CN105090991A - 一种智能变频船用焚烧炉控制*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能变频船用焚烧炉控制***，包括船用焚烧炉本体；所述船用焚烧炉本体上设有电控箱和机械压力式燃烧器；所述机械压力式燃烧器与柴油柜相连；还包括与船用焚烧炉本体相连的污泥油柜；所述电控箱设有用于控制上述装置的PLC控制***。本发明利用变频技术，对船用焚烧炉***中高温烟气风机进行变频控制，根据***运行工况要求，结合监测到的炉膛温度、烟气温度及炉膛负压，自动调节烟气风机电机转速，从而使风机按设定程序所需的风机抽风量的需求作调整，可大大减少了风机电功率消耗，达到了***运行节能的目的。同时本***中，取消了传统船用焚烧炉***中的烟气风门，缩小了舱室安装烟气风门的占用空间要求，简化了烟气管路。

Description

一种智能变频船用焚烧炉控制***

技术领域

本发明涉及一种智能变频船用焚烧炉控制***，尤其涉及一种可用于焚烧处理食品、生活废弃物、污油等固液船舶废弃物的船用焚烧炉控制***，属于船舶建造技术、焚烧技术与自动控制技术领域。

背景技术

据申请人了解由于船舶营运流动性大，周期长，靠岸时间短的现状存在，导致了大量的船舶废弃物难以处理的问题出现。如果这些废弃物处理不当，将其投入海中，不仅对海水水质造成污染，而且使海洋中动植物的栖息环境遭到破坏，严重影响到海洋生态平衡。另外，若放置等到港口上岸处理，将占用舱室空间，且食品废弃物等不易保存，将影响到整个舱室的环境卫生。因此，船用焚烧炉焚烧处理***是远洋船舶必配的船上防污染设备之一，其重要性不容忽视。

按照船用焚烧炉最新技术规范MEPC.244(66)《船上焚烧炉标准技术条件》第3.9条款规定要求，船舶废弃物的焚烧过程应在负压状态下进行，即在所有情况下，炉膛内的压力均低于焚烧炉所在房间的环境压力，防止在焚烧炉运行过程中有火焰外溢，造成安全事故或人身伤害。

为了达到这个目的，通常在焚烧炉烟气出口管路上增加抽气风机和烟气风门。抽气风机用于抽取炉膛内燃烧所产生的烟气，使炉膛产生负压。烟气风门作用是通过调节烟气风门挡板的开度来调节排出烟气的量，从而达到调节炉膛负压的作用。

检索发现，申请号200810041450.X,名称为船用焚烧炉控制***发明专利，其控制***中也是利用调风门机构，调节炉膛负压，采用这种机构会大量占用舱室的空间。

同时，现有的船用焚烧炉所采用的抽气风机电机为工频控制，其一直按最大风量，即全负荷运行工况运转，不随焚烧炉***点火工况、固体垃圾燃烧工况、污油燃烧工况、燃烧停止工况、固体垃圾加料工况，作自动调整，改变抽气风量、风压。因此，***电功率消耗大，不节能，且存在烟气风门挡板实际开度与风门执行器PLC控制***不相吻合的现象发生，导致烟气过多地排出或烟气不能及时排出。烟气过多的排出，炉膛负压增加，蓄热能力降低，能耗增加；相反，烟气不能及时排出，导致炉膛负压降低，炉膛含氧量降低，燃烧效率下降，烟气中易生成有害气体，且容易触发炉膛火焰报警，造成***故障。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种智能变频船用焚烧炉控制***，达到抽气风机风量按不同燃烧介质工况、运行工况所需。其具有高效节能、结构简单、缩小了占用舱室的安装空间，灵活性大，且减少了***电功率消耗，降低了***维修、故障频率，同时能提高整个焚烧炉***的燃烧效率，降低了焚烧过程中产生的有害物质，保证了炉膛温度、烟气温度、烟气排放指标等均满足最新规范MEPC.244(66)和ISO13617:2001《造船与船舶技术船用焚烧炉要求》要求。

为了达到以上目的，本发明一种智能变频船用焚烧炉控制***，包括船用焚烧炉本体；所述船用焚烧炉本体上设有电控箱和机械压力式燃烧器；所述机械压力式燃烧器与柴油柜相连；还包括与船用焚烧炉本体相连的污泥油柜；所述电控箱设有用于控制上述装置的PLC控制***。

