CN109099582B - 一种锅炉系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种锅炉系统，包括可控燃烧气体通路、可控空气通路和燃烧室，所述可控燃烧气体通路和可控空气通路均与所述燃烧室连通；所述燃烧室包括一个混气腔和多个燃烧腔；所述燃烧室还与排气装置连通；所述排气装置包括带电动机和控制阻尼器；可控燃烧气体通路、可控空气通路、各个燃烧腔和控制阻尼器均受控于一智能控制装置。本发明中基于全自动控制的模式运行，并且在控制过程中抛弃了现有技术的单变量控制，进行了复杂的多变量控制。

Description

一种锅炉系统

技术领域

本发明涉及环保领域，尤其涉及一种锅炉系统。

背景技术

锅炉是一种能量转换器，它是利用燃料燃烧释放的热能或其他热能将工质水或其他流体加热到一定参数的设备。在锅炉中进行的燃烧反应是锅炉向外供热的条件，而燃烧反应的进行程度与锅炉的产热程度以及排放的尾气中的气体的成分有直接关系。因此，有必要对于燃烧反应进行行之有效的自动化控制。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种锅炉系统。

本发明是以如下技术方案实现的：

一种锅炉系统，包括可控燃烧气体通路、可控空气通路和燃烧室，所述可控燃烧气体通路和可控空气通路均与所述燃烧室连通；所述燃烧室包括一个混气腔和多个燃烧腔；

所述燃烧室还与排气装置连通；所述排气装置包括带电动机和控制阻尼器；

可控燃烧气体通路、可控空气通路、各个燃烧腔和控制阻尼器均受控于一智能控制装置。

进一步地，所述混气腔与各个燃烧腔均为串联关系；各个燃烧腔为并联关系；所述燃烧室外部设置有热交换装置，用于回收燃烧产生的热能；所述各个燃烧腔均可以独立被开启或关闭。对于当前开启的N个燃烧腔，燃烧气体和空气被平均分成N份，分别进入开启的燃烧腔。

进一步地，所述可控燃烧气体通路中，燃烧气体通过第一调控阀进入所述混气腔，所述可控空气通路中，空气通过第二调控阀进入所述混气腔，所述第二调控阀与异步电动机连接，所述异步电动机受控于一晶闸管起动器，所述晶闸管起动器受控于所述智能控制装置；所述第一调控阀处设置有第一流量计，所述第二调控阀处设置有第二流量计，所述第一流量计和所述第二流量计均与所述智能控制装置连接；

各个燃烧腔中均设置有压力传感器、温度传感器和湿度传感器，所述压力传感器、温度传感器和湿度传感器均与所述智能控制装置通信。

进一步地，所述排气装置上部的几何中心设置有对流换热器，所述对流换热器带有通有热载体的水平管道以便于从排出的烟气中进一步回收热能。

进一步地，所述排气装置中还设置有氧气检测器，所述氧气检测器与所述控制装置通信连接，以便于所述控制装置获取排气中的当前氧含量。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

本发明的有益效果是：

本发明中锅炉系统能基于全自动控制的模式运行，并且在控制过程中抛弃了现有技术的单变量控制，进行了复杂的多变量控制。在具体的控制过程或者能够，将各个燃烧腔的压力、温度、湿度、燃烧气体流量、空气流量以及尾气成分进行综合考虑，形成了综合性强的控制方案，能够基于燃烧模式对燃烧腔中的燃烧反应进行精确控制，达到了良好的控制效果。

附图说明

图1是本实施例提供的一种锅炉系统示意图；

图2是本实施例提供的智能控制装置框图；

图3是本实施例提供的数据预处理组件框图；

图4是本实施例提供的调整指令的执行逻辑流程图；

图5是本实施例提供的第一变量与第二流量计处的目标流量的贡献值的对应关系；

图6是本实施例提供的第二变量与第二流量计处的目标流量的贡献值的对应关系。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明作进一步地详细描述。

本发明实施例提供一种锅炉系统，如图1所示，包括可控燃烧气体通路1、可控空气通路2和燃烧室3，所述可控燃烧气体通路1和可控空气通路2均与所述燃烧室3连通。所述燃烧室3包括一个混气腔31和多个燃烧腔32，所述混气腔31与各个燃烧腔32均为串联关系；各个燃烧腔32为并联关系；所述燃烧室外部设置有热交换装置4，用于回收燃烧产生的热能。

