淺探生物質(zhì)發(fā)電鍋爐燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

　　摘要：近年來，隨著我國社會(huì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，人們對(duì)于能源的需求程度也有了顯著提升，能源的過度浪費(fèi)不僅會(huì)造成大量不可再生資源的枯竭，而且對(duì)環(huán)境問題也會(huì)造成一定的影響，能源過度浪費(fèi)問題已經(jīng)成為制約能源進(jìn)一步應(yīng)用的主要阻礙。在可再生能源中，生物質(zhì)由于具有諸多優(yōu)質(zhì)特性，因此具有較好的發(fā)展前景，這是因?yàn)榛茉词怯缮镔|(zhì)發(fā)展衍變而來的，通過一系列的化合反應(yīng)最終變成能源，生物質(zhì)能源在我國有著極為豐富的儲(chǔ)存，現(xiàn)在每年農(nóng)村中的生物質(zhì)量約3.25億噸。近些年以來，生物質(zhì)發(fā)電已經(jīng)作為我國最大的環(huán)保項(xiàng)目在發(fā)電過程中加以應(yīng)用，本文將對(duì)生物質(zhì)發(fā)電鍋爐燃燒控制系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)論述。

　　關(guān)鍵詞：生物質(zhì)發(fā)電;鍋爐;控制系統(tǒng)

　　緒論：生物質(zhì)發(fā)電作為現(xiàn)階段我國所主要推行的項(xiàng)目，不僅能夠有效解決秸稈等物質(zhì)燃燒所帶來的環(huán)境破壞問題，在減少燃燒氣體排放的同時(shí)能夠有效遏制溫室效應(yīng)的產(chǎn)生，而且對(duì)發(fā)電技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用具有強(qiáng)有力的推動(dòng)作用。目前，國能生物集團(tuán)在生物質(zhì)能開發(fā)利用方面卓有成效，利用生物質(zhì)直燃燒方式進(jìn)行生物質(zhì)能發(fā)電。

　　1 生物質(zhì)直燃發(fā)電的基本原理

　　生物質(zhì)燃燒的原料就是桔梗、樹皮。將桔梗、樹皮送入鍋爐的爐膛中燃燒。桔梗、樹皮燃燒后生成的灰道，其中大的灰子會(huì)因自重從氣流中分離出來，沉降到爐膛底部的冷灰斗中形成固態(tài)遺，最后由排渣裝置排入灰法溝，再由灰遺泵送到灰渣場大量的細(xì)小的灰粒則隨煙氣帶走，經(jīng)除塵器分離后也送到灰渣溝。

　　空氣由送風(fēng)機(jī)送入鍋爐的空氣預(yù)熱器中加熱，預(yù)熱后的熱空氣，經(jīng)過風(fēng)道部分送入科倉作干燥以及送料粉，另部分直接引至燃燒器進(jìn)入護(hù)膛。燃燒生成的高溫?zé)煔?，高溫?zé)煔饧訜徇^熱器中的水蒸氣，形成過熱蒸汽，后續(xù)煙氣在引風(fēng)機(jī)的作用下經(jīng)過省煤器和空預(yù)熱器，同時(shí)逐步將煙氣的熱能傳給水和空氣，自身變成低溫?zé)煔猓?jīng)除塵器凈化后在排入大氣。

　　爐給水先進(jìn)入省煤器預(yù)熱到接近飽和溫度，后經(jīng)水冷壁加熱為飽和蒸汽，再經(jīng)過熱器被加熱為過熱蒸汽，此蒸汽又稱為主蒸汽。主蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)膨脹做功，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。從汽輪機(jī)排出的乏汽排入凝汽器，在此被凝結(jié)冷卻成水，此凝結(jié)水稱為主凝結(jié)水。主凝結(jié)水與經(jīng)化學(xué)車間處理后的補(bǔ)給水進(jìn)入除氧器的水箱，成為鍋爐的給水，再經(jīng)過給水泵升壓后送入鍋爐，使工質(zhì)完成一個(gè)熱力循環(huán)。循環(huán)水泵將冷卻水(又稱循環(huán)水)送在凝結(jié)器，這就形成循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

　　經(jīng)過以上流程，就完成了生物質(zhì)能→蒸汽的熱能→機(jī)械能→電能的轉(zhuǎn)化過程。

　　2 生物質(zhì)直燃發(fā)電鍋爐燃燒控制

　　生物質(zhì)直燃發(fā)電鍋爐燃燒控制系統(tǒng)分為燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)、送風(fēng)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、報(bào)警和聯(lián)鎖三大主要系統(tǒng)，本文將從上述三大系統(tǒng)入手，進(jìn)行燃燒控制分析。

　　2.1 燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)

　　燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主要作用是為了給予鍋爐足夠的燃料，通過該系統(tǒng)的合理運(yùn)行能夠及時(shí)給予整個(gè)系統(tǒng)適當(dāng)?shù)娜剂希瑥亩鵀楦咏?jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的燃燒奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。鍋爐燃料控制系統(tǒng)的運(yùn)行離不開能量平衡的控制，當(dāng)鍋爐側(cè)壓力不足以給予鍋爐充分燃燒時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)自己進(jìn)行加料處理。當(dāng)鍋爐給料變頻電動(dòng)機(jī)螺旋輸送機(jī)的M/A站處于手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，那么系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將其所處狀態(tài)輸出至各個(gè)平衡環(huán)節(jié)，該臺(tái)鍋爐就會(huì)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制，手動(dòng)控制按鈕打開后，總的反饋信號(hào)最終等于爐前給料變頻電動(dòng)機(jī)螺旋輸送機(jī)的開度，實(shí)現(xiàn)自平衡無擾手/自動(dòng)切換。

