一種生物燃氣供導熱油鍋爐控制系統裝置及其控制方法

2023-12-08 21:25:21

一種生物燃氣供導熱油鍋爐控制系統裝置及其控制方法
【專利摘要】本發明提供一種生物燃氣供導熱油鍋爐控制系統裝置及其控制方法，通過接收導熱油溫度信號和導熱油熱流量積算儀信號，自動控制器根據導熱油設定溫度，控制氣化風量，調節進入導熱油鍋爐的燃氣量，能實現導熱油鍋爐熱能量的平穩供應，生物質氣化爐負荷的平穩變化，該方法解決現有燃油燃氣鍋爐控制方法不適用於生物燃氣供導熱油鍋爐應用場合的問題，可實現生物質氣化爐與導熱油鍋爐自動聯動控制，能快速響應負荷變化，統一協調、安全穩定。
【專利說明】一種生物燃氣供導熱油鍋爐控制系統裝置及其控制方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及生物燃氣供應系統，特指一種生物燃氣供導熱油鍋爐控制系統裝置及其控制方法。

【背景技術】
[0002]生物質能資源豐富，分布廣泛，是一種可再生能源，也是唯一一種可再生的碳源。在能源緊缺、溫室氣候日漸嚴重的今天，推廣生物質能有著重要的意義。隨著時代的趨勢、科技的進步，生物質能源在能源消費的比重將日益增大。本發明是基於生物質氣化技術的一種應用。目前使用的燃油燃氣鍋爐所用燃料一般為柴油、重油、水煤漿、天然氣等，這些燃料在經濟性或環保性上卻帶有明顯缺陷，這些燃料的高成本或高汙染制約著社會的發展和企業的發展。生物質燃氣在環保性和經濟性上有著種明顯優勢，排放標準等同於天然氣，而價格低於天然氣，是一種質優價廉的替代能源，將逐漸成為一種重要的能源形式。
[0003]現有燃油燃氣的導熱油鍋爐控制方法一般是以鍋爐的導熱油溫度為依據控制燃燒器進行大火、小火燃燒，這種方法適用於燃油、燃氣等隨用隨開的場合。在燃油、天然氣、水煤漿等供應充足和工廠預定條件下，該方法一般都能保證熱能正常供應、適應負荷變化。
[0004]目前燃油燃氣的導熱油鍋爐控制方法以導熱油溫度為依據控制燃燒器的大火和小火，在使用油、天然氣、水煤漿時，這種方法原理簡單，技術成熟。而生物燃氣一般是配備生物質氣化爐即產即用的，生物燃氣的產量根據負荷情況提供，並非預先充足供應，而且為了維持經濟性和穩定性，生物質氣化爐一旦啟動後，需要儘量避免它在極低負荷下運行和頻繁停爐。生物質氣化爐產生的生物燃氣是即產即用的性質，不同於傳統燃油燃氣的充分供應、隨用隨開的性質，這種供應上的差異，使生物燃氣供導熱油鍋爐的控制方法不適合用現有燃油燃氣導熱油鍋爐的控制方法。這樣就有必要發明一種能夠適應生物燃氣供導熱油鍋爐的控制方法。


【發明內容】

[0005]本發明的目的在於針對已有的技術現狀，提供一種生物燃氣供導熱油鍋爐控制系統裝置及其控制方法，採用一種新的以導熱油溫度和導熱油熱流量為反饋控制信號的自動控制方法，對生物質氣化爐和燃氣熱載體鍋爐進行調節，實現生物燃氣安全生產、熱能穩定供應。
[0006]為達到上述目的，本發明採用如下技術方案:
一種生物燃氣供導熱油鍋爐控制系統裝置，主要包括氣化風機、生物質氣化爐、燃燒器配氧風機、鍋爐燃燒器、導熱油鍋爐，所述生物質氣化爐與裝有鍋爐燃燒器的導熱油鍋爐連接，其中，生物質氣化爐由氣化風機供氧，鍋爐燃燒器由燃燒器配氧風機供氧；還包括與主控制器連接的人機設備、流量積算儀、若干傳感器及若干變頻器。
[0007]進一步的，流量積算儀為導熱油熱流量積算儀，其與導熱油鍋爐連接。
[0008]進一步的，若干傳感器分別為與生物質氣化爐連接的氣壓傳感器及與導熱油鍋爐連接的導熱油溫度傳感器。
[0009]進一步的，述若干變頻器分別為與氣化風機連接的氣化風機變頻器及與燃燒器配氧風機連接的燃燒器配氧風機變頻器。