所述燃烧室3还与排气装置5连通，所述排气装置5包括带电动机51和控制阻尼器52。具体地，可控燃烧气体通路1、可控空气通路2、各个燃烧腔32和控制阻尼器52均受控于一智能控制装置100，所述各个燃烧腔均可以独立被开启或关闭。对于当前开启的N个燃烧腔，燃烧气体和空气被平均分成N份，分别进入开启的燃烧腔，因此，所述控制装置自动根据当前开启的燃烧腔的个数控制所述可控空气通路的空气进气量。

在一个可行的实施方式中，所述可控燃烧气体通路1的燃烧气体的进气量也是可控的，所述燃烧气体的进气量也可以作为所述控制装置控制可控空气通路的空气进气量的其中一个自变量。

所述可控燃烧气体通路1中，燃烧气体通过第一调控阀11进入所述混气腔31，所述可控空气通路2中，空气通过第二调控阀21进入所述混气腔31，所述第二调控阀21与异步电动机连接，所述异步电动机受控于一晶闸管起动器，所述晶闸管起动器受控于所述智能控制装置100。所述第一调控阀11处设置有第一流量计，所述第二调控阀12处设置有第二流量计，所述第一流量计和所述第二流量计均与所述智能控制装置100连接。

具体地，各个燃烧腔32中均设置有压力传感器、温度传感器和湿度传感器，所述压力传感器、温度传感器和湿度传感器均与所述智能控制装置通信。

具体地，所述排气装置上部的几何中心设置有对流换热器，所述对流换热器带有通有热载体的水平管道以便于从排出的烟气中进一步回收热能。

所述排气装置中还设置有氧气检测器，所述氧气检测器与所述控制装置通信连接，以便于所述控制装置获取排气中的当前氧含量。

所述智能控制装置100包括下述组件，如图2所示：

存储器101，所述存储器用于存储标准燃烧腔压力对应模型和标准排气中空气含量对应表。

具体地，所述标准燃烧腔压力对应模型以燃烧腔开启个数、第一流量计计数、燃烧腔燃烧模式、当前燃烧腔湿度和当前燃烧腔温度为自变量，以燃烧腔中的目标压力为因变量。所述标准燃烧腔压力对应模型可以以大量实验的方式获取。

所述标准排气中空气含量对应表以燃烧腔开启个数第一流量计计数、和燃烧腔燃烧模式为自变量，以排放气体中的目标氧气含量为因变量。

数据预处理组件102，用于对第一流量计、第二流量计、压力传感器、温度传感器、湿度传感器和氧气检测器采集的数据进行预处理，具体地，如图3所示，数据预处理组件102包括：

燃烧腔数据预处理触发模块1021，用于向燃烧腔数据预处理模块1022发布触发指令。

燃烧腔数据预处理模块1022；燃烧腔数据预处理模块1022获取到触发指令发布间隙中各个开启的燃烧室中的压力、温度和湿度，并进行预处理，所述预处理具体为响应于触发指令，剔除获取到的数据中的异常值，并获取单个燃烧腔的平均压力P_i、平均温度T_i和平均湿度M_i；进而获取各个燃烧腔的平均压力

平均温度和平均湿度

非燃烧状态存储模块1023，用于存储第一流量计、第二流量计和氧气检测器采集的数据。所述非燃烧状态存储模块1023以不断更新的方式存储上述数据，因此，非燃烧状态存储模块1023内存储的是最新的第一流量计、第二流量计和氧气检测器采集的数据。

燃烧状态存储模块1024，用于存储各个燃烧腔的平均压力

平均温度

和平均湿度所述燃烧状态存储模块1024以不断更新的方式存储上述数据，因此，燃烧状态存储模块1024内存储的是最新的各个燃烧腔的平均压力

平均温度和平均湿度

第一比较器103，用于计算排放气体中的目标氧气含量与当前氧含量的差值，得到第一变量；

第二比较器104，用于计算当前燃烧腔的平均压力与目标压力的差值得到第二变量；

状态获取器105，用于获取第二流量计计数，根据第二流量计计数计算第二调控阀的当前开启程度；

调节器106，用于获取第二调控阀的目标开启程度，并控制所述晶闸管起动器最终使得第二调控阀达到所述目标开启程度。

触发器107，用于产生控制第二调控阀的调整指令。具体地，所述调整指令产生条件为：到达所述调整指令的触发事件，或当前燃烧腔的平均压力超过预定的压力阈值，或当前燃烧腔的平均温度超过预定的温度阈值，或当前排气中的氧含量高于预定的阈值。

所述调整指令的执行逻辑如图4所示，包括：

S101.响应于所述调整指令，所述第一比较器获取第一变量。

S102.所述第二比较器获取第二变量。

S103.调节器根据公式A(α)+B(β)获取第二流量计处的目标流量差值。

所述目标流量差值为即将要调整到的目标流量与当前流量的差值。

其中A(α)为第一变量对应的第二流量计处的目标流量差值的贡献值，其中α标识第一变量；B(β)为第二变量对应的第二流量计处的目标流量差值的贡献值，其中β标识第二变量。

