CN101900316B - 一种生物质锅炉控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物质锅炉控制系统，其包括：燃烧室气压传感器；汽包蒸汽压力传感器；汽包水位传感器；程序控制器，该程序控制器包括：处理模块、存储模块、燃烧室气压感测信号输入模块、汽包蒸汽压力感测信号输入模块、汽包水位感测信号输入模块、燃烧室气压调整信号输出模块、汽包蒸汽压力调整信号输出模块、汽包水位调整信号输出模块。本发明通过各类传感器及程序控制器的使用，实现了生物质锅炉的自动控制。特别是通过对不同的汽包蒸汽压力进行分级控制，保证了生物质颗粒的充分燃烧，提高了燃料的利用率，节约了能源；另外，通过传感器的监测，实现了对各种危险情况的报警和应急停炉处理，保证了安全生产。

Description

一种生物质锅炉控制系统

技术领域

本发明涉及一种锅炉设备，更具体地讲，本发明涉及一种生物质锅炉控制系统。

背景技术

生物质能是由于植物的光合作用而贮存于植物中的太阳能。据估计，植物每年贮存的能量相当于世界主要燃料消耗的10倍，而作为能源的利用量还不到其总量的1％。目前，世界各国，尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术，以保护矿产资源，保障能源安全，实现CO₂减排，促进经济、社会可持续发展。

生物质锅炉是利用生物质能的重要途径。锅炉控制系统是锅炉设备各个部分中极为重要的一环。锅炉的控制系统设计合理，可以节省大量的人力物力。

中国专利95111747.5公开了一种CRT显示屏幕的锅炉控制装置，包括输入键盘、用于实时采集和显示锅炉运行当中工作状况参数装置。其特点采用大容量硬盘历史数据记录设备，用于存贮长时间、短间隔的锅炉全部采样点的历史记录，报警记录和经济统计量，并能随时方便地进行查询装置。锅炉微机控制方法是利用PID控制原理，经过取样、运算、输出几个步骤对锅炉工业过程作伺服控制，并可根据生产要求修改调节参数以达最佳的控制效果。利于现场正确操作和锅炉及其它工业过程的安全、稳定、经济的运行。

中国专利200410082609.4公开了一种锅炉控制装置，其具备：通风装置，分别具备多个向锅炉供给燃烧用空气的压力风机(52)、调整燃烧用空气流量的节气阀(54)、及检测燃烧用空气流量的空气流量检测器(55)；逆变器(64)，将交流电源电压变换成规定频率的交流电压并提供给驱动压力风机的马达；断路器(62、63、65、66)，将逆变器的输出或交流电源电压提供给马达；和锅炉自动控制装置(59)，根据外部的空气流量指令及空气流量检测器的检测输出，调整节气阀开度及马达转速。锅炉自动控制装置(59)在通过切换断路器而将马达驱动源从逆变器侧切换到交流电源电压侧的操作失败时，在各节气阀开度指令上附加规定时间的补偿指令。由此，可将节煤器出口的氧气浓度保持在设定值。

中国专利200820127381.X公开了一种全自动负压燃烧器控制系统，应用于油气田使用负压燃烧方式的加热炉、民用小型锅炉。特征是：燃烧机接超温开关16、可燃气体检测器17、点火变压器18、点火电极22、电离电极23；燃料切断阀5、过滤器6、调压器7、燃气阀组9；控制器接燃气阀组9、水温传感器1、烟温传感器14、液位计2、超温开关16、点火电极22、电离电极23。效果是：①通过控制器的控制能够实现自动点火功能。②系统可以根据热负荷大小自动进行功率调节。③控制器可以采集多种信号在满足熄火条件时自动熄灭火焰。

中国专利申请200910050912.9公开了一种锅炉燃烧控制系统及方法，该系统包括分布式控制系统DCS、环境污染物监测系统、锅炉燃烧模型库和自寻优系统。DCS用于获取锅炉的实时工况数据，并控制调节锅炉的工况参数；环境污染物监测系统用于获取锅炉的环境污染物排放数据；锅炉燃烧模型库包括若干锅炉的燃烧模型；自寻优系统用于根据实时工况数据与环境污染物排放数据在锅炉燃烧模型库中寻找最接近的成熟案例，以此寻找达到锅炉目标工况的参数，并把调节后的工况参数输出至DCS。该发明可实现对锅炉燃烧热效率和污染物排放量的预测；同时根据案例库进行推理与查询，采用自寻优算法，可寻找达到锅炉最佳工况的参数设置方案，进而通过DCS调节锅炉运行状态，实现锅炉燃烧的整体优化。

