，利用循环风机60将混合干燥气经循环分支通道40输送至高湿度窑区A/中湿度窑区B内。

在本实施例中，循环分支通道40配置有用于检测混合干燥气的实时湿度H1的湿度传感器，其中，为了节省成本造价，针对同一湿度窑区所对应的各个循环分支通道40中，可只在其中一个循环分支通道40上设置湿度传感器，并以此湿度传感器所检测到的实时湿度H1作为依据，从而对同一湿度窑区内的循环主通道30、循环分支通道40和补风口50进行相应的控制动作。另外，若为了提高控制的精确度，针对同一湿度窑区所对应的各个循环分支通道40均配置一个湿度传感器，并以各个湿度传感器所检测到的实时湿度H1的平均值作为依据，从而对同一湿度窑区内的循环主通道30、循环分支通道40和补风口50进行相应的控制动作，这种控制方式也是可以的，其仅是数量级的区别，其结构及原理均属于衍生方案，此处不再展开赘述。

参见附图6所示，若排气主道10内的废热气流的湿度超标时，需要对回收利用的废热气流量进行管控，避免加剧窑内空气的湿度而影响正常热处理效果。为此，本实施例基于循环分支通道40送入高湿度窑区A或中湿度窑区B的混合干燥气的实时湿度情况相对应分别调节循环主通道30、循环分支通道40和补风口50的开度，其中，补风口50的开度与实时湿度情况成正比，循环主通道30及循环分支通道40的开度与实时湿度情况成反比。

具体地，参见附图6所示，当实时湿度H1≥湿度标准值H0时，说明送入窑内的混合干燥气的湿度超标，需要减少废热气流的使用量并引入窑外空气进行辅助补充，则增大补风阀51的开度（增大窑外空气量），并减小或维持循环主阀31和循环支阀41的开度（减少或维持废热气流量），达到降低混合干燥气的湿度的效果。反之，当实时湿度H1＜湿度标准值H0时，说明送入窑内的混合干燥气的湿度未超标，对窑内湿度的影响小，可增大废热气流的使用量以提升废热利用率，则增大循环主阀31和循环支阀41的开度（增大废热气流量），并维持或减小补风阀51的开度（减少或维持窑外空气量），达到提升废热利用率。

采用上述基于实时湿度情况对引入的窑外空气量及废热气流量进行控制，以确保在对窑内空气进行补充时能够保持适当地湿度，避免造成窑内空气的湿度升高而出现产品低温排水等质量问题。

在本实施例中，每个所述循环分支通道40上均设有电加热装置，其中，本实施例电加热装置可采用设于循环分支通道40内且环设循环分支通道40周面的电热丝元件，此处不作具体限定可采用相衍生的加热元件。其次，每个所述循环分支通道40上均配置用于检测混合干燥气的实时温度T1的温度传感器，同样地，此处的温度传感器可在同一同一湿度窑区中的其中一个循环分支通道40上设置一个温度传感器或在同一湿度窑区所对应的各个循环分支通道40均配置一个温度传感器，从而对应以单个温度传感器所检测到的实时温度T1或以各个温度传感器所检测到的实时温度T1的平均值作为依据，从而相对应控制各个电加热装置的功率大小，上述两种控制方式仅为数量级的区别，其结构及原理均属于衍生方案，此处不再展开赘述。

进一步，基于循环分支通道40送入高湿度窑区A或中湿度窑区B的混合干燥气的实时温度情况相对应控制电加热装置的功率大小，从而避免低温的混合干燥空气输送至高湿度窑区A或中湿度窑区B内而造成窑内温度异常降温波动的问题。

具体地，参见附图5所示，当实时温度T1≥温度标准值T0，说明所送入的混合干燥气的温度符合需求，则维持或降低电加热装置功率，适当维持或略微降低混合干燥气的温度；反之，当实时温度T1＜温度标准值T0时，说明所送入的混合干燥气的温度过低，不符合温度需求，则需要增大电加热装置的功率以加热混合干燥气，进行温度补偿控制以确保后续送入的混合干燥气符合温度需求。

采用上述实时温度情况对电加热装置的热量补偿进行控制，从而确保送入到的混合干燥气的温度达标，避免造成窑内空气的温度异常波动，并且实现了废热回收利用的效果，有效降低干燥窑的供热能耗。

