鍋爐自動(dòng)化燃燒節(jié)能系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種鍋爐自動(dòng)化燃燒節(jié)能系統(tǒng)，用于供熱系統(tǒng)，該節(jié)能系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)回傳模塊，包括一檢測(cè)器，檢測(cè)所述供熱系統(tǒng)的鍋爐的煙氣含氧量；計(jì)算模塊，接收所述數(shù)據(jù)回傳模塊檢測(cè)到的所述煙氣含氧量，判斷檢測(cè)到的所述煙氣含氧量是否在一設(shè)定范圍內(nèi)；指令生成模塊，接收所述計(jì)算模塊的判斷結(jié)果，如檢測(cè)到的所述煙氣含氧量不在所述設(shè)定范圍內(nèi)，則生成控制所述供熱系統(tǒng)的鼓風(fēng)機(jī)的鼓風(fēng)量和/或給煤機(jī)的給煤量以使所述煙氣含氧量的檢測(cè)值在所述設(shè)定范圍內(nèi)的調(diào)度指令。本實(shí)用新型使鼓風(fēng)量既滿足燃料充分燃燒的需要，又不因風(fēng)量過(guò)多而降低爐膛溫度，從而使鍋爐獲得最高的熱效率。
【專利說(shuō)明】鍋爐自動(dòng)化燃燒節(jié)能系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及供熱技術(shù)，且特別涉及鍋爐自動(dòng)化燃燒節(jié)能系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)供熱行業(yè)，憑經(jīng)驗(yàn)摸索供熱，行業(yè)內(nèi)沒(méi)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的操作資料，看天供熱，沒(méi)有量化供熱。通常講“天熱少燒一點(diǎn)”，這“一點(diǎn)“是多少？沒(méi)有哪一家供熱企業(yè)能說(shuō)的清。天冷多燒一點(diǎn)，這“一點(diǎn)”又是多少？同樣沒(méi)有哪一家供熱企業(yè)能說(shuō)的清。其余如“差不多”、“略微高點(diǎn)”和“好好燒”等粗放的表達(dá)，并不能使供熱企業(yè)得到提高熱效率和減少能源浪費(fèi)、降低成本的訴求。并且，上述粗放的控制技術(shù)造成能源浪費(fèi)，多年得不到根本解決。
[0003]傳統(tǒng)供熱行業(yè)控制技術(shù)造成鍋爐運(yùn)行效率低，實(shí)際運(yùn)行鍋爐效率只有65%左右，30%的燃煤白白浪費(fèi)。其中，對(duì)于燃煤鍋爐鼓風(fēng)量和含氧量的控制，是影響鍋爐熱效率的一個(gè)重要因素。
[0004]現(xiàn)有的供熱系統(tǒng)，其熱能主要來(lái)源于燃煤鍋爐。燃煤鍋爐需要通過(guò)鼓風(fēng)來(lái)助燃。實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)鼓風(fēng)量大于燃燒需要氧量時(shí)，多余的空氣排煙會(huì)帶走熱量；而當(dāng)鼓風(fēng)量小于燃燒需要氧時(shí)，煤不能充分燃燒，造成爐渣含炭量超標(biāo)；因此，為解決以上矛盾，當(dāng)鍋爐內(nèi)含氧量高時(shí)，需減少鼓風(fēng)量，優(yōu)化鼓風(fēng)量，滿足燃料充分燃燒需氧量，達(dá)到充分燃燒，以使鍋爐獲得最高的熱效率。當(dāng)含氧量低于其設(shè)定值時(shí)，需增加鼓風(fēng)量，優(yōu)化鼓風(fēng)量，滿足燃料充分燃燒需氧量，達(dá)到充分燃燒，以使鍋爐獲得最高的熱效率。然而，現(xiàn)有技術(shù)中也并不存在一種對(duì)上述鼓風(fēng)量和含氧量的精確控制方法，僅能靠操作人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行控制。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種鍋爐自動(dòng)化燃燒節(jié)能系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)燃煤鍋爐鼓風(fēng)量和含氧量的精確控制，提高燃煤鍋爐熱效率。
[0006]本實(shí)用新型的鍋爐自動(dòng)化燃燒節(jié)能系統(tǒng)，用于供熱系統(tǒng)，該節(jié)能系統(tǒng)包括:
[0007]數(shù)據(jù)回傳模塊，包括一檢測(cè)器，檢測(cè)所述供熱系統(tǒng)的鍋爐的煙氣含氧量；