进一步地，所述船用焚烧炉本体设有机械压力式燃烧器，燃烧器上油泵进口与柴油柜底部气动快关阀相连，气动快关阀直接连于柴油柜底部，用于应急切断燃油管系；所述燃烧器上油泵出口管路上装有压力表、压力开关、总电磁阀、柴油1号电磁阀、柴油2号电磁阀；所述油泵自带回流口，回流口连接至柴油柜顶部。

进一步地，所述燃烧器内置火焰监测器；污油来自污油柜，通过污油循环泵，一小部分输送至焚烧炉污油进口管路，绝大部分返回至污油柜，目的是为了对污油进行循环搅拌，使污油混合均匀，便于能充分燃烧。

进一步地，还包括蒸汽进口管路和冷凝水出口管路；所述蒸汽进口管路上设有手动球阀、电磁阀；所述冷凝水出口管路上设有手动球阀。

进一步地，所述污油柜上还设有污油加热温度控制器，低液位浮球开关、高液位浮球开关；所述污油循环泵进口设有气动快关阀，循环泵出口设有截止止回阀，还包括放泄阀，用于泄放污油，清洗、检修污油柜。

进一步地，所述船用焚烧炉本体污油进口管路上污油经球阀、压力表、污油压力开关、污油计量泵、1号污油阀、2号污油阀后，喷入炉膛进行燃烧。

进一步地，所述污油回油管路上设有手动球阀，压缩空气管路上装有手动球阀、二位二通电磁阀出口与2号污油阀连通，针阀（38）、压力表、压力开关、压力开关、手动球阀分别按序安装在电磁阀出口管路上，二位三通电磁阀进口与手动球阀相连，一个出口与1号污油阀相通，另一个出口与冷凝水放泄阀相连。

进一步地，所述炉膛热电偶装在炉膛底部。烟气热电偶装在烟气风机靠烟气出口处。污油温度传感器接至污油计量泵出口管路上。

进一步地，将烟气热电偶输出的温度信号输出端、烟气风机电机电源线接入变频器的输入端，将变频器输出端接入PLC程序控制器。

进一步地，所述低液位浮球开关、污油压力开关、雾化介质压缩空气压力开关、压力开关、分别将炉膛热电偶、烟气热电偶及污油温度传感器上输出的温度传感器模拟信号接至电控箱内的PLC输入端；烟气风机运行信号、燃烧器上的电机、风门挡板控制器的开度信号、压力开关、柴油总电磁阀、柴油1号电磁阀、柴油2号电磁阀、火焰监测器、污油计量泵的变频器模拟输出信号、污油柜蒸汽加热输出信号与电控箱的PLC输出端相连。

进一步地，本发明进一步限定的技术方案是：前述的船用焚烧炉控制***，所述高温烟气风机电机转速受变频器控制。所述燃烧器，污油计量泵，污油循环泵，柴油、污油及压缩空气或蒸汽管路控制阀件均通过焚烧炉电控箱控制。所述控制***中包括检测模块、控制器和执行部分；其中检测模块由炉膛温度传感器、炉膛负压传感器、烟气温度传感器、污油温度传感器和污油燃烧程序计数器组成，控制器由PID调整器及给定的设置点组成，执行部分由变频器和高温风机组成。所述炉膛温度传感器、烟气温度传感器为N型铠装式热电偶，污油温度传感器为PT100型电阻式温度传感器。所述所有的温度检查都在30~60s时间间隔内进行。当焚烧炉运行状态或功能发生了改变，直到相应的时间间隔过后才会对高温风机转速做出调整，这样确保风机电机不受频繁改变转速，而影响使用寿命。

进一步的，由***中烟气风机的总背压确定烟气管路中的烟气流速，再由管路中的烟气流速计算出烟气风机的转速，得出风机叶轮线速度、叶轮转速，从而计算电机的转速，再线性对应变频器输出电机频率，从而达到控制电机转速的目的。为了确保炉膛内的烟气能及时排出，同时避免因电机在低频区工作，散热不良等易引起烧毁线圈现象发生，因此，设置电机频率调节下限值为10Hz。

进一步地，焚烧炉***通过PLC控制，控制***有操作功能和报警***设定。在报警***中设置了烟气风机变频器故障、PLC与烟气风机变频器之间通讯故障报警，一旦触发报警，焚烧炉***自动停止燃烧器工作，确保***能安全、可靠运行。