在本实施例中，干燥窑内配置用于配置有用于检测实时窑内压力P1的压力传感器，此时的压力传感器可采用单个或者多个的方式，其中，若采用单个压力传感器所检测到的窑内压力P1作为控制判断依据，这种方式成本更低；若采用多个压力传感器分点检测到窑内压力P1作为控制判断依据，这种方式成本更高但更精确，本领域技术人员可按需选择适当的方式，此处不作具体限定。

进一步，基于实时窑内压力情况，再选择基于实时湿度情况或实时温度情况所对应的控制动作。

具体地，参见附图4所示，当实时窑内压力P1≥压力标准值P0，说明窑内空气充盈达标，无需额外的空气补充，则对应选择基于实时温度情况对所送入的混合干燥气的温度进行相应的控制动作。反之，当实时窑内压力P1＜压力标准值P0，说明窑内空气不足，需要增大送入高湿度窑区A或中湿度窑区B的混合干燥气量，则对应选择基于湿度情况对所送入的混合干燥气中的窑外空气及废热气流进行相应的控制动作，直至实时窑内压力P1达标。

综上所述，借助上述的实时湿度情况、实时温度情况以及压力情况，相应对循环主通道30、循环分支通道40和补风口50的开度、以及电加热装置的功率大小进行控制。为便于理解，以下结合具体控制方法做出进一步解释说明。

具体地，参见附图3所示，该控制方法包括有以下步骤：

步骤S1.获取干燥窑的实时窑内压力P1，并与预设定的压力标准值P0（优选为P0=132PA）进行比较；

步骤S2.当实时窑内压力P1≥压力标准值P0时，说明窑内空气充盈，则运行步骤S3；反之，当实时窑内压力P1＜压力标准值P0时，说明窑内空气不足，则运行步骤S4，增大送入的混合干燥气量；

步骤S3.获取循环分支通道40送入高湿度窑区A或中湿度窑区B的混合干燥气的实时温度T1，并与预设定的温度标准值T0（优选为T0=210℃）进行比较，从而对应调节循环分支通道40上的电加热装置的功率，其中，当实时温度T1≥温度标准值T0时，则维持或降低电加热装置功率；反之，当实时温度T1＜温度标准值T0时，则增大电加热装置的功率；

步骤S4.获取循环分支通道40送入高湿度窑区A或中湿度窑区B的混合干燥气的实时湿度H1，并与预设定的湿度标准值H0（优选为H0=8%）进行比较，从而对应调节相配套的循环主通道30、循环分支通道40和补风口50的开度，其中，当实时湿度H1≥湿度标准值H0时，则增大补风阀51的开度，并减小或维持循环主阀31和循环支阀41的开度；反之，当实时湿度H1＜湿度标准值H0时，则增大循环主阀31和循环支阀41的开度，并维持或减小补风阀51的开度。

当每完成一次步骤S3或步骤S4后，循环重复步骤S1-S4，直至实时窑内压力P1和实时温度T1均达标，则说明窑内空气充盈且所送入的混合干燥气的温度、湿度合适。

在本实施例中，为避免上述频繁进行控制动作而加剧控制难度，本实施例可在每完成一次步骤S3或步骤S4后设定一定的时间延时程序，以减缓控制动作频率，该方式属于计算机控制程序领域，对于本领域技术人员而言属于常规技术手段，此处不再展开赘述。

在本实施例中，上述的压力传感器、湿度传感器及温度传感器在图中未示，其采用的规格形式及具体安装位置可根据实际工况要求对应选择合适传感器元件，此处不再对其原理及结构展开赘述，对于本领域技术人员而言属于常规技术手段。

以上所述之实施例仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出更多可能的变动和润饰，或修改均为本发明的等效实施例。故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之思路所做的等同等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种循环利用废气的多层干燥窑，干燥窑依据湿度情况依次划分为高湿度窑区（A）、中湿度窑区（B）和低湿度窑区（C），其中，各个湿度窑区均引出有至少一根旁通连接至预设的排气主道（10）上的排气支道（20），所述排气主道（10）的流向由低湿度窑区（C）朝高湿度窑区（A）方向延伸，其特征在于：所述排气主道（10）引出有至少一根连接至高湿度窑区（A）和/或中湿度窑区（B）且独立控制开度的循环主通道（30），所述循环主通道（30）与排气主道（10）的旁通接口位于同一高湿度窑区（A）或中湿度窑区（B）引出的排气支道（20）与排气主道（10）的旁通接口的流向上游；