[0008]計(jì)算模塊，接收所述數(shù)據(jù)回傳模塊檢測(cè)到的所述煙氣含氧量，判斷檢測(cè)到的所述煙氣含氧量是否在一設(shè)定范圍內(nèi)；
[0009]指令生成模塊，接收所述計(jì)算模塊的判斷結(jié)果，如檢測(cè)到的所述煙氣含氧量不在所述設(shè)定范圍內(nèi)，則生成控制所述供熱系統(tǒng)的鼓風(fēng)機(jī)的鼓風(fēng)量和/或給煤機(jī)的給煤量以使所述煙氣含氧量的檢測(cè)值在所述設(shè)定范圍內(nèi)的調(diào)度指令。
[0010]本實(shí)用新型的鍋爐自動(dòng)化燃燒節(jié)能系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述設(shè)定范圍為5.8-8%。
[0011]本實(shí)用新型的鍋爐自動(dòng)化燃燒節(jié)能系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述設(shè)定范圍為5.8-6.8%。
[0012]本實(shí)用新型的鍋爐自動(dòng)化燃燒節(jié)能系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述檢測(cè)器為氧化鋯殘氧分析儀。
[0013]本實(shí)用新型的鍋爐自動(dòng)化燃燒節(jié)能系統(tǒng)，優(yōu)選的，鼓風(fēng)機(jī)和給煤機(jī)均具有變頻器，所述指令生成模塊生成的調(diào)度指令通過(guò)控制變頻器的頻率以增加或減小給煤量與鼓風(fēng)量，在所述煙氣含氧量高于6.8%時(shí)，減小鼓風(fēng)量和/或增加給煤量，在所述煙氣含氧量低于
5.8%時(shí)，增加鼓風(fēng)量和/或減少給煤量。
[0014]本實(shí)用新型的鍋爐自動(dòng)化燃燒節(jié)能系統(tǒng)，優(yōu)選的，還包括用于輸入基本數(shù)據(jù)的基本數(shù)據(jù)輸入模塊和用于輸入設(shè)備數(shù)據(jù)的設(shè)備數(shù)據(jù)輸入模塊，所述指令生成模塊包括初始調(diào)度指令生成單元和調(diào)整調(diào)度指令生成單元。
[0015]本實(shí)用新型的鍋爐自動(dòng)化燃燒節(jié)能系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述基本數(shù)據(jù)包括鍋爐燃煤的碳含量、燃煤的發(fā)熱量和鍋爐每小時(shí)耗煤量，所述設(shè)備數(shù)據(jù)包括鼓風(fēng)機(jī)效率和鼓風(fēng)機(jī)小時(shí)鼓風(fēng)量，在所述基本數(shù)據(jù)和設(shè)備數(shù)據(jù)輸入后，經(jīng)過(guò)所述計(jì)算模塊計(jì)算，所述指令生成模塊的初始調(diào)度指令生成單元生成爐排初始運(yùn)行速度和初始鼓風(fēng)量的調(diào)整調(diào)度指令，在檢測(cè)到的煙氣含氧量不在所述設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，所述指令生成模塊的調(diào)整調(diào)度指令生成單元生成調(diào)整爐排運(yùn)行速度和鼓風(fēng)量的調(diào)整調(diào)度指令。
[0016]本實(shí)用新型的有益效果在于，本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有技術(shù)的供熱系統(tǒng)的燃煤鍋爐中鼓風(fēng)量和含氧量無(wú)法精確控制的技術(shù)問(wèn)題，通過(guò)對(duì)煙氣含氧量進(jìn)行設(shè)定和檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到的燃煤鍋爐內(nèi)煙氣含氧量高于設(shè)定上限時(shí)，通過(guò)控制鼓風(fēng)機(jī)，適當(dāng)減少鼓風(fēng)量，滿足燃料充分燃燒需氧量，達(dá)到充分燃燒，使得燃煤鍋爐獲得最高的熱效率。而當(dāng)煙氣含氧量低于其設(shè)定值時(shí)，適當(dāng)增加鼓風(fēng)量，滿足燃料充分燃燒需氧量，達(dá)到充分燃燒，使得鍋爐獲得最高的熱效率。
[0017]本實(shí)用新型是使鼓風(fēng)量既滿足燃料充分燃燒的需要，又不因風(fēng)量過(guò)多而降低爐膛溫度，從而獲得最高的熱效率。通過(guò)實(shí)施本實(shí)用新型的節(jié)能系統(tǒng)，燃煤鍋爐熱效率可從65%提高到80%，鍋爐熱效率提高15%-20%左右。同時(shí)，通過(guò)實(shí)施本實(shí)用新型的節(jié)能系統(tǒng)，可以提聞管網(wǎng)運(yùn)彳丁效率，管網(wǎng)運(yùn)彳丁效率從64%提聞到84%,提聞20%左右。
