CN101354139B - 生物质能电厂黄色秸秆的上料系统及其协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种生物质能电厂黄色秸秆的上料系统及其协调控制方法，分包平台通过分包平台侧链板输送机和破碎机侧链板输送机与秸秆破碎机的进口连接；秸秆破碎机的出口通过大倾角波状挡边带式输送机与炉前料仓分配器连接；与炉膛相通的锅炉给料螺旋输送机与炉前料仓分配器连接；其中，分包平台、分包平台侧链板输送机、破碎机侧链板输送机、秸秆破碎机、炉前料仓分配器和锅炉给料螺旋输送机均为两套，且每套配合连接后均与一套大倾角波状挡边带式输送机连接。本发明中设置两套互为备用的系统，并对上料系统进行顺序启停、自动调节、连锁及保护功能的协调控制，可以保证生物质能电厂锅炉的稳定运行并适应电负荷变化的需要。

Description

生物质能电厂黄色秸秆的上料系统及其协调控制方法

技术领域

本发明涉及一种上料系统及其控制方法，具体地说是一种生物质能电厂黄色秸秆的上料系统及其协调控制方法。

技术背景

秸秆电厂统称生物质能电厂，锅炉燃烧所需燃料为稻秆、麦秆、棉花秆、玉米秆、油菜秆、花生壳、树皮、树枝、玉米芯、木屑等多种植物废料，其中稻秆、麦秆称为黄色秸秆，其余称为灰色秸秆。

生物质能电厂上料系统的控制是一种对秸秆包料上料、破碎、散料输送、提升、喂料的综合连续监控方法，用于保证电厂的稳定发电。

在生物质能电厂内，由物料储存库(包料或散料)至锅炉炉膛进口的物料输送系统，称为上料系统。上料系统基本分为包料输送、散料输送及包料破碎后输送三种。其中包料破碎上料系统具体过程如下：

各秸秆收集点将秸秆打包后送入电厂秸秆仓库，在秸秆仓库内由秸秆包抓斗起重机将秸秆包抓到输送设备上，输送设备将秸秆包输送至破碎机，秸秆经破碎机破碎后，由皮带输送机等设备，将物料送进锅炉炉膛。

目前，国内已投运的生物质能发电厂还较少，能正常运行的更少。国内已投运的生物质能发电厂正常投运困难，问题主要出在上料系统，包括对上料系统的控制。由于上料系统环节多、滞后大，加上秸秆燃料发热量低，并且容易燃烧，因此，上料系统的稳定运行，直接影响锅炉的正常运行。锅炉负荷增加，上料系统输送物料要多；锅炉负荷减少，上料系统输送物料就少，上料系统输送物料的多少要随锅炉负荷的变化而波动，十分敏感。因此，当系统中任一设备故障时，整个上料系统需要立即作出连锁保护反应，如切换成备用设备投入，或整个系统紧急停止，并使锅炉跳闸。目前对于燃烧纯黄色秸秆的生物质能发电厂的正常投运在国内外还都没有成功的先例。

发明内容

为了保证燃烧纯黄色秸秆的生物质能发电厂上料系统的稳定运行，本发明的目的是提供一种生物质能电厂黄色秸秆的上料系统及其协调控制方法。本发明的上料系统中每台锅炉设置两套互为备用的系统。控制方法中对燃用纯黄色秸秆生物质能电厂秸秆包料破碎上料系统配置一套具有顺序启停、自动调节、连锁及保护功能的一体化控制系统，保证生物质能电厂锅炉的稳定运行并适应电负荷变化的需要。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种生物质能电厂黄色秸秆的上料系统，其特征在于：它包括秸秆包抓斗起重机、分包平台、分包平台侧链板输送机、破碎机侧链板输送机、秸秆破碎机、大倾角波状挡边带式输送机、炉前料仓分配器和锅炉给料螺旋输送机，分包平台通过分包平台侧链板输送机和破碎机侧链板输送机与秸秆破碎机的进口连接；秸秆破碎机的出口通过大倾角波状挡边带式输送机与炉前料仓分配器连接；与炉膛相通的锅炉给料螺旋输送机与炉前料仓分配器连接；其中，所述分包平台、分包平台侧链板输送机、破碎机侧链板输送机、秸秆破碎机、炉前料仓分配器和锅炉给料螺旋输送机均为两套，且每套配合连接后均与一套大倾角波状挡边带式输送机连接。

