CN104482662B - 一种生物燃气供导热油锅炉控制系统装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种生物燃气供导热油锅炉控制系统装置及其控制方法，通过接收导热油温度信号和导热油热流量积算仪信号，自动控制器根据导热油设定温度，控制气化风量，调节进入导热油锅炉的燃气量，能实现导热油锅炉热能量的平稳供应，生物质气化炉负荷的平稳变化，该方法解决现有燃油燃气锅炉控制方法不适用于生物燃气供导热油锅炉应用场合的问题，可实现生物质气化炉与导热油锅炉自动联动控制，能快速响应负荷变化，统一协调、安全稳定。
Description
技术领域
本发明涉及生物燃气供应系统，特指一种生物燃气供导热油锅炉控制系统装置及其控制方法。
背景技术
生物质能资源丰富，分布广泛，是一种可再生能源，也是唯一一种可再生的碳源。在能源紧缺、温室气候日渐严重的今天，推广生物质能有着重要的意义。随着时代的趋势、科技的进步，生物质能源在能源消费的比重将日益增大。本发明是基于生物质气化技术的一种应用。目前使用的燃油燃气锅炉所用燃料一般为柴油、重油、水煤浆、天然气等，这些燃料在经济性或环保性上却带有明显缺陷，这些燃料的高成本或高污染制约着社会的发展和企业的发展。生物质燃气在环保性和经济性上有着种明显优势，排放标准等同于天然气，而价格低于天然气，是一种质优价廉的替代能源，将逐渐成为一种重要的能源形式。
现有燃油燃气的导热油锅炉控制方法一般是以锅炉的导热油温度为依据控制燃烧器进行大火、小火燃烧，这种方法适用于燃油、燃气等随用随开的场合。在燃油、天然气、水煤浆等供应充足和工厂预定条件下，该方法一般都能保证热能正常供应、适应负荷变化。
目前燃油燃气的导热油锅炉控制方法以导热油温度为依据控制燃烧器的大火和小火，在使用油、天然气、水煤浆时，这种方法原理简单，技术成熟。而生物燃气一般是配备生物质气化炉即产即用的，生物燃气的产量根据负荷情况提供，并非预先充足供应，而且为了维持经济性和稳定性，生物质气化炉一旦启动后，需要尽量避免它在极低负荷下运行和频繁停炉。生物质气化炉产生的生物燃气是即产即用的性质，不同于传统燃油燃气的充分供应、随用随开的性质，这种供应上的差异，使生物燃气供导热油锅炉的控制方法不适合用现有燃油燃气导热油锅炉的控制方法。这样就有必要发明一种能够适应生物燃气供导热油锅炉的控制方法。
发明内容
本发明的目的在于针对已有的技术现状，提供一种生物燃气供导热油锅炉控制系统装置及其控制方法，采用一种新的以导热油温度和导热油热流量为反馈控制信号的自动控制方法，对生物质气化炉和燃气热载体锅炉进行调节，实现生物燃气安全生产、热能稳定供应。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种生物燃气供导热油锅炉控制系统装置，主要包括气化风机、生物质气化炉、燃烧器配氧风机、锅炉燃烧器、导热油锅炉，所述生物质气化炉与装有锅炉燃烧器的导热油锅炉连接，其中，生物质气化炉由气化风机供氧，锅炉燃烧器由燃烧器配氧风机供氧；还包括与主控制器连接的人机设备、流量积算仪、若干传感器及若干变频器。
进一步的，流量积算仪为导热油热流量积算仪，其与导热油锅炉连接。
进一步的，若干传感器分别为与生物质气化炉连接的气压传感器及与导热油锅炉连接的导热油温度传感器。
进一步的，述若干变频器分别为与气化风机连接的气化风机变频器及与燃烧器配氧风机连接的燃烧器配氧风机变频器。
进一步的，生物质气化炉与装有锅炉燃烧器的导热油锅炉之间装有燃气引风机和燃气引风机变频器。
进一步的，气化风机的输出端设有气体流量计，该气体流量计为主控制器的信号输入，气化风机通过气体流量计与主控制器形成闭环控制回路。
该生物燃气供导热油锅炉系统的控制方法如下：
主控制器控制气化风机、燃气引风机的运转频率，气化风机输出气化风进入生物质气化炉，生物质气化炉产出燃气，燃气引风机将燃气输送进入导热油锅炉中燃烧，燃烧器配氧风机为锅炉燃烧器提供氧气，导热油温度传感器信号和导热油热流量积算仪信号反馈进入主控制器中，形成闭环控制回路；气化风机、燃气引风机其中之一作为主动调节风机，燃烧器配氧风机作为从动调节风机；
