CN104534508A - 一种沼气安全燃烧控制装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明主要涉及一种沼气安全燃烧控制装置及控制方法,它包括燃烧装置、助氧装置、输气管道、智能控制装置、增压装置;所述的燃烧装置包括燃烧器、引火枪;在燃烧器燃烧口上方安装有离子棒火焰探测器,所述的增压装置包括罗茨风机一、罗茨风机二、阻火器二、气水分离器、过滤器一、过滤器二;所述的增压装置通过管道与沼气池预留口连接;在罗茨风机一出口设置有压力开关二;本发明通过智能控制装置对增压装置、燃烧装置、输气管道的智能控制,实现了沼气的安全燃烧,通过模糊数据控制方案实现了燃气的完全燃烧;通过增压装置的控制,实现了燃气燃烧的稳定性和可靠性,通过对各个仪表、阀门的监控,实现了燃气燃烧的安全性。

Description

一种沼气安全燃烧控制装置及控制方法
技术领域
发明涉及一种沼气燃烧控制装置,具体涉及一种沼气安全燃烧控制装置及控制方法
背景技术
现在垃圾焚烧发电厂的渗滤液站以及污泥处理后反应生产出大量的沼气,沼气的主要成分是甲烷。沼气由50%~80%甲烷(CH4)、20%~40%二氧化碳(CO2)、0%~5%氮气(N2)、小于1%的氢气(H2)、小于0.4%的氧气(O2)与0.1%~3%硫化氢(H2S)等气体组成。由于沼气含有少量硫化氢,所以略带臭味。其特性与天然气相似。密度为0.717kg/m3,空气密度为1.29kg/m3,沼气的主要成分甲烷是一种理想的气体燃料,与适量空气混合后即会燃烧。每立方米纯甲烷的发热量为34000千焦,每立方米沼气的发热量约为20800-23600千焦。即1立方米沼气完全燃烧后,能产生相当于0.7千克无烟煤提供的热量;与其它燃气相比,其抗爆性能较好,是一种很好的清洁燃料。现在这部分沼气的主要处理方式是通过沼气回炉系统引入到垃圾焚烧炉中燃烧,起到辅助燃烧的作用,增加燃烧炉的热量;然而在利用沼气的过程中需要预防沼气爆炸,如何避免沼气池出现负压、沼气回火进入沼气池内引起爆炸成为本发明主要解决的问题。
发明内容
针对上述问题,本发明主要提供一种燃烧稳定、燃烧易于控制、燃烧安全、燃烧效率高的一种沼气安全燃烧控制装置及控制方法
一种沼气安全燃烧控制装置包括燃烧装置、助氧装置、输气管道、智能控 制装置、增压装置;所述的燃烧装置包括燃烧器、引火枪;在燃烧器燃烧口上方安装有离子棒火焰探测器,下方安装有紫外线火焰探测器;所述的燃烧器内沼气的流速为120m/s;所述的引火枪安装在燃烧器燃烧口下方;在燃烧器后设置压力开关一;在引火枪下端设置有点火线圈;在与引火枪连接的管道上设置有引火电磁阀;所述的助氧装置包括助氧风机和助氧风压力开关;所述的智能控制装置包括中央控制室和PLC控制柜;所述的输气管道上设置有低压燃气开关、高压燃气开关、电磁阀检漏开关、电动流量调节阀、紧急切断阀一、紧急切断阀二、流量计、阻火器一;所述的增压装置包括罗茨风机一、罗茨风机二、阻火器二、气水分离器、过滤器一、过滤器二;所述的增压装置通过管道与沼气池预留口连接;在罗茨风机一出口设置有压力开关二;在罗茨风机二出口设置有压力开关三;在沼气池出口设置有压力变送器。
所述的阻火器一设置在燃烧器后面的输气管道上;所述的阻火器二设置在气水分离器和沼气池预留口之间;在沼气池预留口后端设置有压力表一;在输气管道上设置有压力表二;所述的气水分离器设置在增压装置前端;气水分离器与自动排污装置连接,通过排水口将污水排出;所述的过滤器一设置在罗茨风机一前端;过滤器二设置在罗茨风机二前端;所述的输气管道上还设置有排空管道,通过排空电磁阀将输气管道进行排空;所述的离子棒火焰探测器和紫外线火焰探测器分别与中央控制室连接来检测沼气燃烧程度。
