CN119289527A - 一种用于锅炉参数控制与监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于锅炉参数控制与监测系统，涉及锅炉热效率提升技术领域，包括炉膛本体，炉膛本体内形成有蛇形烟道；还包括：参数检测模块和参数控制模块；参数检测模块包括沿蛇形烟道的路径方向依次间隔布置的多组温度监测单元；参数控制模块设于炉膛本体的进烟口和排烟口处，炉膛本体的蛇形烟道的两端均设有进烟口和排烟口，通过多组温度监测单元监测的温度状态，利用参数控制模块控制进烟口和排烟口的开闭，使得蛇形烟道的烟气流动方向能够进行切换。本发明利用温度监测的数据，控制进烟口和排烟口的开闭，根据热效率的最高利用原则，切换蛇形烟道内的烟气流动方向，使得整个烟道内的温度能够得到提升，提高了余热回收效率。

Description

一种用于锅炉参数控制与监测系统

技术领域

本发明涉及锅炉热效率提升技术领域，更具体的说是涉及一种用于锅炉参数控制与监测系统。

背景技术

余热锅炉是一种利用工业生产过程中的废气、废料或废液中的余热及其可燃物质燃烧后产生的热量来加热水，产生蒸汽或热水的锅炉设备。这些热量可以来自各种工业过程中的气体或废气、废液，以及某些动力机械排气的热量。余热锅炉分为火管式和水管式两类，其结构与工业锅炉相类似。火管式余热锅炉蓄水量大，在烟气量和用汽量波动的条件下汽压波动较小，但其蒸发量和蒸汽压力均受锅筒直径和运行条件的限制。水管式余热锅炉则有辅助循环和自然循环两种循环方式。余热锅炉在煤炭、钢铁、有色、化工、水泥、建材、石化等行业中有广泛的应用，这些行业中的余热资源约占其燃料消耗总量的17%至67%，其中可回收利用的余热资源约占余热总资源的60%。余热锅炉作为一种重要的节能设备，通过回收利用工业生产中的余热资源，不仅提高了能源利用效率，还有助于减少环境污染和温室气体排放。

排烟温度是衡量余热锅炉热效率的一个重要指标。在给定入口烟温条件下，对排烟温度的要求有两种情况：一种是限制排烟温度在合理范围内；另一种是不限制排烟温度，以最大限度利用余热。排烟温度的降低意味着更多的热量被回收，从而提高热效率。然而对于整个锅炉来说，进烟口的温度要高于排烟口的温度，也就是说，从锅炉整体的热效率利用上不容易达到均衡，如果能使得整体锅炉内部的温度提升，则更有利于热量的利用。

因此，如何能够提升热量的利用，提高热效率，提供一种用于锅炉参数控制与监测系统，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于锅炉参数控制与监测系统，旨在解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于锅炉参数控制与监测系统，包括炉膛本体，所述炉膛本体内形成有蛇形烟道，所述蛇形烟道内设有热交换器；还包括：参数检测模块和参数控制模块；

所述参数检测模块包括沿所述蛇形烟道的路径方向依次间隔布置的多组温度监测单元；

所述参数控制模块设于所述炉膛本体的进烟口和排烟口处，所述炉膛本体的所述蛇形烟道的两端均设有所述进烟口和所述排烟口，通过多组所述温度监测单元监测的温度状态，利用所述参数控制模块控制所述进烟口和所述排烟口的开闭，使得所述蛇形烟道的烟气流动方向能够进行切换。

通过上述技术方案，本发明提供了一种可以联动实现余热锅炉内温度参数的监测与控制，利用温度监测的数据，控制进烟口和排烟口的开闭，根据热效率的最高利用原则，切换蛇形烟道内的烟气流动方向，使得整个烟道内的温度能够得到提升，避免了进烟口侧的温度持续过高且出烟口侧温度持续过低导致的热效率不足，整体提高了余热回收效率。

优选的，在上述一种用于锅炉参数控制与监测系统中，多组所述温度监测单元根据所述蛇形烟道的烟气流动方向分为前部的高温监测区和后部的低温监测区，所述高温监测区和低温监测区根据所述蛇形烟道的烟气流动方向进行切换。通过反复切换烟气流动方向使得高温监测区和低温监测区被反复切换，进而使得整体炉膛本体内部的温度得到稳定的提升，有效的利用了余热热量，缩短了热能的转化时间。

