[发明专利]用于燃烧过程的集成传感器系统和方法

说明书

一种用于炉系统中的集成传感器系统，所述炉系统包括具有至少一个燃烧器和两个或更多个区的炉，每个区不同地受到调节输入到炉中的能量的至少一个炉参数的影响，包括第一温度传感器，定位于测量所述炉系统中的第一温度，第二温度传感器，其定位成测量所述炉系统中的第二温度；以及控制器，其被编程以接收所述第一和第二测量的温度，并且基于所述第一和第二温度之间的关系来调节炉系统参数的操作，从而差异地调节输入到所述炉的至少两个区域中的能量输入；其中所述第一和第二温度之间的关系是如下的一个或多个的函数：所述两个温度之间的差，所述两个温度的比和所述两个温度的加权平均。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年10月10日提交的美国临时申请号62/062578的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术的描述

本申请涉及集成到炉中以改进炉中燃烧过程的操作的传感器系统，包括但不限于过程效率、产量和产量。

许多工业在炉中使用氧燃料燃烧来加热散装材料或原料，但是通常具有不足的装置来测量和控制炉参数，以便优化加热过程。通常在各种工业(例如，铝回收、钢铁生产、玻璃制造)中将基本温度传感器放置在由“常识”或方便性指示的炉周围的位置中，这通常导致测量误差和生产能力损失。

最典型地，基于将热电偶(TC)的温度测量与预定设定点(T_SP)进行比较来控制加热或熔融炉中的能量输入速率。这种热电偶(在此表示为T_OPEN)通常具有三个特征：(1)其开放或暴露于炉气氛；(2)其位于顶部或与燃烧器相对的壁上；和(3)其组合使得TC易于从炉中的火焰(如炉子中的其它表面(例如，耐火墙和产品表面))拾取“直接辐射”。被加热和/或熔化的炉料或产品是炉中最大的散热器，并且能够吸收(在其表面处)并且由于其较高的导热性而进入(进入炉料的主体)入射能量。然而，耐火壁表面(其具有较低的热导率)和开放的TC，T_OPEN，继续被辐射并且温度增加。这导致实际产品温度T_PROD(在产品表面处或作为散装产品的平均温度测量)之间的偏差，并且特别地，T_OPEN可以超过T_PROD几度甚至几百度。因此，由于控制热电偶T_OPEN的温度在实际产品温度T_PROD之前达到温度设定值T_SP，因此从燃烧器输入到炉中的能量可能过早地减少，从而导致比期望的更长的加热和/或熔化时间。

概述

本文描述了在炉中策略性地定位传感器和/或传感器类型的各种组合的方法和系统，使得策略布置(其可以包括一些或全部传感器的物理共处)产生能够改进炉控制和操作的集成传感器系统。这导致提高的过程产率、效率和/或吞吐量。现场和实验室生成的数据展示了可使用本文所述的方法和系统获得的几个令人惊讶的操作优点。

方面1.一种用于在包括炉和烟道的炉系统中使用的集成传感器系统，所述集成传感器系统包括：传感器块，其被配置为安装在所述炉系统的壁中，所述传感器块至少包括两个端口，每个端口被配置为接收传感器；两个或更多个传感器，每个传感器定位在所述传感器块中的相应一个端口中；以及控制器，其被编程为从所述两个或更多个传感器接收信号并且响应于所接收的信号调整所述炉系统的操作；其中所述两个传感器各自选自如下的组合：温度传感器、压力传感器、成分传感器、浓度传感器、辐射传感器、密度传感器、热导率传感器、光学传感器、声传感器、液位传感器、角度传感器、距离传感器、位置传感器、图像采集传感器和视频采集传感器。

方面2.方面1的集成传感器系统，其中，所述控制器被编程为连续地监测所述传感器信号中的至少一个。

方面3.方面1的集成传感器系统，其中，所述控制器被编程为间歇地监测所述传感器信号中的至少一个。