气化风量指令或燃气量指令输出有三种模式，分别为启停炉模式、热炉模式及正常模式，其中，启停炉模式由人机操作和主控制器结合控制；热炉模式在导热油锅炉的启炉过程中由内循环切换到外循环时，对气化风量指令值或燃气量指令值在单位时间内的最大变化量作一定限制，至导热油温度接近设定温度为止；正常模式则是生物质气化炉正常工作时，气化风量指令或燃气量指令按照预定方法计算得出后正常输出。
上述气化风机可作为从动调节风机，跟随燃气量指令运行；或气化风机作为主动调节风机，以气化风量指令控制运行；气化风量指令值是通过对设定导热油温度和当前导热油温度的偏差进行比例-积分运算，加入当前热流量数据经过函数G(X)运算的值，以前馈形式提高系统响应速度，最后对结果进行限幅处理得出；
上述燃气引风机可作为从动调节风机，跟随气化风量运行；或燃气引风机作为主动调节风机，以燃气量指令控制运行；燃气量指令值计算方法与气化风量指令值相同；
上述燃烧器配氧风机作为从动调节风机，根据气化风量指令或燃气量指令进行控制。
本发明的优点在于：本发明提供一种生物燃气供导热油锅炉自动控制系统，通过接收导热油温度信号和导热油热流量积算仪信号，自动控制器根据导热油设定温度，控制气化风量，调节进入导热油锅炉的燃气量，能实现导热油锅炉热能量的平稳供应，生物质气化炉负荷的平稳变化；本发明的方法解决现有燃油燃气锅炉控制方法不适用于生物燃气供导热油锅炉应用场合的问题，可实现生物质气化炉与导热油锅炉自动联动控制，能快速响应负荷变化，安全稳定。
附图说明：
附图1为本发明的工艺流程图；
附图2为本发明的控制系统结构图；
附图3为本发明的气化风量指令示意图；
附图4为本发明的远距离输送工艺流程图。
具体实施方式：
为了使审查委员能对本发明之目的、特征及功能有更进一步了解，兹举较佳实施例并配合图式详细说明如下：
请参阅图1所示，系为本发明之较佳实施例的结构示意图，本发明为一种生物燃气供导热油锅炉控制系统装置，主要包括气化风机1、生物质气化炉2、燃烧器配氧风机4、锅炉燃烧器5、导热油锅炉6，还包括与主控制器连接的人机设备、流量积算仪、若干传感器、若干变频器。所述生物质气化炉2与装有锅炉燃烧器5的导热油锅炉6连接，其中，生物质气化炉2由气化风机1供氧，锅炉燃烧器5由燃烧器配氧风机4供氧。
上述流量积算仪为导热油热流量积算仪8，其与导热油锅炉6连接。
上述若干传感器分别为与生物质气化炉2连接的气压传感器3及与导热油锅炉6连接的导热油温度传感器7。
上述若干变频器分别为与气化风机1连接的气化风机变频器及与燃烧器配氧风机4连接的燃烧器配氧风机变频器。
上述气化风机1的输出端设有气体流量计，该气体流量计为主控制器的信号输入，气化风机通过气体流量计与主控制器形成闭环控制回路。
上述方案中，锅炉负荷调节通过气化风量指令进行控制。在生物质气化炉和导热油锅炉正常工作情况下，气化风量确定了气化炉产出的燃气量，而燃气量确定了导热油锅炉产出的热能量，所以可以认为控制气化风量可以控制导热油锅炉的热能量。
该生物燃气供导热油锅炉系统的控制方法如下：
如图1、图2（原文图2）所示，主控制器控制气化风机1的运转频率，气化风机1输出气化风进入生物质气化炉2，生物质气化炉2产出燃气，燃气由生物质气化炉2炉顶燃气压力推送进入导热油锅炉6中燃烧，燃烧器配氧风机4为锅炉燃烧器5提供氧气，导热油温度传感器7信号和导热油热流量积算仪8信号反馈进入主控制器中，形成闭环控制回路；气化风机1、燃气引风机9其中之一作为主动调节风机，燃烧器配氧风机4作为从动调节风机；
当上述气化风机作为主动调节风机，以气化风量指令控制运行。
