生物燃氣供蒸汽鍋爐負荷調(diào)節(jié)自動控制方法及系統(tǒng)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及生物燃氣供應系統(tǒng)，尤其涉及生物燃氣供鍋爐的負荷調(diào)節(jié)控制方法和系統(tǒng)裝置。通過自動控制器控制主動調(diào)節(jié)風機運轉(zhuǎn)頻率，主動調(diào)節(jié)風機輸送給定的氣化風量或者給定的燃氣量，通過給定的氣化風量或者給定的燃氣量控制蒸汽鍋爐燃燒產(chǎn)出的蒸汽量，蒸汽壓力傳感器信號和蒸汽流量計信號作為反饋進入自動控制器中，形成閉環(huán)控制回路。實現(xiàn)生物質(zhì)氣化爐負荷平穩(wěn)變化，鍋爐燃燒器燃氣充分合理燃燒，爐膛氣壓穩(wěn)定，蒸汽在設(shè)定的壓力范圍內(nèi)平穩(wěn)供應。本發(fā)明的控制系統(tǒng)解決現(xiàn)有燃油燃氣鍋爐控制方法不適用于生物燃氣供蒸汽鍋爐應用場合的問題，最大程度的增強生物質(zhì)氣化爐與蒸汽鍋爐之間的匹配，實現(xiàn)生物質(zhì)氣化爐與蒸汽鍋爐統(tǒng)一協(xié)調(diào)自動控制。
【專利說明】生物燃氣供蒸汽鍋爐負荷調(diào)節(jié)自動控制方法及系統(tǒng)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物燃氣供應系統(tǒng)，尤其涉及生物燃氣供鍋爐的負荷調(diào)節(jié)控制方法和系統(tǒng)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]生物質(zhì)能是僅次于煤炭、石油氣和天然氣而居于世界能源消費總量第四位的能源，在能源系統(tǒng)中占有非常重要的地位。生物質(zhì)燃氣技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展已進入工業(yè)化。目前使用的燃油燃氣鍋爐所用燃料一般為柴油、重油、水煤漿、天然氣等。柴油、重油成本高且污染物排放高，水煤漿污染物排放在當今嚴峻的環(huán)境壓力下也表現(xiàn)的不理想。生物燃氣不但排放標準等同于天然氣，而且價格優(yōu)于天然氣，是一種廉價優(yōu)質(zhì)的替代能源。
[0003]現(xiàn)有燃油燃氣的蒸汽鍋爐控制方法以蒸汽壓力值為依據(jù)控制燃燒器的啟停和大小火，啟停和大小火控制是一種定量燃燒的控制方法，該種方法適用于燃油、燃氣等隨用隨開的場合。工廠的燃油、天然氣、水煤漿等正常情況下都是供應充足的，且這些燃料較生物燃氣熱值高，熱量能快速轉(zhuǎn)換成蒸汽，所以現(xiàn)有的燃油燃氣鍋爐控制方法在使用傳統(tǒng)燃料時，一般都能保證工廠蒸汽正常供應，適應工廠蒸汽負荷的變化。
[0004]目前燃油燃氣的蒸汽鍋爐控制方法以蒸汽壓力值為依據(jù)控制燃燒器的啟停和大小火，在使用油、天然氣、水煤漿時，這種方法簡單實用，技術(shù)成熟，但使用生物燃氣的蒸汽鍋爐卻不能簡單的進行啟停和大小火控制。生物燃氣一般是配備生物質(zhì)氣化爐即產(chǎn)即用的，生物質(zhì)氣化爐一旦啟爐后就需要長期運行，且在其負荷調(diào)節(jié)比范圍內(nèi)運行。生物質(zhì)氣化爐頻繁的啟停爐和超小負荷運行不但影響生物質(zhì)氣化爐運行經(jīng)濟性，也影響氣化爐運行安全穩(wěn)定性。生物燃氣即產(chǎn)即用意味著生物質(zhì)氣化爐和燃氣鍋爐需要配合控制，否則容易造成能源浪費或能源不足的狀況，而工廠生產(chǎn)變化帶來需要蒸汽量的不確定性，使生物質(zhì)氣化爐和燃氣鍋爐需要及時、適量調(diào)整。
[0005]如上所述，生物質(zhì)燃氣與傳統(tǒng)燃料在供應上存在較大差異，現(xiàn)有的燃油燃氣鍋爐控制方法并不適合于使用生物質(zhì)燃氣供鍋爐的場合，因此有必要建立一種生物燃氣供蒸汽鍋爐自動控制系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的生物燃氣供蒸汽鍋爐控制方法為解決上述問題，采用一種新的以蒸汽壓力和蒸汽流量為參數(shù)的自動控制方法和系統(tǒng)裝置對生物質(zhì)氣化爐和蒸汽鍋爐設(shè)備進行聯(lián)動控制和調(diào)節(jié)，實現(xiàn)生物燃氣安全生產(chǎn)、蒸汽穩(wěn)定供應。