本发明中，每台锅炉将设置两套分包平台，每套分包平台再对应两套分包平台侧链板输送机、破碎机侧链板输送机、秸秆破碎机设备，组成互为备用的两套系统。但大倾角波状挡边带式输送机只配置一套，其后部设备炉前料仓分配器和锅炉给料螺旋输送机又配置成两套。

一种上述生物质能电厂黄色秸秆的上料系统的协调控制方法，其特征在于：上料系统中各设备按顺序启动或停止；正常连续运行时根据锅炉负荷自动调节相应的上料系统中各设备输送量；在正常稳定运作时自动进行各设备间的配合和动作；当上料系统中任一设备故障时立即作出连锁保护反应；具体包括以下步骤：

1)系统启动自动顺序控制

上料系统启动时，从上料系统的末端设备，即锅炉给料螺旋输送机首先开始启动，然后由炉前料仓分配器、大倾角波状挡边带式输送机、秸秆破碎机、破碎机侧链板输送机、分包平台侧链板输送机、分包平台到秸秆包抓斗起重机逐级向前，直至全部都启动完毕；

2)正常运行时的设备间联动

由秸秆包抓斗起重机将料送到分包平台，经过分包平台侧链板输送机、破碎机侧链板输送机、秸秆破碎机、大倾角波状挡边带式输送机、炉前料仓分配器和锅炉给料螺旋输送机送入炉膛；

3)系统自动调节

当锅炉负荷变化时，由锅炉燃烧调节器输出调节指令立即调整锅炉给料螺旋输送机的转速，使进入锅炉燃烧的秸秆量适应锅炉负荷变化的需要；同时将锅炉负荷作为前馈信号，分别送至料仓分料螺旋输送机转速调节器、大倾角波状挡边带式输送机转速调节器和链板输送机转速调节器，使整个上料系统的转速与锅炉燃烧调节需求相协调。

4)设备故障连锁保护反应

上料系统正常运行时，除大倾角波状挡边带式输送机外其他某一设备发生故障跳闸，则立即停止与该设备相配套的相应设备的运行；上料系统另外一套设备运行；若大倾角波状挡边带式输送机故障跳闸，则全部系统跳闸；

5)系统停止自动顺序控制

上料系统停止时，与启动顺序刚好相反，即从系统最前端秸秆包抓斗起重机开始停，由分包平台、分包平台侧链板输送机、破碎机侧链板输送机、秸秆破碎机、大倾角波状挡边带式输送机、炉前料仓分配器到锅炉给料螺旋输送机逐台向后，直至全部设备都停止下来。

本发明在步骤1)中，上料系统中两套设备可以同时启动或启动其中的一套，另一套作备用。

在步骤1)中，启动过程中每一步都由反馈信号予以确认，只有被确认实际启动后才执行下一步；若某一步启动失败，则上料系统停止运行。

本发明采用以微处理器为基础的分散控制系统(DCS)来实现，和主厂房锅炉控制组成一体化控制系统，整体性强，运行维护方便；采用数字控制，精度高，系统可利用率高；控制器、通讯网络等采用冗余配置，可靠性高。本发明保证了系统正常运转并满足锅炉稳定燃烧要求。

本发明的上料系统中每台锅炉设置两套互为备用的系统，保证了上料系统的可靠运行。对燃用纯黄色秸秆生物质能电厂秸秆包料破碎上料系统配置一套具有顺序启停、自动调节、连锁及保护功能的一体化控制系统，保证生物质能电厂锅炉的稳定运行并适应电负荷变化的需要。