图3所示，上述方案中，气化风量指令值通过对设定导热油温度和当前导热油温度的偏差进行比例-积分运算，加入当前热流量数据经过函数G(X)运算的值，以前馈形式提高系统响应速度，最后对结果进行限幅处理，避免短时间内生物质气化炉大幅提高负荷，按需对气化风量指令作单位时间增加量的限制。通过气化风机风量和气化风机频率的标定公式换算，气化风量指令以风机运行频率形式输出。需要指出的是，本发明中气化风量给定不限定与所列举的计算方法，在不脱离本发明控制原理的前提下的其他类似和改进的计算方法，都应视为本发明的保护范围。
如图4所示，本发明中，可以在附图1中加入燃气引风机9，这种工艺适合生物质气化炉2与燃气锅炉距离较远的情况。加入之后，燃气引风机9可作为从动调节风机，跟随气化风量运行；或燃气引风机9作为主动调节风机，燃气量指令控制运行，燃气量指令值计算方法与气化风量指令值相同，此时气化风机作为从动调节风机，跟随燃气量指令运行，从而保证生物质气化炉炉顶燃气压力平稳。
本发明中，燃烧器配氧风机4作为从动调节风机，根据气化风量指令或燃气量指令进行控制。
上述气化风量指令或燃气量指令输出有三种模式，分别为启停炉模式、热炉模式及正常模式，其中，启停模式主要针对生物质气化炉2启停炉时，以导热油反馈信号进行负荷调节的方法不再适用，启停炉模式由人机操作及主控制器结合控制，以适应现场工况；热炉模式针对导热油锅炉6启炉过程中内循环切换到外循环时，导热油温度7信号和导热油积算仪8信号的突变，对气化风量或燃气量指令值在单位时间内的最大变化量进一步限制，这样可限制生物质锅炉在刚完成启炉后负荷变化的幅度，当导热油温度接近设定温度，则退出热炉模式进入正常模式；正常模式则是生物质气化炉正常工作时，气化风量指令或燃气量指令按照上述方法计算得出后正常输出。
本发明中，燃气量指令输出后没有风量反馈信号，在实际应用中，可以使用气体流量计进行测量，这样燃气量指令可构成的闭环控制，使输出将更加准确。
本发明中，主控制器以模拟量信号控制风机变频器的运行频率；主控制器接收传感器和流量计的模拟量信号；人机设备HMI与主控制器通讯连接，检测控制系统运行状态、设置运行参数等。主控制器工作原理是根据接收信号，执行既定自动程序、计算程序和保护程序，并输出控制信号；主控制器的种类可能包括PLC、DCS、工控机等具有能实现类似功能的控制器。
本发明中，主控制器负责整个系统的控制，除负荷控制功能外，还包括电气系统自诊断功能、导热油锅炉急停保护功能、生物质气化炉急停功能、锅炉熄火报警功能及其他报警功能等。
当然，以上图示仅为本发明较佳实施方式，并非以此限定本发明的使用范围，故，凡是在本发明原理上做等效改变均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种生物燃气供导热油锅炉控制系统装置，其特征在于：主要包括气化风机（1）、生物质气化炉（2）、燃烧器配氧风机（4）、锅炉燃烧器（5）、导热油锅炉（6），所述生物质气化炉（2）与装有锅炉燃烧器（5）的导热油锅炉（6）连接，其中，生物质气化炉（2）由气化风机（1）供氧，锅炉燃烧器（5）由燃烧器配氧风机（4）供氧；还包括与主控制器连接的人机设备、流量积算仪、若干传感器及若干变频器；
所述流量积算仪为导热油热流量积算仪（8），其与导热油锅炉（6）连接；所述若干传感器分别为与生物质气化炉（2）连接的气压传感器（3）及与导热油锅炉（6）连接的导热油温度传感器（7）；所述生物质气化炉（2）与导热油锅炉（6）之间装有燃气引风机（9）和燃气引风机变频器；
主控制器控制气化风机（1）、燃气引风机（9）的运转频率，气化风机（1）输出气化风进入生物质气化炉（2），生物质气化炉（2）产出燃气，燃气引风机（9）将燃气输送进入导热油锅炉（6）中燃烧，导热油温度传感器（7）信号和导热油热流量积算仪（8）信号反馈进入主控制器中，形成闭环控制回路；燃烧器配氧风机（4）作为从动调节风机；
气化风量指令或燃气量指令输出有三种模式，分别为启停炉模式、热炉模式及正常模式，其中，启停炉模式由人机设备操作和主控制器结合控制；热炉模式在导热油锅炉（6）的启炉过程中由内循环切换到外循环时，对气化风量指令值或燃气量指令值在单位时间内的最大变化量作一定限制，至导热油温度接近设定温度为止；正常模式则是生物质气化炉（2）正常工作时，气化风量指令或燃气量指令按照预定方法计算得出后正常输出。