[0010]進一步的，生物質氣化爐與裝有鍋爐燃燒器的導熱油鍋爐之間裝有燃氣引風機和燃氣引風機變頻器。
[0011]進一步的，氣化風機的輸出端設有氣體流量計，該氣體流量計為主控制器的信號輸入，氣化風機通過氣體流量計與主控制器形成閉環控制迴路。
[0012]該生物燃氣供導熱油鍋爐系統的控制方法如下:
主控制器控制氣化風機、燃氣引風機的運轉頻率，氣化風機輸出氣化風進入生物質氣化爐，生物質氣化爐產出燃氣，燃氣引風機將燃氣輸送進入導熱油鍋爐中燃燒，燃燒器配氧風機為鍋爐燃燒器提供氧氣，導熱油溫度傳感器信號和導熱油熱流量積算儀信號反饋進入主控制器中，形成閉環控制迴路；氣化風機、燃氣引風機其中之一作為主動調節風機，燃燒器配氧風機作為從動調節風機；
氣化風量指令或燃氣量指令輸出有三種模式，分別為啟停爐模式、熱爐模式及正常模式，其中，啟停爐模式由人機操作和主控制器結合控制；熱爐模式在導熱油鍋爐的啟爐過程中由內循環切換到外循環時，對氣化風量指令值或燃氣量指令值在單位時間內的最大變化量作一定限制，至導熱油溫度接近設定溫度為止；正常模式則是生物質氣化爐正常工作時，氣化風量指令或燃氣量指令按照預定方法計算得出後正常輸出。
[0013]上述氣化風機可作為從動調節風機，跟隨燃氣量指令運行；或氣化風機作為主動調節風機，以氣化風量指令控制運行；氣化風量指令值是通過對設定導熱油溫度和當前導熱油溫度的偏差進行比例-積分運算，加入當前熱流量數據經過函數G(X)運算的值，以前饋形式提高系統響應速度，最後對結果進行限幅處理得出；
上述燃氣引風機可作為從動調節風機，跟隨氣化風量運行；或燃氣引風機作為主動調節風機，以燃氣量指令控制運行；燃氣量指令值計算方法與氣化風量指令值相同；
上述燃燒器配氧風機作為從動調節風機，根據氣化風量指令或燃氣量指令進行控制。
[0014]本發明的優點在於:本發明提供一種生物燃氣供導熱油鍋爐自動控制系統，通過接收導熱油溫度信號和導熱油熱流量積算儀信號，自動控制器根據導熱油設定溫度，控制氣化風量，調節進入導熱油鍋爐的燃氣量，能實現導熱油鍋爐熱能量的平穩供應，生物質氣化爐負荷的平穩變化；本發明的方法解決現有燃油燃氣鍋爐控制方法不適用於生物燃氣供導熱油鍋爐應用場合的問題，可實現生物質氣化爐與導熱油鍋爐自動聯動控制，能快速響應負荷變化，安全穩定。
[0015]【專利附圖】

【附圖說明】:
附圖1為本發明的工藝流程圖；
附圖2為本發明的控制系統結構圖；
附圖3為本發明的氣化風量指令示意圖；
附圖4為本發明的遠距離輸送工藝流程圖。
[0016]【具體實施方式】:
為了使審查委員能對本發明之目的、特徵及功能有更進一步了解，茲舉較佳實施例並配合圖式詳細說明如下: 請參閱圖1所示，係為本發明之較佳實施例的結構示意圖，本發明為一種生物燃氣供導熱油鍋爐控制系統裝置，主要包括氣化風機1、生物質氣化爐2、燃燒器配氧風機4、鍋爐燃燒器5、導熱油鍋爐6，還包括與主控制器連接的人機設備、流量積算儀、若干傳感器、若干變頻器。所述生物質氣化爐2與裝有鍋爐燃燒器5的導熱油鍋爐6連接，其中，生物質氣化爐2由氣化風機I供氧，鍋爐燃燒器5由燃燒器配氧風機4供氧。
[0017]上述流量積算儀為導熱油熱流量積算儀8，其與導熱油鍋爐6連接。
[0018]上述若干傳感器分別為與生物質氣化爐2連接的氣壓傳感器3及與導熱油鍋爐6連接的導熱油溫度傳感器7。
[0019]上述若干變頻器分別為與氣化風機I連接的氣化風機變頻器及與燃燒器配氧風機4連接的燃燒器配氧風機變頻器。
[0020]上述氣化風機I的輸出端設有氣體流量計，該氣體流量計為主控制器的信號輸入，氣化風機通過氣體流量計與主控制器形成閉環控制迴路。
