機械攪拌式燃油摻水裝置的自動監測和控制系統的製作方法

2023-10-07 21:34:54 3

專利名稱：機械攪拌式燃油摻水裝置的自動監測和控制系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及自動控制領域，尤其涉及機械攪拌式燃油摻水裝置的自動監測和控制系統。
背景技術：
燃油摻水技術是一項節能技術，因其高效節能、減少汙染、降低煙氣中硫、氮氧化物和煙塵的含量而得以廣泛應用。機械攪拌式燃油摻水裝置的技術原理是不添加乳化劑，採用定量摻水、特製機械攪拌形成摻水燃油，在燃燒器內噴霧燃燒過程中發生「微爆」效應，達到節油、減排、增效的效果。機械攪拌式燃油摻水裝置的核心單元是機械攪拌核心部件乳化器，通過油和水流量流速調節、以及精密的快速攪拌技術，並通過燃油摻水裝置與油路、水路以及燃燒器等現場工況的匹配，製備成在噴霧燃燒過程中能產生「微爆」效應的摻水燃油。目前機械攪拌式燃油摻水存在的問題摻水比例無法控制，摻水燃油中水珠顆粒大小不一，分散不均勻，易於分層，設備自動化程度不高。為了使機械攪拌式燃油摻水裝置製得的摻水燃油中水珠顆粒小、高度均勻穩定，運行維護容易，經濟合理，有必要對燃油摻水過程的自動監測、控制系統進行優化設計。
發明內容為提供一種機械攪拌式燃油摻水裝置的自動監測、控制系統，使其節油效果好，能夠長期、可靠運行，本實用新型設計了機械攪拌式燃油摻水裝置的自動監測和控制系統。本實用新型涉及的機械攪拌式燃油摻水裝置主體與油路和水路連接通過三個快速接口，分別是摻水燃油出口、入水口和燃油入口，為燃油鍋爐供燃料油時回油通過第四個快速接口將回油傳輸到摻水燃油油箱中。與入水口相連的水路上設置水計量泵，與燃油入口相連的油路上設置燃油計量泵；分別採用燃油計量泵和水計量泵對注入乳化器的燃油和水進行準確計量，確定水/燃油配比在3-10%之間；燃油經輸油管傳輸，在燃油計量泵的作用下注入乳化器燃油入口。乳化器設有三級攪拌區，在乳化器一級區攪拌燃油入口處設有一個開孔率達70%、每一小孔孔徑小於10 微米的濾網，燃油經濾網作用形成微米粒徑的燃油束，射入乳化器一級攪拌區，油束速度控制在0. 5-1. Om/s之間。水經輸水管傳輸，在水計量泵的作用下注入機械攪拌核心部件乳化器入水口，進入乳化器一級攪拌區。乳化器一級攪拌區中圓柱狀轉子以順時針轉動，因轉子與定子間間隙小於5微米，帶動進入的水流在其圓柱表面形成厚度小於5微米的水層，並順時針流動，水流速度約在50-100m/s。快速流動的微米級厚度的水層與快速的微米級燃油束垂直碰撞，在對衝力、剪切力、摩擦力、以及表面張力的作用下，在燃油中形成微米級水珠。 初步形成的摻水燃油在一級攪拌區轉子的帶動下經一級攪拌區和二級攪拌區之間入口進入二級攪拌區，依次進入三級攪拌區，最後形成摻水燃油從機械攪拌核心部件乳化器出油口排出，經輸油管進入摻水燃油油箱後儲存備用。二級攪拌和三級攪拌均為齒輪攪拌，其轉子表面為齒輪，兩者通過齒輪咬合傳動，且咬合傳動之處因狹縫擠壓作用也起到攪拌作用， 二級、三級攪拌主要起到水珠均勻分散於燃油之中的作用。機械攪拌核心部件乳化器的轉動依託於與二級攪拌連接的驅動齒輪，它在上方攪拌電機驅動下逆時針轉動，並帶動二級攪拌同向轉動，進而帶動三級攪拌順時針轉動。同時，驅動齒輪與一級攪拌上方的齒輪相互咬合，驅動其順時針轉動，帶動一級攪拌同向轉動。