CN207276562U - 一种用于生物质气化的自动控制系统及包含其的燃煤系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于气化技术领域，公开了一种用于生物质气化的自动控制系统及包含其的燃煤系统。该控制系统设置了检测反馈单元、控制器和执行机构。通过气化参数的多目标优化控制，提高了气化效率。同时该自动控制系统采用智能集成控制方法可以综合多种智能控制策略的优点，较好地把握生物质气化装置气化过程中的本质规律，提高了控制精度。将其应用于燃煤装置中，满足了进气要求，同时利用生物质气化技术，将生物质原料气化产生的燃气送入燃煤装置中混燃，实现了生物质能源的充分利用，不但解决了生物质原料的处理问题，而且提高了火力发电的效率，同时增加了多种能源相互调配的能力。

Description

一种用于生物质气化的自动控制系统及包含其的燃煤系统

技术领域

本实用新型属于气化技术领域，具体涉及一种用于生物质气化的自动控制系统及包含其的燃煤系统。

背景技术

随着煤、石油、天然气等化石能源的大量开采及消耗，导致能源危机和环境污染越来越严重，进而使其成为了全球关注和迫切需要解决的问题。如何解决上述问题，目前可行的一种方案就是用生物质替代化石能源，降低化石燃料的使用量。这是因为生物质具有分布广泛、可再生和环境友好等特点，是一种100％可再生的洁净能源。

目前，对生物质的利用还比较简单粗放，如直接燃烧或者堆肥等。这样做会对水质和空气等环境产生破坏，不符合国家节能减排、废弃物资源化利用及可持续发展的基本国策。为了能降低污染、净化环境，同时回收资源和能源，创造经济效益，实现生物质能的综合利用，现有技术公开了先对生物质进行气化的技术，如中国专利文献CN102329654A公开了生物质气化装备及其气化工艺。该技术通过自动上料系统将生物质原料依次送入初级气化区和二次气化区进行气化，生成的燃气进入蒸汽换热器中进行热量交换；接着，进入内外双旋风换热除尘器，燃气中的颗粒物和木焦油等杂质被除去；再次进行除杂和气水分离；最后，燃气被压缩存入储气罐中。上述技术科学环保，一定程度提高了气化效率。

本领域技术人员公知：生物质气化过程是一种具有高温变、微负压、非线性、不稳定性、气相密集区域多变、大时滞等特点的复杂动态过程，整个过程中反应参数众多。上述技术仅通过控制料位、分层气化、二次气化，难以有效提高气化效率；再者，生物质气化过程中反应参数之前相互影响，上述技术仅控制料位和温度，未均衡考虑各影响参数，难以保证控制精度。

实用新型内容

为此，本实用新型所要解决的是现有生物质气化装置存在气化效率不高、反应参数控制精度差的缺陷，进而提供了一种气化效率高、反应参数控制精度好的用于生物质气化的自动控制系统及包含其的燃煤系统。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型所提供的用于生物质气化的自动控制系统，包括依次连通的给料装置和气化装置，

还包括检测反馈单元，设置于所述气化装置上，其包括温度变送器、压力变送器、氧气变送器和甲烷变送器，用于实时采集其内作为气化参数的气化温度、气化压力、含氧量和含甲烷量数据；

控制器，与所述检测反馈单元连接，用于接收所述检测反馈单元反馈的气化参数数据，并对所述气化参数数据进行双重量前馈算法运算，产生控制信号；

执行机构，与所述控制器连接，其为变频器、调节阀和电动执行机构，用于接收所述控制信号并执行相应动作以控制所述气化参数数据在预设范围内；所述变频器为第一变频器和第二变频器；

第一鼓风装置，与所述气化装置中下部连通，且与所述第一变频器连接，以通过所述控制器比对所述气化装置中气化温度、气化压力、含氧量和含甲烷量数据是否在所述预设范围内，进而调整所述第一变频器以控制所述第一鼓风装置的鼓风量；

分离装置，其进气口与所述气化装置中上部连通，出料口与所述气化装置中下部连通；

第二鼓风装置，与所述分离装置连通，以控制所述分离装置出料口的返料量，所述第二鼓风装置与所述第二变频器连接，以通过所述控制器比对所述气化装置中气化压力、含氧量和含甲烷量数据是否在所述预设范围内，进而调整所述第二变频器以控制所述第二鼓风装置的转速。