上述控制系统的缺陷在于没有采用必要的技术手段使燃料充分燃烧，提高燃料的利用效率；没有对锅炉运行中容易发生事故的环节进行监控。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种提高燃料利用率并且降低事故隐患的生物质锅炉控制系统。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种生物质锅炉控制系统，用于控制一生物质锅炉以便使其内的生物质颗粒充分稳定地燃烧，该生物质锅炉包括燃烧室、向燃烧室外抽空气以使燃烧室内产生负压的引风机、向燃烧室内输送空气的鼓风机、向燃烧室内添加生物质颗粒的星形给料机、储存水和水蒸汽的汽包以及向汽包输水的水泵，该生物质锅炉控制系统包括：

燃烧室负压传感器，用于感测燃烧室内的气压；

汽包蒸汽压力传感器，用于感测汽包内的蒸汽压力；

汽包水位传感器，用于感测汽包内的水位；

程序控制器，其包括：

处理模块，用于将获取的各种数据分别与存储模块存储的比较值进行对应比较并根据比较结果产生命令信号；

存储模块，用于存储各传感器测量值的比较值；

燃烧室气压感测信号输入模块，用于从燃烧室气压传感器中获取数据并输入到处理模块中进行处理；

汽包蒸汽压力感测信号输入模块，用于从汽包蒸汽压力传感器中获取数据并输入到处理模块中进行处理；

汽包水位感测信号输入模块，用于从汽包水位传感器中获取数据并输入到处理模块中进行处理；

燃烧室气压调整信号输出模块，用于根据处理模块产生的命令信号驱动引风机调整抽风量，使燃烧室的负压维持在一个稳定的数值；

汽包蒸汽压力调整信号输出模块，用于根据处理模块产生的命令信号驱动鼓风机和星形给料机增加或减少鼓风量和给料量；

汽包水位调整信号输出模块，用于根据处理模块产生的命令信号驱动水泵以调整汽包维持正常水位。

上述控制系统还包括报警装置，其报警方式可为提示音或显示屏的画面提示；相应地，程序控制器还包括报警信号输出模块，报警信号输出模块根据处理模块产生的命令信号驱动所述报警装置。

对应于上述报警装置，控制系统还包括专门用于报警检测的传感器，如烟道温度传感器、汽包给水温度传感器、汽包水位传感器；相应的程序控制器还包括烟道温度感测信号输入模块、汽包给水温度感测信号输入模块；相应的，程序控制器还包括烟道温度超温报警信号输出模块、汽包给水温度超温报警信号输出模块、汽包水位极高报警信号输出模块。

本发明的控制系统中，程序控制器还包括停炉信号输出模块，停炉信号输出模块根据处理模块产生的命令信号驱动锅炉停炉。一旦用户主动按下停炉按钮，或者因故障发生停炉，星形给料机立即停止运行，引风机保持在较小频率下运行(参数可设定)，以维持锅炉通风，保持剩余燃料燃尽，如果还发生超温或超压等故障，即会打开燃烧室的安全门和汽包的安全阀。

对应于上述停炉，控制系统还包括专门用于停炉检测的传感器，如燃烧室温度传感器、给料温度传感器、汽包蒸汽压力传感器、汽包蒸汽压力极高传感器、燃烧室负压传感器、汽包水位传感器；相应的，程序控制器还包括燃烧室温度感测信号输入模块、给料温度感测信号输入模块；相应的，程序控制器还包括燃烧室温度超温停炉信号输出模块、给料温度超温停炉信号输出模块、汽包蒸汽压力极高停炉信号输出模块、燃烧室负压超限停炉信号输出模块、汽包水位极高停炉信号输出模块。

由于本控制系统中的传感器涉及锅炉的正常运行和锅炉安全，为了避免传感器断线未及时发现而造成的故障和安全隐患，控制系统还包括传感器断线检测装置；相应地，程序控制器还包括传感器断线检测信号输入模块及传感器断线停炉信号输出模块。