　　2.2 送風(fēng)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

　　送風(fēng)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主要作用是為了給爐膛內(nèi)的燃料適當(dāng)?shù)娘L(fēng)量和氧氣，該系統(tǒng)的正常運(yùn)行一方面能夠保證顱內(nèi)燃料能夠正常燃燒，另一方面還能夠?yàn)槿紵橘|(zhì)提供較好的燃燒環(huán)境，提升燃燒介質(zhì)的應(yīng)用率，送風(fēng)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)由兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)組成，系統(tǒng)通過自動(dòng)調(diào)節(jié)兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)風(fēng)門的大小實(shí)現(xiàn)控制爐內(nèi)風(fēng)量的大小。送風(fēng)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的良好運(yùn)行離不開以下幾方面的支撐：(1)風(fēng)量的大小預(yù)處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)中安裝兩個(gè)風(fēng)量測量裝置，該裝置能夠?qū)M(jìn)入鍋爐內(nèi)的總風(fēng)量進(jìn)行測量;(2)含氧量測量系統(tǒng)。煙氣中的氧氣含量能夠很直觀的反映出燃燒物與燃燒介質(zhì)之間的關(guān)系，由于鍋爐在燃燒過程中離不開氧氣的支撐，因此需要對(duì)爐內(nèi)氧氣含量進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測，從而為其保證充分燃料奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。(3)風(fēng)量控制系統(tǒng)。風(fēng)量控制系統(tǒng)作為送風(fēng)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的重要一環(huán)，在其運(yùn)行過程中扮演極為重要的角色，風(fēng)量控制系統(tǒng)分為一次風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)和二次風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。一次風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行處理時(shí)，需要考慮燃料的類型及負(fù)荷變化的情況，所需要的燃料不同則助燃時(shí)所使用的氧氣含量就有所不同;二次風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠?qū)ζ浜窟M(jìn)行二次調(diào)節(jié)，當(dāng)氧氣含量消耗到一定數(shù)值以后，就會(huì)激活自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)二次氧氣配置，在對(duì)給料量進(jìn)行處理的函數(shù)中，考慮了負(fù)荷指令及一次風(fēng)量等因素，其運(yùn)算結(jié)果直接疊加到PID運(yùn)算的輸出上。(4)引風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。為了更好地提升操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性，我們在其正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中需要對(duì)爐內(nèi)壓力進(jìn)行相關(guān)值的配置，為了使鍋爐爐膛壓力有較高的靈敏度，需要對(duì)模塊中的閾值進(jìn)行限制，除此之外，系統(tǒng)中還需要引入指令信號(hào)完成前饋控制。另外，當(dāng)爐內(nèi)燃料燃盡發(fā)生跳閘時(shí)，由于爐內(nèi)壓力大幅下降，因此極易引起爆炸事故的發(fā)生，為了防止此類事故的發(fā)生，還需要設(shè)置與風(fēng)量大小成正比例的前饋信號(hào)，這樣當(dāng)爐內(nèi)壓力發(fā)生變化時(shí)，前置信號(hào)就會(huì)發(fā)出，通過加法器控制引風(fēng)機(jī)風(fēng)門控制氧氣含量。另外，為了防止?fàn)t內(nèi)壓力變大，系統(tǒng)還涉及了方向閉鎖控制，這樣當(dāng)鍋爐內(nèi)壓力過高時(shí)，自動(dòng)閉鎖功能開啟，從而調(diào)節(jié)風(fēng)量大小。

　　2.3 報(bào)警和連鎖系統(tǒng)

　　整個(gè)裝置共有三個(gè)壓力變送器，當(dāng)其中一個(gè)壓力變送器出現(xiàn)問題時(shí)，就會(huì)自動(dòng)切換另兩個(gè)中的一個(gè)變送器，并發(fā)出報(bào)警，這樣一方面能夠方便相關(guān)工作人員盡快發(fā)現(xiàn)問題，另一方面多個(gè)聯(lián)動(dòng)變送器的存在能夠?yàn)橄到y(tǒng)正常運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ);在鍋爐燃燒過程中，人們最為關(guān)心的就是爐內(nèi)壓力的變化，爐內(nèi)壓力過小不能使燃料正常燃燒，爐內(nèi)壓力過大則會(huì)對(duì)人們的生命造成一定的危害，因此需要設(shè)定一個(gè)函數(shù)信號(hào)，當(dāng)爐內(nèi)壓力急劇上升或者下降時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)就會(huì)工作，進(jìn)而去降低引風(fēng)機(jī)風(fēng)門，經(jīng)預(yù)定的時(shí)間后再恢復(fù)正常的控制。

　　結(jié)論：

　　隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，越來越多的現(xiàn)代化技術(shù)在各行各業(yè)中得以應(yīng)用，我國生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)雖然尚處于開發(fā)的初級(jí)階段，在應(yīng)用過程中仍然存在較多技術(shù)性難題值得我們深入研究和解決，但生物質(zhì)發(fā)電由于具有一定的情節(jié)性和高效型的優(yōu)勢，在發(fā)電過程中仍舊得到廣泛應(yīng)用。生物質(zhì)直燃鍋爐燃燒過程是一個(gè)典型的非線性、多輸入、多輸出強(qiáng)耦合對(duì)象，系統(tǒng)在運(yùn)行過程中有燃料、送風(fēng)、引風(fēng)三部分所組成，但由于各方面因素的影響，目前所使用的生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)仍舊達(dá)不到我們滿意的程度，在今后的研究過程中，相關(guān)工作人員需要將神經(jīng)網(wǎng)路、模糊理論等先進(jìn)技術(shù)引入到生物質(zhì)燃燒技術(shù)中。

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