CN102353073A - 燃烧器式工业锅炉的自动控制方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃烧器式工业锅炉的自动控制方法及其装置，属于锅炉领域。是采用热载体温度参数、炉膛温度参数、炉膛负压参数、炉膛烟气成分含量参数、热载体流量参数和热载体压力参数，经过软件分析和专家数据库推理运算，实时确定燃料供给量、助燃空气量和炉膛负压的最优数据，实时控制供给燃料的调节阀和燃烧器喷嘴开度、助燃空气调节阀开度、引风电机转速，进而实时控制燃料供给量、助燃空气量、炉膛负压。本发明***能够在燃烧过程中实时准确控制燃料供给量、助燃空气量、炉膛负压，在准确控制输出热载体温度的同时，节约燃料和电能，实现节能、减排、降耗的目的。

Description

燃烧器式工业锅炉的自动控制方法及其装置

技术领域

 本发明涉及锅炉领域，具体地说是一种燃烧器式工业锅炉的自动控制方法及其装置。

背景技术

众所周知，工业锅炉是提供生产所需热能的重要设备，通过燃料燃烧加热热载体，一定温度的热载体在管道中被输送到用热设备，以满足工业生产的需要。实时准确控制热载体加热温度的同时提高工业锅炉的燃烧效率，对工业生产和工业锅炉的节能、降耗、减排，具有重大意义。

常见的活动炉排工业锅炉以作为煤主要燃料，活动炉排在电机的带动下缓慢将燃料输送进炉膛燃烧，炉膛的助燃空气由鼓风机提供，引风机产生的炉膛负压使燃烧产生的烟气经烟道排出炉膛。炉膛燃料燃烧产生的热能使热载体加热，一定温度的热载体被输送到用热设备以满足工业生产的需要。

长久以来，工业锅炉尤其是中小型工业锅炉，大部分是经验丰富的操作人员依靠传统仪表和操作装置进行控制。工业锅炉***是多变量***，存在很多控制量和被控制量，扰动因素太多，控制滞后性很强，许多参数之间明显存在复杂的耦合关系，致使工业锅炉长期处于高能耗低效率的运行状态。近十几年以来，可编程序控制器（PLC）技术发展较快，使部分工业锅炉控制水平有了一定提高，但是，对于工业锅炉这样的控制滞后性很强的多变量***，由于其内部能量转化机理过于复杂，不在控制策略、控制方法上创新，不全面***地设计控制方案，很难解决工业锅炉目前仍然存在的热载体加热温度误差大、燃料消耗量高、热效率低、污染物排放量大的问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明目的在于解决工业锅炉目前仍然存在的热载体加热温度误差大、燃料消耗量高、热效率低、污染物排放量大的问题，提供一种实时准确控制工业锅炉热载体加热温度同时提高工业锅炉的燃烧效率的实时自动控制***。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种燃烧器式工业锅炉的自动控制装置，设有热载体输入管线，其特征是：热载体输入管线上装有热载体输入温度变送器、热载体输入压力变送器、热载体输入流量变送器，热载体输入温度变送器、热载体输入压力变送器、热载体输入流量变送器与控制***运算单元连接；在热载体输出管线上装有热载体输出温度变送器、热载体输出压力变送器、热载体输出流量变送器，热载体输出温度变送器、热载体输出压力变送器、热载体输出流量变送器与控制***运算单元连接；在工业锅炉上装有炉膛温度变送器、炉膛差压变送器、火焰检测器，炉膛温度变送器、炉膛差压变送器、火焰检测器与控制***运算单元连接；在炉膛出口装有在线烟气分析仪与控制***运算单元连接；燃料输入管线上装有燃料调节控制阀、燃料流量变送器、燃料压力变送器、燃料熄火保护电磁阀、电动执行器，燃料流量变送器、燃料压力变送器与控制***运算单元连接，燃料调节控制阀、燃料熄火保护电磁阀、 电动执行器与控制***执行单元连接；助燃空气输入管线上装有助燃空气调节控制阀、助燃空气流量变送器、助燃空气压力变送器，助燃空气流量变送器、助燃空气压力变送器与控制***运算单元连接，助燃空气调节控制阀与控制***执行单元连接；引风电机与控制***执行单元连接。

