CN103713547B - 一种风力发电直接烘干污泥的装置与控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明包括供电系统、MCU控制系统和烘干系统，供电系统包括风力发电供电和电网供电；烘干系统包括烘干加热装置和污泥烘干室，其中烘干加热装置分为一次侧烘干加热器和二次侧烘干加热器；MCU控制系统则以风速检测模块、风力发电功率检测模块和温度检测模块的检测信号为输入量，通过控制开关控制柜切换一次侧和二次侧烘干加热器的工作状态，调节污泥传输装置的运行速度以及保护电路的开闭；本发明采用风力发电机组直接向烘干加热器供电进行烘干污泥，省去了蓄电池存储环节；本发明的烘干加热装置采用一次侧与二次侧交替水平排布方式，便于一次侧烘干加热器在风力发电供电与电网供电之间切换，保证在不同工作模式下烘干加热装置加热的均匀性。

Description

一种风力发电直接烘干污泥的装置与控制方法

技术领域

本发明涉及风力发电应用领域，特别是涉及了一种利用风力发电直接烘干污泥的装置及控制方法。

背景技术

随着工业技术的发展，污泥处理技术也日益成熟。污泥焚烧是一种无害化、减量化和资源化的处理技术。其中，污泥烘干处理是污泥焚烧的重要环节，降低污泥烘干处理成本、提高污泥烘干处理效率，是污泥焚烧过程中首要考虑的问题。在一般的污泥烘干处理过程中多采用高温蒸气、导热油等对污泥进行烘干。污泥烘干过程中所需的高温蒸汽、导热油多由工业锅炉提供。工业锅炉所需的燃料一般是燃煤、燃油等不可再生资源，这种工业锅炉能源损耗较大，燃煤、燃油燃烧时容易造成二次污染，增大了污泥烘干生产成本。

目前，风力发电技术逐渐成熟，风力发电是一种通过风力发电机组将风能转换成电能的发电方式，风力发电机组产生的电经蓄电池存储、逆变器逆变等变成稳定的交流电，再通过并网技术连接到电网可供城市居民、农业、工业使用。其中，蓄电池是一种消耗性器件，需要定期的维护与更换；交流电经过整流环节以及直流电经过逆变环节都会产生能量损耗；并网技术要求较高、成本昂贵。

发明内容

考虑到污泥烘干过程中的能源损耗以及风力资源的丰富性，本发明设计了一种风力发电直接烘干污泥的控制方法与装置。

装置及控制方法的技术方案：本发明包括供电系统、MCU控制系统和烘干系统，供电系统、烘干系统均连接MCU控制系统，所述供电系统包括风力发电机组、风力发电机输出电缆、电网和电网电缆，风力发电机组和电网分别通过风力发电机输出电缆和电网电缆接入到开关控制柜；所述MCU控制系统包括风速检测模块、风力发电功率检测模块、温度检测模块、智能控制模块、开关控制柜、污泥传输装置和保护电路，风速检测模块、风力发电功率检测模块和温度检测模块的检测信号输入到智能控制模块，智能控制模块输出控制信号到开关控制柜、污泥传输装置和保护电路中；所述烘干系统包括污泥烘干室和烘干加热装置，所述烘干加热装置分为一次侧烘干加热器和二次侧烘干加热器，所述污泥烘干室的左上部设有污泥进料口，右上部设有废气排出口，右下部设有干污泥排出口，内部顶上设有温度检测模块，内部底下水平安装烘干加热装置，内部中间设有污泥传输装置，污泥传输装置一端位于污泥进料口正下方，另一端位于干污泥排出口正上方，污泥进料口下部设有两个滚筒。所述烘干加热装置包括2m个电阻式烘干加热器，一次侧烘干加热器和二次侧烘干加热器各包括m个电阻式烘干加热器，分别为A1、A2、A3···Am和B1、B2、B3···Bm，A1、A2、A3···Am与B1、B2、B3···Bm通过烘干加热器电气端口依次交替水平安装到一次侧母线槽和二次侧母线槽上；一次侧烘干加热器通过一次侧母线槽连接到开关控制柜，MCU控制系统通过开关控制柜控制一次侧烘干加热器连接到风力发电机输出电缆或电网电缆；二次侧烘干加热器通过二次侧母线槽连接到开关控制柜，MCU控制系统通过开关控制柜控制二次侧烘干加热器连接风力发电机输出电缆。所述保护电路为若干个并联的保护电阻，保护电路与烘干加热装置并联安装在风力发电总线上。所述MCU控制系统以风速检测模块、风力发电功率检测模块和温度检测模块的检测信号为输入量，通过智能控制模块控制开关控制柜切换一次侧烘干加热器和二次侧烘干加热器的工作状态，调节污泥传输装置的运行速度以及保护电路的开闭。