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明的自動控制方法為:通過自動控制器控制主動調(diào)節(jié)風機運轉(zhuǎn)頻率，主動調(diào)節(jié)風機輸送給定的氣化風量或者給定的燃氣量，通過給定的氣化風量或者給定的燃氣量控制蒸汽鍋爐燃燒產(chǎn)出的蒸汽量，蒸汽壓力傳感器信號和蒸汽流量計信號作為反饋進入自動控制器中，形成閉環(huán)控制回路。
[0008]進一步地，該方法的設(shè)定蒸汽壓力值和當前蒸汽壓力的偏差進行比例-積分運算，然后加入當前蒸汽流量值經(jīng)過函數(shù)G(X)運算的值，以前饋形式提高系統(tǒng)的響應速度，最后對結(jié)果進行限幅處理后，即得出氣化風量指令值或者燃氣量指令值。
[0009]進一步地，該方法的主動調(diào)節(jié)風機為氣化風機或者燃氣引風機，氣化風機用于輸送給定氣化風量，燃氣引風機用于輸送給定燃氣量；二者其中之一作為主動調(diào)節(jié)風機，另一則作為從動調(diào)節(jié)風機，若是不安裝燃氣引風機的場合則氣化風機作為主動調(diào)節(jié)風機。
[0010]該方法的系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)方案如下:
氣化風機I通過氣化進風管4連接生物質(zhì)氣化爐5，生物質(zhì)氣化爐5通過燃氣輸出管道7連接蒸汽鍋爐15，蒸汽鍋爐15前端安裝燃燒器14 ;氣化風機I與氣化風機變頻器2對應連接，燃燒器配氧風機16、燃燒器配氧風機變頻器17與燃燒器14對應連接，蒸汽壓力傳感器20和蒸汽流量計21與蒸汽鍋爐15對應連接；氣化風機變頻器2、燃燒器配氧風機變頻器17、蒸汽壓力傳感器20和蒸汽流量計21與自動控制器26電連接。
[0011]進一步地，所述的燃燒器14前端安裝有燃氣引風機10、燃氣引風機變頻器11。
[0012]進一步地，所述的氣化風機I與生物質(zhì)氣化爐5之間的氣化風進風管道4上安裝有氣化風切斷閥3 ;生物質(zhì)氣化爐5和燃燒器14之間設(shè)置放散閥8、放散煙囪9 ;燃燒器14前端還安裝有燃氣供氣閥12、燃燒器燃氣氣壓傳感器13。
[0013]進一步地，所述的蒸汽鍋爐15連接爐膛煙氣氣壓傳感器18 ;蒸汽壓力傳感器20和蒸汽流量計21安裝在蒸汽鍋爐蒸汽燃氣輸出管道19上。
[0014]進一步地，所述的生物質(zhì)氣化爐5爐頂上安裝有爐頂燃氣壓力傳感器6。
[0015]進一步地，所述的蒸汽鍋爐15連接煙氣燃氣輸出管道22，通過煙氣引風機23連接煙氣煙? 25，煙氣引風機23與煙氣引風機變頻器24相應連接。
[0016]進一步地，所述的自動控制器26與爐頂燃氣氣壓傳感器6、燃氣引風機變頻器11、燃燒器燃氣氣壓傳感器13、爐膛煙氣氣壓傳感器18、煙氣引風機變頻器24、人機設(shè)備27電連接。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
通過接收蒸汽的壓力信號或流量信號，自動控制器根據(jù)設(shè)定壓力值，控制主動調(diào)節(jié)風機風量，調(diào)節(jié)進入蒸汽鍋爐的燃氣量，自動調(diào)節(jié)燃燒器配氧量，自調(diào)節(jié)煙氣引風機排氣量，從而實現(xiàn)生物質(zhì)氣化爐負荷平穩(wěn)變化，鍋爐燃燒器燃氣充分合理燃燒，爐膛氣壓穩(wěn)定，蒸汽在設(shè)定的壓力范圍內(nèi)平穩(wěn)供應。本發(fā)明的控制系統(tǒng)解決現(xiàn)有燃油燃氣鍋爐控制方法不適用于即產(chǎn)即用生物燃氣供蒸汽鍋爐應用場合的問題，最大程度的增強生物質(zhì)氣化爐與蒸汽鍋爐之間的匹配，實現(xiàn)生物質(zhì)氣化爐與蒸汽鍋爐統(tǒng)一協(xié)調(diào)自動控制，減少控制系統(tǒng)的人為干預量，最大限度的保障系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行。
