CN206320786U - 一种煤粉锅炉的燃烧控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种煤粉锅炉的燃烧控制系统，所述煤粉锅炉包括炉膛，所述炉膛的入口上游设置燃烧器，所述燃烧器的上游分别设置螺旋给料机、燃烧风风门和中心风阀门，油/气管道穿过所述燃烧器连接至炉膛的入口，所述燃烧控制系统包括：燃料控制模块、燃烧风控制模块、燃烧器叶片控制模块、中心风控制模块、油/燃气量调节模块、氧含量检测模块、视频监控站以及火焰检测器。摆脱了司炉工大多采用手动控制的现状，节省了大量的人力和时间。

Description

一种煤粉锅炉的燃烧控制系统

技术领域

本实用新型涉及工业控制系统领域，更具体地，涉及煤粉锅炉的燃烧控制系统。

背景技术

控制系统性能的好坏是影响锅炉效率的重要因素之一。80年代中后期，随着国外先进控制技术的引入，我国锅炉的计算机控制得到了很大的发展。90年代，锅炉的自动化控制虽已成为一个热门领域，但控制技术单一，控制算法的建模不能反映真实锅炉状况的问题。近些年，燃气工业锅炉通过引进国外先进的全自动控制系统，锅炉能够按照负荷需求自动进行启停、负荷调节、自动给水等全自动运作，大大减少了人工成本。近些年燃煤工业锅炉也借鉴国外先进的自动控制技术经验，但自动控制手段仍比较单一，控制精度也不高，这就导致我国工业锅炉操作不方便，运行监测、调控严重滞后的问题，也间接导致高能耗和严重的环境污染现状；另外，自动控制技术水平低，司炉工大多采用手动控制，工业锅炉的运行受运行人员技术水平影响非常大，运行人员的技术素质和操作水平参差不齐，无法保证锅炉在最佳状态下运行，导致锅炉效率低下，运行成本增加。

实用新型内容

本实用新型提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的煤粉锅炉的燃烧控制系统。

根据本实用新型的一个方面，提供煤粉锅炉的燃烧控制系统，所述煤粉锅炉包括炉膛，所述炉膛的入口上游设置燃烧器，所述燃烧器的上游分别设置螺旋给料机、燃烧风风门和中心风阀门，油/气管道穿过所述燃烧器连接至炉膛的入口，燃烧器的风道中设置叶片，所述燃烧控制系统包括：

燃料控制模块，与所述螺旋给料机连接；

燃烧风控制模块，与所述燃烧风风门连接；

燃烧器叶片控制模块，与所述叶片连接；

中心风控制模块，与所述中心风阀门连接；

油/燃气量调节模块，与所述油/气管道的阀门连接；

氧含量检测模块，设置在所述炉膛的出口，所述氧含量检测模块通过PID控制器与所述燃烧风控制模块连接；

视频监控站，设置在炉膛中；以及

火焰检测器，设置在所述炉膛或所述中心风管中。

根据本实用新型的另一个方面，所述燃烧器为钝体燃烧器，所述钝体燃烧器的出风口设置活动钝体，所述燃烧控制系统还包括钝体调节模块，所述钝体调节模块调节所述活动钝体的范围为：

向外最大伸出距离为燃烧器出风口直径的1/4，向内最大缩入距离燃烧器出风口直径的1/5。

根据本实用新型的另一个方面，所述燃烧控制系统还包括控制柜；

其中，所述燃料控制模块、燃烧风控制模块、燃烧器叶片控制模块、中心风控制模块、钝体调节模块以及油/燃气量调节模块设置在所述控制柜中。

根据本实用新型的另一个方面，所述燃烧控制系统还包括操作员工作站，与所述燃料控制模块、燃烧风控制模块、燃烧器叶片控制模块、中心风控制模块、油/燃气量调节模块、氧含量检测模块连接。

根据本实用新型的另一个方面，所述燃烧控制系统还包括工程师工作站，与所述燃料控制模块、燃烧风控制模块、燃烧器叶片控制模块、中心风控制模块、油/燃气量调节模块、氧含量检测模块连接。