具体地，A(α)和B(β)可以根据实际情况需要通过实验的方式总结规律，本发明实施例中A(α)的示意图如图5所示，B(β)的示意图如图6所示。A(α)和B(β)的变化规律存储于存储器之中。具体地，A(α)的变化规律曲线在二四象限的形状为抛物线的分支并且中心对称，B(β)的变化规律曲线在二四象限的形状也是中心对称。

S104.调节器根据目标流量差值计算其对应的第二调控阀的目标开启程度。

本发明实施例中设置的第一流量计、第二流量计、压力传感器、温度传感器、湿度传感器和氧气检测器均按照自身的设定采集数据，并将数据传输至所述智能控制装置。

S105.状态获取器获取第二调控阀的当前开启程度，并将所述当前开启程度传输至调节器。

S106.调节器根据当前开启程度和目标开启程度驱动所述晶闸管起动器。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (4)

1.一种锅炉系统，其特征在于，包括可控燃烧气体通路、可控空气通路和燃烧室，所述可控燃烧气体通路和可控空气通路均与所述燃烧室连通；所述燃烧室包括一个混气腔和多个燃烧腔；

所述燃烧室还与排气装置连通；所述排气装置包括电动机和控制阻尼器；

可控燃烧气体通路、可控空气通路、各个燃烧腔和控制阻尼器均受控于一智能控制装置；

所述可控燃烧气体通路中，燃烧气体通过第一调控阀进入所述混气腔，所述可控空气通路中，空气通过第二调控阀进入所述混气腔，所述第二调控阀与异步电动机连接，所述异步电动机受控于一晶闸管起动器，所述晶闸管起动器受控于所述智能控制装置；所述第一调控阀处设置有第一流量计，所述第二调控阀处设置有第二流量计，所述第一流量计和所述第二流量计均与所述智能控制装置连接；

各个燃烧腔中均设置有压力传感器、温度传感器和湿度传感器，所述压力传感器、温度传感器和湿度传感器均与所述智能控制装置通信；

所述智能控制装置包括：

存储器，所述存储器用于存储标准燃烧腔压力对应模型和标准排气中空气含量对应表；

数据预处理组件，用于对第一流量计、第二流量计、压力传感器、温度传感器、湿度传感器和氧气检测器采集的数据进行预处理；

燃烧腔数据预处理触发模块，用于向燃烧腔数据预处理模块发布触发指令；

燃烧腔数据预处理模块，燃烧腔数据预处理模块获取到触发指令发布间隙中各个开启的燃烧室中的压力、温度和湿度，并进行预处理，所述预处理具体为响应于触发指令，剔除获取到的数据中的异常值，并获取单个燃烧腔的平均压力、平均温度和平均湿度；进而获取各个燃烧腔的平均压力、平均温度和平均湿度；

非燃烧状态存储模块，用于存储第一流量计、第二流量计和氧气检测器采集的数据；

燃烧状态存储模块，用于存储各个燃烧腔的平均压力、平均温度和平均湿度；所述燃烧状态存储模块以不断更新的方式存储上述数据；

第一比较器，用于计算排放气体中的目标氧气含量与当前氧含量的差值，得到第一变量；

第二比较器，用于计算当前燃烧腔的平均压力与目标压力的差值得到第二变量；

状态获取器，用于获取第二流量计计数，根据第二流量计计数计算第二调控阀的当前开启程度；

调节器，用于获取第二调控阀的目标开启程度，并控制所述晶闸管起动器最终使得第二调控阀达到所述目标开启程度；

触发器，用于产生控制第二调控阀的调整指令。

2.根据权利要求1所述一种锅炉系统，其特征在于：

所述混气腔与各个燃烧腔均为串联关系；各个燃烧腔为并联关系；所述燃烧室外部设置有热交换装置，用于回收燃烧产生的热能；所述各个燃烧腔均可以独立被开启或关闭；对于当前开启的N个燃烧腔，燃烧气体和空气被平均分成N份，分别进入开启的燃烧腔。

3.根据权利要求1所述一种锅炉系统，其特征在于：

所述排气装置上部的几何中心设置有对流换热器，所述对流换热器带有通有热载体的水平管道以便于从排出的烟气中进一步回收热能。

4.根据权利要求3所述一种锅炉系统，其特征在于，

所述排气装置中还设置有氧气检测器，所述氧气检测器与所述控制装置通信连接，以便于所述控制装置获取排气中的当前氧含量。

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