本发明控制系统的处理模块将汽包蒸汽压力感测信号输入模块的输入值，根据其大小划分为多个不同的等级，并对应不同的等级产生不同的命令信号至汽包蒸汽压力调整信号输出模块。由此实现对不同的汽包蒸汽压力进行分级控制。当蒸汽压力低，加大鼓风量和给料量；蒸汽压力高，相应减少鼓风量和给料量；蒸汽压力过高，就停止给料并保持鼓风机在较小的频率下运行。

本发明所适用的生物质锅炉还包括排渣装置，如炉排机和除渣机；相应的，程序控制器还包括排渣信号输出模块，排渣信号输出模块根据处理模块产生的命令信号驱动排渣装置进行排渣。

本发明的汽包水位传感器，包括电极式水位计和液位计，其对应的液位调整方式有分级补水和连续补水两种，锅炉运行时，上述两种汽包水位传感器切换使用。

为了防止各种电机过热过流和各变频器故障引发事故，本发明的控制系统还包括各种电机过热过流保护和各变频器故障保护。

为了更好的集成该系统，上述生物质锅炉控制系统设有控制柜，用于装置程序控制器以及相应的电源与各类连接线，该控制柜设有显示器和操作键盘或者触摸屏，用于显示各传感器的数据信号。当这些数据超出预定的范围时，程序控制器将根据存储模块中预设的对应解决办法做出处理和/或发出警报。

本发明采用的程序控制器可以是电脑、单片机或者可编程逻辑控制电路。

本发明的有益效果是：通过各类传感器及程序控制器的使用，实现了锅炉的自动控制。特别是通过对不同的汽包蒸汽压力进行分级控制，保证了生物质颗粒的充分燃烧，提高了燃料的用率，节约了资源；另外，通过传感器的监测，实现了对各种危险情况的报警和应急停炉处理，保证了安全生产。

以下结合附图和实施例，来进一步说明本发明，但本发明不局限于这些实施例，任何在本发明基本精神上的改进或替代，仍属于本发明权利要求书中所要求保护的范围。

附图说明

图1是本发明具体实施例控制系统的原理图；

具体实施方式

本实施例所适用的生物质锅炉包括燃烧室、引风机、鼓风机、星形给料机、星形给料机、汽包、水泵、炉排机、除渣机。其中，燃烧室也叫炉膛，是生物质颗粒燃烧的地方；引风机向燃烧室外抽空气以使燃烧室内产生负压；鼓风机向燃烧室内输送空气；星形给料机向燃烧室内添加生物质颗粒；汽包储存水和水蒸汽；水泵向汽包输水；炉排机和除渣机用于除渣。

如图1所示，本实施例的控制系统包括各种传感器、程序控制器和控制柜。其中控制柜用于装置程序控制器以及相应的电源与各类连接线，该控制柜设有触摸屏，用于显示各传感器的数据信号及进行手动操作。

传感器包括：燃烧室气压传感器；汽包蒸汽压力传感器；汽包水位传感器；烟道温度传感器、汽包给水温度传感器、燃烧室温度传感器、给料温度传感器。

程序控制器包括处理模块、存储模块以及各传感器的信号输入模块和相应的处理信号输出模块。其中，处理模块用于将获取的各种数据分别与存储模块存储的比较值进行对应比较并根据比较结果产生命令信号；存储模块用于存储各传感器测量值的比较值。处理模块将传感器输入的测量值与存储模块中存储的比较值进行比较后，做出调整、报警或停炉的处理，并通过处理信号输出模块输出给相应的执行装置。

燃烧室的负压可在触摸屏设定。锅炉运行中，燃烧室气压感测信号输入模块从燃烧室气压传感器中获取数据并输入到处理模块中进行处理，燃烧室气压调整信号输出模块根据处理模块产生的命令信号驱动引风机调整抽风量，使燃烧室的负压维持在设定的数值。

