CN112178684A - 一种提高锅炉空气/燃料配比精度的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锅炉燃烧领域，特别涉及一种提高锅炉空气/燃料配比精度的系统及方法。本发明通过再原锅炉燃烧控制系统基础上，增设烟气含氧量精准检测装置与风机变频器，完善锅炉运行程序，实现可在控制系统中分多段设置空气及燃料配比的功能，在锅炉运行过程中，烟气含氧量检测装置将烟气含氧量实时反馈给PLC，PLC根据控制风机变频器进行频率补偿，从而精准响应负载以及燃烧产物的要求。
Description
技术领域
本发明涉及锅炉燃烧领域，特别涉及一种提高锅炉空气/燃料配比精度的系统及方法。
背景技术
如图1所示，现有技术中，因没有可参与控制的变量反馈，原锅炉风机流量的设计均以最大风量需求来设计，其调整方式采用档板、风门、起停电机等方式控制，空气与燃料的配比由厂家最初设置，随着时间的推移，精密部件磨损和损耗转移，将会导致燃料空气曲线偏移并降低整个系统的最佳性能，产生不必要的燃料成本。
在整个锅炉燃烧控制系统中，蒸汽压力的变化表示负荷的耗气量与锅炉蒸汽的产生量不相适应，因此需要相应地改变燃料的供应量，从而改变蒸汽的产生量。当燃料量改变时，需要相应地改变送风量，使燃料和空气的量相适应，提高燃烧的经济性。同时，当送风量改变的时侯，也应该相应改变引风量，这样才能使得炉膛压力保持恒定。
发明内容
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种提高锅炉空气/燃料配比精度的系统，其特征在于，包括:
氧量监测装置:设置在排烟通道上,用于实时监测进入通道内的烟气含氧量；
PLC控制器:根据实时的烟气含氧量计算该燃烧率下的所需空气量,并发出模块控制指令；
风机变频器:接收PLC控制器的控制指令,根据指令进行变频调速，改变风机电动机的输入频率从而改变电动机、风机转速,从而调节空气流量；
燃料阀执行器:接收PLC控制器的控制指令,用于控制燃料阀开度大小，保证在不同燃烧率下的燃料供应；
风门执行器：接收PLC控制器的控制指令,用于控制风门开度大小，保证在不同燃烧率下的空气供应；
UV扫描器：用于检验锅炉是否正常燃烧。
在上述的一种提高锅炉空气/燃料配比精度的系统，所述PLC控制器肯定以下条件进行调节：实际需要空气量比理论计算需要空气量多，两者之比称为过量空气系数α；
过量空气系数α与烟气中氧气(O2)含量关系如下：
α＝21/(21-K)
式中K—烟气中的含氧量(％)；α—过量空气系数；
实际需要空气量＝Q·α,Q为计算需要空气量。
一种提高锅炉空气/燃料配比精度的方法，其特征在于，包括：
步骤1、设置在排烟通道上,用于实时监测进入通道内的烟气含氧量，并将检测值反馈给PLC；
步骤2、PLC控制器根据氧量监测装置实时监测的烟气中氧气(O2)含量，计算实际需要的空气量，并实时控制风机变频器和风门执行阀，进行进气量调节，保持该燃烧率下的空气量为实际需要空气量。
在上述的一种提高锅炉空气/燃料配比精度的方法，所述步骤2中，计算实际需要的空气量基于以下公式：
实际需要空气量比理论计算需要空气量多，两者之比称为过量空气系数α；
过量空气系数α与烟气中氧气(O2)含量关系如下：
α＝21/(21-K)
式中K—烟气中的含氧量(％)；α—过量空气系数；
式中K—烟气中的含氧量(％)；α—过量空气系数；
实际需要空气量＝Q·α。
在上述的一种提高锅炉空气/燃料配比精度的方法，所述步骤2中，锅炉的燃料为天然气时，根据天然气与空气燃烧的配比理论公式:CH4+2O2＝CO2+2H2O，空气中氧气的含量约为20％，那么燃烧1m3天然气计算需要空气量Q＝10m3，则实际需要空气量＝Q·α。
因此，本发明具有如下优点：1、燃烧过程中，通过实现各燃烧率下燃料/空气的精准配比，使燃烧更加充分，提高锅炉燃烧效率，减少不必要的能源浪费；2、减少不充分燃烧产生的硫化物、氮氧化物的生成，降低大气污染的风险。
附图说明
图1是改进前锅炉燃烧系统控制流程图。
图2是改进后锅炉燃烧系统控制流程图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
如图2所示，本发明涉及一种锅炉燃烧控制系统，包括：
氧量监测装置:设置在排烟通道上,用于实时监测进入通道内的烟气含氧量；
PLC控制器:根据实时的烟气含氧量计算该燃烧率下的所需空气量,并发出模块控制指令；
风机变频器:接收PLC控制器的控制指令,根据指令进行变频调速，改变风机电动机的输入频率从而改变电动机、风机转速,从而调节空气流量；
燃料阀执行器:接收PLC控制器的控制指令,用于控制燃料阀开度大小，保证在不同燃烧率下的燃料供应。
