本實(shí)用新型涉及工業(yè)控制系統(tǒng)領(lǐng)域，更具體地，涉及煤粉鍋爐的燃燒控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

控制系統(tǒng)性能的好壞是影響鍋爐效率的重要因素之一。80年代中后期，隨著國外先進(jìn)控制技術(shù)的引入，我國鍋爐的計(jì)算機(jī)控制得到了很大的發(fā)展。90年代，鍋爐的自動(dòng)化控制雖已成為一個(gè)熱門領(lǐng)域，但控制技術(shù)單一，控制算法的建模不能反映真實(shí)鍋爐狀況的問題。近些年，燃?xì)夤I(yè)鍋爐通過引進(jìn)國外先進(jìn)的全自動(dòng)控制系統(tǒng)，鍋爐能夠按照負(fù)荷需求自動(dòng)進(jìn)行啟停、負(fù)荷調(diào)節(jié)、自動(dòng)給水等全自動(dòng)運(yùn)作，大大減少了人工成本。近些年燃煤工業(yè)鍋爐也借鑒國外先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，但自動(dòng)控制手段仍比較單一，控制精度也不高，這就導(dǎo)致我國工業(yè)鍋爐操作不方便，運(yùn)行監(jiān)測(cè)、調(diào)控嚴(yán)重滯后的問題，也間接導(dǎo)致高能耗和嚴(yán)重的環(huán)境污染現(xiàn)狀；另外，自動(dòng)控制技術(shù)水平低，司爐工大多采用手動(dòng)控制，工業(yè)鍋爐的運(yùn)行受運(yùn)行人員技術(shù)水平影響非常大，運(yùn)行人員的技術(shù)素質(zhì)和操作水平參差不齊，無法保證鍋爐在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，導(dǎo)致鍋爐效率低下，運(yùn)行成本增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的煤粉鍋爐的燃燒控制系統(tǒng)。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供煤粉鍋爐的燃燒控制系統(tǒng)，所述煤粉鍋爐包括爐膛，所述爐膛的入口上游設(shè)置燃燒器，所述燃燒器的上游分別設(shè)置螺旋給料機(jī)、燃燒風(fēng)風(fēng)門和中心風(fēng)閥門，油/氣管道穿過所述燃燒器連接至爐膛的入口，燃燒器的風(fēng)道中設(shè)置葉片，所述燃燒控制系統(tǒng)包括：

燃料控制模塊，與所述螺旋給料機(jī)連接；

燃燒風(fēng)控制模塊，與所述燃燒風(fēng)風(fēng)門連接；

燃燒器葉片控制模塊，與所述葉片連接；

中心風(fēng)控制模塊，與所述中心風(fēng)閥門連接；

油/燃?xì)饬空{(diào)節(jié)模塊，與所述油/氣管道的閥門連接；

氧含量檢測(cè)模塊，設(shè)置在所述爐膛的出口，所述氧含量檢測(cè)模塊通過PID控制器與所述燃燒風(fēng)控制模塊連接；

視頻監(jiān)控站，設(shè)置在爐膛中；以及

火焰檢測(cè)器，設(shè)置在所述爐膛或所述中心風(fēng)管中。

根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)方面，所述燃燒器為鈍體燃燒器，所述鈍體燃燒器的出風(fēng)口設(shè)置活動(dòng)鈍體，所述燃燒控制系統(tǒng)還包括鈍體調(diào)節(jié)模塊，所述鈍體調(diào)節(jié)模塊調(diào)節(jié)所述活動(dòng)鈍體的范圍為：

向外最大伸出距離為燃燒器出風(fēng)口直徑的1/4，向內(nèi)最大縮入距離燃燒器出風(fēng)口直徑的1/5。

根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)方面，所述燃燒控制系統(tǒng)還包括控制柜；

其中，所述燃料控制模塊、燃燒風(fēng)控制模塊、燃燒器葉片控制模塊、中心風(fēng)控制模塊、鈍體調(diào)節(jié)模塊以及油/燃?xì)饬空{(diào)節(jié)模塊設(shè)置在所述控制柜中。