本发明的有益效果是：本发明利用变频技术，对船用焚烧炉***中高温烟气风机进行变频控制，根据***运行工况要求，结合监测到的炉膛温度、烟气温度及炉膛负压，自动调节烟气风机电机转速，从而使风机按设定程序所需的风机抽风量的需求作调整，这样，可大大减少了风机电功率消耗，达到了***运行节能的目的。同时本***中，取消了传统船用焚烧炉***中的烟气风门，缩小了舱室安装烟气风门的占用空间要求，简化了烟气管路。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的船用焚烧炉控制***原理图。

图中：1-船用焚烧炉本体；2-高温烟气风机；3-变频器；4-烟气管道；5-膨胀节；6-污油泥柜；7-柴油柜；8-电控箱；9-燃烧器；10-柴油气动快关阀；11-油泵；12-压力表；13-压力开关；14-柴油总电磁阀；15-柴油1号电磁阀；16-柴油2号电磁阀；17-火焰监测器；18-燃烧器风门挡板；19-手动球阀；20-蒸汽电磁阀；21-温度控制器；22-手动球阀；23-放泄阀；24-气动快关阀；25-污油循环泵；26-截止止回阀；27-低液位浮球开关；28-高液位浮球开关；29-手动球阀；30-压力表；31-污油压力开关；32-污油计量泵；33-1号污油阀；34-2号污油阀；35-手动球阀；36-手动球阀；37-二位二通电磁阀；38-针阀；39-压力表；40-压力开关；41-压力开关；42-手动球阀；43-二位三通电磁阀；44-手动球阀；45-污油温度传感器；46-炉膛热电偶；47-烟气热电偶。

具体实施方式

如图1所示，本发明船用焚烧炉本体1设有机械压力式燃烧器9，燃烧器9上油泵进口与柴油柜7底部气动快关阀10相连，气动快关阀10直接连于柴油柜7底部，用于应急切断燃油管系；燃烧器9上油泵11出口管路上装有压力表12、压力开关13、总电磁阀14、柴油1号电磁阀15、柴油2号电磁阀16；油泵11自带回流口，回流口连接至柴油柜7顶部。燃烧器9内置火焰监测器17。污油来自污油柜6，通过污油循环泵25，一小部分输送至焚烧炉污油进口管路，绝大部分返回至污油柜，目的是为了对污油进行循环搅拌，使污油混合均匀，便于能充分燃烧。蒸汽进口管路上设有手动球阀19、电磁阀20；冷凝水出口管路上设有手动球阀22。污油柜上还设有污油加热温度控制器21，低液位浮球开关27、高液位浮球开关28。在污油循环泵25进口设有气动快关阀24，循环泵25出口设有截止止回阀26。放泄阀23，用于泄放污油，清洗、检修污油柜。焚烧炉本体1污油进口管路上污油经球阀29、压力表30、污油压力开关31、污油计量泵32、1号污油阀33、2号污油阀34后，喷入炉膛进行燃烧。污油回油管路上设有手动球阀35。压缩空气管路上装有手动球阀36、二位二通电磁阀37出口与2号污油阀34连通，针阀38、压力表39、压力开关40、压力开关41、手动球阀42分别按序安装在电磁阀37出口管路上，二位三通电磁阀43进口与手动球阀36相连，一个出口与1号污油阀33相通，另一个出口与冷凝水放泄阀44相连。炉膛热电偶46装在炉膛底部。烟气热电偶47装在烟气风机靠烟气出口处。污油温度传感器45接至污油计量泵32出口管路上。将烟气热电偶47输出的温度信号输出端、烟气风机2电机电源线接入变频器3的输入端，将变频器3输出端接入PLC程序控制器。低液位浮球开关27、污油压力开关31、雾化介质压缩空气压力开关40、压力开关41、分别将炉膛热电偶45、烟气热电偶46及污油温度传感器47上输出的温度传感器模拟信号接至电控箱8内的PLC输入端。烟气风机2运行信号、燃烧器9上的电机、风门挡板控制器18的开度信号、压力开关13、柴油总电磁阀14、柴油1号电磁阀15、柴油2号电磁阀、火焰监测器17、污油计量泵32的变频器模拟输出信号、污油柜蒸汽加热输出信号与电控箱8的PLC输出端相连。

