CN104501127A - 生物燃气供蒸汽锅炉负荷调节自动控制方法及系统装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生物燃气供应系统，尤其涉及生物燃气供锅炉的负荷调节控制方法和系统装置。通过自动控制器控制主动调节风机运转频率，主动调节风机输送给定的气化风量或者给定的燃气量，通过给定的气化风量或者给定的燃气量控制蒸汽锅炉燃烧产出的蒸汽量，蒸汽压力传感器信号和蒸汽流量计信号作为反馈进入自动控制器中，形成闭环控制回路。实现生物质气化炉负荷平稳变化，锅炉燃烧器燃气充分合理燃烧，炉膛气压稳定，蒸汽在设定的压力范围内平稳供应。本发明的控制系统解决现有燃油燃气锅炉控制方法不适用于生物燃气供蒸汽锅炉应用场合的问题，最大程度的增强生物质气化炉与蒸汽锅炉之间的匹配，实现生物质气化炉与蒸汽锅炉统一协调自动控制。

Description

生物燃气供蒸汽锅炉负荷调节自动控制方法及系统装置

技术领域

本发明涉及生物燃气供应系统，尤其涉及生物燃气供锅炉的负荷调节控制方法和系统装置。

背景技术

生物质能是仅次于煤炭、石油气和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源，在能源系统中占有非常重要的地位。生物质燃气技术经过多年发展已进入工业化。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。柴油、重油成本高且污染物排放高，水煤浆污染物排放在当今严峻的环境压力下也表现的不理想。生物燃气不但排放标准等同于天然气，而且价格优于天然气，是一种廉价优质的替代能源。

现有燃油燃气的蒸汽锅炉控制方法以蒸汽压力值为依据控制燃烧器的启停和大小火，启停和大小火控制是一种定量燃烧的控制方法，该种方法适用于燃油、燃气等随用随开的场合。工厂的燃油、天然气、水煤浆等正常情况下都是供应充足的，且这些燃料较生物燃气热值高，热量能快速转换成蒸汽，所以现有的燃油燃气锅炉控制方法在使用传统燃料时，一般都能保证工厂蒸汽正常供应，适应工厂蒸汽负荷的变化。

目前燃油燃气的蒸汽锅炉控制方法以蒸汽压力值为依据控制燃烧器的启停和大小火，在使用油、天然气、水煤浆时，这种方法简单实用，技术成熟，但使用生物燃气的蒸汽锅炉却不能简单的进行启停和大小火控制。生物燃气一般是配备生物质气化炉即产即用的，生物质气化炉一旦启炉后就需要长期运行，且在其负荷调节比范围内运行。生物质气化炉频繁的启停炉和超小负荷运行不但影响生物质气化炉运行经济性，也影响气化炉运行安全稳定性。生物燃气即产即用意味着生物质气化炉和燃气锅炉需要配合控制，否则容易造成能源浪费或能源不足的状况，而工厂生产变化带来需要蒸汽量的不确定性，使生物质气化炉和燃气锅炉需要及时、适量调整。

如上所述，生物质燃气与传统燃料在供应上存在较大差异，现有的燃油燃气锅炉控制方法并不适合于使用生物质燃气供锅炉的场合，因此有必要建立一种生物燃气供蒸汽锅炉自动控制系统。

发明内容

本发明的生物燃气供蒸汽锅炉控制方法为解决上述问题，采用一种新的以蒸汽压力和蒸汽流量为参数的自动控制方法和系统装置对生物质气化炉和蒸汽锅炉设备进行联动控制和调节，实现生物燃气安全生产、蒸汽稳定供应。

为达到上述目的，本发明的自动控制方法为：通过自动控制器控制主动调节风机运转频率，主动调节风机输送给定的气化风量或者给定的燃气量，通过给定的气化风量或者给定的燃气量控制蒸汽锅炉燃烧产出的蒸汽量，蒸汽压力传感器信号和蒸汽流量计信号作为反馈进入自动控制器中，形成闭环控制回路。

进一步地，该方法的设定蒸汽压力值和当前蒸汽压力的偏差进行比例-积分运算，然后加入当前蒸汽流量值经过函数G(X)运算的值，以前馈形式提高系统的响应速度，最后对结果进行限幅处理后，即得出气化风量指令值或者燃气量指令值。