根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)方面，所述燃燒控制系統(tǒng)還包括操作員工作站，與所述燃料控制模塊、燃燒風(fēng)控制模塊、燃燒器葉片控制模塊、中心風(fēng)控制模塊、油/燃?xì)饬空{(diào)節(jié)模塊、氧含量檢測(cè)模塊連接。

根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)方面，所述燃燒控制系統(tǒng)還包括工程師工作站，與所述燃料控制模塊、燃燒風(fēng)控制模塊、燃燒器葉片控制模塊、中心風(fēng)控制模塊、油/燃?xì)饬空{(diào)節(jié)模塊、氧含量檢測(cè)模塊連接。

根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)方面，所述視頻監(jiān)控站包括若干個(gè)攝像頭。

根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)方面，所述燃燒器的葉片的開度為40-90％。

根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)方面，所述中心風(fēng)閥門的開度為0-30％。

根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)方面，所述控制柜與UPS電源連接。

本申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N煤粉鍋爐的燃燒控制系統(tǒng)，通過在鍋爐爐膛的各進(jìn)料/風(fēng)裝置設(shè)置控制頻率或開度的模塊，擺脫了司爐工大多采用手動(dòng)控制的現(xiàn)狀，節(jié)省了大量的人力和時(shí)間，并且，通過氧含量檢測(cè)模塊監(jiān)測(cè)煙氣中的含氧量，含氧量是衡量空氣過?；蚩諝獠蛔愕闹匾獧z測(cè)手段，在保障煤粉充分燃燒的基礎(chǔ)上，盡量減少供風(fēng)量，降低排煙溫度，減少排煙熱損失，提高運(yùn)行效率。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的煤粉鍋爐的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本實(shí)用新型的煤粉鍋爐的燃燒控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為本實(shí)用新型中螺旋給料曲線的示意圖；

圖4為本實(shí)用新型中燃燒風(fēng)曲線的示意圖；

圖5為本實(shí)用新型中煤粉鍋爐燃燒控制流程的示意圖；

圖6為本實(shí)用新型中自動(dòng)點(diǎn)火步驟的控制流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本實(shí)用新型，但不用來限制本實(shí)用新型的范圍。

圖1給出了本實(shí)用新型的煤粉鍋爐的結(jié)構(gòu)框圖，所述煤粉鍋爐包括爐膛，所述爐膛的入口上游設(shè)置燃燒器，所述燃燒器的上游分別設(shè)置螺旋給料機(jī)、燃燒風(fēng)風(fēng)門和中心風(fēng)閥門，中心風(fēng)閥門設(shè)置在中心風(fēng)管中，油/氣管道穿過所述燃燒器連接至爐膛的入口，螺旋給料機(jī)控制向燃燒器供應(yīng)的煤粉量，燃燒風(fēng)經(jīng)燃燒風(fēng)風(fēng)門進(jìn)入燃燒器，燃燒風(fēng)是主要助燃風(fēng)，所述燃燒風(fēng)包含一次燃燒風(fēng)和二次燃燒風(fēng)，所述一次燃燒風(fēng)用來輸送干燥煤粉并提供煤粉中揮發(fā)分燃燒所需的氧量，所述二次燃燒風(fēng)為煤粉燃燒提供充足的氧氣并與一次燃燒風(fēng)協(xié)同作用決定回流區(qū)的大小和一、二次風(fēng)的混合，中心風(fēng)閥門控制中心風(fēng)管向燃燒器輸入中心風(fēng)量，中心風(fēng)的作用是調(diào)節(jié)火焰的著火點(diǎn)位置，油/氣管道向爐膛中輸入點(diǎn)火所需的燃料量。

圖2給出了本實(shí)用新型的煤粉鍋爐的燃燒控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，所述燃燒控制系統(tǒng)包括：