所述第一鼓风装置与所述气化装置之间、所述第二鼓风装置与所述分离装置之间均设置流量计和所述调节阀，所述调节阀和流量计均与所述控制器连接，以根据所述气化装置中气化参数需求通过所述控制器控制所述调节阀并通过所述流量计监测流量大小。

进一步地，所述第二鼓风装置至少为两个，且采用冗余热备方式设置；

进一步地，所述给料装置包括料仓以及与所述料仓连通设置的给料器，所述料仓内设置有料位传感器，以实时检测所述料仓内料位高低并将料位数据反馈给所述控制器，以控制所述给料器的给料速度。

另外，本实用新型还提供了一种燃煤系统，包括燃煤装置，还包括与所述燃煤装置连通的上述自动控制系统。

进一步地，所述分离装置与所述燃煤装置之间依次连通设置除尘装置、换热装置和增压装置，所述除尘装置的进气口与所述分离装置的出气口连通，所述增压装置的出气口与所述燃煤装置的进气口连通。

进一步地，在所述燃煤装置的进气口设置有压力变送器，所述压力变送器与所述控制器连接，以根据所述燃煤装置内压力需求控制所述增压装置的转速；

在所述换热装置的出气口设置有温度变送器，以实时检测并反馈出口气体温度数据至所述控制器，并根据实际温度值和目标温度值经所述控制器的时滞型PID算法运算后控制所述换热装置的换热效率。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

(1)本实用新型实施例所提供的用于生物质气化的自动控制系统，在气化装置上设置检测反馈单元，实时采集其内气化温度、气化压力、含氧量和含甲烷量数据；接着将上述气化参数数据反馈给控制器，通过其对气化参数数据进行双重量前馈算法运算，产生控制信号；最后，设置执行机构，接收控制信号并执行相应动作以控制气化参数数据在预设范围内。通过气化参数的多目标优化控制，提高了气化效率。同时该自动控制系统采用智能集成控制方法可以综合多种智能控制策略的优点，较好地把握生物质气化装置气化过程中的本质规律，提高了控制精度。

(2)本实用新型实施例所提供的用于生物质气化的自动控制系统，设置了第一鼓风装置、分离装置、第二鼓风装置、给料器和调节阀，根据气化参数的实际需求，调节执行动作，智能控制气化过程，提高气化效率；采用双重量前馈算法，建立气化过程预测模型，精确控制气化参数，同时引入时滞型PID控制算法控制换热装置的换热效率，降低可燃气体的温度，方便后续工艺的处理。

(3)本实用新型实施例所提供的燃煤系统，包括上述自动控制系统，具有上述有益效果，满足燃煤装置的进气要求，同时利用生物质气化技术，将生物质原料气化产生的燃气送入燃煤装置中混燃，实现了生物质能源的充分利用，不但解决了生物质原料的处理问题，而且提高了火力发电的效率，同时增加了多种能源相互调配的能力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中包括用于生物质气化的自动控制系统的燃煤系统的结构示意图；

附图标记如下：

1-气化装置；2-第一鼓风装置；3-增压装置；4-换热装置；5-第二鼓风装置；6-给料装置；7-料仓；8-分离装置；9-除尘装置；10-进气口。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“水平”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供了一种用于生物质气化的自动控制系统，如图1所示，包括依次连通的给料装置6和气化装置1，还包括检测反馈单元，设置于气化装置1上，用于实时采集其内作为气化参数的气化温度、气化压力、含氧量和含甲烷量数据；在本实施例中，检测反馈单元包括温度变送器、压力变送器、氧气变送器和甲烷变送器；

控制器，与所述检测反馈单元连接，用于接收检测反馈单元反馈的气化参数数据，并对气化参数数据进行双重量前馈算法运算，产生控制信号；在本实施例中，控制器为可编程控制器，如可在控制器中编制双重量前馈算法和时滞型PID算法,具体可为PLC、DCS或者单片机；给料装置6为星型给料器；气化装置1为循环硫化床式的气化炉；

执行机构，与所述控制器连接，接收控制信号并执行相应动作以控制气化参数数据在预设范围内；在本实施例中，执行机构为变频器、调节阀和电动执行机构，其中，电动执行机构可为电机等；所述变频器为第一变频器和第二变频器。