风门执行器：接收PLC控制器的控制指令,用于控制风门开度大小，保证在不同燃烧率下的空气供应。
UV扫描器：用于检验锅炉是否正常燃烧。
通过在排烟通道上加装烟气含氧量精准检测装置，使得PLC能根据实时的烟气含氧量计算该燃烧率下的所需空气量。增设的风机变频器通过变频调速，改变风机电动机的输入频率从而改变电动机、风机转速，达到调节空气流量的目的，提高负荷控制精度，降低燃烧过程中有害物质的生成，既满足生产工艺变化的要求，又节省电能，一举多得。
锅炉运行时，实际进入炉膛里的空气是不可能完全与燃料触合并发生反应的。为了减少热损失，保证较好的燃烧效率，实际需要空气量比理论计算需要空气量多，两者之比称为过量空气系数α。
过量空气系数α与烟气中氧气(O2)含量关系如下：
α＝21/(21-K)
式中K—烟气中的含氧量(％)；α—过量空气系数；
例如：锅炉的主燃料为天然气时，根据天然气与空气燃烧的配比理论公式:CH4+2O2＝CO2+2H2O，空气中氧气的含量约为20％，那么燃烧1m3天然气理论计算需要空气量Q＝10m3。
实际需要空气量＝Q·α。
当过量空气系数过大时，烟气的流动速度加快，炉膛温度降低，燃烧时间缩短，这会使不完全燃烧损失增大，而烟气热损失也会相应增大，同时，还将使送风机的用电量增大；若炉内过量空气系数过小，会使燃料不完全燃烧，使得烟气中含有较多的一氧化碳和未烧完的炭黑等，在烟道尾部便可能会发生燃烧的现象。由于灰分在还原性气体中熔点降低，因此易引起高温腐蚀以及炉内结垢等不良后果。总而言之，对于锅炉的安全运行，送风量过小或过大都会带来不良的影响。
因为燃烧一定量的燃料，所需要的氧气量是确定的。如果烟气中含氧量过高，说明供入的空气多了，这些多出来的空气，同样要升到很高的温度，这样，它就抢走了一部分热量，降低了燃料的有效利用。同时，这些多余的空气是由鼓风机鼓入的，这也要多消耗鼓风机的电量，当然，它也随引风机排走，也要多消耗引风机的电量。
本发明通过再原锅炉燃烧控制系统基础上，增设烟气含氧量精准检测装置与风机变频器，完善锅炉运行程序，实现可在控制系统中分多段设置空气及燃料配比的功能，在锅炉运行过程中，烟气含氧量检测装置将烟气含氧量实时反馈给PLC，PLC根据控制风机变频器进行频率补偿，从而精准响应负载以及燃烧产物的要求。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (5)
1.一种提高锅炉空气/燃料配比精度的系统，其特征在于，包括:
氧量监测装置:设置在排烟通道上,用于实时监测进入通道内的烟气含氧量；
PLC控制器:根据实时的烟气含氧量计算该燃烧率下的所需空气量,并发出模块控制指令；
风机变频器:接收PLC控制器的控制指令,根据指令进行变频调速，改变风机电动机的输入频率从而改变电动机、风机转速,从而调节空气流量；
燃料阀执行器:接收PLC控制器的控制指令,用于控制燃料阀开度大小，保证在不同燃烧率下的燃料供应；
风门执行器：接收PLC控制器的控制指令,用于控制风门开度大小，保证在不同燃烧率下的空气供应；
UV扫描器：用于检验锅炉是否正常燃烧。
2.根据权利要求1所述的一种提高锅炉空气/燃料配比精度的系统，其特征在于，所述PLC控制器肯定以下条件进行调节：实际需要空气量比理论计算需要空气量多，两者之比称为过量空气系数α；
过量空气系数α与烟气中氧气(O2)含量关系如下：
α＝21/(21-K)
式中K—烟气中的含氧量(％)；α—过量空气系数；
实际需要空气量＝Q·α,Q为计算需要空气量。
3.一种提高锅炉空气/燃料配比精度的方法，其特征在于，包括：
步骤1、设置在排烟通道上,用于实时监测进入通道内的烟气含氧量，并将检测值反馈给PLC；
步骤2、PLC控制器根据氧量监测装置实时监测的烟气中氧气(O2)含量，计算实际需要的空气量，并实时控制风机变频器和风门执行阀，进行进气量调节，保持该燃烧率下的空气量为实际需要空气量。
4.根据权利要求3所述的一种提高锅炉空气/燃料配比精度的方法，其特征在于，所述步骤2中，计算实际需要的空气量基于以下公式：
实际需要空气量比理论计算需要空气量多，两者之比称为过量空气系数α；
过量空气系数α与烟气中氧气(O2)含量关系如下：
α＝21/(21-K)
式中K—烟气中的含氧量(％)；α—过量空气系数；
式中K—烟气中的含氧量(％)；α—过量空气系数；
实际需要空气量＝Q·α。
5.根据权利要求3所述的一种提高锅炉空气/燃料配比精度的方法，其特征在于，所述步骤2中，锅炉的燃料为天然气时，根据天然气与空气燃烧的配比理论公式:CH4+2O2＝CO2+2H2O，空气中氧气的含量约为20％，那么燃烧1m3天然气计算需要空气量Q＝10m3，则实际需要空气量＝Q·α。
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