本发明的有益效果为：

1、本发明采用风力发电机组直接向烘干加热器供电进行烘干污泥，省去了蓄电池存储环节，降低了工程成本；省去了整流、逆变等环节，减小了能量损耗；省去了并网环节，降低了工程难度。

2、本发明烘干加热装置采用一次侧与二次侧交叉水平排布方式，便于一次侧烘干加热器在风力发电供电与电网供电之间切换，保证在不同工作模式下烘干加热装置加热的均匀性。

3、本发明采用风力发电为主，电网补助为辅的供电模式。当风力发电较充裕时，由风力发电机组单独向烘干加热装置供电烘干污泥。当风力发电不太充裕时，部分一次侧加热器由风力发电供电切换到电网供电，实现风力发电机组和电网同时向烘干加热装置供电，保证污泥烘干的稳定性。

4、本发明加入智能控制模块，由于风力发电存在不稳定性，MCU控制器根据风力发电功率以及烘干室内温度，智能控制污泥传输装置运行速度，有效增减污泥的烘干时间，保证污泥烘干质量。

附图说明

图1、装置整体结构示意图；

图2、烘干加热器安装布置图；

图3、烘干加热器电气控制原理图；

图4、装置电气控制框图；

图5、装置工作模式框图；

附图中各部件的序号和名称：1：风力发电机组；2：风力发电机输出电缆；3：电网；4：电网电缆；5：开关控制柜；6：污泥进料口；7：滚筒；8：污泥烘干室；9：污泥；10：废气排出口；11：污泥传输装置；12：皮带；13：烘干加热装置；14：干污泥排出口；15：一次侧烘干加热器；16：烘干加热器电气端口；17、21：一次侧母线槽；18、20：二次侧母线槽；19：二次侧烘干加热器；22：温度检测模块；23：模拟地；24：保护电路；25：风速检测模块；26：风力发电功率检测模块；27：智能控制模块；28：MCU控制系统。

具体实施方式

图1为本发明整体结构示意图。本发明采用风力发电机组1发电为主，电网3供电为辅的供电模式。风力发电机组1和电网3分别通过风力发电机输出电缆2和电网电缆4接入到开关控制柜5，供装置各部件使用。污泥烘干室8顶部设有污泥进料口6和废气排出口10，在污泥进料口6正下方安装有两个滚筒7，可以将污泥9压缩成片状平铺在皮带12上，增大污泥与空气接触面。污泥烘干室8内部顶上安装有温度检测模块22，时刻检测烘干室内8温度。污泥烘干室8底部水平安装烘干加热装置13。安装污泥传输装置11时要求水平安装，且污泥传输装置11一端位于污泥进料口6正下方，另一端位于污泥烘干室8底部干污泥排出口14正上方。