进一步地，该方法的主动调节风机为气化风机或者燃气引风机，气化风机用于输送给定气化风量，燃气引风机用于输送给定燃气量；     二者其中之一作为主动调节风机，另一则作为从动调节风机，若是不安装燃气引风机的场合则气化风机作为主动调节风机。

该方法的系统设备技术方案如下：

气化风机1通过气化进风管4连接生物质气化炉5，生物质气化炉5通过燃气输出管道7连接蒸汽锅炉15，蒸汽锅炉15前端安装燃烧器14；气化风机1与气化风机变频器2对应连接，燃烧器配氧风机16、燃烧器配氧风机变频器17与燃烧器14对应连接，蒸汽压力传感器20和蒸汽流量计21与蒸汽锅炉15对应连接；气化风机变频器2、燃烧器配氧风机变频器17、蒸汽压力传感器20和蒸汽流量计21与自动控制器26电连接。

进一步地，所述的燃烧器14前端安装有燃气引风机10、燃气引风机变频器11。

进一步地，所述的气化风机1与生物质气化炉5之间的气化风进风管道4上安装有气化风切断阀3；生物质气化炉5和燃烧器14之间设置放散阀8、放散烟囱9；燃烧器14前端还安装有燃气供气阀12、燃烧器燃气气压传感器13。

进一步地，所述的蒸汽锅炉15连接炉膛烟气气压传感器18；蒸汽压力传感器20和蒸汽流量计21安装在蒸汽锅炉蒸汽燃气输出管道19上。

进一步地，所述的生物质气化炉5炉顶上安装有炉顶燃气压力传感器6。

进一步地，所述的蒸汽锅炉15连接烟气燃气输出管道22，通过烟气引风机23连接烟气烟囱25，烟气引风机23与烟气引风机变频器24相应连接。

进一步地，所述的自动控制器26与炉顶燃气气压传感器6、燃气引风机变频器11、燃烧器燃气气压传感器13、炉膛烟气气压传感器18、烟气引风机变频器24、人机设备27电连接。

本发明的优点在于：

通过接收蒸汽的压力信号或流量信号，自动控制器根据设定压力值，控制主动调节风机风量，调节进入蒸汽锅炉的燃气量，自动调节燃烧器配氧量，自调节烟气引风机排气量，从而实现生物质气化炉负荷平稳变化，锅炉燃烧器燃气充分合理燃烧，炉膛气压稳定，蒸汽在设定的压力范围内平稳供应。本发明的控制系统解决现有燃油燃气锅炉控制方法不适用于即产即用生物燃气供蒸汽锅炉应用场合的问题，最大程度的增强生物质气化炉与蒸汽锅炉之间的匹配，实现生物质气化炉与蒸汽锅炉统一协调自动控制，减少控制系统的人为干预量，最大限度的保障系统的稳定可靠运行。

附图说明：

   附图1为本发明实施例1示意图；

   附图2为本发明实施例2和3示意图；

附图3为本发明气化风量指令示意图；

附图4为本发明燃气风量指令示意图。

具体实施方式：

实施例1：

如图1所示，气化风机为主动调节风机做主动调节风机，其他风机均为从动调节风机，负荷控制核心是气化风量指令的给定方法。在生物质气化炉和蒸汽锅炉正常工作情况下，气化风量基本确定了气化炉产出的燃气量，燃气量则确定了蒸汽的产量，所以可以认为控制气化风量则等同控制燃气量，控制气化风量即可控制蒸汽产量，参阅图3，列举了一种气化指令给定公式。以下为从动调节风机控制方法：燃烧器配氧风机根据配氧量和气化风量的标定值，跟随气化风量指令进行控制，控制目标是确保燃烧器燃气与空气在合理配比下燃烧；烟气引风机以气化风量指令和炉膛烟气气压值进行调节，控制目标是保证烟气正常排出、保持炉膛气压力平稳并处于在设定范围之内。

实施例1中：自动控制器控制气化风机运转频率，气化风机输送给定气化风量，生物质气化炉产出燃气，燃气进入蒸汽锅炉燃烧产出蒸汽，蒸汽压力传感器信号或者蒸汽流量计信号反馈进入自动控制器中，形成闭环控制回路。

气化风量指令计算如附图3所示，对设定蒸汽压力值和当前蒸汽压力的偏差进行比例-积分运算，然后加入当前蒸汽流量值经过函数G(X)运算的值，以前馈形式提高系统的响应速度，最后对结果进行限幅处理后，即得出气化风量指令值，本领域技术人员可根据实际生产需要选用具体数值进行计算和设定。