根据本实用新型的另一个方面，所述视频监控站包括若干个摄像头。

根据本实用新型的另一个方面，所述燃烧器的叶片的开度为40-90％。

根据本实用新型的另一个方面，所述中心风阀门的开度为0-30％。

根据本实用新型的另一个方面，所述控制柜与UPS电源连接。

本申请提出一种煤粉锅炉的燃烧控制系统，通过在锅炉炉膛的各进料/风装置设置控制频率或开度的模块，摆脱了司炉工大多采用手动控制的现状，节省了大量的人力和时间，并且，通过氧含量检测模块监测烟气中的含氧量，含氧量是衡量空气过剩或空气不足的重要检测手段，在保障煤粉充分燃烧的基础上，尽量减少供风量，降低排烟温度，减少排烟热损失，提高运行效率。

附图说明

图1为本实用新型的煤粉锅炉的结构框图；

图2为本实用新型的煤粉锅炉的燃烧控制系统的结构框图；

图3为本实用新型中螺旋给料曲线的示意图；

图4为本实用新型中燃烧风曲线的示意图；

图5为本实用新型中煤粉锅炉燃烧控制流程的示意图；

图6为本实用新型中自动点火步骤的控制流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

图1给出了本实用新型的煤粉锅炉的结构框图，所述煤粉锅炉包括炉膛，所述炉膛的入口上游设置燃烧器，所述燃烧器的上游分别设置螺旋给料机、燃烧风风门和中心风阀门，中心风阀门设置在中心风管中，油/气管道穿过所述燃烧器连接至炉膛的入口，螺旋给料机控制向燃烧器供应的煤粉量，燃烧风经燃烧风风门进入燃烧器，燃烧风是主要助燃风，所述燃烧风包含一次燃烧风和二次燃烧风，所述一次燃烧风用来输送干燥煤粉并提供煤粉中挥发分燃烧所需的氧量，所述二次燃烧风为煤粉燃烧提供充足的氧气并与一次燃烧风协同作用决定回流区的大小和一、二次风的混合，中心风阀门控制中心风管向燃烧器输入中心风量，中心风的作用是调节火焰的着火点位置，油/气管道向炉膛中输入点火所需的燃料量。

图2给出了本实用新型的煤粉锅炉的燃烧控制系统的结构框图，所述燃烧控制系统包括：

燃料控制模块，与所述螺旋给料机连接；

燃烧风控制模块，与所述燃烧风风门连接；

燃烧器叶片控制模块，与所述燃烧器的叶片连接；

中心风控制模块，与所述中心风阀门连接；

油/燃气量调节模块，与所述油/气管道的阀门连接；

氧含量检测模块，设置在炉膛的出口，所述氧含量检测模块与燃烧风控制模块连接；以及

视频监控站，设置在炉膛中。

通过在锅炉炉膛的各进料/风装置设置控制该装置频率或开度的模块，摆脱了司炉工大多采用手动控制的现状，节省了大量的人力和时间，并且，通过氧含量检测模块监测烟气中的含氧量，是衡量空气过剩或空气不足的重要检测手段，在保障煤粉充分燃烧的基础上，尽量减少供风量，降低排烟温度，减少排烟热损失，提高运行效率。

在一个具体实施例中，火焰检测器，设置在所述炉膛或所述中心风管中，当中心风管较细时，则设置在炉膛中，反之则设置在中心风管中，火焰检测器是使用者掌握炉内火焰情况的重要设备，视频监控站的作用是通过实时摄像观察炉膛中的火焰情况，可能存在肉眼观察不准确的问题，火焰检测器则能排除肉眼观察火焰的局限性，其光谱响应范围大大增加，能够精确感应炉膛内的火焰情况。

在一个具体实施例中，所述燃料控制模块，与所述螺旋给料机连接，燃料控制模块调节螺旋给料机的频率来调节供应煤粉的量，进而达到需要的负荷。通过操作者的测试，可以获得螺旋给料机运行频率与煤粉量的关系，获得一条曲线，即螺旋给料曲线。

根据本实用新型的另一个方面，所述燃烧器为钝体燃烧器，所述钝体燃烧器的出风口设置活动钝体，所述燃烧控制系统还包括钝体调节模块，所述钝体调节模块调节所述活动钝体向外最大伸出距离为燃烧器出风口直径的1/4，向内最大缩入距离为燃烧器出风口直径的1/5。活动钝体对于本领域技术人员而言是一个常见技术手段，但现有的活动钝体调节的精度并不确定，并不存在一个准确的值，钝体调节结构有利于提高燃烧器煤种适用性，通过调节钝体位置，可以调节着火点位置和回流区大小，当煤粉挥发分较高，着火点过于靠近喷口时，为防止烧坏喷口，通过钝体位置调节机构使钝体向燃烧器缩进，加大一次风量，将着火点位置推远；反之，通过钝体位置调节机构将钝体向远离燃烧器推送，拉近着火点位置。通过本发明人经过长期的试验及数值模拟研究，钝体向内缩入燃烧器出风口直径的1/5、向外伸出燃烧器出风口直径的1/4范围是调节着火位置和回流区大小的比较有效的范围。