[0018]【專利附圖】

【附圖說明】:
附圖1為本發(fā)明實施例1示意圖；
附圖2為本發(fā)明實施例2和3示意圖；
附圖3為本發(fā)明氣化風量指令示意圖；
附圖4為本發(fā)明燃氣風量指令示意圖。
[0019]【具體實施方式】:
實施例1:
如圖1所示，氣化風機為主動調(diào)節(jié)風機做主動調(diào)節(jié)風機，其他風機均為從動調(diào)節(jié)風機，負荷控制核心是氣化風量指令的給定方法。在生物質(zhì)氣化爐和蒸汽鍋爐正常工作情況下，氣化風量基本確定了氣化爐產(chǎn)出的燃氣量，燃氣量則確定了蒸汽的產(chǎn)量，所以可以認為控制氣化風量則等同控制燃氣量，控制氣化風量即可控制蒸汽產(chǎn)量，參閱圖3，列舉了一種氣化指令給定公式。以下為從動調(diào)節(jié)風機控制方法:燃燒器配氧風機根據(jù)配氧量和氣化風量的標定值，跟隨氣化風量指令進行控制，控制目標是確保燃燒器燃氣與空氣在合理配比下燃燒；煙氣引風機以氣化風量指令和爐膛煙氣氣壓值進行調(diào)節(jié)，控制目標是保證煙氣正常排出、保持爐膛氣壓力平穩(wěn)并處于在設(shè)定范圍之內(nèi)。
[0020]實施例1中:自動控制器控制氣化風機運轉(zhuǎn)頻率，氣化風機輸送給定氣化風量，生物質(zhì)氣化爐產(chǎn)出燃氣，燃氣進入蒸汽鍋爐燃燒產(chǎn)出蒸汽，蒸汽壓力傳感器信號或者蒸汽流量計信號反饋進入自動控制器中，形成閉環(huán)控制回路。
[0021]氣化風量指令計算如附圖3所示，對設(shè)定蒸汽壓力值和當前蒸汽壓力的偏差進行比例-積分運算，然后加入當前蒸汽流量值經(jīng)過函數(shù)G (X)運算的值，以前饋形式提高系統(tǒng)的響應速度，最后對結(jié)果進行限幅處理后，即得出氣化風量指令值，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實際生產(chǎn)需要選用具體數(shù)值進行計算和設(shè)定。
[0022]實施例2:
如圖2，本實施例在實施例1的基礎(chǔ)上，在燃燒器前端加安裝有燃氣引風機、燃氣引風機變頻器。此實施例中，氣化風機作為主動調(diào)節(jié)風機，其他風機均為從動調(diào)節(jié)風機，負荷控制核心是氣化風量指令的給定方法。燃氣引風機作為從動調(diào)節(jié)風機，燃氣引風機以氣化風量指令和爐頂燃氣氣壓值進行調(diào)節(jié)，控制目標是保證燃氣正常輸送、保持爐頂燃氣壓力平穩(wěn)并處于在設(shè)定范圍之內(nèi)，其他從動風機與實施例1中相同。
[0023]實施例3:
如圖2所示，本實施例中，燃氣引風機作為主動調(diào)節(jié)風機，其他風機均為從動調(diào)節(jié)風機。負荷控制核心是燃氣量指令的給定方法。在生物質(zhì)氣化爐和蒸汽鍋爐正常工作情況下，燃氣量確定了蒸汽的產(chǎn)量，控制燃氣量即可控制蒸汽產(chǎn)量，圖4列舉一種燃氣量指令給定公式。以下為從動調(diào)節(jié)風機控制方法:氣化風機以燃氣量指令和爐頂燃氣氣壓值進行調(diào)節(jié)，控制目標是保證燃氣穩(wěn)定生產(chǎn)、保持爐頂燃氣壓力平穩(wěn)并處于在設(shè)定范圍之內(nèi)；燃燒器配氧風機和煙氣引風機控制方法與實施例1類似，燃燒器配氧風機根據(jù)配氧量和燃氣量的標定值，跟隨燃氣量指令進行控制；煙氣引風機以燃氣量指令和爐膛煙氣氣壓值進行調(diào)節(jié)。
[0024]本實施例中，自動控制器控制燃氣弓I風機運轉(zhuǎn)頻率，燃氣弓I風機輸送給定燃氣量，燃氣進入蒸汽鍋爐產(chǎn)出蒸汽，蒸汽壓力傳感器信號或蒸汽流量計信號反饋進入自動控制器中，形成閉環(huán)控制回路。燃氣量指令計算如圖4所示:對設(shè)定蒸汽壓力值和當前蒸汽壓力的偏差進行比例-積分運算，然后加入當前蒸汽流量值經(jīng)過函數(shù)G(X)運算的值，以前饋形式提高系統(tǒng)的響應速度，最后對結(jié)果進行限幅處理后，即得出燃氣量指令值。