图2和图3为本发明烘干加热装置安装布置图和控制原理图。烘干加热装置13共包括2m个电阻式烘干加热器，一次侧烘干加热器15和二次侧烘干加热器19各包括m个电阻式烘干加热器，分别为A1、A2、A3···Am和B1、B2、B3···Bm。参见图2所示，一次侧烘干加热器A1、A2、A3···Am与二次侧烘干加热器B1、B2、B3···Bm通过烘干加热器电气端口16依次交替水平安装到一次侧母线槽17、21和二次侧母线槽18、20上。一次侧烘干加热器15通过一次侧母线槽17、21连接到开关控制柜5，MCU控制系统28通过开关控制柜5控制一次侧烘干加热器15连接到风力发电机输出电缆2或电网电缆4。二次侧烘干加热器19通过二次侧母线槽18、20连接到开关控制柜5，MCU控制系统28通过开关控制柜5控制二次侧烘干加热器19连接风力发电机输出电缆2。参见图3，为本发明烘干加热装置电气控制原理图。为实现一次侧烘干加热器能够在风力发电机输出电缆2与电网电缆4之间切换，MCU控制系统28可根据风速、风力发电功率以及烘干室温度来控制开关控制柜5内相应烘干加热器的切换开关，切换其工作模式。本发明设有保护电路24，保护电路24为若干个并联的保护电阻。保护电路24与烘干加热装置13并联安装在风力发电机输出电缆2上，防止风力发电功率过大时损坏电气设备。

图4和图5为本发明电气控制框图和装置工作模式框图。本发明采用风速检测模块25、风力发电功率检测模块26和温度检测模块22等检测信号作为MCU控制系统28的输入量，可通过智能控制模块27控制开关控制柜5切换一次侧和二次侧烘干加热器的工作状态、智能调节污泥传输装置11的运行速度以及保护电路24的开闭。本发明主要有五种工作模式，工作模式的选择取决于风速、风力发电功率以及烘干室温度等因素。

当风速较小，风力发电机组1产生的功率不足烘干加热装置13总功率的70％时，智能控制模块27控制开关控制柜5内一次侧烘干加热器15和二次侧烘干加热器19的控制开关全部打开，保护电路24控制开关打开，装置其他设备停止供电。装置处于工作模式一状态。

当风速正常，风力发电机组1产生的功率为烘干加热装置13总功率的70％时，智能控制模块27控制开关控制柜5，将一次侧烘干加热器15中的A1、A3、A5、A7···Am-1连接到电网电缆4，一次侧烘干加热器15中的A2、A4、A6、A8···Am以及二次侧烘干加热器19连接到风力发电机输出电缆2，保护电路24控制开关打开，装置其他设备正常供电。同时，MCU控制系统28根据风力发电功率检测模块26和温度检测模块22的检测信号智能调节污泥传输装置11的运行速度，有效控制污泥烘干时间，保证污泥烘干质量。此时装置为工作模式二状态。装置正处于工作模式二时，若风速降低，风力发电机组1产生的功率降低，智能控制模块27控制装置进入工作模式一状态，若风速升高，风力发电机组1产生的功率升高，智能控制模块27控制系统进入工作模式三状态。

当风速正常，风力发电机组1产生的功率大于烘干加热装置13总功率的70％且小于烘干加热装置13总功率时，智能控制模块27控制开关控制柜5将一次侧烘干加热器15和二次侧烘干加热器19都连接到风力发电机输出电缆2，保护电路24控制开关打开，装置其他设备正常供电。MCU控制系统28根据风力发电功率检测模块26和温度检测模块22的检测信号智能调节污泥传输装置11的运行速度，保证污泥烘干所需时间。此时装置为工作模式三状态。装置处于工作模式三时，若风速降低，风力发电机组1产生的功率降低，智能控制模块27控制系统进入工作模式二状态，若风速升高，风力发电机组1产生的功率升高，装置自动进入工作模式四状态。