汽包蒸汽压力感测信号输入模块从汽包蒸汽压力传感器中获取数据并输入到处理模块中进行处理；处理模块将汽包蒸汽压力感测信号输入模块的输入值，根据其大小划分为六个不同的等级，并对应不同的等级产生不同的命令信号至汽包蒸汽压力调整信号输出模块，由此实现对不同的汽包蒸汽压力进行分级控制。蒸汽压力低，则加大鼓风量和给料量；蒸汽压力高，相应减少鼓风量和给料量；蒸汽压力过高，就停止给料并保持鼓风机在较小的频率下运行。

汽包水位感测信号输入模块从汽包水位传感器中获取数据并输入到处理模块中进行处理；汽包水位调整信号输出模块根据处理模块产生的命令信号驱动水泵以调整汽包维持正常水位。本实施例的汽包水位传感器，包括电极式水位计和液位传感器，其对应的液位调整方式有分级补水和连续补水两种，锅炉运行时，上述两种汽包水位传感器切换使用。

当烟道温度超温、汽包给水温度超温、汽包水位极高，本实施例的控制系统就要发出报警。相应的，程序控制器还包括烟道温度感测信号输入模块、汽包给水温度感测信号输入模块；相应的，程序控制器还包括烟道温度超温报警信号输出模块、汽包给水温度超温报警信号输出模块、汽包水位极高报警信号输出模块。

当燃烧室温度超温、给料温度超温、汽包蒸汽压力极高、燃烧室负压超限、汽包水位极高，本实施例的控制系统就要停炉。相应的，程序控制器还包括燃烧室温度感测信号输入模块、给料温度感测信号输入模块；相应的，程序控制器还包括燃烧室温度超温停炉信号输出模块、给料温度超温停炉信号输出模块、汽包蒸汽压力极高停炉信号输出模块、燃烧室负压超限停炉信号输出模块、汽包水位极高停炉信号输出模块。

停炉后，星形给料机立即停止运行，引风机保持在较小频率下运行(参数可设定)，以维持锅炉通风，保持剩余燃料燃尽，如果还发生超温或超压等故障，本实施例的控制系统就会打开燃烧室的安全门和汽包的安全阀。

本实施例的控制系统工作流程如下：操作人员手动或系统自动启炉后，引风机即刻启动，；同时星形给料机启动，稳定给锅炉中加料；同时，电子油枪自动点火，点火保持一段时间(触摸屏中设定)。

星形给料机启动后，炉排机接着启动，以固定时间周期运转(运转时间和间隔时间可在触摸屏中设定)。点火完成后，生物质颗粒已被点燃，鼓风机接着投入运行，给锅炉注入燃烧所需的空气，配合引风机从锅炉中抽风维持负压运行，至此，锅炉完成启动。

在启动完成后，进入稳定运行阶段，引风机实行反馈运行，始终维持锅炉炉膛负压在稳定的数值(可在触摸屏中设定)，保证锅炉安全燃烧，不冒火不冒烟；鼓风机和星形给料机在定量给料以后，由程序控制器根据蒸汽压力的高低分级控制(可多达6级)，蒸汽压力低，加大鼓风量和给料量；蒸汽压力高，相应减少鼓风量和给料量；蒸汽压力过高，就停给料运行并保持鼓风在较小的频率下运行。程序控制器根据电极式水位计和液位计的信号，，可实现分级补水和连续补水两种自动补水方式，以保证汽包维持正常运行水位。在燃烧过程中，炉排机和除渣机以一定时间间隔保证炉膛自动正常排渣。整个系统在程序控制器的控制下，自动连续的工作，同时也保证了锅炉安全、稳定、高效运行。

操作人员手动或系统自动停炉后，星形给料机立即停止运行，引风机保持在较小频率下运行(参数可设定)，以维持锅炉通风，保持剩余燃料燃尽，如果还发生超温或超压等故障，本实施例的控制系统就会打开燃烧室的安全门和汽包的安全阀。

由于本实施例中的传感器涉及锅炉的正常运行和锅炉安全，为了避免传感器断线未及时发现而造成的故障和安全隐患，控制系统还包括传感器断线检测装置；相应地，程序控制器还包括传感器断线检测信号输入模块及传感器断线停炉信号输出模块。