[0025]本發(fā)明中，蒸汽壓力信號和蒸汽流量信號由自動控制器接收，自動控制器根據(jù)設(shè)定的蒸汽壓力值，通過既定計算程序計算出氣化風量指令或燃氣量指令，并輸出控制信號。
[0026]實施例1中，當生物質(zhì)氣化爐和蒸汽鍋爐距離較近時，將燃氣引風機和燃氣引風機變頻器去除，簡化工藝流程。
[0027]本發(fā)明中，氣化切斷閥是否打開取決于氣化風機是否投入運行，氣化切斷閥在氣化爐停爐或壓火時關(guān)閉，切斷外部空氣進入氣化爐。
[0028]本發(fā)明中，爐頂燃氣氣壓傳感器用于監(jiān)控氣化爐氣化狀態(tài)的穩(wěn)定性，燃燒器燃氣氣壓傳感器用于判斷管道的疏通狀態(tài)和燃氣的供應情況。
[0029]本發(fā)明中，放散閥用于排放生物質(zhì)氣化爐殘氣、廢氣以及在緊急情況下排放燃氣；緊急放散時，放散閥打開，燃氣供氣閥關(guān)閉，氣化風切斷閥關(guān)閉，所有風機關(guān)停；燃氣供氣閥燃氣供氣閥則在正常情況下將合格燃氣輸送到鍋爐燃燒器燃氣入口管道。
[0030]本發(fā)明中，風量指令通過風機風量和風機頻率的標定公式換算，以風機運行頻率形式輸出。
[0031]本發(fā)明中，自動控制器以模擬量信號控制風機變頻器的運行頻率；自動控制器接收蒸汽壓力傳感器和蒸汽流量計的模擬量信號(用作負荷調(diào)節(jié)的控制信號)；自動控制器輸出閥門的開關(guān)信號，控制閥門打開或關(guān)閉。
[0032]本發(fā)明中，自動控制器負責整個系統(tǒng)的控制，包括負荷控制控制功能，電氣系統(tǒng)自診斷功能、鍋爐水位控制功能、鍋爐急停保護功能、燃氣緊急放散功能、鍋爐熄火報警功能及其他報警功能等；自動控制器工作原理是根據(jù)接收信號，執(zhí)行既定自動程序、計算程序和保護程序，并輸出控制信號；人機設(shè)備功能是與自動控制器通訊，檢測控制系統(tǒng)運行狀態(tài)、設(shè)置運行參數(shù)等。自動控制器的種類可包括PLC、DCS、工控機等能實現(xiàn)類似功能的控制器。
[0033]實例I和實例2中，以氣化風量為負荷控制的核心，氣化風量通過風機風量和風機頻率的標定公式換算，以氣化風機運行頻率形式輸出，在實際應用中，可以使用氣體流量計進行測量，自動控制器可做出風量指令的雙閉環(huán)控制，準確輸出風量指令；燃氣量決定蒸汽產(chǎn)量，也是燃燒器配氧風機和煙氣引風機控制的重要依據(jù)，在實際應用中，同樣可以使用氣體流量計測量得出。
[0034]本發(fā)明中，控制系統(tǒng)以蒸汽壓力和蒸汽流量為反饋信號，在實際應用中，可以單以蒸汽壓力為反饋信號，不采用蒸汽流量作前饋信號，同樣能實現(xiàn)方案的功能；也可以以蒸汽溫度替代蒸汽壓力作為反饋信號，同樣可以實現(xiàn)技術(shù)方案的功能。
[0035]本發(fā)明中，燃燒器配氧風機風量通過主動調(diào)節(jié)風機風量計算得出，在實際應用中，可以使用氧化鋯測量煙氣含氧量，自動控制器根據(jù)測量的含氧量，調(diào)節(jié)燃燒器配氧風機運行頻率，使燃燒器燃氣和空氣在合理配比下燃燒。
[0036]當然，以上僅為本發(fā)明較佳實施方式，并非以此限定本發(fā)明的使用范圍，故，凡是在本發(fā)明原理上做等效改變均應包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.生物燃氣供蒸汽鍋爐負荷調(diào)節(jié)自動控制方法，其特征在于:自動控制器控制主動調(diào)節(jié)風機運轉(zhuǎn)頻率，主動調(diào)節(jié)風機輸送給定的氣化風量或者給定的燃氣量，通過給定的氣化風量或者給定的燃氣量控制蒸汽鍋爐燃燒產(chǎn)出的蒸汽量，蒸汽壓力傳感器信號和蒸汽流量計信號作為反饋進入自動控制器中，形成閉環(huán)控制回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物燃氣供蒸汽鍋爐負荷調(diào)節(jié)自動控制方法，其特征在于:設(shè)定蒸汽壓