本发明还可通过如下措施来实现：热载体输出管线是导热油的输出管线。热载体输出管线是热风输出管线。热载体输出管线是连通水汽包的蒸汽或热水输出管线。燃烧器开度由电动执行器调整。

前述活动炉排式锅炉节能恒温自动控制装置的控制方法：

控制***运算单元根据热载体输出温度变送器提供的温度参数或者根据热载体输出压力变送器提供的压力参数，判断加热管输出热载体温度或者压力是否符合工艺要求并发出相应控制指令，控制***控制单元根据控制***运算单元的指令输出控制信号，控制***执行单元根据控制信号调整燃料调节控制阀与燃烧器的开度，进而实时控制燃料供给量；

控制***运算单元根据在炉膛出口装有的在线烟气分析仪检测的烟气成分含量参数判断燃料的燃烧效率并发出相应控制指令，控制***控制单元根据控制***运算单元的指令输出控制信号，控制***执行单元根据控制信号调整助燃空气调节控制阀与燃烧器的开度，进而实时控制助燃空气供给量；

控制***运算单元根据在工业锅炉上装有的炉膛温度变送器、炉膛差压变送器提供的炉膛温度参数和负压参数，判断燃料的燃烧速度并发出相应控制指令，控制***控制单元根据控制***运算单元的指令输出控制信号，控制***执行单元根据控制信号调整引风电机的转速，进而实时控制炉膛负压；

控制***运算单元根据在工业锅炉上装有的火焰检测器检测的信号判断燃料燃烧状态，控制***执行单元控制燃料熄火保护电磁阀在熄火时切断燃料供应；

在线烟气分析仪、热载体输入温度变送器、热载体输入压力变送器、热载体输入流量变送器、炉膛温度变送器、炉膛差压变送器、热载体输出温度变送器、热载体输出压力变送器、热载体输出流量变送器、燃料流量变送器、燃料压力变送器、助燃空气流量变送器、助燃空气压力变送器均设定上述各种参数的上下限，同时设定热载体循环泵运行参数、热载体补充泵运行参数、热载体液位参数的上下限，超限即采取声光报警或紧急停车等控制措施。

本发明的有益效果是，能全面综合地对工业锅炉进行实时自动控制，能够保证工业锅炉始终处于最佳工作状态，能够准确控制输出热载体的温度；根据输出热载体动态温度参数，实时控制燃料的供给量，最大程度上减少燃料浪费；根据在线烟气分析仪检测的动态烟气成分参数，实时控制助燃空气的供给量，保证炉膛燃料充分燃烧，有效地提高燃料的燃烧效率；根据炉膛温度变送器、炉膛差压变送器检测的动态炉膛温度参数和动态炉膛负压参数，实时控制引风量和炉膛负压，在正常排放燃烧烟气同时，保证炉膛温度稳定，减少炉膛热量损失。

 

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图，也是一种实施例的示意图。

图２是本发明另一实施例的结构示意图

图中：1.燃料调节控制阀、2.助燃空气调节控制阀、3.引风电机、4.烟囱、6.燃烧器电动执行器、7.在线烟气分析仪、8.热载体输入管线、9.热载体输入温度变送器、10.热载体输入压力变送器、11.热载体输入流量变送器、12.炉膛温度变送器、13.炉膛差压变送器、14.工业锅炉、15.热载体输出温度变送器、16.热载体输出压力变送器、17.热载体输出流量变送器、18.热载体输出管线、19.水汽包、20.燃料流量变送器、21.燃料压力变送器、22.助燃空气流量变送器、23.助燃空气压力变送器、24.燃料熄火保护电磁阀、25.燃烧器、26.燃料输入管线、27.助燃空气输入管线、28.火焰检测器。