通過以上三級攪拌，形成「水包油」型摻水燃油；同理，調換燃油和水入口，並適當改變運行參數，可得到「油包水」型摻水燃油，一機實現兩種類型摻水燃油生產。本實用新型是通過下述技術方案實現對上述裝置的自動監測和控制其硬體系統包括PLC、PLC模擬輸入模塊、PLC模擬輸出模塊、水計量泵、燃油計量泵、攪拌電機、鍋爐幹度測試儀、以及相應流量計、溫度計、液位計、電磁閥、變頻器。其中，鍋爐幹度測試儀設置在鍋爐蒸汽出口，用來檢測鍋爐製取的蒸汽幹度，水流量計設置在輸水管道用來測量摻水量，油流量計設置在輸油管道用來測量進入機械攪拌式燃油摻水裝置的燃油量，液位計設置在摻水燃油油箱用來指示摻水燃油油箱液面高度，溫度計用來測量水溫和油溫。清水通過水計量泵，燃油通過燃油計量泵同時加到乳化器中，經過攪拌電機帶動乳化器攪拌，生成乳化油。進入摻水燃油油箱後，經過摻水燃油輸送泵，到鍋爐中燃燒。PLC做為系統的控制器，其中的控制程序包括以下內容根據鍋爐蒸汽幹度調整摻水燃油輸送到鍋爐的供給量的程序；根據現場所使用的燃油特性、以及現場環境，通過改變摻水燃油中的水與油的混合比例並調整燃油摻水裝置攪拌電機變頻器的頻率，來對摻水燃油的燃燒特性進行優化的程序；根據水流量計調整進水量，根據油流量計調整裝置入口進油量的程序；根據摻水燃油油箱的液面調整摻水燃油的生成量的程序。本實用新型的效果和益處是，將控制技術、計算機技術以及實際現場儀表和執行機構有機結合起來，針對機械攪拌式燃油摻水的工藝特點，通過油和水流量流速調節、以及精密的快速攪拌技術，並通過燃油摻水裝置與油路、水路以及燃燒器等現場工況的匹配，確定對應的優化運行條件，研製而成新型燃油摻水裝置的自動監測、控制系統，使其能夠製備可以產生「微爆」效應的摻水燃油。使整個燃油摻水裝置安全、可靠、達標運行。實現了對工藝過程的實時自動控制。
以下結合附圖和具體的實施方式對本實用新型做進一步的描述。

圖1是本實用新型系統的原理框圖；圖2是乳化器入口燃油流量控制迴路的原理框圖；圖3是乳化器入口清水流量控制迴路的原理框圖；圖4是摻水燃油油箱液位控制迴路的原理框圖；圖5是鍋爐蒸汽幹度控制迴路的原理框圖；圖6是本實用新型電氣接線原理圖。[0025]圖1中1、油箱，2、水箱，3、加熱器，4、乳化器，5、鍋爐，6、PLC，7、電磁閥，8、油流量計，9、水流量計，10、油溫度計，11、變頻器，12、蒸汽幹度測試儀。
具體實施方式
下面結合實施例具體說明本實用新型。(1)燃油摻水裝置入口燃油計量泵、水計量泵頻率控制迴路控制任務通過調節入口燃油計量泵、水計量泵頻率，使摻水燃油能滿足鍋爐燃燒要求；控制方案入口燃油計量泵頻率控制迴路，參見圖2，水計量泵頻率控制迴路，參見圖3。清水通過水計量泵，燃油通過燃油計量泵即輸油泵同時加到摻水裝置中，通過調節各自的變頻器頻率，使摻水燃油生成量能滿足鍋爐燃燒的要求。系統首先測量清水、入口燃油的流量，轉化為4-20mA信號送人PLC模擬輸入模塊，經PID(比例積分微分)計算後，將生成的0-20mA的控制信號經PLC模擬輸出模塊送入各自變頻器，來實現水計量泵、入口燃油計量泵頻率的閉環控制，使摻水燃油生成量滿足鍋爐燃燒的要求。(2)鍋爐蒸汽幹度控制迴路控制任務調整摻水燃油輸送泵工作頻率、改變摻水燃油的特性，使摻水燃油的供應量能滿足鍋爐燃燒的要求，使蒸汽幹度符合要求；控制方案鍋爐蒸汽幹度控制迴路，參見圖5。