基于环境温度自动优化过量空气系数的控制方法及装置

技术领域

本发明属于锅炉自动控制技术领域，具体涉及到一种基于环境温度自动优化过量空气系数的控制方法及装置。

背景技术

在锅炉燃烧系统中，燃料供给系统、送风系统是燃烧控制系统的重要环节。锅炉生产燃烧系统自动控制的基本任务是使燃料充分燃烧后产生的热量适应锅炉负荷的需要，同时保证经济燃烧和锅炉的安全运行。要实现经济燃烧，首先保证燃料燃烧尽可能充分；其次是燃烧过程中送风系统所供给的助燃空气在满足充分燃烧的同时尽可能减少，也就是锅炉燃烧系统中常说的过量空气系数越低越好。现有锅炉燃烧控制技术基本以燃料性质、锅炉形式、烟气含氧量等方式来进行反馈式、亡羊补牢式、被动式的综合燃烧控制，但无法达到更低的过量空气系数，也无法实现实时、正向、主动式的控制。

要实现较低的过量空气系数，需要考虑到环境温度的变化所引起的空气密度的变化，也就是空气中氧气质量含量的变化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有锅炉生产燃烧系统自动控制技术的缺点，提供一种设计合理、提高锅炉热效率、降低损耗、安全可靠的基于环境温度自动优化过量空气系数的控制方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于环境温度自动优化过量空气系数的控制方法，包括以下步骤：

S1.采集锅炉的进气实时温度与设定的标定温度值进行比较，进气实时温度低于标定温度值，控制鼓风机工作频率降低至进气实时温度所对应的频率值，进气实时温度高于标定温度值，控制鼓风机工作频率增加至进气实时温度所对应的频率值；

S2.采集锅炉输出烟气的含氧量与不同燃料完全燃烧时烟气含氧量的设定值进行比较，烟气含氧量超过设定值，降低鼓风机的工作频率，直至烟气含氧量等于设定值；烟气含氧量低于设定值，提高鼓风机的工作频率，直至烟气含氧量等于设定值；

S3.优先选择根据烟气含氧量对鼓风机工作频率的控制，自动根据烟气含氧量的实时数值与设定值进行比较，当达到烟气含氧量设定值的±10％范围内时，介入进气温度的控制方式，实现自动优化控制。

作为一种优选的技术方案，所述的步骤S1中对锅炉进气实时温度设定上限温度值和下限温度值，采集的锅炉进气实时温度大于上限温度值，调节鼓风机的工作频率至上限温度值所对应的频率维持不变，采集的锅炉进气实时温度小于下限温度值，调节鼓风机的工作频率至下限温度值所对应的频率维持不变。

作为一种优选的技术方案，所述的锅炉进气实时温度设定的上限温度值等于锅炉所在地区全年度气候条件下气温最高月的平均气温值，下限温度值等于锅炉所在地区全年度气候条件下气温最低月的平均气温值。

作为一种优选的技术方案，对鼓风机的工作频率设定上限值和下限值，采集的锅炉输出烟气的含氧量远大于烟气含氧量的设定值，鼓风机的工作频率降低至下限值后维持不变，采集的锅炉输出烟气的含氧量远小于烟气含氧量的设定值，鼓风机的工作频率提高至上限值后维持不变。

作为一种优选的技术方案，所述的进气实时温度所对应的频率值为：

式中，T

作为一种优选的技术方案，所述的鼓风机工作频率设定的上限值为50Hz，下限值为42Hz。

作为一种优选的技术方案，所述的设定标定温度值为20℃。

作为一种优选的技术方案，所述的不同燃料完全燃烧时烟气含氧量的设定值为0.5％～5％。

本发明还提供一种基于环境温度自动优化过量空气系数的控制装置，包括温度传感器、烟气含氧量传感器、主控制器、变频器；

所述的温度传感器，用于实时采集锅炉的进气温度；

所述的烟气含氧量传感器，用于实时采集锅炉输出烟气的含氧量；

所述的主控制器输入端与温度传感器和烟气含氧量传感器相连，根据所述的温度传感器和所述的烟气含氧量传感器的采集结果执行如权利要求1至8中任一项所述的基于环境温度自动优化过量空气系数的控制方法的步骤；

所述的变频器与主控制器相连，用于根据主控制器输出的指令调节鼓风机的转速。

作为一种优选的技术方案，所述的主控制器上设置有自动手动切换模块，用于将变频状态瞬间切换至工频状态。

本发明的有益效果如下：

本发明的控制方法可对锅炉燃烧控制系统进行优化补充，弥补控制缺陷，填补技术空白，能够根据环境温度进行修正鼓风机电动机转数，减少过量空气输入，能够降低鼓风机各传动部件的磨损，提高鼓风机各部件使用寿命。使用变频对启动、运行过程进行调速，能够实现柔性启动、低负载运行，减少对电动机、电网、鼓风机等的影响。

