CN114561222A - 一种生物质气化发电系统的智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物质气化发电系统的智能控制系统，用于智能控制领域，包括气化系统、发电系统以及PLC控制系统；所述PLC控制系统控制生物质原料依次输送至所述气化系统、所述发电系统；同时所述PLC控制系统控制所述气化系统对所述生物质原料进行气化操作获得目标气体，并将所述目标气体输送至所述发电系统，由所述PLC控制系统控制所述发电系统利用所述目标气体进行发电；所述气化系统、所述发电系统既可独立控制工作，也可互相间自动联机智能控制。本发明提高现有技术中生物质气发电领域的智能化控制效果。

Description

一种生物质气化发电系统的智能控制系统

技术领域

本发明涉及新能源发电技术领域，特别涉及一种生物质气化发电系统的智能控制系统。

背景技术

生物质作为新时代重要的可再生能源之一，具有资源丰富、可再生、分布地域广、大气污染物排放少等优点，国内外均在大力发展生物质能源发电技术。其中生物质发电技术主要有直接燃烧发电、混合燃烧发电、热解气化发电和沼气发电四类，其中生物质热解气化联合循环发电系统的发电效率高，代表了生物质气化发电的先进水平。随着工业技术和过程控制技术的不断发展，工业过程越加复杂，控制的目标越来越多样化，控制精度的需求也越来越高，智能优化的控制思想的提出极大地满足了这些需求，但是现有生物质气领域的智能控制，因其控制目标的多样化，其控制精度和方式仍有很大的进步空间。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种生物质气化发电系统的智能控制系统，提高现有技术中生物质气发电领域的智能化控制效果。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种生物质气化发电系统的智能控制系统，包括气化系统、发电系统以及PLC控制系统；

所述PLC控制系统控制生物质原料依次输送至所述气化系统、所述发电系统；同时所述PLC控制系统控制所述气化系统对所述生物质原料进行气化操作获得目标气体，并将所述目标气体输送至所述发电系统，由所述PLC控制系统控制所述发电系统利用所述目标气体进行发电；

所述气化系统、所述发电系统既可独立控制工作，也可互相间自动联机智能控制。

优选的，所述气化系统包括：给料系统、热解气化系统、除炭系统、焦油木醋液利用系统；

所述给料系统将所述生物质原料输送至所述热解气化系统，由所述热解气化系统对所述生物质原料进行热解气化、除尘、降温、除焦油、过滤、加压、分离操作等到待处理气体；由所述除炭系统对所述待处理气体进行除炭；由所述焦油木醋液利用系统对已除炭的待处理气体进行净化得到所述目标气体。

优选的，所述发电系统包括：合成气发电机组、静音箱、ATS系统、并机并网系统、声光报警器；

所述合成气发电机组、所述静音箱、所述ATS系统、所述声光报警器均与所述并机并网系统相连。

优选的，所述热解气化系统包括：热解气化反应炉、除尘器、降温器、除焦油器、过滤器、罗茨风机、分离器、气体流量计、气体分析仪、压力传感器、温度传感器，物位开关传感器、送气阀门、排废气阀门、压力调节阀门、流量计主路控制阀门和流量计支路控制阀门；

所述热解气化反应炉、所述除尘器、所述降温器、所述除焦油器、所述过滤器、所述罗茨风机、所述分离器均通过管道连接；所述气体流量计设置在所述过滤器和所述分离器连接的管道内；所述气体流量计、所述气体分析仪、所述压力传感器、所述温度传感器，所述物位开关传感器、所述送气阀门、所述排废气阀门、所述压力调节阀门均与所述热解气化反应炉连接；所述流量计主路控制阀门为所述热解气化反应炉出气口处管道阀门；所述流量计支路控制阀门为与所述除尘器连接管道阀门。