 

具体实施方式

实施例１：

图1所示，本发明工业锅炉的热载体输入管线8上装有热载体输入温度变送器9、热载体输入压力变送器10、热载体输入流量变送器11，热载体输入温度变送器9、热载体输入压力变送器10、热载体输入流量变送器11与控制***运算单元连接；在热载体输出管线18上装有热载体输出温度变送器15、热载体输出压力变送器16、热载体输出流量变送器17，热载体输出温度变送器15、热载体输出压力变送器16、热载体输出流量变送器17与控制***运算单元连接；在工业锅炉14上装有炉膛温度变送器12、炉膛差压变送器13、火焰检测器28，炉膛温度变送器12、炉膛差压变送器13、火焰检测器28与控制***运算单元连接；在炉膛出口装有在线烟气分析仪7与控制***运算单元连接；燃料输入管线26上装有燃料调节控制阀1、燃料流量变送器20、燃料压力变送器21、燃料熄火保护电磁阀24，燃料流量变送器20、燃料压力变送器21与控制***运算单元连接，燃料调节控制阀1、燃料熄火保护电磁阀24与控制***执行单元连接；助燃空气输入管线27上装有助燃空气调节控制阀2、助燃空气流量变送器22、助燃空气压力变送器23，助燃空气流量变送器22、助燃空气压力变送器23与控制***运算单元连接，助燃空气调节控制阀2与控制***执行单元连接；引风电机3与控制***执行单元连接，引风电机3为烟囱4引风。

控制***运算单元根据热载体输出温度变送器15提供的温度参数或者根据热载体输出压力变送器16提供的压力参数，判断加热管输出热载体温度或者压力是否符合工艺要求并发出相应控制指令，控制***控制单元根据控制***运算单元的指令输出控制信号，控制***执行单元根据控制信号调整燃料调节控制阀1与燃烧器25的开度，进而实时控制燃料供给量。

控制***运算单元根据在炉膛出口装有的在线烟气分析仪7检测的烟气成分含量参数判断燃料的燃烧效率并发出相应控制指令，控制***控制单元根据控制***运算单元的指令输出控制信号，控制***执行单元根据控制信号调整助燃空气调节控制阀2与燃烧器25的开度，进而实时控制助燃空气供给量。

控制***运算单元根据在工业锅炉14上装有的炉膛温度变送器12、炉膛差压变送器13提供的炉膛温度参数和负压参数，判断燃料的燃烧速度并发出相应控制指令，控制***控制单元根据控制***运算单元的指令输出控制信号，控制***执行单元根据控制信号调整引风电机3的转速，进而实时控制炉膛负压。

控制***运算单元根据在工业锅炉14上装有的火焰检测器28检测的信号判断燃料燃烧状态，控制***执行单元控制燃料熄火保护电磁阀24在熄火时切断燃料供应。

在线烟气分析仪7、热载体输入温度变送器9、热载体输入压力变送器10、热载体输入流量变送器11、炉膛温度变送器12、炉膛差压变送器13、热载体输出温度变送器15、热载体输出压力变送器16、热载体输出流量变送器17、燃料流量变送器20、燃料压力变送器21、助燃空气流量变送器22、助燃空气压力变送器23均设定上述各种参数的上下限，同时设定热载体循环泵运行参数、热载体补充泵运行参数、热载体液位参数的上下限，超限即采取声光报警或紧急停车等控制措施。

工业锅炉14的控制***由运算单元、控制单元和执行单元组成。工业锅炉14的运算单元由工业计算机、组态软件、应用软件、通讯模块、专家数据库、分析软件组成。工业锅炉14的控制单元由专用控制器或PLC、触摸屏组成。工业锅炉14的执行单元可以是变频器、电动执行器或调节阀。工业锅炉14的热载体输出管线18可以是导热油的输出管线。