一种沼气安全燃烧控制装置的控制方法包括:A、母管排空;在点燃燃烧器前,开启母管排空电磁阀,罗茨风机对管道内的沼气与空气混合气体排空,防止点燃混合气体引起爆炸;B、炉膛前吹扫;为防止阀门泄露沼气造成炉膛前存有余量沼气,燃烧器点燃前开启助氧风机,对炉膛进行吹扫;C、紧急切断阀检漏;关闭紧急切断阀,利用电磁阀检漏开关检测是否有沼气泄露发生,如果有 泄露发生,则启动泄露报警;如果没有泄露,点引火枪;D、火焰检测;开启紧急切断阀,燃烧器燃烧,利用离子棒火焰探测器和紫外线火焰探测器对火焰探测,如未检测到火焰,则点火失败,启动报警;如检测到火焰,再调整火焰;E、根据压力变送器反馈的压力通过模糊数据控制程序对管道内沼气的压力值进行测算,测算出的数值通过电动调节阀输出,达到燃气调节的目的;如果压力变送器反馈的压力过低,PLC将控制沼气池调节蝶阀自动进行调节,直至调节至符合要求的压力范围;F、按停止按钮,关闭紧急切断阀,进行炉膛后吹扫,停止系统。
一种沼气安全燃烧控制装置的控制方法还包括:1、回火控制;在燃烧器上设置高速烧嘴,沼气在喷出口流速达到120米/秒以上,超出火焰传播速度90米/秒,以此避免回火现象;在燃烧器后设置压力开关一,一旦出现回火通过压力开关传递给PLC,由PLC紧急切断沼气管路上的两道紧急切断阀,以避免回火;在燃烧器后和增压装置上设置阻火器,以物理方式避免回火;2、负压控制;检测沼气池内压力保持微正压,进行报警连锁保护;通过增压后压力计与流量计采集流量分析沼气池内沼气量避免抽空;通过对增压后压力与增压风机转速分析,避免沼气池内出现负压;增加气水分离器以物理方式杜绝沼气罐内压力出现负值。
沼气从沼气池内经沼气池预留口输出,在罗茨风机一、罗茨风机二的带动下,沼气进入气水分离器,将沼气中包含的水汽进行分离,然后进入过滤器一、过滤器二,经输气管道进入燃烧器,在引火枪的作用下将燃气点燃,离子棒火焰探测器和紫外线火焰探测器将火焰大小的信号传给中央控制室,中央控制室据此信号计算火焰燃烧程度是否满足需要,如果需要调整火焰大小,PLC控制柜再作用于电动流量调节阀、罗茨风机一、罗茨风机二、助氧风机,调整流量 和风力;电磁阀检漏开关如果检测到电磁阀有漏气发生,PLC控制柜根据传来的漏气信号作用于紧急切断阀一和紧急切断阀二来切断燃气的供应;压力表一用来测量沼气池出口的压力,压力表二用来测量经过增压后的管道内的压力,PLC控制柜根据压力表一、压力表二测量的数值来调节罗茨风机的转速,压力表一的数值作为主调节信号,压力表二的数值作为辅助调节信号,以此来控制管道内的压力和沼气池内沼气的压力,判断沼气池内沼气的存量,避免因沼气池内沼气不足而产生的危害;沼气池出口的管道为DN200不锈钢管道,罗茨风机增压后母道流量能达到2400-2500m3/h,对沼气增压前的管道均采用DN200管道,以保证最大流量;鉴于沼气内水分过多,在对沼气增压前设置气水分离器,分离沼气中的水分;在气水分离器上连接有自动排污装置,通过排污口将污水排出;在增压装置前设置过滤器一、过滤器二,对管道内的杂质进行处理;燃烧器意外熄火引起的压力升高,罗茨风机的恒压系统会自动调节为正常值;在压力变送器出现故障、压力超出设定范围时,压力开关二、压力开关三会自动切断罗茨风机一和罗茨风机二的电源,以保证系统安全运行;沼气池出口的压力变送器可以自动判断沼气池内压力不足的情况,系统能及时报警告知,并在设定值时停止系统,以防备压力不足时空气进入沼气管线,避免发生意外事故。