焚烧炉***通过PLC控制，控制***有操作功能和报警***设定。电控箱8上设有人机操作界面，人机界面是一个触摸屏式操作终端，通过该HMI，可以查看和模拟程序，并且可以对所需任务中合适的程序通过此操作界面能有效地控制和掌握焚烧炉的工作状态。本焚烧炉***有5个模式程序可供选择：“污油燃烧”、“固体垃圾和污油燃烧”、“固体垃圾燃烧”、“加料及出灰”和“停止”。

当启动焚烧炉***时，选取“污油燃烧”模式，烟气风机2和燃烧器9启动，对炉膛进行扫气，防止炉膛内由于油滴漏油等原因可能产生的可燃性气体在点火时发生爆燃。利用火焰监测器17探测，炉膛内应无火焰，20s后点火，油泵11自动启动，从柴油柜7抽取柴油并增加压力，当压力达到喷射压力时，柴油管路上压力开关13给出信号至PLC，随后，柴油总电磁阀14、柴油1号电磁阀15启动打开，此时炉膛负压CCP降低，通过变频器3自动降低烟气风机2的转速。为了使炉膛迅速升温至启动污油燃烧模式，柴油2号电磁阀16自动打开，加大喷油量，使炉膛温度不断上升，此阶段变频器3根据炉膛热电偶46、烟气热电偶47检测到的炉膛温度、烟气温度情况，自动对炉膛负压进行PID控制，确保能实时按炉膛燃烧工况所需，调整风机的抽风量，使炉膛负压保持一定的微负压值。手动打开压缩空气管路上的球阀36、球阀44、球阀42，手动打开污油进、回油管路上的球阀29、球阀35，污油在进焚烧炉焚烧处理前，一提前启动污油循环泵25、蒸汽电磁阀20打开，对污油柜6中的污油泥进行加热、循环，使污油能均质混合，提高其燃烧效率，当污油加热温度达到温度控制器21设定温度后，停止加热。启动污油燃烧，当炉膛热电偶46检测到炉膛温度达到设定的燃烧污油温度，通过污油热电阻45监测污油温度，若此时污油温度达到或超过80℃，二位二通电磁阀37打开，对污油管路进行吹扫后，二位三通电磁阀43打开，利用压力表39查看压缩空气压力，通过针阀38调节雾化压力，使压缩空气管路上的压力表读数在3～4bar之间。若压缩空气管路上的压力低于1.0bar时，压力开关40反馈信号至PLC输入端，通过人机界面输出低压报警信号；反之，若压缩空气管路上的压力高于4.5bar时，压力开关41反馈信号至PLC输入端，人机界面输出高压报警信号。***自动启动污油计量泵32，其启动时最小转速为320rpm，污油计量泵32通过变频器来实现转速调节，调节范围为320～1000rpm。此时，风机的风量根据炉膛温度、烟气温度、炉膛负压情况作自动调整。当污油温度达到温控器24上设定温度后，蒸汽电磁阀21自动关闭，停止对污油进行加热，当污油加热温度低于温控器24上设定温度时，蒸汽电磁阀21自动打开，对污油进行加热。在燃烧污油的过程中，污油压力通常稳定在0.2～0.3bar之间，通过污油管路上压力表30查看污油压力，当压力表读数大于0.3bar时，调节截止止回阀压力，使污油压力在工作区间内。当污油压力低于0.1bar时，压力开关31反馈信号至PLC输入端，人机界面输出污油低压报警信号。当污油柜6中污油液位低于低液位开关27时，***自动停止燃烧程序运行，此时烟气风机抽风量增大，使炉膛温度降至能打开炉门的安全温度后，风机自动停止运行。

在进行固体垃圾燃烧时，应首先将事先准备好的固体垃圾用牛皮纸袋打包好，投入炉膛，启动“固体垃圾燃烧”模式，***自动对垃圾进行焚烧处理。期间，变频器将根据燃烧过程在中PLC对炉膛温度、烟气温度、炉膛负压的监控情况，对烟气风机的风量作相应调整。