工业锅炉14的热载体输出管线18也可以是热风输出管线。工业锅炉14的燃烧器25的开度由电动执行器6调整。工业锅炉14可以是有机热载炉或蒸汽锅炉、热水锅炉、热风炉。

实施例２：

如图２所示，本发明热载体输出温度变送器15、热载体输出压力变送器16、热载体输出流量变送器17安装在与水汽包19连接的热载体输出管线18上，热载体输出管线18是连通水汽包19的蒸汽或热水输出管线，其它结构与实施例１完全相同。

本发明的工作原理是：工业锅炉的热载体经过管道在加热部位和用热设备之间不断循环，以满足工业生产的用热需求。用热设备需要的热量是不断变化的，但是对于输入用热设备的热载体温度则要求相对稳定，根据工业锅炉输出热载体动态温度参数计算燃料的动态需求量，通过实时调整燃料调节控制阀与燃烧器喷嘴的开度，进而实时调整燃料的供给量，达到准确稳定控制热载体温度的目的。工业锅炉输出热载体温度开始降低时，就加大燃料的供给量；热载体温度开始升高时，就减少燃料的供给量；始终保证燃料的供给量随热载体温度变化而变化。

根据在线烟气分析仪检测的烟气成分含量参数，主要是一氧化碳和氧气的含量，判断燃料的燃烧效率，计算助燃空气的动态需求量，通过控制助燃空气调节阀开度，实时调整助燃空气供给量，保证炉膛燃料充分燃烧。燃料供应量增大，助燃空气供应量也增大；燃料供应量变小，助燃空气供应量也变小；始终保证炉膛燃料高效充分燃烧。

燃料燃烧在炉膛中会产生大量的热量和烟气，适当的负压能使烟气排除炉膛且炉膛热量损失不大，过小的负压使炉膛热量损失小但对排出烟气不利，过大的负压有利于排出烟气但炉膛热量损失大。根据动态炉膛温度参数和动态炉膛负压参数，计算负压的合理数值，通过控制引风电机的转速，实时调整炉膛负压，使炉膛负压既有利于排出烟气又使炉膛热量损失不大。

工业锅炉控制***通过现场仪表采集的各种参数对工业锅炉的复杂工况进行全面判断，经过软件分析和专家数据库推理运算，实时确定燃料供给量、助燃空气量和炉膛负压的最优数据，实时控制供给燃料重油、天然气、煤粉、水煤浆的燃料调节控制阀与燃烧器喷嘴的开度、助燃空气调节阀开度、引风电机转速，进而实时控制燃料供给量、助燃空气量、炉膛负压，对工业锅炉实行全面综合的实时自动控制。

（1）控制***根据采集的各种参数对工业锅炉的复杂工况进行全面判断，经过软件分析和专家数据库推理运算得出最优控制数据，全面综合地对工业锅炉进行实时自动控制，能够保证工业锅炉始终处于最佳工作状态，能够准确控制输出热载体的温度。

（2）根据输出热载体动态温度参数，实时控制燃料的供给量，做到“物尽其用”，最大程度上减少燃料浪费。

（3）根据在线烟气分析仪检测的动态烟气成分参数，实时控制助燃空气的供给量，保证炉膛燃料充分燃烧，有效地提高燃料的燃烧效率。

（4）根据炉膛温度变送器、炉膛差压变送器检测的动态炉膛温度参数和动态炉膛负压参数，实时控制引风量和炉膛负压，在正常排放燃烧烟气同时，保证炉膛温度稳定，减少炉膛热量损失。

该***在山东锐博化工有限公司的600万大卡和300万大卡有机热载体炉上应用，可以将设定的输出热载体的温度误差控制在±1℃范围，有机热载体炉节约燃料达30%，节约电能31%以上，实现了准确控制、节能、减排和降耗效果。

Claims (6)