在运行过程中,沼气池需要保证微正压,保证沼气浓度,防止空气因负压进入池内;在沼气池出口后,安装阻火器,保证物理防回火,增压设备之前设置一水封缓冲装置,以保证沼气池内压力保持安全的微正压;根据沼气量以及沼气含有腐蚀介质的情况,沼气池管线均采用304不锈钢材质,沼气池至增压装置前段管线采用DN200口径的管线,管道设计伸缩节,以减小增压风机的负载,减少电量消耗。罗茨风机出口至锅炉燃烧器间的管道采用DN150口径不锈 钢管道,管道设计伸缩节,以保证沼气量小的时候也能保持一定压力入炉,入炉燃烧部分至燃烧器采用DN100口径的管线。
此燃烧器具有结构紧凑、燃烧稳定、调节比大、噪音低、火焰铺展性好、燃烧完全、燃烧易于控制等优点,主要特点为:
1、燃烧器使用范围广,可燃烧天然气、液化气、焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气、瓦斯气及各种裂解煤气等;
2、燃烧完全、燃烧效率在99.5%以上,相对老式燃烧器节能4%以上;
3、能实现高强度燃烧,容积热强度可达到1.2×104kcal/m3·s;
4、火焰出口喷射速度高,火焰刚性强,能抗风速达60m/s;
5、克服了因燃气中含焦油、杂质、液态烃等导致的火焰不稳定、结焦、堵塞等缺点。无回火、脱火现象;
6、可根据用户要求设计安装性能可靠的高能点火系统和火焰检测及报警;
燃烧炉的控制设备设一台西门子PLC的程控柜+触摸屏、一台罗茨风机控制柜,分别对垃圾炉管路上面的阀门、仪表以及增压风机等设备进行连锁控制,同时接受DCS相关信号,在锅炉发生MFT或想停止沼气掺烧燃烧的情况下实现必要的动作。程控就地控制柜布置在现场,应防尘、隔热,远离爆炸区域。控制柜是整个自动控制系统的核心,可完成自动启停,自动控制(根据DCS来的负荷模拟量信号调节),保证沼气的完全燃烧;DCS系统送程控柜的允许投运、沼气池出口压力高低和紧急急停指令指令采用硬接线方式,要求根据沼气池出口压力高低实现自动燃烧控制。就地控制柜可完成现场手动点火操作,包括手动开关阀门等;就地点火控制盘将现场信号送给程控系统。
系统在第一次使用时,当燃气管线内存有的空气与燃气混和,数值在爆炸极限范围内时点火,会造成燃气管线内爆炸事故的发生。所以在系统第一次使 用时必须进行空气置换,方法可以用氮气置换或者对空排放用仪器检测浓度。在使用过程中,点火前可能会因为阀门泄漏等原因造成炉膛内存有余量燃气,如果直接点火则会造成窑炉爆炸或爆鸣现象,因此在点火前必须进行炉膛吹扫,目的是把炉膛内可能存有的燃气排尽。并通过在管路中设置的风压开关来确认风机是否正常工作,以保证吹扫万无一失。在点火前,为了确认燃气紧急切断阀是否因为阀门故障或者因管路中的杂质造成阀门泄漏。系统必须设置阀门自动检漏程序,以检测阀门无任何泄漏方可进行点火,否则会直接造成爆炸现象。在炉膛吹扫完毕后,将燃气调节阀、助氧风阀关小至安全点火位置,再进行点火,否则会造成燃气及助氧风过大点不着火或出现点火爆鸣现象。点火时间不宜过长,如果长时间点火不成功,燃气会大量进入炉膛,容易引起爆炸事故。所以必须配备火焰检测装置,以确定在一定时间内是否点火成功,如果不成功,程序则进入重新吹扫过程进行第二次点火。
如何及时发现处理是避免事故的主要解决方法,我们通过如下方案解决:
(1)防止燃气压力意外过低而造成的爆炸,我们在燃气管线中设置一个低压燃气开关和高压燃气开关,随时检测燃气管线的压力,一旦压力出现过低或过高,在还没有熄火的安全情况下进行切断燃气,并报警提示。
(2)燃气压力意外过高会造成进入炉膛的燃气突然增大,助养风量不能及时跟进,造成炉膛内燃气不充分燃烧,有过余的燃气进入烟道遇到空气后发生烟道爆炸。那么同样在燃气管线上设置燃气高压开关,实时检测燃气的压力,当突然意外升高到危险值时,燃气紧急切断阀则在0.1秒内切断阀门避免事故发生。同时燃气压力高开关还可以检测因意外原因造成炉膛压力过高时发生的回火现象。