图3给出了本实用新型中螺旋给料曲线的示意图，由该曲线可以看出随着螺旋给料机频率的增加，给料量增加。

在一个具体实施例中，所述燃烧风风门设置可调节的风门挡板，所述燃烧风控制模块与所述风门挡板连接，以控制风量，风门的开度越大。燃烧风量越大，使用者根据煤粉量调节风门的开度。由于供粉量与风量是线性关系，使用者可以通过计算和测试，确定该曲线，即燃烧风曲线。

图4给出了本实验新型中燃烧风曲线的示意图，从图中可以看出，随着风门开度的增大，燃烧风量增大。

在一个具体实施例中，所述燃烧器的叶片设置可调节的连杆机构，通过调节连杆机构，达到调节叶片的位置、进而调节进风角度的目的，不同阶段、不同负荷下，燃烧器叶片角度对应着最佳的角度。所述燃烧器叶片控制模块与连杆机构连接。连杆机构的结构属于本领域的常用设计，不属于本实用新型的设计范畴，例如市面上常见的叶片摆动式燃烧器，就是通过一个将叶片与燃烧器筒体采用轴销活动连接，以使叶片进行摆动，这里的轴销就属于一种连杆机构。

在一个具体实施例中，所述中心风阀门设有调节中心风风量的调节阀门，所述中心风控制模块与调节阀门连接以控制中心风阀门。

在一个具体实施例中，所述油/气管道同样设置调节流量的阀门，油/燃气量调节模块与所述阀门连接，继而调节油/气管道的燃料流量。

在一个具体实施例中，氧含量检测模块设置在炉膛的出口，所述氧含量检测模块与燃烧风控制模块连接，当煤粉量一定时，燃烧风首先需满足燃烧需求，在此基础上，通过氧含量检测模块检测含氧量并发送反馈信号，运用PID控制器以PID方式，适当调节送风量，使炉膛出口含氧量在一定范围。该范围与燃料种类、燃烧方式及燃烧设备的完善程度有关，使用者通过实验进行确定。

在一个具体实施例中，视频监控站包括设置在炉膛中的多个摄像头，能够清晰地记录炉膛内是否点火成功。

在一个具体实施例中，所述控制系统还包括控制柜，所述燃料控制模块、燃烧风控制模块、燃烧器叶片控制模块、中心风控制模块、油/燃气量调节模块、氧含量检测模块、钝体调节模块集中设置在所述控制柜中。这样设置的好处是实现了各模块的统一、集中管理，控制柜主要用于调节设备的工作频率，减少能源损耗，能够平稳启动设备，减少设备直接启动时产生的大电流对电机的损害。

在一个具体实施例中，所述系统包括操作员工作站，与所述燃料控制模块、燃烧风控制模块、燃烧器叶片控制模块、中心风控制模块、油/燃气量调节模块、氧含量检测模块以及钝体调节模块连接。操作员工作站使操作人员对生产设备进行监控和操作，实时观察各模块的控制程度。

在一个具体实施例中，所述系统还包括工程师工作站，与所述燃料控制模块、燃烧风控制模块、燃烧器叶片控制模块、中心风控制模块、油/燃气量调节模块、氧含量检测模块以及钝体调节模块连接。其与操作员工作站的区别在于，操作员工作站仅能观察各模块的控制程度，而工程师工作站不仅能够观察，还能够对工程项目文件进行新建、编辑、修改，和项目程序的下载、上载，以及生产设备的监控、操作，生产数据的实时采集、存储、报警以及打印。

在一个具体实施例中，燃料控制模块调节螺旋给料机，燃料控制模块采集给料机频率信号，通过以太网传到工程师工作站和操作员工作站，工作站发出调节螺旋给料机的信号至燃料控制模块，然后燃料控制模块根据信号调节给料机频率。

图5给出了煤粉锅炉燃烧控制流程示意图，煤粉锅炉燃烧控制流程主要分为三个过程，分别为点火过程、油/气粉混烧过程以及煤粉燃烧过程。基本流程为：对点火条件进行监测，当具备点火条件时，启动点火程序；当锅炉达到点火负荷并且火焰检测器监测到火焰信号后，燃料控制模块加大螺旋给料机的给煤量，同时油/燃气量控制模块减少燃油/燃气量，进入油/气粉混烧过程，维持锅炉在最下运行负荷下运行；当燃油/气量减少到一定值且观察到炉膛内火焰明亮、充满，停止供油/气，进入煤粉燃烧阶段，根据负荷需求进行调整煤粉量。