实施例2：

 如图2，本实施例在实施例1的基础上，在燃烧器前端加安装有燃气引风机、燃气引风机变频器。此实施例中，气化风机作为主动调节风机，其他风机均为从动调节风机，负荷控制核心是气化风量指令的给定方法。燃气引风机作为从动调节风机，燃气引风机以气化风量指令和炉顶燃气气压值进行调节，控制目标是保证燃气正常输送、保持炉顶燃气压力平稳并处于在设定范围之内，其他从动风机与实施例1中相同。

实施例3：

     如图2所示，本实施例中，燃气引风机作为主动调节风机，其他风机均为从动调节风机。负荷控制核心是燃气量指令的给定方法。在生物质气化炉和蒸汽锅炉正常工作情况下，燃气量确定了蒸汽的产量，控制燃气量即可控制蒸汽产量，图4列举一种燃气量指令给定公式。以下为从动调节风机控制方法：气化风机以燃气量指令和炉顶燃气气压值进行调节，控制目标是保证燃气稳定生产、保持炉顶燃气压力平稳并处于在设定范围之内；燃烧器配氧风机和烟气引风机控制方法与实施例1类似，燃烧器配氧风机根据配氧量和燃气量的标定值，跟随燃气量指令进行控制；烟气引风机以燃气量指令和炉膛烟气气压值进行调节。

本实施例中，自动控制器控制燃气引风机运转频率，燃气引风机输送给定燃气量，燃气进入蒸汽锅炉产出蒸汽，蒸汽压力传感器信号或蒸汽流量计信号反馈进入自动控制器中，形成闭环控制回路。燃气量指令计算如图4所示：对设定蒸汽压力值和当前蒸汽压力的偏差进行比例-积分运算，然后加入当前蒸汽流量值经过函数G(X)运算的值，以前馈形式提高系统的响应速度，最后对结果进行限幅处理后，即得出燃气量指令值。

本发明中，蒸汽压力信号和蒸汽流量信号由自动控制器接收，自动控制器根据设定的蒸汽压力值，通过既定计算程序计算出气化风量指令或燃气量指令，并输出控制信号。

实施例1中，当生物质气化炉和蒸汽锅炉距离较近时，将燃气引风机和燃气引风机变频器去除，简化工艺流程。

本发明中，气化切断阀是否打开取决于气化风机是否投入运行，气化切断阀在气化炉停炉或压火时关闭，切断外部空气进入气化炉。

本发明中，炉顶燃气气压传感器用于监控气化炉气化状态的稳定性，燃烧器燃气气压传感器用于判断管道的疏通状态和燃气的供应情况。

本发明中，放散阀用于排放生物质气化炉残气、废气以及在紧急情况下排放燃气；紧急放散时，放散阀打开，燃气供气阀关闭，气化风切断阀关闭，所有风机关停；燃气供气阀燃气供气阀则在正常情况下将合格燃气输送到锅炉燃烧器燃气入口管道。

本发明中，风量指令通过风机风量和风机频率的标定公式换算，以风机运行频率形式输出。

本发明中，自动控制器以模拟量信号控制风机变频器的运行频率；自动控制器接收蒸汽压力传感器和蒸汽流量计的模拟量信号（用作负荷调节的控制信号）；自动控制器输出阀门的开关信号，控制阀门打开或关闭。

本发明中，自动控制器负责整个系统的控制，包括负荷控制控制功能，电气系统自诊断功能、锅炉水位控制功能、锅炉急停保护功能、燃气紧急放散功能、锅炉熄火报警功能及其他报警功能等；自动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；人机设备功能是与自动控制器通讯，检测控制系统运行状态、设置运行参数等。自动控制器的种类可包括PLC、DCS、工控机等能实现类似功能的控制器。

实例1和实例2中，以气化风量为负荷控制的核心，气化风量通过风机风量和风机频率的标定公式换算，以气化风机运行频率形式输出，在实际应用中，可以使用气体流量计进行测量，自动控制器可做出风量指令的双闭环控制，准确输出风量指令；燃气量决定蒸汽产量，也是燃烧器配氧风机和烟气引风机控制的重要依据，在实际应用中，同样可以使用气体流量计测量得出。