燃料控制模塊，與所述螺旋給料機(jī)連接；

燃燒風(fēng)控制模塊，與所述燃燒風(fēng)風(fēng)門連接；

燃燒器葉片控制模塊，與所述燃燒器的葉片連接；

中心風(fēng)控制模塊，與所述中心風(fēng)閥門連接；

油/燃?xì)饬空{(diào)節(jié)模塊，與所述油/氣管道的閥門連接；

氧含量檢測(cè)模塊，設(shè)置在爐膛的出口，所述氧含量檢測(cè)模塊與燃燒風(fēng)控制模塊連接；以及

視頻監(jiān)控站，設(shè)置在爐膛中。

通過在鍋爐爐膛的各進(jìn)料/風(fēng)裝置設(shè)置控制該裝置頻率或開度的模塊，擺脫了司爐工大多采用手動(dòng)控制的現(xiàn)狀，節(jié)省了大量的人力和時(shí)間，并且，通過氧含量檢測(cè)模塊監(jiān)測(cè)煙氣中的含氧量，是衡量空氣過?；蚩諝獠蛔愕闹匾獧z測(cè)手段，在保障煤粉充分燃燒的基礎(chǔ)上，盡量減少供風(fēng)量，降低排煙溫度，減少排煙熱損失，提高運(yùn)行效率。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，火焰檢測(cè)器，設(shè)置在所述爐膛或所述中心風(fēng)管中，當(dāng)中心風(fēng)管較細(xì)時(shí)，則設(shè)置在爐膛中，反之則設(shè)置在中心風(fēng)管中，火焰檢測(cè)器是使用者掌握爐內(nèi)火焰情況的重要設(shè)備，視頻監(jiān)控站的作用是通過實(shí)時(shí)攝像觀察爐膛中的火焰情況，可能存在肉眼觀察不準(zhǔn)確的問題，火焰檢測(cè)器則能排除肉眼觀察火焰的局限性，其光譜響應(yīng)范圍大大增加，能夠精確感應(yīng)爐膛內(nèi)的火焰情況。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述燃料控制模塊，與所述螺旋給料機(jī)連接，燃料控制模塊調(diào)節(jié)螺旋給料機(jī)的頻率來調(diào)節(jié)供應(yīng)煤粉的量，進(jìn)而達(dá)到需要的負(fù)荷。通過操作者的測(cè)試，可以獲得螺旋給料機(jī)運(yùn)行頻率與煤粉量的關(guān)系，獲得一條曲線，即螺旋給料曲線。

根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)方面，所述燃燒器為鈍體燃燒器，所述鈍體燃燒器的出風(fēng)口設(shè)置活動(dòng)鈍體，所述燃燒控制系統(tǒng)還包括鈍體調(diào)節(jié)模塊，所述鈍體調(diào)節(jié)模塊調(diào)節(jié)所述活動(dòng)鈍體向外最大伸出距離為燃燒器出風(fēng)口直徑的1/4，向內(nèi)最大縮入距離為燃燒器出風(fēng)口直徑的1/5?；顒?dòng)鈍體對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是一個(gè)常見技術(shù)手段，但現(xiàn)有的活動(dòng)鈍體調(diào)節(jié)的精度并不確定，并不存在一個(gè)準(zhǔn)確的值，鈍體調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)有利于提高燃燒器煤種適用性，通過調(diào)節(jié)鈍體位置，可以調(diào)節(jié)著火點(diǎn)位置和回流區(qū)大小，當(dāng)煤粉揮發(fā)分較高，著火點(diǎn)過于靠近噴口時(shí)，為防止燒壞噴口，通過鈍體位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)使鈍體向燃燒器縮進(jìn)，加大一次風(fēng)量，將著火點(diǎn)位置推遠(yuǎn)；反之，通過鈍體位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)將鈍體向遠(yuǎn)離燃燒器推送，拉近著火點(diǎn)位置。通過本發(fā)明人經(jīng)過長(zhǎng)期的試驗(yàn)及數(shù)值模擬研究，鈍體向內(nèi)縮入燃燒器出風(fēng)口直徑的1/5、向外伸出燃燒器出風(fēng)口直徑的1/4范圍是調(diào)節(jié)著火位置和回流區(qū)大小的比較有效的范圍。

圖3給出了本實(shí)用新型中螺旋給料曲線的示意圖，由該曲線可以看出隨著螺旋給料機(jī)頻率的增加，給料量增加。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述燃燒風(fēng)風(fēng)門設(shè)置可調(diào)節(jié)的風(fēng)門擋板，所述燃燒風(fēng)控制模塊與所述風(fēng)門擋板連接，以控制風(fēng)量，風(fēng)門的開度越大。燃燒風(fēng)量越大，使用者根據(jù)煤粉量調(diào)節(jié)風(fēng)門的開度。由于供粉量與風(fēng)量是線性關(guān)系，使用者可以通過計(jì)算和測(cè)試，確定該曲線，即燃燒風(fēng)曲線。