优选的，在上述一种用于锅炉参数控制与监测系统中，所述烟气流动方向的切换需同时满足以下3个条件：①所述高温监测区的平均温度超过高温监测区的高温监测温度设定平均值；②所述高温监测区靠近所述进烟口的所述温度监测单元的温度超过高温监测温度设定最高值；③所述低温监测区达到低温监测温度设定平均值后，在设定时间内仍然持续升温。高温监测区的平均温度的检测代表已经到达了最高热效率的使用，再升高则是对热量的浪费；高温监测温度设定最高值的设定代表了对炉膛本体内壁的伤害程度，持续高温则加强了对其的损伤；低温监测温度设定平均值的检测代表了热能的平衡时间，防止反复切换频繁导致的能耗损失；整体的控制逻辑严谨，具有更精确的控制效果。

优选的，在上述一种用于锅炉参数控制与监测系统中，当条件①和条件②任一条件满足时，再启动对条件③的监测，最后当3个条件均满足时则进行切换。同时满足三个条件既可以提高热效率，又可以防止由于切换频繁导致的热能损耗。

优选的，在上述一种用于锅炉参数控制与监测系统中，所述参数控制模块对所述进烟口和所述排烟口的控制方式为：所述蛇形烟道一端的所述进烟口打开、所述排烟口关闭，且所述蛇形烟道另一端的所述排烟口打开、所述进烟口关闭。

优选的，在上述一种用于锅炉参数控制与监测系统中，当烟气流动方向进行切换时：一个所述进烟口逐渐打开时，另一个所述进烟口逐渐关闭，且一个所述排烟口逐渐关闭时，另一个所述排烟口逐渐打开。

优选的，在上述一种用于锅炉参数控制与监测系统中，两个所述进烟口汇总于一条总进烟管道，两个所述排烟口汇总于一条总排烟管道，且所述总排烟管道上具有连通所述总进烟管道上的循环支管道。本发明为了进一步提高热能的利用，设计了循环支管道，使得烟气的热量能够被循环利用。

优选的，在上述一种用于锅炉参数控制与监测系统中，所述参数检测模块还包括设于所述蛇形烟道中部的压力监测单元。

优选的，在上述一种用于锅炉参数控制与监测系统中，当烟气流动方向进行切换，且两个所述进烟口和两个所述排烟口处于切换中位时，所述循环支管道与所述总进烟管道连通，进行所述蛇形烟道内部的烟气内循环，此时两个所述进烟口和两个所述排烟口停止于中位切换状态，且当所述压力监测单元达到压力监测设定值时继续所述进烟口和所述排烟口的开闭动作。

优选的，在上述一种用于锅炉参数控制与监测系统中，所述参数控制模块能够同时联动控制两个所述进烟口和两个所述排烟口的开闭切换动作。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种用于锅炉参数控制与监测系统，具有以下有益效果：

1、本发明提供了一种可以联动实现余热锅炉内温度参数的监测与控制，利用温度监测的数据，控制进烟口和排烟口的开闭，根据热效率的最高利用原则，切换蛇形烟道内的烟气流动方向，使得整个烟道内的温度能够得到提升，避免了进烟口侧的温度持续过高且出烟口侧温度持续过低导致的热效率不足，整体提高了余热回收效率。

2、本发明在烟气流向切换时，考虑了最高热效率的使用、对炉膛本体内壁的伤害程度以及热能的平衡时间，既可以提高热效率，又可以防止由于切换频繁导致的热能损耗。

3、本发明为了进一步提高热能的利用，设计了循环支管道，使得烟气的热量能够被循环利用。

4、本发明提供的参数控制模块能够同时联动控制两个所述进烟口和两个所述排烟口的开闭切换动作，控制更简单方便。

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附图为本发明提供的炉膛本体外部的结构示意图；

图2附图为本发明提供的炉膛本体内部的结构示意图；

图3附图为本发明提供的在图1结构的基础上去除管道的结构示意图；

图4附图为本发明提供的图3中局部A的放大图；

图5附图为本发明提供的在图3结构的基础上去除参数控制模块的结构示意图；

图6附图为本发明提供的图5中局部B的放大图；

图7附图为本发明提供的炉膛本体中烟气正常运行状态下的外部管路中烟气的流向示意图；

图8附图为本发明提供的炉膛本体中烟气切换运行状态下的外部管路中烟气的流向示意图；

图9附图为本发明提供的烟气切换状态的流程示意图。

其中：

1-炉膛本体；

11-蛇形烟道；12-进烟口；121-第一进烟口；122-第二进烟口；13-排烟口；131-第一排烟口；132-第二排烟口；14-隔板；15-第一滑道；16-第二滑道；