1.一种燃烧器式工业锅炉的自动控制装置，设有热载体输入管线，其特征是：热载体输入管线上装有热载体输入温度变送器、热载体输入压力变送器、热载体输入流量变送器，热载体输入温度变送器、热载体输入压力变送器、热载体输入流量变送器与控制***运算单元连接；在热载体输出管线上装有热载体输出温度变送器、热载体输出压力变送器、热载体输出流量变送器，热载体输出温度变送器、热载体输出压力变送器、热载体输出流量变送器与控制***运算单元连接；在工业锅炉上装有炉膛温度变送器、炉膛差压变送器、火焰检测器，炉膛温度变送器、炉膛差压变送器、火焰检测器与控制***运算单元连接；在炉膛出口装有在线烟气分析仪与控制***运算单元连接；燃料输入管线上装有燃料调节控制阀、燃料流量变送器、燃料压力变送器、燃料熄火保护电磁阀、电动执行器，燃料流量变送器、燃料压力变送器与控制***运算单元连接，燃料调节控制阀、燃料熄火保护电磁阀、 电动执行器与控制***执行单元连接；助燃空气输入管线上装有助燃空气调节控制阀、助燃空气流量变送器、助燃空气压力变送器，助燃空气流量变送器、助燃空气压力变送器与控制***运算单元连接，助燃空气调节控制阀与控制***执行单元连接；引风电机与控制***执行单元连接。

2.根据权利要求１所述燃烧器式工业锅炉的自动控制装置，其特征在于所说的热载体输出管线是导热油的输出管线。

3. 根据权利要求１所述燃烧器式工业锅炉的自动控制装置，其特征在于所说的热载体输出管线是热风输出管线。

4. 根据权利要求１所述燃烧器式工业锅炉的自动控制装置，其特征在于所说的热载体输出管线是连通水汽包的蒸汽或热水输出管线。

5. 根据权利要求１所述燃烧器式工业锅炉的自动控制装置，其特征在于所说的燃烧器开度由电动执行器调整。

6. 一种权利要求1所述燃烧器式工业锅炉的自动控制装置的控制方法，其特征是：控制***运算单元根据热载体输出温度变送器提供的温度参数或者根据热载体输出压力变送器提供的压力参数，判断加热管输出热载体温度或者压力是否符合工艺要求并发出相应控制指令，控制***控制单元根据控制***运算单元的指令输出控制信号，控制***执行单元根据控制信号调整燃料调节控制阀与燃烧器的开度，进而实时控制燃料供给量；

控制***运算单元根据在炉膛出口装有的在线烟气分析仪检测的烟气成分含量参数判断燃料的燃烧效率并发出相应控制指令，控制***控制单元根据控制***运算单元的指令输出控制信号，控制***执行单元根据控制信号调整助燃空气调节控制阀与燃烧器的开度，进而实时控制助燃空气供给量；

控制***运算单元根据在工业锅炉上装有的炉膛温度变送器、炉膛差压变送器提供的炉膛温度参数和负压参数，判断燃料的燃烧速度并发出相应控制指令，控制***控制单元根据控制***运算单元的指令输出控制信号，控制***执行单元根据控制信号调整引风电机的转速，进而实时控制炉膛负压；

控制***运算单元根据在工业锅炉上装有的火焰检测器检测的信号判断燃料燃烧状态，控制***执行单元控制燃料熄火保护电磁阀在熄火时切断燃料供应；

在线烟气分析仪、热载体输入温度变送器、热载体输入压力变送器、热载体输入流量变送器、炉膛温度变送器、炉膛差压变送器、热载体输出温度变送器、热载体输出压力变送器、热载体输出流量变送器、燃料流量变送器、燃料压力变送器、助燃空气流量变送器、助燃空气压力变送器均设定上述各种参数的上下限，同时设定热载体循环泵运行参数、热载体补充泵运行参数、热载体液位参数的上下限，超限即采取声光报警或紧急停车等控制措施。

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