圖4給出了本實(shí)驗(yàn)新型中燃燒風(fēng)曲線的示意圖，從圖中可以看出，隨著風(fēng)門開度的增大，燃燒風(fēng)量增大。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述燃燒器的葉片設(shè)置可調(diào)節(jié)的連桿機(jī)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)連桿機(jī)構(gòu)，達(dá)到調(diào)節(jié)葉片的位置、進(jìn)而調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)角度的目的，不同階段、不同負(fù)荷下，燃燒器葉片角度對(duì)應(yīng)著最佳的角度。所述燃燒器葉片控制模塊與連桿機(jī)構(gòu)連接。連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)屬于本領(lǐng)域的常用設(shè)計(jì)，不屬于本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)范疇，例如市面上常見的葉片擺動(dòng)式燃燒器，就是通過一個(gè)將葉片與燃燒器筒體采用軸銷活動(dòng)連接，以使葉片進(jìn)行擺動(dòng)，這里的軸銷就屬于一種連桿機(jī)構(gòu)。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述中心風(fēng)閥門設(shè)有調(diào)節(jié)中心風(fēng)風(fēng)量的調(diào)節(jié)閥門，所述中心風(fēng)控制模塊與調(diào)節(jié)閥門連接以控制中心風(fēng)閥門。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述油/氣管道同樣設(shè)置調(diào)節(jié)流量的閥門，油/燃?xì)饬空{(diào)節(jié)模塊與所述閥門連接，繼而調(diào)節(jié)油/氣管道的燃料流量。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，氧含量檢測(cè)模塊設(shè)置在爐膛的出口，所述氧含量檢測(cè)模塊與燃燒風(fēng)控制模塊連接，當(dāng)煤粉量一定時(shí)，燃燒風(fēng)首先需滿足燃燒需求，在此基礎(chǔ)上，通過氧含量檢測(cè)模塊檢測(cè)含氧量并發(fā)送反饋信號(hào)，運(yùn)用PID控制器以PID方式，適當(dāng)調(diào)節(jié)送風(fēng)量，使?fàn)t膛出口含氧量在一定范圍。該范圍與燃料種類、燃燒方式及燃燒設(shè)備的完善程度有關(guān)，使用者通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行確定。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，視頻監(jiān)控站包括設(shè)置在爐膛中的多個(gè)攝像頭，能夠清晰地記錄爐膛內(nèi)是否點(diǎn)火成功。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述控制系統(tǒng)還包括控制柜，所述燃料控制模塊、燃燒風(fēng)控制模塊、燃燒器葉片控制模塊、中心風(fēng)控制模塊、油/燃?xì)饬空{(diào)節(jié)模塊、氧含量檢測(cè)模塊、鈍體調(diào)節(jié)模塊集中設(shè)置在所述控制柜中。這樣設(shè)置的好處是實(shí)現(xiàn)了各模塊的統(tǒng)一、集中管理，控制柜主要用于調(diào)節(jié)設(shè)備的工作頻率，減少能源損耗，能夠平穩(wěn)啟動(dòng)設(shè)備，減少設(shè)備直接啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流對(duì)電機(jī)的損害。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述系統(tǒng)包括操作員工作站，與所述燃料控制模塊、燃燒風(fēng)控制模塊、燃燒器葉片控制模塊、中心風(fēng)控制模塊、油/燃?xì)饬空{(diào)節(jié)模塊、氧含量檢測(cè)模塊以及鈍體調(diào)節(jié)模塊連接。操作員工作站使操作人員對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和操作，實(shí)時(shí)觀察各模塊的控制程度。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括工程師工作站，與所述燃料控制模塊、燃燒風(fēng)控制模塊、燃燒器葉片控制模塊、中心風(fēng)控制模塊、油/燃?xì)饬空{(diào)節(jié)模塊、氧含量檢測(cè)模塊以及鈍體調(diào)節(jié)模塊連接。其與操作員工作站的區(qū)別在于，操作員工作站僅能觀察各模塊的控制程度，而工程師工作站不僅能夠觀察，還能夠?qū)こ添?xiàng)目文件進(jìn)行新建、編輯、修改，和項(xiàng)目程序的下載、上載，以及生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)控、操作，生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)、報(bào)警以及打印。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，燃料控制模塊調(diào)節(jié)螺旋給料機(jī)，燃料控制模塊采集給料機(jī)頻率信號(hào)，通過以太網(wǎng)傳到工程師工作站和操作員工作站，工作站發(fā)出調(diào)節(jié)螺旋給料機(jī)的信號(hào)至燃料控制模塊，然后燃料控制模塊根據(jù)信號(hào)調(diào)節(jié)給料機(jī)頻率。