2.根据权利要求1所述的一种生物燃气供导热油锅炉控制系统装置，其特征在于：所述若干变频器分别为与气化风机（1）连接的气化风机变频器及与燃烧器配氧风机（4）连接的燃烧器配氧风机变频器。
3.根据权利要求1或2所述的一种生物燃气供导热油锅炉控制系统装置，其特征在于：所述气化风机（1）的输出端设有气体流量计，该气体流量计为主控制器的信号输入，气化风机（1）通过气体流量计与主控制器形成闭环控制回路。
4.根据权利要求1所述的一种生物燃气供导热油锅炉控制系统装置，其特征在于：当气化风机（1）作为从动调节风机，则跟随燃气量指令运行；或当气化风机（1）作为主动调节风机，以气化风量指令控制运行；气化风量指令值是通过对设定导热油温度和当前导热油温度的偏差进行比例-积分运算，加入当前热流量数据经过函数G(X)运算的值，以前馈形式提高系统响应速度，最后对结果进行限幅处理得出。
5.根据权利要求1所述的一种生物燃气供导热油锅炉控制系统装置，其特征在于：当燃气引风机（9）作为从动调节风机，则跟随气化风量运行；或当燃气引风机（9）作为主动调节风机，以燃气量指令控制运行；燃气量指令值计算方法与气化风量指令值相同；燃烧器配氧风机（4）作为从动调节风机，根据气化风量指令或燃气量指令进行控制。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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Effective date of registration: 20190409 Address after: 410000 Office Building 3012, No. 2, Area C, Kaifu Wanda Plaza, No. 589 Zhongshan Road, Kaifu District, Changsha City, Hunan Province Patentee after: China Green Environmental Technology Co. Ltd. Address before: 310016 1076, room 10, No. 217 Wujiang Road, Shangcheng District, Hangzhou, Zhejiang Patentee before: Hangzhou Cui Bai Energy Technology Co., Ltd. |
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Effective date of registration: 20201112 Address after: Room 3011, office building 2, area C, Kaifu Wanda Plaza, 589 Zhongshan Road, Kaifu District, Changsha City, Hunan Province Patentee after: Zhonghai Guohong Energy Technology Co., Ltd Address before: 410000 Office Building 3012, No. 2, Area C, Kaifu Wanda Plaza, No. 589 Zhongshan Road, Kaifu District, Changsha City, Hunan Province Patentee before: China Green Environmental Technology Co.,Ltd. |
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