 本发明中，控制系统以蒸汽压力和蒸汽流量为反馈信号，在实际应用中，可以单以蒸汽压力为反馈信号，不采用蒸汽流量作前馈信号，同样能实现方案的功能；也可以以蒸汽温度替代蒸汽压力作为反馈信号，同样可以实现技术方案的功能。

本发明中，燃烧器配氧风机风量通过主动调节风机风量计算得出，在实际应用中，可以使用氧化锆测量烟气含氧量，自动控制器根据测量的含氧量，调节燃烧器配氧风机运行频率，使燃烧器燃气和空气在合理配比下燃烧。

当然，以上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 (10)

1.生物燃气供蒸汽锅炉负荷调节自动控制方法，其特征在于：自动控制器控制主动调节风机运转频率，主动调节风机输送给定的气化风量或者给定的燃气量，通过给定的气化风量或者给定的燃气量控制蒸汽锅炉燃烧产出的蒸汽量，蒸汽压力传感器信号和蒸汽流量计信号作为反馈进入自动控制器中，形成闭环控制回路。

2.根据权利要求1所述的生物燃气供蒸汽锅炉负荷调节自动控制方法，其特征在于：设定蒸汽压力值和当前蒸汽压力的偏差进行比例-积分运算，然后加入当前蒸汽流量值经过函数G(X)运算的值，以前馈形式提高系统的响应速度，最后对结果进行限幅处理后，即得出气化风量指令值或者燃气量指令值。

3.根据权利要求1或2所述的生物燃气供蒸汽锅炉负荷调节自动控制方法，其特征在于：所述的主动调节风机为气化风机或者燃气引风机，气化风机用于输送给定气化风量，燃气引风机用于输送给定燃气量，二者其中之一作为主动调节风机，另一则作为从动调节风机，若是不安装燃气引风机的场合则气化风机作为主动调节风机。

4.生物燃气供蒸汽锅炉负荷调节自动控制系统装置，其特征在于：气化风机（1）通过气化进风管（4）连接生物质气化炉（5），生物质气化炉（5）通过燃气输出管道（7）连接蒸汽锅炉（15），蒸汽锅炉（15）前端安装燃烧器（14）；气化风机（1）与气化风机变频器（2）对应连接，燃烧器配氧风机（16）、燃烧器配氧风机变频器（17）与燃烧器（14）对应连接，蒸汽压力传感器（20）和蒸汽流量计（21）与蒸汽锅炉（15）对应连接；气化风机变频器（2）、燃烧器配氧风机变频器（17）、蒸汽压力传感器（20）和蒸汽流量计（21）与自动控制器（26）电连接。

5.根据权利要求4所述的生物燃气供蒸汽锅炉负荷调节自动控制系统装置，其特征在于：燃烧器（14）前端安装有燃气引风机（10）、燃气引风机变频器（11）。

6.根据权利要求4或5所述的生物燃气供蒸汽锅炉负荷调节自动控制系统装置，其特征在于：气化风机（1）与生物质气化炉（5）之间的气化风进风管道（4）上安装有气化风切断阀（3）；生物质气化炉（5）和燃烧器（14）之间设置放散阀（8）、放散烟囱（9）；燃烧器（14）前端还安装有燃气供气阀（12）、燃烧器燃气气压传感器（13）。

7.根据权利要求4或5所述的生物燃气供蒸汽锅炉负荷调节自动控制系统装置，其特征在于：蒸汽锅炉（15）连接炉膛烟气气压传感器（18）；蒸汽压力传感器（20）和蒸汽流量计（21）安装在蒸汽锅炉蒸汽燃气输出管道（19）上。

8.根据权利要求4或5所述的生物燃气供蒸汽锅炉负荷调节自动控制系统装置，其特征在于：生物质气化炉（5）炉顶上安装有炉顶燃气压力传感器（6）。

9.根据权利要求4或5所述的生物燃气供蒸汽锅炉负荷调节自动控制系统装置，其特征在于：蒸汽锅炉（15）连接烟气燃气输出管道（22），通过烟气引风机（23）连接烟气烟囱（25），烟气引风机（23）与烟气引风机变频器（24）相应连接。

10.根据权利要求4或5所述的生物燃气供蒸汽锅炉负荷调节自动控制系统装置，其特征在于：自动控制器（26）与炉顶燃气气压传感器（6）、燃气引风机变频器（11）、燃烧器燃气气压传感器（13）、炉膛烟气气压传感器（18）、烟气引风机变频器（24）、人机设备（27）电连接。