(3)燃烧比例控制中的燃气比例阀或者助养风量阀意外出现故障时,都 会造成燃烧不完全现象出现,那么我们在系统中通过阀门的位置反馈或者流量的反馈信号与系统的指令信号比较可以来解决这个问题。一旦出现,系统会先报警提示,达到危险设定值时,系统会自动切断紧急切断阀,并报警提示操作人员处理。
(4)对于在正常燃烧中出现不明原因突然熄火,是燃烧控制系统中最基本的要求。在燃烧器上设置火焰检测器随时检测火焰的存在与否,当出现意外熄火时,系统根据火焰检测器提供的信号自动切断紧急切断阀,避免事故的发生。
燃料的完全燃烧利用及安全除与燃烧器有一定关系外,燃烧控制过程中的空、燃比例也很重要。燃气的完全燃烧控制方案为:
燃烧控制中,如果助养风与燃料配比不好无论是燃气过多还是过少,都会造成热利用浪费。
(1)助养风过少时助养风过少时火焰颜色橘红色中心温度低,造成升温过慢,炉体热平衡不变的情况下,则热量散失过多,同时会造成燃料因缺氧不能完全燃烧出现浪费现象,或出现因二次燃烧造成的爆炸现象出现。
(2)助养风过大时助养风过大时火焰短小明亮,火焰中心温度靠后,局部温度过高,不利于炉膛内热量的利用,并容易出现烧坏炉壁及燃烧器的情况出现。
(3)最佳空燃比例最佳空燃比例,是按照每燃烧单位大卡燃料所需要的氧气来计算,空气中的氧含量是一定的,这样很容易计算出1立方燃料需要的空气量。通过系统把实时燃料量与助养风量进行采集比较,通过调节阀门使燃料量与助养风量达 到最佳配比,使燃烧达到最佳燃烧状态。
利用模糊数据控制方案来实现燃气的完全燃烧;在控制过程中,利用PLC在调试时根据不同点不同状态下的数据编成数据库,存入PLC中,温度控制时利用PID运算作为前馈运算单元再配合加法器、减法器直接调取数据库中的数据值来实现温度的平稳控制,工程应用中能把炉膛温度控制在3摄氏度的偏差之内。温度控制曲线明显收缩状态最终趋于直线。此种控制方案无需配备燃气、空气流量计即可实现,减少企业投资与系统的故障点。
本发明通过智能控制装置对增压装置、燃烧装置、输气管道的智能控制,实现了沼气的安全燃烧,通过模糊数据控制方案实现了燃气的完全燃烧;通过增压装置的控制,实现了燃气燃烧的稳定性和可靠性,通过对各个仪表、阀门的监控,实现了燃气燃烧的安全性。
附图说明
图1为一种沼气安全燃烧控制装置结构示意
图2为一种沼气安全燃烧控制装置控制方法框
具体实施方式
一种沼气安全燃烧控制装置包括燃烧装置、助氧装置、输气管道、智能控制装置(28)、增压装置;所述的燃烧装置包括燃烧器(1)、引火枪;在燃烧器(1)燃烧口上方安装有离子棒火焰探测器(2),下方安装有紫外线火焰探测器(3);所述的燃烧器(1)内沼气的流速为120m/s;所述的引火枪安装在燃烧器(1)燃烧口下方;在燃烧器(1)后设置压力开关一(4);在引火枪下端设置有点火线圈;在与引火枪连接的管道上设置有引火电磁阀(5);所述的助氧装置包括助氧风机(7)和助氧风压力开关(6);所述的智能控制装置(28)包括中央控制室和PLC控制柜;所述的输气管道上设置有低压燃气开关(29)、高压 燃气开关(30)、电磁阀检漏开关(24)、电动流量调节阀(27)、紧急切断阀一(26)、紧急切断阀二(25)、流量计(23)、阻火器一(8);所述的增压装置包括罗茨风机一(10)、罗茨风机二(9)、阻火器二(11)、气水分离器(12)、过滤器一(13)、过滤器二(14);所述的增压装置通过管道与沼气池预留口(15)连接;在罗茨风机一(10)出口设置有压力开关二(16);在罗茨风机二(9)出口设置有压力开关三(17);在沼气池出口设置有压力变送器(19)。