圖5給出了煤粉鍋爐燃燒控制流程示意圖，煤粉鍋爐燃燒控制流程主要分為三個(gè)過程，分別為點(diǎn)火過程、油/氣粉混燒過程以及煤粉燃燒過程?；玖鞒虨椋簩?duì)點(diǎn)火條件進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)具備點(diǎn)火條件時(shí)，啟動(dòng)點(diǎn)火程序；當(dāng)鍋爐達(dá)到點(diǎn)火負(fù)荷并且火焰檢測(cè)器監(jiān)測(cè)到火焰信號(hào)后，燃料控制模塊加大螺旋給料機(jī)的給煤量，同時(shí)油/燃?xì)饬靠刂颇K減少燃油/燃?xì)饬浚M(jìn)入油/氣粉混燒過程，維持鍋爐在最下運(yùn)行負(fù)荷下運(yùn)行；當(dāng)燃油/氣量減少到一定值且觀察到爐膛內(nèi)火焰明亮、充滿，停止供油/氣，進(jìn)入煤粉燃燒階段，根據(jù)負(fù)荷需求進(jìn)行調(diào)整煤粉量。

其中，點(diǎn)火條件需滿足：燃油/燃?xì)饩邆洹㈠仩t水位具備以及煤倉料位具備。

圖6給出了自動(dòng)點(diǎn)火控制流程示意圖，當(dāng)點(diǎn)火條件滿足后，開啟引風(fēng)機(jī)，再開啟鼓風(fēng)機(jī)，以下過程都需爐膛負(fù)壓在-200～-300pa范圍內(nèi)，吹掃一定時(shí)間，通點(diǎn)火燃料并點(diǎn)火，點(diǎn)火成功后，調(diào)節(jié)燃燒風(fēng)風(fēng)門，然后以一定的給料機(jī)頻率送煤粉，當(dāng)火檢監(jiān)測(cè)到火焰信號(hào)，點(diǎn)火成功；當(dāng)設(shè)備無法正常啟動(dòng)或沒有檢測(cè)到火焰信號(hào)時(shí)，會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的故障報(bào)警，運(yùn)行人員根據(jù)報(bào)警類型對(duì)相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行檢修。

油/氣粉混燒過程：此階段，供粉量和供油/氣量都有關(guān)于時(shí)間變化的曲線，供粉量隨時(shí)間以一定的增長(zhǎng)速率增多，供油/氣量隨著時(shí)間以一定的速率減少，隨時(shí)監(jiān)測(cè)火焰情況，進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

煤粉燃燒階段：此時(shí)送入爐膛的煤粉不需要點(diǎn)火燃料油/氣助燃，依靠爐內(nèi)煤粉燃燒熱即可點(diǎn)燃，停止供油/氣，通過燃料控制模塊調(diào)節(jié)供粉量，燃燒風(fēng)控制模塊、中心風(fēng)控制模塊以及燃燒器葉片控制模塊控制送風(fēng)量，達(dá)到需要負(fù)荷。

煤粉工業(yè)鍋爐燃燒控制分為三個(gè)過程，每個(gè)過程都可以由油/氣閥門調(diào)節(jié)、燃燒風(fēng)調(diào)節(jié)、中心風(fēng)調(diào)節(jié)、燃燒器葉片位置調(diào)節(jié)、螺旋給料調(diào)節(jié)五部分組成。

最后，本申請(qǐng)的方法僅為較佳的實(shí)施方案，并非用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。