优选的，所述热解反应炉和所述除尘器有N组控制阀门，每组控制阀门包含阀门A和阀门B，气化系统有M组木醋液和焦油排放控制阀门，每组控制阀门包括阀门C和阀门D；

所述阀门A和所述阀门B根据预设间隔时间循环工作；

所述阀门C和所述阀门D根据预设间隔时间循环工作。

优选的，所述焦油木醋液利用系统包括，木醋液和焦油控制阀门、木醋液与焦油分离器、变频水泵、多个液位传感器；

其中，所述变频水泵与所述生物质原料原料输送系统中的所述木醋液喷淋系统相连；所述变频水泵和所述多个液位传感器共同控制木醋液的喷洒量；所述木醋液和焦油控制阀门的开启或关闭；

所述木醋液与焦油分离器将喷洒过木醋液和焦油的目标气体进行木醋液与焦油分离。

优选的，在采用PLC控制方式下的所述气化控制系统通过PLC控制系统，控制开机前的准备工作和启动、关闭循序；

其中，所述PLC控制系统控制所述气化系统的风冷降温风机电机—水冷降温电机—循环水泵—离心风机—制冷机—罗茨风机依次启动；或控制所述气化系统的罗茨风机-制冷机—离心风机—循环水泵—水冷降温电机—风冷降温风机依次停止。

经由上述的内容可知与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

在控制的目标数量和类别远高于现有控制系统，并且控制精度高，操作简单，智能化效果更显著。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中热解气化反应炉内结构示意图；

图2为本发明实施例中除灰器和降温器结构示意图；

图3为本发明实施例中除焦油器和过滤器结构示意图；

图4为本发明实施例中合成气发电机组和分离器、风机结构示意图；

图5为本发明实施例中发电流程框架示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种生物质气化发电系统的智能控制系统，包括气化系统、发电系统以及PLC控制系统；

PLC控制系统控制生物质原料进行预处理并依次输送至气化系统、发电系统；同时PLC控制系统控制气化系统对所述生物质原料进行气化操作获得目标气体，并将目标气体输送至发电系统，由PLC控制系统控制发电系统利用目标气体进行发电；

气化系统、发电系统既可独立控制工作，也可互相间自动联机智能控制。即本发明包括：PLC控制方式和各子系统独立控制方式；

实施例1

本实施例公开了一种生物质气化发电系统的智能控制系统，并具体公开了各子系统独立控制方式下的系统具体实施内容。

具体的：

在实际应用时，除生物质气化发电系统外还有生物质原料输送系统作为现有技术进行生物质原料输送帮助，其中所述生物质原料输送系统包括：皮带输送机、木醋液喷淋系统、多个生物质原料原料储存仓、多个物位开关传感器；

在生物质原料输送系统独立工作时多个物位开关传感器检测多个生物质原料原料储存仓内生物质原料料位，并根据料位检测结果，发送信号至皮带输送机、木醋液喷淋系统；皮带输送机和木醋液喷淋系统根据接收到的检测结果信号，启动、运行速度、停止。

其中，料位检测结果包括：多个生物质原料原料储存仓内生物质原料数量不满足基础发电条件、生物质原料原料储存仓内生物质原料满足基础发电条件。

其中，气化系统中包括：给料系统、热解气化系统、除炭系统、焦油木醋液利用系统；给料系统将已经预处理的生物质原料输送至所述热解气化系统，由热解气化系统自动对已经预处理的生物质原料进行热解气化、除尘、降温、除焦油、过滤、加压、分离操作等到待处理气体；由所述除炭系统对所述待处理气体进行除炭；由所述焦油木醋液利用系统对已除炭的待处理气体进行净化得到所述目标气体。

热解气化系统包括：热解气化反应炉、除尘器、降温器、除焦油器、过滤器、罗茨风机、分离器、气体流量计、气体分析仪、压力传感器、多个温度传感器，物位开关传感器、送气阀门、排废气阀门、压力调节阀门、流量计主路控制阀门和流量计支路控制阀门。其中，热解反应炉和除尘器有N组控制阀门，每组控制阀门包含上阀门A和下阀门B，气化系统有M组木醋液和焦油排放控制阀门，每组控制阀门包括上阀门C和下阀门D。