所述的阻火器一(8)设置在燃烧器(1)后面的输气管道上;所述的阻火器二(11)设置在气水分离器(12)和沼气池预留口(15)之间;在沼气池预留口(15)后端设置有压力表一(18);在输气管道上设置有压力表二(20);所述的气水分离器(12)设置在增压装置前端;气水分离器(12)与自动排污装置连接,通过排水口将污水排出;所述的过滤器一(13)设置在罗茨风机一(10)前端;过滤器二(14)设置在罗茨风机二(9)前端;所述的输气管道上还设置有排空管道(21),通过排空电磁阀(22)将输气管道进行排空;所述的离子棒火焰探测器(2)和紫外线火焰探测器(3)分别与中央控制室连接来检测沼气燃烧程度。
一种沼气安全燃烧控制装置的控制方法包括:A、母管排空;在点燃燃烧器(1)前,开启母管排空电磁阀(22),罗茨风机对管道内的沼气与空气混合气体排空,防止点燃混合气体引起爆炸;B、炉膛前吹扫;为防止阀门泄露沼气造成炉膛前存有余量沼气,燃烧器(1)点燃前开启助氧风机(7),对炉膛进行吹扫;C、紧急切断阀检漏;关闭紧急切断阀,利用电磁阀检漏开关(24)检测是否有沼气泄露发生,如果有泄露发生,则启动泄露报警;如果没有泄露,点引火枪;D、火焰检测;开启紧急切断阀,燃烧器(1)燃烧,利用离子棒火焰探测器(2)和紫外线火焰探测器(3)对火焰探测,如未检测到火焰,则点火失 败,启动报警;如检测到火焰,再调整火焰;E、根据压力变送器(19)反馈的压力通过模糊数据控制程序对管道内沼气的压力值进行测算,测算出的数值通过电动调节阀输出,达到燃气调节的目的;如果压力变送器(19)反馈的压力过低,PLC将控制沼气池调节蝶阀自动进行调节,直至调节至符合要求的压力范围;F、按停止按钮,关闭紧急切断阀,进行炉膛后吹扫,停止系统。
一种沼气安全燃烧控制装置的控制方法还包括:1、回火控制;在燃烧器(1)上设置高速烧嘴,沼气在喷出口流速达到120米/秒以上,超出火焰传播速度90米/秒,以此避免回火现象;在燃烧器(1)后设置压力开关一(4),一旦出现回火通过压力开关传递给PLC,由PLC紧急切断沼气管路上的两道紧急切断阀,以避免回火;在燃烧器(1)后和增压装置上设置阻火器,以物理方式避免回火;2、负压控制;检测沼气池内压力保持微正压,进行报警连锁保护;通过增压后压力计与流量计(23)采集流量分析沼气池内沼气量避免抽空;通过对增压后压力与增压风机转速分析,避免沼气池内出现负压;增加气水分离器(12)以物理方式杜绝沼气罐内压力出现负值。
沼气从沼气池内经沼气池预留口(15)输出,在罗茨风机一(10)、罗茨风机二(9)的带动下,沼气进入气水分离器(12),将沼气中包含的水汽进行分离,然后进入过滤器一(13)、过滤器二(14),经输气管道进入燃烧器(1),在引火枪的作用下将燃气点燃,离子棒火焰探测器(2)和紫外线火焰探测器(3)将火焰大小的信号传给中央控制室,中央控制室据此信号计算火焰燃烧程度是否满足需要,如果需要调整火焰大小,PLC控制柜再作用于电动流量调节阀(27)、罗茨风机一(10)、罗茨风机二(9)、助氧风机(7),调整流量和风力;电磁阀检漏开关(24)如果检测到电磁阀有漏气发生,PLC控制柜根据传来的漏气信号作用于紧急切断阀一(26)和紧急切断阀二(25)来切断燃气的供应; 