2-参数检测模块；

21-多组温度监测单元；22-压力监测单元；

3-参数控制模块；

31-进烟切换盖板；32-出烟切换盖板；33-支架；34-双向驱动电机；35-驱动齿轮；36-齿条；

4-总进烟管道；

41-第一单向阀；

5-总排烟管道；

51-循环支管道；511-第二单向阀；512-第二电磁阀；52-第一电磁阀。

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。

参见附图1和附图2，本发明实施例公开了一种用于锅炉参数控制与监测系统，包括炉膛本体1，炉膛本体1内形成有蛇形烟道11，蛇形烟道11内设有热交换器；还包括：参数检测模块2和参数控制模块3；

参数检测模块2包括沿蛇形烟道11的路径方向依次间隔布置的多组温度监测单元21；

参数控制模块3设于炉膛本体1的进烟口12和排烟口13处，炉膛本体1的蛇形烟道11的两端均设有进烟口12和排烟口13，通过多组温度监测单元21监测的温度状态，利用参数控制模块3控制进烟口12和排烟口13的开闭，使得蛇形烟道11的烟气流动方向能够进行切换。

为了进一步优化上述技术方案，多组温度监测单元21根据蛇形烟道11的烟气流动方向分为前部的高温监测区和后部的低温监测区，高温监测区和低温监测区根据蛇形烟道11的烟气流动方向进行切换。

如图2所示，以图示方向为准，若从左侧进烟，右侧出烟，则左侧为高温监测区，右侧为低温监测区。本实施例为了便于表述，以图2所示的简易的炉膛本体1结构为基础进行以下的具体结构说明，如图所示，炉膛本体1通过一个隔板14使其形成了蛇形烟道11。

进一步的，多组温度监测单元21由上到下设于炉膛本体1的两侧壁上。

为了进一步优化上述技术方案，烟气流动方向的切换需同时满足以下3个条件：①高温监测区的平均温度超过高温监测区的高温监测温度设定平均值；②高温监测区靠近进烟口的温度监测单元的温度超过高温监测温度设定最高值；③低温监测区达到低温监测温度设定平均值后，在设定时间内仍然持续升温。

为了进一步优化上述技术方案，烟气流动方向切换的3个条件的逻辑计算关系为：当条件①和条件②任一条件满足时，再启动对条件③的监测，最后当3个条件均满足时则进行切换。

本实施例需要对以上的逻辑关系的设计进行解释说明：

首先，对于条件①：高温监测区的平均温度超过高温监测区的高温监测温度设定平均值。当达到该条件时，说明高温监测区的温度达到了热效率的最大值，因此可以进行方向切换将更多的热量转移到低温监测区，而且方向转移后，原高温监测区的温度也不会快速降低，而会在余热吸收的过程中维持一段时间。

对于条件②：高温监测区靠近进烟口的温度监测单元的温度超过高温监测温度设定最高值。当达到该条件时，说明炉膛已经存在损伤的隐患。

因此，不管是条件①还是条件②，都反应了温度已经达到了一定程度，再对高温监测区进行升温，不仅是热量浪费，同时也会伤害炉膛，所以可以依据以上的任一条件进行方向切换。

对于条件③：低温监测区达到低温监测温度设定平均值后，在设定时间内仍然持续升温。该条件的设定主要是为了在反复切换中平衡时间，假设已经切换过一次后，那么原来的低温监测区变成了高温监测区，其实是在升温，而原来的高温监测区变成了低温监测区，并会逐渐降温。可知的，低温监测区变成高温监测区后，升温速度必要要快于高温监测区变成的低温监测区的降温速度，所以，如果仅以条件①和条件②作为切换标准的话，就会产生反复切换的问题，而导致频率过高，反而降低了热效率。所以增加了条件③，即当降温到低温监测温度设定平均值后，说明原来的高温已经利用完，温度已经恢复到正常的低温监测区的温度，这时还会持续升温，就是受到高温监测区的影响（实际上，大部分情况就是低温监测区的温度会维持在一个温度不降，升温是较为缓慢的）。因此，这样可以让热效率更高，防止了反复切换。