力值和當前蒸汽壓力的偏差進行比例-積分運算，然后加入當前蒸汽流量值經(jīng)過函數(shù)G(X)運算的值，以前饋形式提高系統(tǒng)的響應速度，最后對結(jié)果進行限幅處理后，即得出氣化風量指令值或者燃氣量指令值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物燃氣供蒸汽鍋爐負荷調(diào)節(jié)自動控制方法，其特征在于:所述的主動調(diào)節(jié)風機為氣化風機或者燃氣引風機，氣化風機用于輸送給定氣化風量，燃氣引風機用于輸送給定燃氣量，二者其中之一作為主動調(diào)節(jié)風機，另一則作為從動調(diào)節(jié)風機，若是不安裝燃氣引風機的場合則氣化風機作為主動調(diào)節(jié)風機。
4.生物燃氣供蒸汽鍋爐負荷調(diào)節(jié)自動控制系統(tǒng)裝置，其特征在于:氣化風機(I)通過氣化進風管(4)連接生物質(zhì)氣化爐(5)，生物質(zhì)氣化爐(5)通過燃氣輸出管道(7)連接蒸汽鍋爐(15)，蒸汽鍋爐(15)前端安裝燃燒器(14);氣化風機(I)與氣化風機變頻器(2)對應連接，燃燒器配氧風機(16)、燃燒器配氧風機變頻器(17)與燃燒器(14)對應連接，蒸汽壓力傳感器(20)和蒸汽流量計(21)與蒸汽鍋爐(15)對應連接；氣化風機變頻器(2)、燃燒器配氧風機變頻器(17)、蒸汽壓力傳感器(20)和蒸汽流量計(21)與自動控制器(26)電連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生物燃氣供蒸汽鍋爐負荷調(diào)節(jié)自動控制系統(tǒng)裝置，其特征在于:燃燒器(14 )前端安裝有燃氣引風機(1 )、燃氣引風機變頻器(11)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的生物燃氣供蒸汽鍋爐負荷調(diào)節(jié)自動控制系統(tǒng)裝置，其特征在于:氣化風機(I)與生物質(zhì)氣化爐(5)之間的氣化風進風管道(4)上安裝有氣化風切斷閥(3);生物質(zhì)氣化爐(5)和燃燒器(14)之間設(shè)置放散閥(8)、放散煙囪(9);燃燒器(14)前端還安裝有燃氣供氣閥(12)、燃燒器燃氣氣壓傳感器(13)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的生物燃氣供蒸汽鍋爐負荷調(diào)節(jié)自動控制系統(tǒng)裝置，其特征在于:蒸汽鍋爐(15)連接爐膛煙氣氣壓傳感器(18);蒸汽壓力傳感器(20)和蒸汽流量計(21)安裝在蒸汽鍋爐蒸汽燃氣輸出管道(19)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的生物燃氣供蒸汽鍋爐負荷調(diào)節(jié)自動控制系統(tǒng)裝置，其特征在于:生物質(zhì)氣化爐(5)爐頂上安裝有爐頂燃氣壓力傳感器(6)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的生物燃氣供蒸汽鍋爐負荷調(diào)節(jié)自動控制系統(tǒng)裝置，其特征在于:蒸汽鍋爐(15)連接煙氣燃氣輸出管道(22)，通過煙氣引風機(23)連接煙氣煙囪(25)，煙氣引風機(23)與煙氣引風機變頻器(24)相應連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的生物燃氣供蒸汽鍋爐負荷調(diào)節(jié)自動控制系統(tǒng)裝置，其特征在于:自動控制器(26)與爐頂燃氣氣壓傳感器(6)、燃氣引風機變頻器(11)、燃燒器燃氣氣壓傳感器(13)、爐膛煙氣氣壓傳感器(18)、煙氣引風機變頻器(24)、人機設(shè)備(27)電連接。
【文檔編號】F22B35/00GK104501127SQ201410786029
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月18日
【發(fā)明者】譚建林, 司學明, 程中軍, 廖林鎮(zhèn) 申請人:廣東綠殼新能源有限公司