为了根据气化参数的实际需求，调节执行动作，智能控制气化过程，提高气化效率，还包括第一鼓风装置2，与气化装置1中下部连通，且与第一变频器连接，以通过控制器比对气化装置1中气化温度、气化压力、含氧量和含甲烷量数据是否在预设范围内，进而调整第一变频器以控制第一鼓风装置2的鼓风量。作为优选的实施方式，第一鼓风装置2与气化装置1 的底部连通。在本实施例中，第一鼓风装置2为鼓风机，通过鼓风机维持气化装置1内的含氧量，并使物料处于气化状态。

还包括分离装置8，其进气口与气化装置1中上部连通，出料口与气化装置1中下部连通；第二鼓风装置5，与分离装置8连通，以控制分离装置 8出料口的返料量。作为优选的实施方式，分离装置8的进气口与气化装置 1的上部连通，出料口与气化装置1下部连通。在本实施例中，分离装置8 为旋风分离器，第二鼓风装置5为高压硫化风机，通过控制高压硫化风机的转速，可使未完全充分气化的物料返回至气化装置1中。

第二鼓风装置与第二变频器连接，以通过控制器比对气化装置1中气化压力、含氧量和含甲烷量数据是否在预设范围内，进而调整第二变频器以控制第二鼓风装置5的转速。

第一鼓风装置2与气化装置1之间、第二鼓风装置5与分离装置8之间均设置调节阀和流量计，调节阀和流量计均与控制器连接，以根据气化装置1中气化参数需求通过控制器控制调节阀并通过流量计监测流量大小。

在上述自动控制系统中，通过气化参数的多目标优化控制，提高了气化效率。同时该自动控制系统采用智能集成控制方法可以综合多种智能控制策略的优点，较好地把握生物质气化装置气化过程中的本质规律，同时采用双重量前馈算法，建立气化过程预测模型，精确控制气化参数，共同提高了控制精度。

进一步地，第二鼓风装置2至少为两个，且采用冗余热备方式设置。

给料装置6包括料仓7以及与料仓7连通设置的给料器，料仓7内设置有料位传感器，以实时检测料仓7内料位高低并将料位数据反馈给控制器，以控制给料器的给料速度，保证气化装置1内物料的供给，稳定气化装置1中的压力和温度。

实施例2

本实施例提供了一种燃煤系统，如图1所示，包括燃煤装置，还包括与燃煤装置连通的实施例1中的自动控制系统。在本实施例中，燃煤装置为燃煤锅炉。

上述燃煤系统中，包括上述自动控制系统，具有上述有益效果，同时利用生物质气化技术，将生物质原料气化产生的燃气送入燃煤装置中混燃，实现了生物质能源的充分利用，不但解决了生物质原料的处理问题，而且提高了火力发电的效率，同时增加了多种能源相互调配的能力。

为了满足燃煤装置的进气要求，如图1所示，分离装置8与燃煤装置之间依次连通设置除尘装置9、换热装置4和增压装置3，除尘装置9的进气口与分离装置8的出气口连通，增压装置3的出气口与燃煤装置的进气口10连通。在本实施例中，除尘装置9为旋风除尘器，通过控制旋风除尘器的转速来调节除尘效果；换热装置4为导热油换热器，经过气化装置1产生的气化气温度大约在730℃左右，此温度等级的气体如果直接进入后续系统，势必会对设备和管道等产生影响，故在进入下一级设备之前要经过换热降温，通过控制导热油换热器中换热油泵的转速，使得气化气温度降至在400℃左右；增压装置3为罗茨增压风机，降温后的气体准备进入燃煤装置与之混燃，因气化装置1内为微负压工况，故该处的气体压力不能满足进入燃煤装置的条件，通过控制罗茨增压风机的转速维持气体的压力满足在进入燃煤装置的条件范围。

进一步地，在燃煤装置的进气口设置有压力变送器，压力变送器与控制器连接，以根据燃煤装置内压力需求控制增压装置3的转速；

在换热装置4的出气口设置有温度变送器，以实时检测并反馈出口气体温度数据至控制器，并根据实际温度值和目标温度值经控制器的时滞型 PID算法运算后控制换热装置4的换热效率。