对于温度和时间的设定值是根据不同的锅炉情况设定的，在本实施例中，如进烟温度为250-300℃，那么高温监测温度设定平均值可以设定到210-260℃之间，高温监测温度设定最高值可以设定到230-280℃之间。低温监测温度设定平均值可以设定到100-150℃之间，设定时间内仍然持续升温的时间可以设定为30min。

参见附图3至附图6，参数控制模块3能够同时联动控制两个进烟口12和两个排烟口13的开闭切换动作。

在本实施例中，进烟口12包括第一进烟口121和第二进烟口122，第一进烟口121和第二进烟口122均位于炉膛本体1的顶壁，且对应炉膛本体1内部的隔板14两侧，排烟口13包括第一排烟口131和第二排烟口132，第一排烟口131和第二排烟口132均位于炉膛本体1的侧壁顶部，且对应炉膛本体1内部的隔板14两侧，并靠近第一进烟口121和第二进烟口122。

第一进烟口121和第二进烟口122的两侧设有第一滑道15，第一滑道15上滑动连接有进烟切换盖板31，第一进烟口121和第二进烟口122的两侧设有第二滑道16，第二滑道16上滑动连接有出烟切换盖板32，炉膛本体1的侧壁顶部固定有支架33，支架33固定在进烟切换盖板31和出烟切换盖板32之间，支架33上固定有双向驱动电机34，所述双向驱动电机34的动力输出端固定有驱动齿轮35，进烟切换盖板31和出烟切换盖板32对应的边沿上均具有与所述驱动齿轮35啮合的齿条36。当驱动齿轮35转动时，可以控制进烟切换盖板31和出烟切换盖板32向不同的方向的运行，以此实现隔板14两侧的进烟口12和排烟口13的开闭。

为了进一步优化上述技术方案，参数控制模块3对进烟口12和排烟口13的控制方式为：蛇形烟道11一端的进烟口12打开、排烟口13关闭，且蛇形烟道11另一端的排烟口13打开、进烟口12关闭。

为了进一步优化上述技术方案，当烟气流动方向进行切换时：一个进烟口12逐渐打开时，另一个进烟口12逐渐关闭，且一个排烟口13逐渐关闭时，另一个排烟口13逐渐打开。

即，当第一进烟口121关闭时，第二进烟口122打开，此时，第一排烟口131打开，且第二排烟口132关闭。同理，当第一进烟口121打开时，第二进烟口关闭，此时，第一排烟口131关闭，且第二排烟口132打开。

另外，当进烟切换盖板31和出烟切换盖板32上下对应处于中位时，四个烟口都打开。

为了进一步优化上述技术方案，两个进烟口12汇总于一条总进烟管道4，两个排烟口13汇总于一条总排烟管道5，且总排烟管道5上具有连通总进烟管道4上的循环支管道51。

如图1所示，总进烟管道4和总排烟管道5为了避让进烟切换盖板31和出烟切换盖板32的滑动，具有槽口，该槽口可以设置相应的伸缩挡板，随同盖板的滑动对两侧进行遮挡，也可以采用耐高温的柔性材料进行遮挡，未在图中示出。

为了进一步优化上述技术方案，参数检测模块2还包括设于蛇形烟道11中部的压力监测单元22。

为了进一步优化上述技术方案，当烟气流动方向进行切换，且两个进烟口12和两个排烟口13处于切换中位时，循环支管道51与总进烟管道4连通，进行蛇形烟道11内部的烟气内循环，此时两个进烟口12和两个排烟口13停止于中位切换状态，且当压力监测单元22达到压力监测设定值时继续进烟口12和排烟口13的开闭动作。

为例满足以上的操作，如图7和图9所示，总进烟管道4上设有第一单向阀41，总排烟管道5上设有第一电磁阀52，循环支管道51上设有第二单向阀511和第二电磁阀512。

参见附图7至附图9，正常状态下，以图9中第一幅图为例，烟气从第二进烟口122进入，并从第一排烟口131排出，此时，如图7所示，烟气从总进烟管道4进入，通过第一单向阀41，如图9中第一幅图的箭头为例的走向后，从总排烟管道5排出，此时，总排烟管道5上的第一电磁阀52打开，第二电磁阀512关闭。