压力表一(18)用来测量沼气池出口的压力,压力表二(20)用来测量经过增压后的管道内的压力,PLC控制柜根据压力表一(18)、压力表二(20)测量的数值来调节罗茨风机的转速,压力表一(18)的数值作为主调节信号,压力表二(20)的数值作为辅助调节信号,以此来控制管道内的压力和沼气池内沼气的压力,判断沼气池内沼气的存量,避免因沼气池内沼气不足而产生的危害;沼气池出口的管道为DN200不锈钢管道,罗茨风机增压后母道流量能达到2400-2500m3/h,对沼气增压前的管道均采用DN200管道,以保证最大流量;鉴于沼气内水分过多,在对沼气增压前设置气水分离器(12),分离沼气中的水分;在气水分离器(12)上连接有自动排污装置,通过排污口将污水排出;在增压装置前设置过滤器一(13)、过滤器二(14),对管道内的杂质进行处理;燃烧器(1)意外熄火引起的压力升高,罗茨风机的恒压系统会自动调节为正常值;在压力变送器(19)出现故障、压力超出设定范围时,压力开关二(16)、压力开关三(17)会自动切断罗茨风机一(10)和罗茨风机二(9)的电源,以保证系统安全运行;沼气池出口的压力变送器(19)可以自动判断沼气池内压力不足的情况,系统能及时报警告知,并在设定值时停止系统,以防备压力不足时空气进入沼气管线,避免发生意外事故。
在运行过程中,沼气池需要保证微正压,保证沼气浓度,防止空气因负压进入池内;在沼气池出口后,安装阻火器,保证物理防回火,增压设备之前设置一水封缓冲装置,以保证沼气池内压力保持安全的微正压;根据沼气量以及沼气含有腐蚀介质的情况,沼气池管线均采用304不锈钢材质,沼气池至增压装置前段管线采用DN200口径的管线,管道设计伸缩节,以减小增压风机的负载,减少电量消耗。罗茨风机出口至锅炉燃烧器(1)间的管道采用DN150口径不锈钢管道,管道设计伸缩节,以保证沼气量小的时候也能保持一定压力入 炉,入炉燃烧部分至燃烧器(1)采用DN100口径的管线。
此燃烧器(1)具有结构紧凑、燃烧稳定、调节比大、噪音低、火焰铺展性好、燃烧完全、燃烧易于控制等优点,主要特点为:
1、燃烧器(1)使用范围广,可燃烧天然气、液化气、焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气、瓦斯气及各种裂解煤气等;
2、燃烧完全、燃烧效率在99.5%以上,相对老式燃烧器(1)节能4%以上;
3、能实现高强度燃烧,容积热强度可达到1.2×104kcal/m3·s;
4、火焰出口喷射速度高,火焰刚性强,能抗风速达60m/s;
5、克服了因燃气中含焦油、杂质、液态烃等导致的火焰不稳定、结焦、堵塞等缺点。无回火、脱火现象;
6、可根据用户要求设计安装性能可靠的高能点火系统和火焰检测及报警;
燃烧炉的控制设备设一台西门子PLC的程控柜+触摸屏、一台罗茨风机控制柜,分别对垃圾炉管路上面的阀门、仪表以及增压风机等设备进行连锁控制,同时接受DCS相关信号,在锅炉发生MFT或想停止沼气掺烧燃烧的情况下实现必要的动作。程控就地控制柜布置在现场,应防尘、隔热,远离爆炸区域。控制柜是整个自动控制系统的核心,可完成自动启停,自动控制(根据DCS来的负荷模拟量信号调节),保证沼气的完全燃烧;DCS系统送程控柜的允许投运、沼气池出口压力高低和紧急急停指令指令采用硬接线方式,要求根据沼气池出口压力高低实现自动燃烧控制。就地控制柜可完成现场手动点火操作,包括手动开关阀门等;就地点火控制盘将现场信号送给程控系统。
系统在第一次使用时,当燃气管线内存有的空气与燃气混和,数值在爆炸极限范围内时点火,会造成燃气管线内爆炸事故的发生。所以在系统第一次使用时必须进行空气置换,方法可以用氮气置换或者对空排放用仪器检测浓度。 在使用过程中,点火前可能会因为阀门泄漏等原因造成炉膛内存有余量燃气,如果直接点火则会造成窑炉爆炸或爆鸣现象,因此在点火前必须进行炉膛吹扫,目的是把炉膛内可能存有的燃气排尽。并通过在管路中设置的风压开关来确认风机是否正常工作,以保证吹扫万无一失。在点火前,为了确认燃气紧急切断阀是否因为阀门故障或者因管路中的杂质造成阀门泄漏。系统必须设置阀门自动检漏程序,以检测阀门无任何泄漏方可进行点火,否则会直接造成爆炸现象。在炉膛吹扫完毕后,将燃气调节阀、助氧风阀关小至安全点火位置,再进行点火,否则会造成燃气及助氧风过大点不着火或出现点火爆鸣现象。点火时间不宜过长,如果长时间点火不成功,燃气会大量进入炉膛,容易引起爆炸事故。所以必须配备火焰检测装置,以确定在一定时间内是否点火成功,如果不成功,程序则进入重新吹扫过程进行第二次点火。