[0018]同時(shí)，本實(shí)用新型控制裝置中的計(jì)算模塊，代替了人工的大量繁瑣計(jì)算，可解決供熱行業(yè)管理人員良莠不齊，職員素質(zhì)低下問(wèn)題，不用繁瑣計(jì)算，直接輸入操作界面，得到運(yùn)行數(shù)據(jù)，大大的減輕職員工作強(qiáng)度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的鍋爐自動(dòng)化燃燒節(jié)能系統(tǒng)的示意圖；
[0020]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的鍋爐自動(dòng)化燃燒節(jié)能系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]體現(xiàn)本實(shí)用新型特征與優(yōu)點(diǎn)的典型實(shí)施例將在以下的說(shuō)明中詳細(xì)敘述。應(yīng)理解的是本實(shí)用新型能夠在不同的實(shí)施例上具有各種的變化，其皆不脫離本實(shí)用新型的范圍，且其中的說(shuō)明及圖示在本質(zhì)上是當(dāng)作說(shuō)明之用，而非用以限制本實(shí)用新型。
[0022]本說(shuō)明書(shū)中的術(shù)語(yǔ)介紹如下:
[0023]1、燃煤量:鍋爐每小時(shí)消耗燃煤數(shù)量，單位:噸/小時(shí)(T/h)，通常情況下，100T鍋爐每小時(shí)耗煤量在13噸左右。
[0024]2、鍋爐熱效率:COP (Coefficient Of Performance),即鍋爐運(yùn)行所消耗能量與所產(chǎn)生熱量之間的轉(zhuǎn)換比率，簡(jiǎn)稱制熱能效比。
[0025]3、標(biāo)準(zhǔn)煤:亦稱煤當(dāng)量，具有統(tǒng)一的熱值標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)規(guī)定每千克標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值為7000千卡。將不同品種、不同含量的能源按各自不同的熱值換算成每千克熱值為7000千卡的標(biāo)準(zhǔn)煤。Ikg標(biāo)準(zhǔn)煤發(fā)熱=7000cal (大卡)=7000 + 861大卡/KW=8.13KW。
[0026]4、煙氣殘氧分析儀:又稱氧化鋯殘氧分析儀，用于檢測(cè)并分析排煙當(dāng)中的氧含量，也即煙氣含氧量。氧化鋯殘氧分析儀既可以現(xiàn)場(chǎng)顯示數(shù)據(jù)，也可以將數(shù)據(jù)回傳。氧化鋯殘氧分析儀設(shè)置在煙氣通道中，具體的說(shuō)是在鍋爐尾部到空預(yù)器之間的煙氣通道中，如果不設(shè)置有空預(yù)器，則設(shè)置在鍋爐尾部與除塵器之間的煙氣通道中。煙氣氧含量6-8%屬于正常范圍，低于6-8%加大鼓風(fēng)量；高于6-8%減小鼓風(fēng)量,而進(jìn)一步的，把煙氣含氧量控制在
5.8-6.8%內(nèi)，燃煤鍋爐的熱效率更高。
[0027]本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)的硬件包括但不限于:工業(yè)以太網(wǎng)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，寬帶，路由器，無(wú)線傳感器，大容量數(shù)據(jù)庫(kù)，鍋爐系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)，PM592控制器，采用何種性能的以太網(wǎng)取決于用戶的需要。通用的兼容性允許用戶無(wú)縫升級(jí)到新技術(shù)?？山尤牍I(yè)以太網(wǎng)專網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)控制指令傳輸和控制圖像雙傳輸。寬帶能夠滿足人們感觀所能感受到的各種媒體在網(wǎng)絡(luò)上傳輸所需要的帶寬。FCC(Federal Communications Commission全稱美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì))2010年07月24日為“寬帶”這個(gè)詞語(yǔ)下了一個(gè)定義，F(xiàn)CC認(rèn)為寬帶意味著下載速率為4Mbps，上行為IMbps，可以實(shí)現(xiàn)視頻等多媒體應(yīng)用，并同時(shí)保持基礎(chǔ)的Web瀏覽和E-Mai I特性。