其中，点火条件需满足：燃油/燃气具备、锅炉水位具备以及煤仓料位具备。

图6给出了自动点火控制流程示意图，当点火条件满足后，开启引风机，再开启鼓风机，以下过程都需炉膛负压在-200～-300pa范围内，吹扫一定时间，通点火燃料并点火，点火成功后，调节燃烧风风门，然后以一定的给料机频率送煤粉，当火检监测到火焰信号，点火成功；当设备无法正常启动或没有检测到火焰信号时，会进行相应的故障报警，运行人员根据报警类型对相应设备进行检修。

油/气粉混烧过程：此阶段，供粉量和供油/气量都有关于时间变化的曲线，供粉量随时间以一定的增长速率增多，供油/气量随着时间以一定的速率减少，随时监测火焰情况，进行适当的调整。

煤粉燃烧阶段：此时送入炉膛的煤粉不需要点火燃料油/气助燃，依靠炉内煤粉燃烧热即可点燃，停止供油/气，通过燃料控制模块调节供粉量，燃烧风控制模块、中心风控制模块以及燃烧器叶片控制模块控制送风量，达到需要负荷。

煤粉工业锅炉燃烧控制分为三个过程，每个过程都可以由油/气阀门调节、燃烧风调节、中心风调节、燃烧器叶片位置调节、螺旋给料调节五部分组成。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种煤粉锅炉的燃烧控制系统，所述煤粉锅炉包括炉膛，其特征在于，所述炉膛的入口上游设置燃烧器，所述燃烧器的上游分别设置螺旋给料机、燃烧风风门和中心风阀门，油/气管道穿过所述燃烧器连接至炉膛的入口，燃烧器的风道中设置叶片，所述燃烧控制系统包括：

燃料控制模块，与所述螺旋给料机连接；

燃烧风控制模块，与所述燃烧风风门连接；

燃烧器叶片控制模块，与所述叶片连接；

中心风控制模块，与所述中心风阀门连接；

油/燃气量调节模块，与所述油/气管道的阀门连接；

氧含量检测模块，设置在所述炉膛的出口，所述氧含量检测模块通过PID控制器与所述燃烧风控制模块连接；

视频监控站，设置在炉膛中；以及

火焰检测器，设置在所述炉膛或中心风管中。

2.如权利要求1所述的煤粉锅炉的燃烧控制系统，其特征在于，所述燃烧器为钝体燃烧器，所述钝体燃烧器的出风口设置活动钝体，所述燃烧控制系统还包括钝体调节模块，所述钝体调节模块调节所述活动钝体的范围为：

向外最大伸出距离为燃烧器出风口直径的1/4，向内最大缩入距离为燃烧器出风口直径的1/5。

3.如权利要求2所述的煤粉锅炉的燃烧控制系统，其特征在于，还包括控制柜；

其中，所述燃料控制模块、燃烧风控制模块、燃烧器叶片控制模块、中心风控制模块、油/燃气量调节模块以及钝体调节模块设置在所述控制柜中。

4.如权利要求3所述的煤粉锅炉的燃烧控制系统，其特征在于，还包括操作员工作站，与所述燃料控制模块、燃烧风控制模块、燃烧器叶片控制模块、中心风控制模块、油/燃气量调节模块、氧含量检测模块以及钝体调节模块连接。

5.如权利要求4所述的煤粉锅炉的燃烧控制系统，其特征在于，还包括工程师工作站，与所述燃料控制模块、燃烧风控制模块、燃烧器叶片控制模块、中心风控制模块、油/燃气量调节模块、氧含量检测模块、钝体调节模块连接。

6.如权利要求5所述的煤粉锅炉的燃烧控制系统，其特征在于，所述视频监控站包括若干个摄像头。

7.如权利要求1-5任意一项所述的煤粉锅炉的燃烧控制系统，其特征在于，所述燃烧器的叶片的开度为40-90％。

8.如权利要求1-6任意一项所述的煤粉锅炉的燃烧控制系统，其特征在于，所述中心风阀门的开度为0-30％。

9.如权利要求3所述的煤粉锅炉的燃烧控制系统，其特征在于，所述控制柜与UPS电源连接。