所述热解气化反应炉、所述除尘器、所述降温器、所述除焦油器、所述过滤器、所述罗茨风机、所述分离器均通过管道连接；所述气体流量计设置在所述过滤器和所述分离器连接的管道内；所述气体流量计、所述气体分析仪、所述压力传感器、所述温度传感器，所述物位开关传感器、所述送气阀门、所述排废气阀门、所述压力调节阀门均与所述热解气化反应炉连接；所述流量计主路控制阀门为所述热解气化反应炉出气口处管道阀门；所述流量计支路控制阀门为与所述除尘器连接管道阀门。

焦油木醋液利用系统包括，木醋液和焦油控制阀门、木醋液与焦油分离器、变频水泵、多个液位传感器；其中，变频水泵与生物质原料原料输送系统中的木醋液喷淋系统。

除炭系统包括：螺旋除碳机、储炭仓、多个物位开关传感器、多个控制阀门。

其中，发电系统包括：合成气发电机组、静音箱、ATS系统、并机并网系统、声光报警器。

根据并机并网系统获取的气化系统运行状态数据，发电系统中其他设备及子系统保持与气化系统同步的启动运行状态，并根据预设关闭时间值，停止系统运行。其中，预设关闭时间值，指预先设定的在气化系统所有设备均停止工作后多长时间后发电系统停止工作，具体根据实际应用时，气化系统的气化速率设定。

实施例2

本实施例公开了一种生物质气化发电系统的智能控制系统，并具体公开了在实施例1的基础上系统采用PLC控制方式的具体实施内容。

具体的：

在PLC控制方式下，生物质原料原料输送系统通过PLC控制系统控制开机和关机循序。开机循序：首先PLC控制系统控制皮带输送机启动，然后根据PLC控制系统内预设的时间，控制变频水泵启动。关机循序：PLC控制系统控制变频水泵先关闭，然后关闭皮带输送机。气化控制系统通过PLC控制系统，控制开机前的准备工作和启动、关闭循序。准备工作：PLC控制系统控制气化控制系统各部件单独运行检查并控制打开送气阀门、排废气阀门、气体流量计主路控制阀门、气体流量计支路控制阀门除炭系统控制阀门、木醋液和焦油排放控制阀门、压力调节阀门；检查后关闭送气阀门。

其中，PLC控制系统控制气化系统启动的循序是：风冷降温风机电机—水冷降温电机—循环水泵—离心风机—制冷机—罗茨风机。关闭循序：罗茨风机-制冷机—离心风机—循环水泵—水冷降温电机—风冷降温风机。

在气化系统启动过程中，气体分析仪把监测到的数据传送给PLC控制系统，PLC控制系统根据设定的参数值，控制送气阀门打开，控制启动合成气发电机组。合成气发电机组把运转稳定数据传递给PLC控制系统，PLC控制系统控制排废气阀门关闭。

工作时，PLC控制系统是通过多个物位开关传感器的检测结果控制皮带输送机的变频电机调节物料输送的速度，控制多个生物质原料原料储存仓内部物料数量的平衡。在每个生物质原料原料储存仓内部不同料位设置物位开关传感器；当物位开关传感器1的信号传递给PLC后，PLC控制系统通过控制变频器，减速物料输送的速度。当物位开关传感器2的信号传递给PLC后，PLC控制系统通过控制变频器，加速物料输送的速度。其中，物位开关传感器1的料位高于物位开关传感器2的料位；通过多个液位计控制变频水泵的流量，控制木醋液能够均匀喷洒到输送带上的生物质原料上。当液位传感器1的信号传递给PLC后，PLC控制系统通过控制变频器，增加变频水泵的流量。当液位传感器2的信号传递给PLC后，PLC控制系统通过控制变频器，减少变频水泵的流量。当液位传感器3的信号传递给PLC后，控制停止变频水泵工作。其中，三个液位传感器的液位高度排名：液位传感器1的液位高度>液位传感器2的液位高度>液位传感器3的液位高度。

气体分析仪检测的数据小于PLC控制系统的设定值，PLC控制系统控制声光报警器报警，控制排废气阀门打开，控制送气阀门关闭，控制合成气发电机组停止工作。当气体分析仪检测的数据大于等于PLC控制系统的设定值，PLC控制系统控制送气阀门打开、控制合成气发电机组启动同时控制排废气阀门关闭，控制声光报警器关闭停止报警。