当风速较大，风力发电机产生的功率大于烘干加热装置13总功率时，智能控制模块27控制开关控制柜5将一次侧烘干加热器15和二次侧烘干加热器19都连接到风力发电机输出电缆2上，保护电路24控制开关闭合，装置其他设备正常供电，污泥传输装置11正常运行，此时装置处于工作模式四状态。若装置处于工作模式四状态时，由于风速降低，风力发电机组1产生的功率降低，装置自动进入工作模式三状态，当风速增大，智能控制模块27根据风力发电功率检测模块26的检测信号依次将保护电路24内部的保护电阻并联到烘干加热装置13的供电电路上，防止烘干加热装置13损坏，若风速过大，风力发电机组1产生的功率过大，保护电路24中所有保护电阻都并联到装置中仍起不到调节作用，装置紧急停产自动调节到工作模式一状态。

当需要紧急生产时，智能控制模块27控制整个装置直接进入工作模式五，风力发电机组1停止工作，智能控制模块27控制开关控制柜5将一次侧烘干加热器15连接到电网电缆4，二次侧烘干加热器19断开连接，装置其他设备正常供电。智能控制模块27根据污泥烘干室8的温度以及工作模式控制污泥传输装置11的运行速度。整个装置由电网3独立供电运行。

Claims (9)

1.一种风力发电直接烘干污泥的装置，包括供电系统、MCU控制系统(28)和烘干系统，供电系统、烘干系统均连接MCU控制系统(28)，其特征在于：所述供电系统包括风力发电机组(1)、风力发电机输出电缆(2)、电网(3)和电网电缆(4)，风力发电机组(1)和电网(3)分别通过风力发电机输出电缆(2)和电网电缆(4)接入到开关控制柜(5)；所述MCU控制系统(28)包括风速检测模块(25)、风力发电功率检测模块(26)、温度检测模块(22)、智能控制模块(27)、开关控制柜(5)、污泥传输装置(11)和保护电路(24)，风速检测模块(25)、风力发电功率检测模块(26)和温度检测模块(22)的检测信号输入到智能控制模块(27)，智能控制模块(27)输出控制信号到开关控制柜(5)、污泥传输装置(11)和保护电路(24)中；所述烘干系统包括污泥烘干室(8)和烘干加热装置(13)，所述烘干加热装置(13)分为一次侧烘干加热器(15)和二次侧烘干加热器(19)，所述污泥烘干室(8)的左上部设有污泥进料口(6)，右上部设有废气排出口(10)，右下部设有干污泥排出口(14)，内部顶上设有温度检测模块(22)，内部底下水平安装烘干加热装置(13)，内部中间设有污泥传输装置(11)，污泥传输装置(11)一端位于污泥进料口(6)正下方，另一端位于干污泥排出口(14)正上方，污泥进料口(6)下部设有两个滚筒(7)。

2.根据权利要求1所述的一种风力发电直接烘干污泥的装置，其特征在于：所述烘干加热装置(13)包括2m个电阻式烘干加热器，一次侧烘干加热器(15)和二次侧烘干加热器(19)各包括m个电阻式烘干加热器，分别为A1、A2、A3···Am和B1、B2、B3···Bm，A1、A2、A3···Am与B1、B2、B3···Bm通过烘干加热器电气端口(16)依次交替水平安装到一次侧母线槽(17)、(21)和二次侧母线槽(18)、(20)上；一次侧烘干加热器(15)通过一次侧母线槽(17)、(21)连接到开关控制柜(5)，MCU控制系统(28)通过开关控制柜(5)控制一次侧烘干加热器(15)连接到风力发电机输出电缆(2)或电网电缆(4)；二次侧烘干加热器(19)通过二次侧母线槽(18)、(20)连接到开关控制柜(5)，MCU控制系统(28)通过开关控制柜(5)控制二次侧烘干加热器(19)连接风力发电机输出电缆(2)。

3.根据权利要求1所述的一种风力发电直接烘干污泥的装置，其特征在于：所述保护电路(24)为若干个并联的保护电阻，保护电路(24)与烘干加热装置(13)并联安装在风力发电总线上。