当监测满足以上提到的三个条件时，双向驱动电机34启动，进行烟口的开闭切换，此时如图9中第二幅图所示。此时，第一电磁阀52关闭，第二电磁阀512打开，烟气不排出，一部分在蛇形烟道11内向底部流动，一部分经过两个排烟口13从循环支管道51上回流至总进烟管道4，如图8所示。此时四个烟口均保持打开，双向驱动电机34关闭，直至压力监测单元22监测到压力达到设定值，双向驱动电机34重新启动，完成切换，如图9中第三幅图所示。

在本实施例中，温度监测单元21为温度传感器或热电偶；压力监测单元22为压力传感器。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业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将是显而易见的，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，本发明将不会被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 (10)

1.一种用于锅炉参数控制与监测系统，包括炉膛本体（1），所述炉膛本体（1）内形成有蛇形烟道（11），所述蛇形烟道（11）内设有热交换器；其特征在于，还包括：参数检测模块（2）和参数控制模块（3）；

所述参数检测模块（2）包括沿所述蛇形烟道（11）的路径方向依次间隔布置的多组温度监测单元（21）；

所述参数控制模块（3）设于所述炉膛本体（1）的进烟口（12）和排烟口（13）处，所述炉膛本体（1）的所述蛇形烟道（11）的两端均设有所述进烟口（12）和所述排烟口（13），通过多组所述温度监测单元（21）监测的温度状态，利用所述参数控制模块（3）控制所述进烟口（12）和所述排烟口（13）的开闭，使得所述蛇形烟道（11）的烟气流动方向能够进行切换。

2.根据权利要求1所述的一种用于锅炉参数控制与监测系统，其特征在于，多组所述温度监测单元（21）根据所述蛇形烟道（11）的烟气流动方向分为前部的高温监测区和后部的低温监测区，所述高温监测区和低温监测区根据所述蛇形烟道（11）的烟气流动方向进行切换。

3.根据权利要求2所述的一种用于锅炉参数控制与监测系统，其特征在于，所述烟气流动方向的切换需同时满足以下3个条件：①所述高温监测区的平均温度超过高温监测区的高温监测温度设定平均值；②所述高温监测区靠近所述进烟口的所述温度监测单元的温度超过高温监测温度设定最高值；③所述低温监测区达到低温监测温度设定平均值后，在设定时间内仍然持续升温。

4.根据权利要求3所述的一种用于锅炉参数控制与监测系统，其特征在于，烟气流动方向切换的3个条件的逻辑计算关系为：当条件①和条件②任一条件满足时，再启动对条件③的监测，最后当3个条件均满足时则进行切换。

5.根据权利要求1所述的一种用于锅炉参数控制与监测系统，其特征在于，所述参数控制模块（3）对所述进烟口（12）和所述排烟口（13）的控制方式为：所述蛇形烟道（11）一端的所述进烟口（12）打开、所述排烟口（13）关闭，且所述蛇形烟道（11）另一端的所述排烟口（13）打开、所述进烟口（12）关闭。

6.根据权利要求5所述的一种用于锅炉参数控制与监测系统，其特征在于，当烟气流动方向进行切换时：一个所述进烟口（12）逐渐打开时，另一个所述进烟口（12）逐渐关闭，且一个所述排烟口（13）逐渐关闭时，另一个所述排烟口（13）逐渐打开。

7.根据权利要求6所述的一种用于锅炉参数控制与监测系统，其特征在于，两个所述进烟口（12）汇总于一条总进烟管道（4），两个所述排烟口（13）汇总于一条总排烟管道（5），且所述总排烟管道（5）上具有连通所述总进烟管道（4）上的循环支管道（51）。

8.根据权利要求7所述的一种用于锅炉参数控制与监测系统，其特征在于，所述参数检测模块（2）还包括设于所述蛇形烟道（11）中部的压力监测单元（22）。

9.根据权利要求8所述的一种用于锅炉参数控制与监测系统，其特征在于，当烟气流动方向进行切换，且两个所述进烟口（12）和两个所述排烟口（13）处于切换中位时，所述循环支管道（51）与所述总进烟管道（4）连通，进行所述蛇形烟道（11）内部的烟气内循环，此时两个所述进烟口（12）和两个所述排烟口（13）停止于中位切换状态，且当所述压力监测单元（22）达到压力监测设定值时继续所述进烟口（12）和所述排烟口（13）的开闭动作。

10.根据权利要求1所述的一种用于锅炉参数控制与监测系统，其特征在于，所述参数控制模块（3）能够同时联动控制两个所述进烟口（12）和两个所述排烟口（13）的开闭切换动作。