压力传感器的监测数据传递给PLC控制系统，PLC控制系统依据设定气压参数值，控制压力调节阀门的开度和关度，控制管道内的气压在在设定范围内平衡。

当启动气体流量计的观察模式，PLC控制系统控制气体流量计支路控制阀门打开，控制气体流量计主路控制阀门关闭，在显示屏上显示此刻的合成气流量数据。关闭气体流量计的观察模式，PLC控制系统控制气体流量计主路控制阀门打开，控制气体流量计支路控制阀门关闭。在PLC控制系统设定的时间内没有关闭气体流量计的观察模式，PLC控制系统自主控制气体流量计主路控制阀门打开，控制气体流量计支路控制阀门关闭。

PLC控制系统根据时间设定值，控制热解反应炉和除尘器的组控制阀门的阀门A和阀门B的开关。在控制开机前的准备工作结束后，PLC控制系统在阀门A和阀门B开关间隔时间设定值到达后，控制阀门A关闭，PLC控制系统在阀门A关闭、打开过程的时间设定值到达后，控制阀门B打开。随后，PLC控制系统在阀门A和阀门B开关间隔时间设定值到达后，控制阀门B关闭，PLC控制系统在下阀门B关闭、打开过程的时间设定值到达后，控制阀门A打开。循环进行工作。

PLC控制系统根据时间设定值，控制木醋液和焦油排放控制阀门C和阀门D的开关。在控制开机前的准备工作结束后，PLC控制系统在阀门C和阀门D开关间隔时间设定值到达后，控制阀门C关闭，PLC控制系统在阀门C关闭、打开过程的时间设定值到达后，控制下阀门D打开。随后，PLC控制系统在阀门C和阀门D开关间隔时间设定值到达后，控制阀门D关闭。PLC控制系统在阀门D关闭、打开过程的时间设定值到达后，控制阀门C打开循环进行工作。

热解气化反应炉温度传感器传递给PLC控制系统温度数据，PLC控制系统检测到接收的温度数据达到温度设定值，控制给料系统的斗式提升机开始工作，同时控制燃料储料仓下部的螺旋输送机开始工作。当热解气化反应炉的高料位物位开关传感器的参数传递给PLC控制系统，PLC控制系统螺旋输送机停止工作，控制斗式提升机停止工作。当燃料储料仓的低料位物位开关传感器的信号参数传递给PLC控制系统，PLC控制系统首先控制声光报警器工作，然后控制皮带输送机开始工作，控制原料储存仓下部的螺旋输送机工作。当原料储料仓的高料位物位开关传感器的信号参数传递给PLC控制系统，PLC控制系统控制螺旋输送机停止工作，控制皮带输送机停止工作，控制声光报警器停止工作。

热解气化反应炉温度传感器传递给PLC控制系统温度数据，PLC控制系统检测到接收的温度数据达到温度设定值，控制热解气化炉下部螺旋输送机，按照设定的转速参数开始工作，当热解气化反应炉温度传感器传递给PLC控制系统温度数据，PLC控制系统检测到接收到的温度数据达到温度设定值，PLC控制系统通过控制变频器，控制螺旋输送机4提高转速参数到转速参数设定值。当热解气化反应炉温度传感器传递给PLC控制系统温度数据，PLC控制系统检测到接收到的温度数据达到温度设定值，PLC控制系统控制螺旋输送机停止工作。

当储炭仓的物位开关传感的数据传递给PLC，PLC控制系统首先控制停止螺旋输送机工作，然后控制关闭储炭仓的控制阀门E，控制打开下阀门B最后控制打开阀门A。当储炭仓的高料位物位开关传感器的数据传递给PLC，PLC控制系统首先控制阀门A关闭，然后控制阀门B关闭、控制阀门E，关闭过程的时间设定值到达后，PLC控制系统再控制螺旋输送机4开始工作。最后PLC控制系统控制发电系统接收气化系统生产的目标气体进行发电。