附图说明

图1是上料系统工艺流程示意简图；

图2是系统启动顺序控制逻辑图；

图3是系统停止顺序控制逻辑图；

图4是系统自动调节逻辑框图。

具体实施方式

一种生物质能电厂黄色秸秆的上料系统，包括秸秆包抓斗起重机1、分包平台2、分包平台侧链板输送机3、破碎机侧链板输送机4、秸秆破碎机5、大倾角波状挡边带式输送机6、炉前料仓分配器7和锅炉给料螺旋输送机8，分包平台2通过分包平台侧链板输送机3和破碎机侧链板输送机4与秸秆破碎机5的进口连接；秸秆破碎机5的出口通过大倾角波状挡边带式输送机6与炉前料仓分配器7连接；与炉膛9相通的锅炉给料螺旋输送机8与炉前料仓分配器7连接；其中，分包平台2、分包平台侧链板输送机3、破碎机侧链板输送机4、秸秆破碎机5、炉前料仓分配器7和锅炉给料螺旋输送机8均为两套，且每套配合连接后均与一套大倾角波状挡边带式输送机6连接。秸秆包抓斗起重机1可以是一套共用。

每台锅炉将设置两套分包平台，每套分包平台再对应两套分包平台侧链板输送机、破碎机侧链板输送机、秸秆破碎机设备，组成互为备用的两套系统。大倾角波状挡边带式输送机只配置一套，其后部设备炉前料仓分配器和锅炉给料螺旋输送机又配置成两套。

一种上述生物质能电厂黄色秸秆的上料系统的协调控制方法，包括上料系统中各设备按顺序启动或停止；正常连续运行时根据锅炉负荷自动调节相应的上料系统中各设备输送量；在正常稳定运作时自动进行各设备间的配合和动作；当上料系统中任一设备故障时立即作出连锁保护反应；具体包括以下步骤：

1)系统启动自动顺序控制

上料系统启动时，如附图2所示，从上料系统的末端设备，即锅炉给料螺旋输送机8首先开始启动，然后由炉前料仓分配器7、大倾角波状挡边带式输送机6、秸秆破碎机5、破碎机侧链板输送机4、分包平台侧链板输送机3到分包平台2逐级向前，直至全部都启动完毕；上料系统中两套设备可以同时启动或启动其中的一套，另一套作备用。

启动过程中每一步都由反馈信号予以确认，只有被确认实际启动后才执行下一步；若某一步启动失败，则上料系统停止运行。

2)正常运行时的设备间联动

由秸秆包抓斗起重机1将料送到分包平台2，经过分包平台侧链板输送机3、破碎机侧链板输送机4、秸秆破碎机5、大倾角波状挡边带式输送机6、炉前料仓分配器7和锅炉给料螺旋输送机8送入炉膛。

秸秆包抓斗起重机1为独立设备，由本系统将控制信息传输给抓斗起重机1，由其装卸秸秆包，一般每次抓取二排，每排4～6包，抓到分包平台2。

由于秸秆破碎机采用单包破碎，分包平台由二台链板输送机并行设置合并而成，秸秆包抓斗起重机抓取二排秸秆包，将秸秆包对准分包平台的二台链板输送机放好后，二台链板输送机横向移动，使每排秸秆包的中心线，对准下一级输送设备的中心线，启动链板输送机，将秸秆包输送到下一级输送设备分包平台侧链板输送机3中。

分包平台侧链板输送机3采用变频可调速运行，当分包平台的链板输送机将秸秆包输送到本级链板输送机后，本级链板输送机快速将秸秆包输送至下一级破碎机侧链板输送机上，当分包平台侧链板输送机上的秸秆包接近破碎机侧链板输送机上的秸秆包时，分包平台侧链板输送机的运行速度减至第二链板输送机的运行速度，此时，二条链板输送机运行速度一致，平稳向秸秆破碎机输送秸秆包。