为了防止各种电机过热过流和各变频器故障引发事故，本实施例的控制系统还包括各种电机过热过流保护和各变频器故障保护。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种生物质锅炉控制系统，用于控制一生物质锅炉以便使其内的生物质颗粒充分稳定地燃烧，所述生物质锅炉包括燃烧室、向所述燃烧室外抽空气以使所述燃烧室内产生负压的引风机、向所述燃烧室内输送空气的鼓风机、向所述燃烧室内添加生物质颗粒的星形给料机、储存水和水蒸汽的汽包以及向所述汽包输水的水泵；其中，所述生物质锅炉控制系统包括：

燃烧室负压传感器，用于感测所述燃烧室内的气压；

汽包蒸汽压力传感器，用于感测所述汽包内的蒸汽压力；

汽包水位传感器，用于感测所述汽包内的水位；

程序控制器，其包括：

处理模块，用于将获取的各种数据分别与存储模块存储的比较值进行对应比较并根据比较结果产生命令信号；

存储模块，用于存储各传感器测量值的比较值；

燃烧室负压感测信号输入模块，用于从所述燃烧室负压传感器中获取数据并输入到所述处理模块中进行处理；

汽包蒸汽压力感测信号输入模块，用于从所述汽包蒸汽压力传感器中获取数据并输入到所述处理模块中进行处理；

汽包水位感测信号输入模块，用于从所述汽包水位传感器中获取数据并输入到所述处理模块中进行处理；

燃烧室负压调整信号输出模块，用于根据处理模块产生的命令信号驱动所述引风机调整抽风量，使所述燃烧室的负压维持在一个稳定的数值；

汽包蒸汽压力调整信号输出模块，用于根据处理模块产生的命令信号驱动所述鼓风机和所述星形给料机增加或减少鼓风量和给料量；

汽包水位调整信号输出模块，用于根据处理模块产生的命令信号驱动水泵以调整汽包维持正常水位。

2.如权利要求1所述的生物质锅炉控制系统，其中，所述生物质锅炉控制系统还包括报警装置；所述程序控制器还包括报警信号输出模块，所述报警信号输出模块根据处理模块产生的命令信号驱动所述报警装置。

3.如权利要求2所述的生物质锅炉控制系统，其中，所述生物质锅炉控制系统还包括烟道温度传感器、汽包给水温度传感器；所述程序控制器还包括烟道温度感测信号输入模块、汽包给水温度感测信号输入模块；所述程序控制器还包括烟道温度超温报警信号输出模块、汽包给水温度超温报警信号输出模块、汽包水位极高报警信号输出模块。

4.如权利要求1所述的生物质锅炉控制系统，其中，所述程序控制器还包括停炉信号输出模块，所述停炉信号输出模块根据处理模块产生的命令信号驱动锅炉停炉。

5.如权利要求4所述的生物质锅炉控制系统，其中，所述生物质锅炉控制系统还包括燃烧室温度传感器、给料温度传感器；所述程序控制器还包括燃烧室温度感测信号输入模块、给料温度感测信号输入模块；所述程序控制器还包括汽包蒸汽压力极高停炉信号输出模块、燃烧室温度超温停炉信号输出模块、给料温度超温停炉信号输出模块、燃烧室负压超限停炉信号输出模块、汽包水位极高停炉信号输出模块。

6.如权利要求5所述的生物质锅炉控制系统，其中，所述生物质锅炉控制系统还包括传感器断线检测装置；所述程序控制器还包括传感器断线检测信号输入模块及传感器断线停炉信号输出模块。

7.如权利要求1所述的生物质锅炉控制系统，其中，所述处理模块将所述汽包蒸汽压力感测信号输入模块的输入值，根据其大小划分为多个不同的等级，并对应不同的等级产生不同的命令信号至汽包蒸汽压力调整信号输出模块。

8.如权利要求1所述的生物质锅炉控制系统，其中，所述生物质锅炉还包括排渣装置；所述程序控制器还包括排渣信号输出模块，所述排渣信号输出模块根据处理模块产生的命令信号驱动排渣装置进行排渣。

9.如权利要求1所述的生物质锅炉控制系统，其中，所述汽包水位传感器包括电极式水位计和液位传感器。

10.如权利要求1所述的生物质锅炉控制系统，其中，所述生物质锅炉控制系统设有控制柜，用于装置所述程序控制器以及相应的电源与各类连接线，所述控制柜设有触摸屏显示器，用于显示所述各传感器的数据信号。

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