需要说明的是，在本实施例中，在每个生物质原料原料储存仓和每个热解气反应炉内设置两个不同料位的物位开关传感器，具体实施时物位开关传感器的数量，根据热解气反应炉的实际工作效率和每个生物质原料原料储存仓的装载生物质原料的数量而定。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种生物质气化发电系统的智能控制系统，其特征在于，包括气化系统、发电系统以及PLC控制系统；

所述PLC控制系统控制生物质原料依次输送至所述气化系统、所述发电系统；同时所述PLC控制系统控制所述气化系统对所述生物质原料进行气化操作获得目标气体，并将所述目标气体输送至所述发电系统，由所述PLC控制系统控制所述发电系统利用所述目标气体进行发电；

所述气化系统、所述发电系统既可独立控制工作，也可互相间自动联机智能控制。

2.根据权利要求1所述的一种生物质气化发电系统的智能控制系统，其特征在于，所述气化系统包括：给料系统、热解气化系统、除炭系统、焦油木醋液利用系统；

所述给料系统将所述生物质原料输送至所述热解气化系统，由所述热解气化系统对所述生物质原料进行热解气化、除尘、降温、除焦油、过滤、加压、分离操作等到待处理气体；由所述除炭系统对所述待处理气体进行除炭；由所述焦油木醋液利用系统对已除炭的待处理气体进行净化得到所述目标气体。

3.根据权利要求1所述的一种生物质气化发电系统的智能控制系统，其特征在于，所述发电系统包括：合成气发电机组、静音箱、ATS系统、并机并网系统、声光报警器；

所述合成气发电机组、所述静音箱、所述ATS系统、所述声光报警器均与所述并机并网系统相连。

4.根据权利要求2所述的一种生物质气化发电系统的智能控制系统，其特征在于，所述热解气化系统包括：热解气化反应炉、除尘器、降温器、除焦油器、过滤器、罗茨风机、分离器、气体流量计、气体分析仪、压力传感器、温度传感器，物位开关传感器、送气阀门、排废气阀门、压力调节阀门、流量计主路控制阀门和流量计支路控制阀门；

所述热解气化反应炉、所述除尘器、所述降温器、所述除焦油器、所述过滤器、所述罗茨风机、所述分离器均通过管道连接；所述气体流量计设置在所述过滤器和所述分离器连接的管道内；所述气体流量计、所述气体分析仪、所述压力传感器、所述温度传感器，所述物位开关传感器、所述送气阀门、所述排废气阀门、所述压力调节阀门均与所述热解气化反应炉连接；所述流量计主路控制阀门为所述热解气化反应炉出气口处管道阀门；所述流量计支路控制阀门为与所述除尘器连接管道阀门。

5.根据权利要求4所述的一种生物质气化发电系统的智能控制系统，其特征在于，所述热解反应炉和所述除尘器有N组控制阀门，每组控制阀门包含阀门A和阀门B，气化系统有M组木醋液和焦油排放控制阀门，每组控制阀门包括阀门C和阀门D；

所述阀门A和所述阀门B根据预设间隔时间循环工作；

所述阀门C和所述阀门D根据预设间隔时间循环工作。

6.根据权利要求2所述的一种生物质气化发电系统的智能控制系统，其特征在于，所述焦油木醋液利用系统包括，木醋液和焦油控制阀门、木醋液与焦油分离器、变频水泵、多个液位传感器；

其中，所述变频水泵与所述生物质原料原料输送系统中的所述木醋液喷淋系统相连；所述变频水泵和所述多个液位传感器共同控制木醋液的喷洒量；所述木醋液和焦油控制阀门的开启或关闭；

所述木醋液与焦油分离器将喷洒过木醋液和焦油的目标气体进行木醋液与焦油分离。

7.根据权利要求1所述的一种生物质气化发电系统的智能控制系统，其特征在于，在采用PLC控制方式下的所述气化控制系统通过PLC控制系统，控制开机前的准备工作和启动、关闭循序；

其中，所述PLC控制系统控制所述气化系统的风冷降温风机电机—水冷降温电机—循环水泵—离心风机—制冷机—罗茨风机依次启动；或控制所述气化系统的罗茨风机-制冷机—离心风机—循环水泵—水冷降温电机—风冷降温风机依次停止。

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