本控制系統(tǒng)是現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，用于連接I/O子站與主控制器。系統(tǒng)操作級(jí)網(wǎng)絡(luò)用于連接主控制站與操作員工作站以及其他控制室設(shè)備如打印機(jī)等?，F(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)采用Modubus總線，速率為12M。操作級(jí)及管理網(wǎng)采用以太網(wǎng)Ethernet連接，易于使用和擴(kuò)展，速率為10/100M自適應(yīng)。
[0028]在介紹本實(shí)用新型具體的節(jié)能系統(tǒng)之前，先介紹一下對(duì)燃煤自動(dòng)化燃燒進(jìn)行控制的理論依據(jù):
[0029]首先，煤的化學(xué)成分包括:水分:9-20%，平均14.5%，燃燒帶熱量成分，屬于揮發(fā)部分；揮發(fā)分:13-21%，平均17%，燃燒發(fā)熱量成分，屬于發(fā)熱成分；灰分:11-21%，平均15.5%，燃燒帶熱成分，屬于固定部分；固定碳:43-57%，平均50%，燃燒發(fā)熱成分，屬于發(fā)熱部分。硫和氮氧化物:2_4%，平均3%，燃燒部分發(fā)熱，屬于發(fā)熱部分。煤的發(fā)熱有效成分:揮發(fā)分17%、固定碳50%以及硫和氮氧化物3%，三者合計(jì)70%。
[0030]煤的主要可燃元素是碳(C)，Ikg純碳完全燃燒生成C02時(shí):放出32860kJ (千焦?fàn)?的熱量=7861.24cal (卡);而Ikg純碳不完全燃燒生成CO時(shí):放出9268kJ (千焦?fàn)?的熱量=2217.22cal(卡)，用熱量比計(jì)算，煤燃燒生成CO與C02時(shí)燃燒放熱比例:2217.22cal(卡)/7861.24cal (卡)=28.2%。
[0031]因此，燃燒IKG煤需要氧氣(含碳量按50%計(jì)算)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù):燃燒IKG煤需要7立方米空氣中的氧氣(1.96KG: I立方米空氣質(zhì)量為1.293kgX 7立方米=9.051kg，I立方米空氣中氧氣質(zhì)量為1331.058克X21%=0.2795kg, 0.5kg碳完全燃燒需要0.2795kgX7=l.96KG氧氣。而分子量數(shù)據(jù):燃燒IKG煤需要1.33KG氧氣，碳、氧質(zhì)量比為3:8生成二氧化碳(精確)，IKG煤(含碳量按0.5KG碳計(jì)算)，完全燃燒需要氧氣0.5 X 8 + 3=1.33KG，分子量0=16、C=12, (C02=12+16X2=44 系數(shù):44+12=3.667) ；3/8=0.5/0 ；0=1.33kg。
[0032]由上述可知:理論與實(shí)際相差:1.96kg-l.33kg=0.63kg。這樣經(jīng)驗(yàn)運(yùn)行32%多余氧氣鼓入爐膛(即:0.63kg+1.96KG=32.1%)。造成排煙帶走大量熱量，鍋爐效率下降，自動(dòng)化燃燒解決這個(gè)問(wèn)題，是提高鍋爐效率最佳途徑。[0033]而一般的熱平衡方程式為:Q r=Ql+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6, k J/kg，式中:Qr -鍋爐輸入熱量，Ql -鍋爐有效利用的熱量；Q2 -排煙熱損失；Q3 -可燃?xì)怏w不完全燃燒熱損失；Q4-固體不完全燃燒熱損失；Q5 -鍋爐散熱損失；Q6-其他熱損失。由此可知，燃煤有效燃燒放熱成分，只有70% (70%有效燃燒放熱成分)，用70%熱效率鍋爐燃燒(有效燃燒放熱成分只有49%)，這樣鍋爐做有用功的碳和揮發(fā)分、硫、氮氧化合物只有49%。
[0034]當(dāng)鼓風(fēng)量大于燃燒需要氧時(shí)，多于空氣排煙帶走熱量，當(dāng)鼓風(fēng)量小于燃燒需要氧時(shí)，煤不能充分燃燒，造成爐渣含炭量超標(biāo)。
[0035]如圖1所示，本實(shí)用新型的節(jié)能系統(tǒng)，解決以上矛盾，首先是用煙氣殘氧分析儀(氧化鋯含氧量分析儀)檢測(cè)煙氣含氧量，當(dāng)煙氣含氧量氧含量高于其設(shè)定范圍的上限時(shí)，適當(dāng)減少鼓風(fēng)量，滿足燃料充分燃燒需氧量，達(dá)到充分燃燒，鍋爐獲得最高的熱效率。
[0036]反之，當(dāng)煙氣含氧量低于其設(shè)定范圍的下限時(shí)，適當(dāng)增加鼓風(fēng)量，優(yōu)化鼓風(fēng)量，滿足燃料充分燃燒需氧量，達(dá)到充分燃燒，鍋爐獲得最高的熱效率。優(yōu)化的目標(biāo)是使鼓風(fēng)量既然滿足燃料充分燃燒的需要，又不因風(fēng)量過(guò)多而降低爐膛溫度，從而獲得最高的熱效率。