上述燃煤系统的详细工作原理如下：

首先，生物质原料经皮带输送机送到料仓7，料仓7内装有料位传感器，当检测到物料位高时，控制器向皮带输送机发送停车命令，再经料仓7下的星型给料器把生物质原料送入气化装置1中，星型给料器的给料速度由控制器采集气化装置1内的温度、压力、气体含氧量等经过双重量前馈算法运算后加以控制；

再者，第一鼓风装置2将气化用空气送入气化装置1内，根据测量出的气化装置1内的燃气成分及压力等，控制器比对炉膛负压值及标准燃气成分值等，通过变频器控制第一鼓风装置2的转速；

接着，为保持气化装置1内的物料气化充分，在气化装置1内的侧面设置分离装置8和除尘装置9，通过互为备用的两台高压硫化风机来控制返料量，两台高压硫化风机的控制方式采用冗余热备方式，所有数据同步更新，当处于工作状态的风机出现故障时，热备风机即可按照同步数据无扰切换；

最后，将气化气依次通过除尘装置9、换热装置4和增压装置3，满足燃煤装置的进气要求后，进入燃煤装置。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种用于生物质气化的自动控制系统，包括依次连通的给料装置和气化装置，其特征在于，还包括，

检测反馈单元，设置于所述气化装置上，其包括温度变送器、压力变送器、氧气变送器和甲烷变送器，用于实时采集其内作为气化参数的气化温度、气化压力、含氧量和含甲烷量数据；

控制器，与所述检测反馈单元连接，用于接收所述检测反馈单元反馈的气化参数数据，并对所述气化参数数据进行双重量前馈算法运算，产生控制信号；

执行机构，与所述控制器连接，其为变频器、调节阀和电动执行机构，用于接收所述控制信号并执行相应动作以控制所述气化参数数据在预设范围内；所述变频器为第一变频器和第二变频器；

第一鼓风装置，与所述气化装置中下部连通，且与所述第一变频器连接，以通过所述控制器比对所述气化装置中气化温度、气化压力、含氧量和含甲烷量数据是否在所述预设范围内，进而调整所述第一变频器以控制所述第一鼓风装置的鼓风量；

分离装置，其进气口与所述气化装置中上部连通，出料口与所述气化装置中下部连通；

第二鼓风装置，与所述分离装置连通，以控制所述分离装置出料口的返料量，所述第二鼓风装置与所述第二变频器连接，以通过所述控制器比对所述气化装置中气化压力、含氧量和含甲烷量数据是否在所述预设范围内，进而调整所述第二变频器以控制所述第二鼓风装置的转速；

所述第一鼓风装置与所述气化装置之间、所述第二鼓风装置与所述分离装置之间均设置流量计和所述调节阀，所述调节阀和流量计均与所述控制器连接，以根据所述气化装置中气化参数需求通过所述控制器控制所述调节阀并通过所述流量计监测流量大小。

2.根据权利要求1所述的自动控制系统，其特征在于，所述第二鼓风装置至少为两个，且采用冗余热备方式设置。

3.根据权利要求1或2所述的自动控制系统，其特征在于，所述给料装置包括料仓以及与所述料仓连通设置的给料器，所述料仓内设置有料位传感器，以实时检测所述料仓内料位高低并将料位数据反馈给所述控制器，以控制所述给料器的给料速度。

4.一种燃煤系统，包括燃煤装置，其特征在于，还包括与所述燃煤装置连通的权利要求1-3中任一项所述的自动控制系统。

5.根据权利要求4所述的燃煤系统，其特征在于，所述分离装置与所述燃煤装置之间依次连通设置除尘装置、换热装置和增压装置，所述除尘装置的进气口与所述分离装置的出气口连通，所述增压装置的出气口与所述燃煤装置的进气口连通。

6.根据权利要求5所述的燃煤系统，其特征在于，在所述燃煤装置的进气口设置有压力变送器，所述压力变送器与所述控制器连接，以根据所述燃煤装置内压力需求控制所述增压装置的转速；

在所述换热装置的出气口设置有温度变送器，以实时检测并反馈出口气体温度数据至所述控制器，并根据实际温度值和目标温度值经所述控制器的时滞型PID算法运算后控制所述换热装置的换热效率。