[0021]上述方案中，鍋爐負荷調節通過氣化風量指令進行控制。在生物質氣化爐和導熱油鍋爐正常工作情況下，氣化風量確定了氣化爐產出的燃氣量，而燃氣量確定了導熱油鍋爐產出的熱能量，所以可以認為控制氣化風量可以控制導熱油鍋爐的熱能量。
[0022]該生物燃氣供導熱油鍋爐系統的控制方法如下:
如圖1、圖2 (原文圖2)所示，主控制器控制氣化風機I的運轉頻率，氣化風機I輸出氣化風進入生物質氣化爐2，生物質氣化爐2產出燃氣，燃氣由生物質氣化爐2爐頂燃氣壓力推送進入導熱油鍋爐6中燃燒，燃燒器配氧風機4為鍋爐燃燒器5提供氧氣，導熱油溫度傳感器7信號和導熱油熱流量積算儀8信號反饋進入主控制器中，形成閉環控制迴路；氣化風機1、燃氣引風機9其中之一作為主動調節風機，燃燒器配氧風機4作為從動調節風機；當上述氣化風機作為主動調節風機，以氣化風量指令控制運行。
[0023]圖3所示，上述方案中，氣化風量指令值通過對設定導熱油溫度和當前導熱油溫度的偏差進行比例-積分運算，加入當前熱流量數據經過函數G(X)運算的值，以前饋形式提高系統響應速度，最後對結果進行限幅處理，避免短時間內生物質氣化爐大幅提高負荷，按需對氣化風量指令作單位時間增加量的限制。通過氣化風機風量和氣化風機頻率的標定公式換算，氣化風量指令以風機運行頻率形式輸出。需要指出的是，本發明中氣化風量給定不限定與所列舉的計算方法，在不脫離本發明控制原理的前提下的其他類似和改進的計算方法，都應視為本發明的保護範圍。
[0024]如圖4所示，本發明中，可以在附圖1中加入燃氣引風機9，這種工藝適合生物質氣化爐2與燃氣鍋爐距離較遠的情況。加入之後，燃氣引風機9可作為從動調節風機，跟隨氣化風量運行；或燃氣引風機9作為主動調節風機，燃氣量指令控制運行，燃氣量指令值計算方法與氣化風量指令值相同，此時氣化風機作為從動調節風機，跟隨燃氣量指令運行，從而保證生物質氣化爐爐頂燃氣壓力平穩。
[0025]本發明中，燃燒器配氧風機4作為從動調節風機，根據氣化風量指令或燃氣量指令進行控制。
[0026]上述氣化風量指令或燃氣量指令輸出有三種模式，分別為啟停爐模式、熱爐模式及正常模式，其中，啟停模式主要針對生物質氣化爐2啟停爐時，以導熱油反饋信號進行負荷調節的方法不再適用，啟停爐模式由人機操作及主控制器結合控制，以適應現場工況；熱爐模式針對導熱油鍋爐6啟爐過程中內循環切換到外循環時，導熱油溫度7信號和導熱油積算儀8信號的突變，對氣化風量或燃氣量指令值在單位時間內的最大變化量進一步限制，這樣可限制生物質鍋爐在剛完成啟爐後負荷變化的幅度，當導熱油溫度接近設定溫度，則退出熱爐模式進入正常模式；正常模式則是生物質氣化爐正常工作時，氣化風量指令或燃氣量指令按照上述方法計算得出後正常輸出。
[0027]本發明中，燃氣量指令輸出後沒有風量反饋信號，在實際應用中，可以使用氣體流量計進行測量，這樣燃氣量指令可構成的閉環控制，使輸出將更加準確。
[0028]本發明中，主控制器以模擬量信號控制風機變頻器的運行頻率；主控制器接收傳感器和流量計的模擬量信號；人機設備HMI與主控制器通訊連接，檢測控制系統運行狀態、設置運行參數等。主控制器工作原理是根據接收信號，執行既定自動程序、計算程序和保護程序，並輸出控制信號；主控制器的種類可能包括PLC、DCS、工控機等具有能實現類似功能的控制器。
[0029]本發明中，主控制器負責整個系統的控制，除負荷控制功能外，還包括電氣系統自診斷功能、導熱油鍋爐急停保護功能、生物質氣化爐急停功能、鍋爐熄火報警功能及其他報警功能等。