4.根据权利要求1所述的一种风力发电直接烘干污泥的装置，其特征在于：所述MCU控制系统(28)以风速检测模块(25)、风力发电功率检测模块(26)和温度检测模块(22)的检测信号为输入量，通过智能控制模块(27)控制开关控制柜(5)切换一次侧烘干加热器(15)和二次侧烘干加热器(19)的工作状态，调节污泥传输装置(11)的运行速度以及保护电路(24)的开闭。

5.一种如权利要求1所述的风力发电直接烘干污泥的装置的控制方法，其特征是具有如下步骤：

1)当风力发电机组(1)产生的功率不足烘干加热装置(13)总功率的70％时，智能控制模块(27)控制开关控制柜(5)内一次侧烘干加热器(15)和二次侧烘干加热器(19)的控制开关全部打开，保护电路(24)控制开关打开；

2)当风力发电机组(1)产生的功率为烘干加热装置(13)总功率的70％时，智能控制模块(27)控制开关控制柜(5)，将一次侧烘干加热器(15)中的A1、A3、A5、A7···Am-1连接到电网电缆(4)，一次侧烘干加热器(15)中的A2、A4、A6、A8···Am以及二次侧烘干加热器(19)连接到风力发电机输出电缆(2)，保护电路(24)控制开关打开，MCU控制系统(28)根据风力发电功率检测模块(26)和温度检测模块(22)的检测信号智能调节污泥传输装置(11)的运行速度；

3)当风力发电机组(1)产生的功率大于烘干加热装置(13)总功率的70％且小于烘干加热装置(13)总功率时，智能控制模块(27)控制开关控制柜(5)将一次侧烘干加热器(15)和二次侧烘干加热器(19)都连接到风力发电机输出电缆(2)，保护电路(24)控制开关打开，MCU控制系统(28)根据风力发电功率检测模块(26)和温度检测模块(22)的检测信号智能调节污泥传输装置(11)的运行速度；

4)当风力发电机组产生的功率大于烘干加热装置(13)总功率时，智能控制模块(27)控制开关控制柜(5)将一次侧烘干加热器(15)和二次侧烘干加热器(19)都连接到风力发电机输出电缆(2)上，保护电路(24)控制开关闭合，污泥传输装置(11)正常运行。

6.根据权利要求5所述的一种风力发电直接烘干污泥的装置的控制方法，其特征是在所述步骤2)运行时，若风力发电机组(1)产生的功率降低，智能控制模块(27)控制开关控制柜(5)按照步骤1)运行；若风力发电机组(1)产生的功率升高，智能控制模块(27)控制开关控制柜(5)按照步骤3)运行。

7.根据权利要求5所述的一种风力发电直接烘干污泥的装置的控制方法，其特征是在所述步骤3)运行时，若风力发电机组(1)产生的功率降低，智能控制模块(27)控制开关控制柜(5)按照步骤2)运行；若风力发电机组(1)产生的功率升高，智能控制模块(27)控制开关控制柜(5)按照步骤4)运行。

8.根据权利要求5所述的一种风力发电直接烘干污泥的装置的控制方法，其特征是在所述步骤4)运行时，若风力发电机组(1)产生的功率降低，智能控制模块(27)控制开关控制柜(5)按照步骤3)运行；若风力发电机组(1)产生的功率增大，智能控制模块(27)根据风力发电功率检测模块(26)的检测信号依次将保护电路(24)内部的保护电阻并联到烘干加热装置(13)的供电电路上，防止烘干加热装置(13)损坏；若风力发电机组(1)产生的功率过大，保护电路(24)中所有保护电阻都并联到装置中仍起不到调节作用，智能控制模块(27)控制开关控制柜(5)按照步骤1)运行。

9.根据权利要求5所述的一种风力发电直接烘干污泥的装置的控制方法，其特征是：当需要紧急生产时，风力发电机组(1)停止工作，智能控制模块(27)控制开关控制柜(5)将一次侧烘干加热器(15)连接到电网电缆(4)，二次侧烘干加热器(19)断开连接，智能控制模块(27)根据污泥烘干室(8)的温度控制污泥传输装置(11)的运行速度。