如何及时发现处理是避免事故的主要解决方法,我们通过如下方案解决:
(1)防止燃气压力意外过低而造成的爆炸,我们在燃气管线中设置一个低压燃气开关(29)和高压燃气开关(30),随时检测燃气管线的压力,一旦压力出现过低或过高,在还没有熄火的安全情况下进行切断燃气,并报警提示。
(2)燃气压力意外过高会造成进入炉膛的燃气突然增大,助养风量不能及时跟进,造成炉膛内燃气不充分燃烧,有过余的燃气进入烟道遇到空气后发生烟道爆炸。那么同样在燃气管线上设置燃气高压开关,实时检测燃气的压力,当突然意外升高到危险值时,燃气紧急切断阀则在0.1秒内切断阀门避免事故发生。同时燃气压力高开关还可以检测因意外原因造成炉膛压力过高时发生的回火现象。
(3)燃烧比例控制中的燃气比例阀或者助养风量阀意外出现故障时,都会造成燃烧不完全现象出现,那么我们在系统中通过阀门的位置反馈或者流量 的反馈信号与系统的指令信号比较可以来解决这个问题。一旦出现,系统会先报警提示,达到危险设定值时,系统会自动切断紧急切断阀,并报警提示操作人员处理。
(4)对于在正常燃烧中出现不明原因突然熄火,是燃烧控制系统中最基本的要求。在燃烧器(1)上设置火焰检测器随时检测火焰的存在与否,当出现意外熄火时,系统根据火焰检测器提供的信号自动切断紧急切断阀,避免事故的发生。
燃料的完全燃烧利用及安全除与燃烧器(1)有一定关系外,燃烧控制过程中的空、燃比例也很重要。燃气的完全燃烧控制方案为:
燃烧控制中,如果助养风与燃料配比不好无论是燃气过多还是过少,都会造成热利用浪费。
(1)助养风过少时助养风过少时火焰颜色橘红色中心温度低,造成升温过慢,炉体热平衡不变的情况下,则热量散失过多,同时会造成燃料因缺氧不能完全燃烧出现浪费现象,或出现因二次燃烧造成的爆炸现象出现。
(2)助养风过大时助养风过大时火焰短小明亮,火焰中心温度靠后,局部温度过高,不利于炉膛内热量的利用,并容易出现烧坏炉壁及燃烧器(1)的情况出现。
(3)最佳空燃比例最佳空燃比例,是按照每燃烧单位大卡燃料所需要的氧气来计算,空气中的氧含量是一定的,这样很容易计算出1立方燃料需要的空气量。通过系统把实时燃料量与助养风量进行采集比较,通过调节阀门使燃料量与助养风量达到最佳配比,使燃烧达到最佳燃烧状态。
利用模糊数据控制方案来实现燃气的完全燃烧;在控制过程中,利用PLC在调试时根据不同点不同状态下的数据编成数据库,存入PLC中,温度控制时利用PID运算作为前馈运算单元再配合加法器、减法器直接调取数据库中的数据值来实现温度的平稳控制,工程应用中能把炉膛温度控制在3摄氏度的偏差之内。温度控制曲线明显收缩状态最终趋于直线。此种控制方案无需配备燃气、空气流量计即可实现,减少企业投资与系统的故障点。
本发明通过智能控制装置(28)对增压装置、燃烧装置、输气管道的智能控制,实现了沼气的安全燃烧,通过模糊数据控制方案实现了燃气的完全燃烧;通过增压装置的控制,实现了燃气燃烧的稳定性和可靠性,通过对各个仪表、阀门的监控,实现了燃气燃烧的安全性。

Claims (4)