[0030]當然，以上圖示僅為本發明較佳實施方式，並非以此限定本發明的使用範圍，故，凡是在本發明原理上做等效改變均應包含在本發明的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種生物燃氣供導熱油鍋爐控制系統裝置，其特徵在於:主要包括氣化風機(1)、生物質氣化爐(2)、燃燒器配氧風機(4)、鍋爐燃燒器(5)、導熱油鍋爐(6)，所述生物質氣化爐(2 )與裝有鍋爐燃燒器(5 )的導熱油鍋爐(6 )連接，其中，生物質氣化爐(2 )由氣化風機(I)供氧，鍋爐燃燒器(5)由燃燒器配氧風機(4)供氧；還包括與主控制器連接的人機設備、流量積算儀、若干傳感器及若干變頻器。
2.根據權利要求1所述的一種生物燃氣供導熱油鍋爐控制系統裝置，其特徵在於:所述流量積算儀為導熱油熱流量積算儀(8)，其與導熱油鍋爐(6)連接。
3.根據權利要求1、2所述的一種生物燃氣供導熱油鍋爐控制系統裝置，其特徵在於:所述若干傳感器分別為與生物質氣化爐(2)連接的氣壓傳感器(3)及與導熱油鍋爐(6)連接的導熱油溫度傳感器(7 )。
4.根據權利要求1、2所述的一種生物燃氣供導熱油鍋爐控制系統裝置，其特徵在於:所述若干變頻器分別為與氣化風機(I)連接的氣化風機變頻器及與燃燒器配氧風機(4)連接的燃燒器配氧風機變頻器。
5.根據權利要求1所述的一種生物燃氣供導熱油鍋爐控制系統裝置，其特徵在於:所述生物質氣化爐(2)與導熱油鍋爐(6)之間裝有燃氣引風機(9)和燃氣引風機變頻器。
6.根據權利要求1所述的一種生物燃氣供導熱油鍋爐控制系統裝置，其特徵在於:所述氣化風機(I)的輸出端設有氣體流量計，該氣體流量計為主控制器的信號輸入，氣化風機(1)通過氣體流量計與主控制器形成閉環控制迴路。
7.根據權利要求1-6中任意一項所述的一種生物燃氣供導熱油鍋爐系統的控制方法，其特徵在於:主控制器控制氣化風機(1)、燃氣引風機(9)的運轉頻率，氣化風機(I)輸出氣化風進入生物質氣化爐(2 )，生物質氣化爐(2 )產出燃氣，燃氣引風機(9 )將燃氣輸送進入導熱油鍋爐(6)中燃燒，燃燒器配氧風機(4)為鍋爐燃燒器(5)提供氧氣，導熱油溫度傳感器(7)信號和導熱油熱流量積算儀(8)信號反饋進入主控制器中，形成閉環控制迴路；氣化風機(I)、燃氣引風機(9)其中之一作為主動調節風機，燃燒器配氧風機(4)作為從動調節風機； 氣化風量指令或燃氣量指令輸出有三種模式，分別為啟停爐模式、熱爐模式及正常模式，其中，啟停爐模式由人機設備操作和主控制器結合控制；熱爐模式在導熱油鍋爐(6)的啟爐過程中由內循環切換到外循環時，對氣化風量指令值或燃氣量指令值在單位時間內的最大變化量作一定限制，至導熱油溫度接近設定溫度為止；正常模式則是生物質氣化爐(2)正常工作時，氣化風量指令或燃氣量指令按照預定方法計算得出後正常輸出。
8.根據權利要求7所述的一種生物燃氣供導熱油鍋爐系統的控制方法，其特徵在於:當氣化風機(I)作為從動調節風機，則跟隨燃氣量指令運行；或當氣化風機(I)作為主動調節風機，以氣化風量指令控制運行；氣化風量指令值是通過對設定導熱油溫度和當前導熱油溫度的偏差進行比例-積分運算，加入當前熱流量數據經過函數G(X)運算的值，以前饋形式提高系統響應速度，最後對結果進行限幅處理得出。
9.根據權利要求8所述的一種生物燃氣供導熱油鍋爐系統的控制方法，其特徵在於:當燃氣引風機(9)作為從動調節風機，則跟隨氣化風量運行；或當燃氣引風機(9)作為主動調節風機，以燃氣量指令控制運行；燃氣量指令值計算方法與氣化風量指令值相同；燃燒器配氧風機(4)作為從動調節風機，根據氣化風量指令或燃氣量指令進行控制。
【文檔編號】F24H9/20GK104482662SQ201410786618
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月18日 優先權日:2014年12月18日
【發明者】譚建林, 司學明, 卓聰, 程中軍 申請人:廣東綠殼新能源有限公司