[0037]上述的煙氣氧含量設(shè)定范圍，例如為5.8-8%，優(yōu)選的為5.8-6.8%，
[0038]之所以選取上述的設(shè)定范圍，可由以下的表1的試驗(yàn)數(shù)據(jù)所支持。
[0039]表1
[0040]
【權(quán)利要求】
1.一種鍋爐自動(dòng)化燃燒節(jié)能系統(tǒng)，用于供熱系統(tǒng)，其特征在于，該節(jié)能系統(tǒng)包括: 數(shù)據(jù)回傳模塊，包括一檢測(cè)器，檢測(cè)所述供熱系統(tǒng)的鍋爐的煙氣含氧量； 計(jì)算模塊，接收所述數(shù)據(jù)回傳模塊檢測(cè)到的所述煙氣含氧量，判斷檢測(cè)到的所述煙氣含氧量是否在一設(shè)定范圍內(nèi)； 指令生成模塊，接收所述計(jì)算模塊的判斷結(jié)果，如檢測(cè)到的所述煙氣含氧量不在所述設(shè)定范圍內(nèi)，則生成控制所述供熱系統(tǒng)的鼓風(fēng)機(jī)的鼓風(fēng)量和/或給煤機(jī)的給煤量以使所述煙氣含氧量的檢測(cè)值在所述設(shè)定范圍內(nèi)的調(diào)度指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍋爐自動(dòng)化燃燒節(jié)能系統(tǒng)，其特征在于，所述設(shè)定范圍為5.8-8%o
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鍋爐自動(dòng)化燃燒節(jié)能系統(tǒng)，其特征在于，所述設(shè)定范圍為5.8~6.8%o
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鍋爐自動(dòng)化燃燒節(jié)能系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測(cè)器為氧化錯(cuò)殘氧分析儀。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鍋爐自動(dòng)化燃燒節(jié)能系統(tǒng)，其特征在于，鼓風(fēng)機(jī)和給煤機(jī)均具有變頻器，所述指令生成模塊生成的調(diào)度指令通過(guò)控制變頻器的頻率以增加或減小給煤量與鼓風(fēng)量，在所述煙氣含氧量高于6.8%時(shí)，減小鼓風(fēng)量和/或增加給煤量，在所述煙氣含氧量低于5.8%時(shí)，增加鼓風(fēng)量和/或減少給煤量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的鍋爐自動(dòng)化燃燒節(jié)能系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于輸入基本數(shù)據(jù)的基本數(shù)據(jù)輸入模塊和用于輸入設(shè)備數(shù)據(jù)的設(shè)備數(shù)據(jù)輸入模塊，所述指令生成模塊包括初始調(diào)度指令生成單元和調(diào)整調(diào)度指令生成單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求6任一所述的鍋爐自動(dòng)化燃燒節(jié)能系統(tǒng)，其特征在于，所述基本數(shù)據(jù)包括鍋爐燃煤的碳含量、燃煤的發(fā)熱量和鍋爐每小時(shí)耗煤量，所述設(shè)備數(shù)據(jù)包括鼓風(fēng)機(jī)效率和鼓風(fēng)機(jī)小時(shí)鼓風(fēng)量，在所述基本數(shù)據(jù)和設(shè)備數(shù)據(jù)輸入后，經(jīng)過(guò)所述計(jì)算模塊計(jì)算，所述指令生成模塊的初始調(diào)度指令生成單元生成爐排初始運(yùn)行速度和初始鼓風(fēng)量的調(diào)整調(diào)度指令，在檢測(cè)到的煙氣含氧量不在所述設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，所述指令生成模塊的調(diào)整調(diào)度指令生成單元生成調(diào)整爐排運(yùn)行速度和鼓風(fēng)量的調(diào)整調(diào)度指令。
【文檔編號(hào)】F23N1/02GK203549893SQ201320623909
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月10日
【發(fā)明者】張久明 申請(qǐng)人:張久明