本发明焚烧炉***也可以同时焚烧固体垃圾和污油泥，其工作流程与燃烧污油模式相同。焚烧炉控制***中的燃烧时间可以在人机操作界面中设定，当达到设定时间后，***自动停止。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种智能变频船用焚烧炉控制***，包括船用焚烧炉本体（1）；其特征在于：所述船用焚烧炉本体（1）上设有电控箱（8）和机械压力式燃烧器（9）；所述机械压力式燃烧器（9）与柴油柜（7）相连；还包括与船用焚烧炉本体（1）相连的污泥油柜（6）；所述电控箱（8）设有用于控制上述装置的PLC控制***。

2.根据权利要求1所述的一种智能变频船用焚烧炉控制***，其特征在于：所述船用焚烧炉本体（1）设有机械压力式燃烧器（9），燃烧器（9）上油泵进口与柴油柜（7）底部气动快关阀（10）相连，气动快关阀（10）直接连于柴油柜（7）底部，用于应急切断燃油管系；所述燃烧器（9）上油泵（11）出口管路上装有压力表（12）、压力开关（13）、总电磁阀（14）、柴油1号电磁阀（15）、柴油2号电磁阀（16）；所述油泵（11）自带回流口，回流口连接至柴油柜（7）顶部。

3.根据权利要求1所述的一种智能变频船用焚烧炉控制***，其特征在于：所述燃烧器（9）内置火焰监测器（17）；污油来自污油柜（6），通过污油循环泵（25），一小部分输送至焚烧炉污油进口管路，绝大部分返回至污油柜，目的是为了对污油进行循环搅拌，使污油混合均匀，便于能充分燃烧。

4.根据权利要求1所述的一种智能变频船用焚烧炉控制***，其特征在于：还包括蒸汽进口管路和冷凝水出口管路；所述蒸汽进口管路上设有手动球阀（19）、电磁阀（20）；所述冷凝水出口管路上设有手动球阀（22）。

5.根据权利要求1所述的一种智能变频船用焚烧炉控制***，其特征在于：所述污油柜上还设有污油加热温度控制器（21），低液位浮球开关（27）、高液位浮球开关（28）；所述污油循环泵（25）进口设有气动快关阀（24），循环泵（25）出口设有截止止回阀（26），还包括放泄阀（23），用于泄放污油，清洗、检修污油柜。

6.根据权利要求1所述的一种智能变频船用焚烧炉控制***，其特征在于：所述船用焚烧炉本体（1）污油进口管路上污油经球阀（29）、压力表（30）、污油压力开关（31）、污油计量泵（32）、1号污油阀（33）、2号污油阀（34）后，喷入炉膛进行燃烧。

7.根据权利要求1所述的一种智能变频船用焚烧炉控制***，其特征在于：所述污油回油管路上设有手动球阀（35），压缩空气管路上装有手动球阀（36）、二位二通电磁阀（37）出口与2号污油阀（34）连通，针阀（38）、压力表（39）、压力开关（40）、压力开关（41）、手动球阀（42）分别按序安装在电磁阀（37）出口管路上，二位三通电磁阀（43）进口与手动球阀（36）相连，一个出口与1号污油阀（33）相通，另一个出口与冷凝水放泄阀（44）相连。

8.根据权利要求1所述的一种智能变频船用焚烧炉控制***，其特征在于：所述炉膛热电偶（46）装在炉膛底部；烟气热电偶（47）装在烟气风机靠烟气出口处；污油温度传感器（45）接至污油计量泵（32）出口管路上。

9.根据权利要求1所述的一种智能变频船用焚烧炉控制***，其特征在于：将烟气热电偶（47）输出的温度信号输出端、烟气风机（2）电机电源线接入变频器（3）的输入端，将变频器（3）输出端接入PLC程序控制器。

10.根据权利要求1所述的一种智能变频船用焚烧炉控制***，其特征在于：所述低液位浮球开关（27）、污油压力开关（31）、雾化介质压缩空气压力开关（40）、压力开关（41）、分别将炉膛热电偶（45）、烟气热电偶（46）及污油温度传感器（47）上输出的温度传感器模拟信号接至电控箱（8）内的PLC输入端；烟气风机（2）运行信号、燃烧器（9）上的电机、风门挡板控制器（18）的开度信号、压力开关（13）、柴油总电磁阀（14）、柴油1号电磁阀（15）、柴油2号电磁阀、火焰监测器（17）、污油计量泵（32）的变频器模拟输出信号、污油柜蒸汽加热输出信号与电控箱（8）的PLC输出端相连。