破碎机侧链板输送机4为秸秆破碎机的喂料设备，其运行速度与破碎机的破碎速度相一致，连续向破碎机匀速供料。

秸秆破碎机采用整包进料的破碎方式，秸秆包沿中心线，由秸秆破碎机的侧面进入，破碎后由破碎机的下方排至大倾角波状挡边带式输送机，破碎后的秸秆长度为3～5cm。

大倾角波状挡边带式输送机6为输送、提升秸秆破碎后的主要设备，采用变频可调速运行，为防止头部卸料卸不净，在皮带机头部水平段的下方，设置了条水平的余料返回皮带机，将卸不净的余料返回系统内。

炉前料仓分配器7为物料的分流设备，采用变频可调速运行，由大倾角波状挡边带式输送机将秸秆散料输送至炉前料仓分配器的进口，经分配器分流后，分二路进入锅炉给料螺旋输送机。

锅炉给料螺旋输送机8为上料系统的末端设备，也采用变频可调速运行以快速适应锅炉燃烧需求，物料经给料螺旋输送机进入炉膛9燃烧。

3)系统自动调节

上料系统自动调节包括有对锅炉燃烧调节、分料螺旋输送机转速调节、大倾角波状挡边带式输送机转速调节和链板输送机转速调节等调节内容，如附图4所示。当锅炉负荷变化时，由锅炉燃烧调节器输出调节指令立即调整锅炉给料螺旋输送机的转速，使进入锅炉燃烧的秸秆量适应锅炉负荷变化的需要；同时将锅炉负荷作为前馈信号，分别送至料仓分料螺旋输送机转速调节器、大倾角波状挡边带式输送机转速调节器和链板输送机转速调节器，使整个上料系统的转速与锅炉燃烧调节需求相协调。

这时，料仓分料螺旋输送机转速自动匹配锅炉给料螺旋输送机的转速，大倾角波状挡边带式输送机在不飞料的前提下自动跟随分料螺旋输送机的转速，而链板输送机转速由大倾角波状挡边带式输送机转速和锅炉负荷指令共同控制。

4)设备故障连锁保护反应

上料系统正常运行时，除大倾角波状挡边带式输送机6外其他某一设备发生故障跳闸，则立即停止与该设备相配套的相应设备的运行；上料系统另外一套设备运行；若大倾角波状挡边带式输送机6故障跳闸，则全部系统跳闸；

5)系统停止自动顺序控制

上料系统停止时，如附图3所示，与启动顺序刚好相反，即从系统最前端分包平台2开始停，经由分包平台侧链板输送机3、破碎机侧链板输送机4、秸秆破碎机5、大倾角波状挡边带式输送机6、炉前料仓分配器7到锅炉给料螺旋输送机8逐台向后，直至全部设备都停止下来。停止逻辑是强制性的，不必设置每一步的确认。

本发明中的硬件设备，采用微机分散控制系统(DCS)，纳入整套生物质能电厂一体化集中控制系统中作为一个远程设置的子系统。主控制器模件冗余配置，它内含PentiumCPU，字长32bit；它对模拟量信号的一般扫描时间小于200ms，对开关量信号的一般扫描时间小于100ms，模拟量控制回路控制周期小于100MS，开关量控制回路控制周期小于50ms。

过程控制级网络也是冗余的(包括冗余通讯总线接口模件)，采用光纤作为传输介质，通讯速率100Mbps，冗余的数据通讯总线在任何时候都应同时工作，可确保通讯网络安全。

整个控制系统可利用率达到99.9％。

本发明中的软件系统，配置一套完整的先进的程序软件包，包括实时操作系统程序、应用程序及性能计算程序。系统组态方式为采用全图形化组态顺序功能表、逻辑图及必要的性能计算等，在工程师工作站上应能对系统组态进行修改。不论该系统是在线或离线均能对该系统的组态进行修改。

系统自诊断功能应能诊断至通道级(模件级)故障。报警功能应使运行人员能方便地辨别和解决各种问题

本发明中，所有上述的顺序控制和自动调节功能都由控制系统软件实现，能在主厂房集中控制室内的操作员站上集中监控，协调上料系统各相关设备间的运作。由于是融合在整套生物质能电厂一体化集中控制系统中，能密切配合锅炉及汽轮发电机组的运行，保证锅炉的稳定燃烧，适应电负荷变化的需求。