每根所述循环主通道（30）的出口分隔形成至少两个与高湿度窑区（A）/中湿度窑区（B）相连通且独立控制开度的循环分支通道（40），每个所述循环分支通道（40）设有用于引入窑外空气且独立控制开度的补风口（50）；基于循环分支通道（40）送入高湿度窑区（A）或中湿度窑区（B）的混合干燥气的实时湿度情况相对应分别调节循环主通道（30）、循环分支通道（40）和补风口（50）的开度，其中，所述补风口（50）的开度与实时湿度情况成正比，所述循环主通道（30）及循环分支通道（40）的开度与实时湿度情况成反比。

2.根据权利要求1所述的一种循环利用废气的多层干燥窑，其特征在于：所述排气主道（10）与引出有两根分别连接至高湿度窑区（A）和或中湿度窑区（B）的循环主通道（30）。

3.根据权利要求1所述的一种循环利用废气的多层干燥窑，其特征在于：每个所述循环分支通道（40）上均设有循环风机（60）。

4.根据权利要求1所述的一种循环利用废气的多层干燥窑，其特征在于：所述循环分支通道（40）配置有用于检测混合干燥气的实时湿度H1的湿度传感器。

5.根据权利要求1所述的一种循环利用废气的多层干燥窑，其特征在于：每个所述循环分支通道（40）上均设有电加热装置，基于循环分支通道（40）送入高湿度窑区（A）或中湿度窑区（B）的混合干燥气的实时温度情况相对应控制电加热装置的功率大小。

6.根据权利要求5所述的一种循环利用废气的多层干燥窑，其特征在于：所述干燥窑内配置有用于检测实时窑内压力P1的压力传感器，基于实时窑内压力情况，再选择基于实时湿度情况或实时温度情况所对应的控制动作。

7.根据权利要求5所述的一种循环利用废气的多层干燥窑，其特征在于：所述循环分支通道（40）上配置用于检测混合干燥气的实时温度T1的温度传感器。

8.根据权利要求1所述的一种循环利用废气的多层干燥窑，其特征在于：所述循环主通道（30）配置有用于控制通断及开度大小的循环主阀（31），每个所述循环分支通道（40）配置用于控制通断及开度大小的循环支阀（41），所述补风口（50）配置用于控制通断及开度大小的补风阀（51）。

9.一种循环利用废气的多层干燥窑的控制方法，其特征在于：该控制方法基于权利要求6所述的干燥窑，具体包括有以下步骤：

步骤S1.获取干燥窑的实时窑内压力P1，并与预设定的压力标准值P0进行比较；

步骤S2.当实时窑内压力P1≥压力标准值P0时，则运行步骤S3；反之，当实时窑内压力P1＜压力标准值P0时，则运行步骤S4；

步骤S3.获取循环分支通道（40）送入高湿度窑区（A）或中湿度窑区（B）的混合干燥气的实时温度T1，并与预设定的温度标准值T0进行比较，从而对应调节循环分支通道（40）上的电加热装置的功率，其中，当实时温度T1≥温度标准值T0时，则维持或降低电加热装置功率；反之，当实时温度T1＜温度标准值T0时，则增大电加热装置的功率；

步骤S4.获取循环分支通道（40）送入高湿度窑区（A）或中湿度窑区（B）的混合干燥气的实时湿度H1，并与预设定的湿度标准值H0进行比较，从而对应调节相配套的循环主通道（30）、循环分支通道（40）和补风口（50）的开度，其中，当实时湿度H1≥湿度标准值H0时，则增大补风阀（51）的开度，并减小或维持循环主阀（31）和循环支阀（41）的开度；反之，当实时湿度H1＜湿度标准值H0时，则增大循环主阀（31）和循环支阀（41）的开度，并维持或减小补风阀（51）的开度；

当每完成一次步骤S3或步骤S4后，循环重复步骤S1-S4，直至实时窑内压力P1和实时温度T1均达标。