系統首先利用鍋爐幹度測試儀測量蒸汽的幹度，轉化為4-20mA信號送人PLC模擬輸入模塊，經PID(比例積分微分)計算後， 將生成的0-20mA的控制信號經PLC模擬輸出模塊送入摻水燃油輸送泵變頻器，調整進入鍋爐的摻水燃油供給量，來實現鍋爐蒸汽幹度的閉環控制，使蒸汽幹度滿足要求。(3)摻水燃油燃燒特性優化摻水燃油的燃燒特性可以通過調整摻水比例以及摻水裝置乳化器攪拌電機的工作頻率來改變。攪拌電機的工作頻率越高，摻水燃油中水珠顆粒越小、越穩定；摻水比例決定了摻水燃油的特性，如果摻水比例太高，摻水燃油的燃燒特性反而會劣化，起不到節油的目的，如果摻水比例太小，同樣達不到「微爆」的效果，起不到促進燃燒的目的。PLC根據現場使用的燃油特性，並考慮到現場環境的因素，確定摻水燃油的油水混合比例，以及攪拌電機的工作頻率。對摻水燃油的燃燒特性進行優化。(4)摻水燃油油箱液位控制迴路控制任務通過控制摻水燃油輸送泵的工作與否，來調節摻水燃油油箱液位。控制方案摻水燃油油箱液位控制迴路，參見圖4，摻水燃油油箱的液位主要由摻水燃油生成量所決定。液位計首先測量液面的高度，轉化為4-20mA信號送人PLC模擬輸入模塊，經PID (比例積分微分)計算後，確定PLC中摻水燃油生成量寄存器中新的數值，從而實現改變摻水燃油生成量的目的。當液面超過IOOOmm時，摻水燃油生成量減少，當液面低於800mm時，摻水燃油生成量增加。啟停順序控制迴路本實用新型中燃油摻水裝置啟停控制以及一些主要電磁閥的開關是通過PLC來完成。電氣接線如圖6所示。本實用新型將控制技術、計算機技術、以及實際現場儀表和執行機構有機結合起來，實現了對燃油摻水工藝過程的實時自動控制，使機械攪拌式燃油摻水裝置能夠安全、可靠、達標運行。 本實用新型不局限於上述實施例，任何在本實用新型披露的技術範圍內的等同構思或者改變，均列為本實用新型的保護範圍。
權利要求1. 一種機械攪拌式燃油摻水裝置的自動監測和控制系統，其特徵在於硬體系統包括 PLC、PLC模擬輸入模塊、PLC模擬輸出模塊、水計量泵、燃油計量泵、攪拌電機、鍋爐幹度測試儀、以及相應流量計、溫度計、液位計、電磁閥、變頻器；其中，鍋爐幹度測試儀設置在鍋爐蒸汽出口用來檢測鍋爐製取的蒸汽幹度，水流量計設置在輸水管道用來測量摻水量，油流量計設置在輸油管道用來測量進入機械攪拌式燃油摻水裝置的燃油量，液位計設置在摻水燃油油箱用來指示摻水燃油油箱液面高度，溫度計用來測量水溫和油溫；PLC做為系統的控制器。
專利摘要一種機械攪拌式燃油摻水裝置的自動監測和控制系統，清水通過水計量泵，燃油通過燃油計量泵同時加到摻水裝置中，經過機械攪拌，生成摻水燃油。進入摻水燃油油箱後，經過摻水燃油輸送泵，到鍋爐中燃燒。可編程序控制器(PLC)根據現場所使用的燃油特性、以及現場環境，通過改變摻水燃油中的水與油的混合比例並調整摻水裝置攪拌電機變頻器的頻率，可以對摻水燃油的燃燒特性進行優化；根據鍋爐蒸汽幹度調整摻水燃油輸送到鍋爐的供給量；根據水流量計調整進水量，根據燃油流量計調整進油量；根據摻水燃油油箱的液面調整摻水燃油的生成量。該系統實現了對燃油摻水工藝過程的實時自動控制，使機械攪拌式燃油摻水裝置能夠安全、可靠、達標運行。
文檔編號G05D27/02GK202141961SQ20112004278
公開日2012年2月8日 申請日期2011年2月21日 優先權日2011年2月21日
發明者唐曉佳, 朱益民, 李鐵 申請人:大連海事大學