Claims (3)

1.一种生物质能电厂黄色秸秆的上料系统的协调控制方法，所述上料系统包括秸秆包抓斗起重机(1)、分包平台(2)、分包平台侧链板输送机(3)、破碎机侧链板输送机(4)、秸秆破碎机(5)、大倾角波状挡边带式输送机(6)、炉前料仓分配器(7)和锅炉给料螺旋输送机(8)，分包平台(2)通过分包平台侧链板输送机(3)和破碎机侧链板输送机(4)与秸秆破碎机(5)的进口连接；秸秆破碎机(5)的出口通过大倾角波状挡边带式输送机(6)与炉前料仓分配器(7)连接；与炉膛相通的锅炉给料螺旋输送机(8)与炉前料仓分配器(7)连接；其中，所述分包平台(2)、分包平台侧链板输送机(3)、破碎机侧链板输送机(4)、秸秆破碎机(5)、炉前料仓分配器(7)和锅炉给料螺旋输送机(8)均为两套，且每套配合连接后均与一套大倾角波状挡边带式输送机(6)连接；其特征在于：上料系统中各设备按顺序启动或停止；正常连续运行时根据锅炉负荷自动调节相应的上料系统中各设备输送量；在正常稳定运作时自动进行各设备间的配合和动作；当上料系统中任一设备故障时立即作出连锁保护反应；具体包括以下步骤：

1)系统启动自动顺序控制

上料系统启动时，从上料系统的末端设备，即锅炉给料螺旋输送机(8)首先开始启动，然后由炉前料仓分配器(7)、大倾角波状挡边带式输送机(6)、秸秆破碎机(5)、破碎机侧链板输送机(4)、分包平台侧链板输送机(3)、分包平台(2)到秸秆包抓斗起重机(1)逐级向前，直至全部都启动完毕；

2)正常运行时的设备间联动

由秸秆包抓斗起重机(1)将料送到分包平台(2)，经过分包平台侧链板输送机(3)、破碎机侧链板输送机(4)、秸秆破碎机(5)、大倾角波状挡边带式输送机(6)、炉前料仓分配器(7)和锅炉给料螺旋输送机(8)送入炉膛；

3)系统自动调节

当锅炉负荷变化时，由锅炉燃烧调节器输出调节指令立即调整锅炉给料螺旋输送机的转速，使进入锅炉燃烧的秸秆量适应锅炉负荷变化的需要；同时将锅炉负荷作为前馈信号，分别送至炉前料仓分配器(7)的螺旋输送机转速调节器、大倾角波状挡边带式输送机转速调节器和链板输送机转速调节器，使整个上料系统的转速与锅炉燃烧调节需求相协调；

4)设备故障连锁保护反应

上料系统正常运行时，除大倾角波状挡边带式输送机(6)外其他某一设备发生故障跳闸，则立即停止与该设备相配套的相应设备的运行；上料系统另外一套设备运行；若大倾角波状挡边带式输送机(6)故障跳闸，则全部系统跳闸；

5)系统停止自动顺序控制

上料系统停止时，与启动顺序刚好相反，即从系统最前端秸秆包抓斗起重机(1)开始停，由分包平台(2)、分包平台侧链板输送机(3)、破碎机侧链板输送机(4)、秸秆破碎机(5)、大倾角波状挡边带式输送机(6)、炉前料仓分配器(7)到锅炉给料螺旋输送机(8)逐台向后，直至全部设备都停止下来。

2.根据权利要求1所述的生物质能电厂黄色秸秆的上料系统的协调控制方法，其特征在于：在步骤1)中，上料系统中两套设备同时启动或启动其中的一套，另一套作备用。

3.根据权利要求1所述的生物质能电厂黄色秸秆的上料系统的协调控制方法，其特征在于：在步骤1)中，启动过程中每一步都由反馈信号予以确认，只有被确认实际启动后才执行下一步；若某一步启动失败，则上料系统停止运行。

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