1.一种沼气安全燃烧控制装置包括燃烧装置、助氧装置、输气管道、智能控制装置(28)、增压装置;其特征是:所述的燃烧装置包括燃烧器(1)、引火枪;在燃烧器(1)燃烧口上方安装有离子棒火焰探测器(2),下方安装有紫外线火焰探测器(3);所述的燃烧器(1)内沼气的流速为120m/s;所述的引火枪安装在燃烧器(1)燃烧口下方;在燃烧器(1)后设置压力开关一(4);在引火枪下端设置有点火线圈;在与引火枪连接的管道上设置有引火电磁阀(5);所述的助氧装置包括助氧风机(7)和助氧风压力开关(6);所述的智能控制装置(28)包括中央控制室和PLC控制柜;所述的输气管道上设置有低压燃气开关(29)、高压燃气开关(30)、电磁阀检漏开关(24)、电动流量调节阀(27)、紧急切断阀一(26)、紧急切断阀二(25)、流量计(23)、阻火器一(8);所述的增压装置包括罗茨风机一(10)、罗茨风机二(9)、阻火器二(11)、气水分离器(12)、过滤器一(13)、过滤器二(14);所述的增压装置通过管道与沼气池预留口(15)连接;在罗茨风机一(10)出口设置有压力开关二(16);在罗茨风机二(9)出口设置有压力开关三(17);在沼气池出口设置有压力变送器(19)。
2.根据权利要求1所述的一种沼气安全燃烧控制装置,其特征在于:所述的阻火器一(8)设置在燃烧器(1)后面的输气管道上;所述的阻火器二(11)设置在气水分离器(12)和沼气池预留口(15)之间;在沼气池预留口(15)后端设置有压力表一(18);在输气管道上设置有压力表二(20);所述的气水分离器(12)设置在增压装置前端;气水分离器(12)与自动排污装置连接,通过排水口将污水排出;所述的过滤器一(13)设置在罗茨风机一(10)前端;过滤器二(14)设置在罗茨风机二(9)前端;所述的输气管道上还设置有排空管道(21),通过排空电磁阀(22)将输气管道进行排空;所述的离子棒火焰探测器(2)和紫外线火焰探测器(3)分别与中央控制室连接来检测沼气燃烧程度。
3.一种沼气安全燃烧控制装置的控制方法,其特征在于:控制方法包括:A、母管排空;在点燃燃烧器(1)前,开启母管排空电磁阀(22),罗茨风机对管道内的沼气与空气混合气体排空,防止点燃混合气体引起爆炸;B、炉膛前吹扫;为防止阀门泄露沼气造成炉膛前存有余量沼气,燃烧器(1)点燃前开启助氧风机(7),对炉膛进行吹扫;C、紧急切断阀检漏;关闭紧急切断阀,利用电磁阀检漏开关(24)检测是否有沼气泄露发生,如果有泄露发生,则启动泄露报警;如果没有泄露,点引火枪;D、火焰检测;开启紧急切断阀,燃烧器(1)燃烧,利用离子棒火焰探测器(2)和紫外线火焰探测器(3)对火焰探测,如未检测到火焰,则点火失败,启动报警;如检测到火焰,再调整火焰;E、根据压力变送器(19)反馈的压力通过模糊数据控制程序对管道内沼气的压力值进行测算,测算出的数值通过电动调节阀输出,达到燃气调节的目的;如果压力变送器(19)反馈的压力过低,PLC将控制沼气池调节蝶阀自动进行调节,直至调节至符合要求的压力范围;F、按停止按钮,关闭紧急切断阀,进行炉膛后吹扫,停止系统。
4.根据权利要求3所述的一种沼气安全燃烧控制装置的控制方法,其特征在于:还包括:1、回火控制;在燃烧器(1)上设置高速烧嘴,沼气在喷出口流速达到120米/秒以上,超出火焰传播速度90米/秒,以此避免回火现象;在燃烧器(1)后设置压力开关一(4),一旦出现回火通过压力开关传递给PLC,由PLC紧急切断沼气管路上的两道紧急切断阀,以避免回火;在燃烧器(1)后和增压装置上设置阻火器,以物理方式避免回火;2、负压控制;检测沼气池内压力保持微正压,进行报警连锁保护;通过增压后压力计与流量计(23)采集流量分析沼气池内沼气量避免抽空;通过对增压后压力与增压风机转速分析,避免沼气池内出现负压;增加气水分离器(12)以物理方式杜绝沼气罐内压力出现负值。
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