本发明的装置对鼓风机调控后，能够实现风量的修正匹配，实现超低过量空气系数燃烧，提高锅炉热效率，并且降低鼓风机电耗，可提高锅炉综合热效率1.015～2.497％，鼓风机电耗减少12～18％，减少锅炉氮氧化物、二氧化碳排放量，节省能源消耗，符合国家节能减排、节约能源的整体规划要求，尤其是在北方全年最高、最低气温相差较大的地区，节能效果更甚。本发明的装置可以适用于生产、生活用的各类燃煤、燃气、燃油、生物质等锅炉，本发明的装置制造成本低、自动化运行，应用范围广，技术安全可行。对社会效益与节能经济效益的提升均有较大帮助。

附图说明

图1是本发明基于环境温度自动优化过量空气系数的控制方法的流程图。

图2是本发明基于环境温度自动优化过量空气系数的控制装置的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于下述的实施方式。

以某一地区，全年度气候条件下气温最高月的平均气温值为30℃，全年度气候条件下气温最低月的平均气温值为-10℃为例，对本发明进一步说明。

在图1中，本实施例的基于环境温度自动优化过量空气系数的控制方法，具体包括以下步骤：

S1.实时采集锅炉的进气实时温度与设定的标定温度值20℃进行比较，进气实时温度低于标定温度值，控制鼓风机工作频率降低至当前温度所对应的频率值，进气实时温度高于标定温度值，控制鼓风机工作频率增加至当前温度所对应的频率值；

为了防止过量空气系数过低造成的燃烧不充分，对锅炉进气实时温度设定上限温度值和下限温度值，采集的锅炉进气实时温度大于上限温度值，调节鼓风机的工作频率至上限温度值所对应的频率值，采集的锅炉进气实时温度小于下限温度值，调节鼓风机的工作频率至下限温度值所对应的频率值；

锅炉进气实时温度设定的上限温度值等于锅炉所在地区全年度气候条件下气温最高月的平均气温值，下限温度值等于锅炉所在地区全年度气候条件下气温最低月的平均气温值，即进气实时温度设定的上限温度值为30℃，进气实时温度设定的下限温度值为-10℃；

S2.采集锅炉输出烟气的含氧量与不同燃料完全燃烧时烟气含氧量的设定值进行比较，烟气含氧量的设定值在0.5％～5％范围内选取，烟气含氧量超过设定值，降低鼓风机的工作频率，直至烟气含氧量等于设定值，烟气含氧量低于设定值，提高鼓风机的工作频率，直至烟气含氧量等于设定值；

对鼓风机的工作频率设定上限值和下限值，上限值设定为50Hz，下限值设定为42Hz，采集的锅炉输出烟气的含氧量远大于烟气含氧量的设定值，鼓风机的工作频率降低至下限值后维持不变，采集的锅炉输出烟气的含氧量远小于烟气含氧量的设定值，鼓风机的工作频率提高至上限值后维持不变，设定鼓风机工作频率的上限值和下限值，为防止烟气含氧量波动较大造成的频繁调节；

设定进气实时温度上限温度值对应鼓风机工作频率的上限频率值，下限温度值对应鼓风机工作频率下限值，进气实时温度所对应的频率为：

式中，T

S3.当温度控制方式和烟气含氧量控制方式出现相反的工况，优先选择根据烟气含氧量对鼓风机工作频率的控制，即环境温度高于标定参数20℃，此时应该提高鼓风机的工作频率，但此时烟气含氧量高于设定值，应该降低鼓风机的工作频率，反之，原理相同，出现这类工况时，优先选择烟气含氧量的控制方式，然后自动根据烟气含氧量的实时数值与设定值进行比对，当达到烟气含氧量设定值的±10％范围内时，介入进气温度的控制方式，从而实现自动优化控制。

在图2中，本实施例的基于环境温度自动优化过量空气系数的控制装置包括温度传感器1、烟气含氧量传感器2、自动手动切换模块3、变频器4、主控制器5、有无线通信模块6。

温度传感器1，用于实时采集锅炉的进气温度，烟气含氧量传感器2，用于实时采集锅炉输出烟气的含氧量，主控制器5输入端与温度传感器1和烟气含氧量传感器2相连，根据温度传感器1和所述的烟气含氧量传感器2的采集结果经内部运算后输出控制指令，变频器4的输入端与主控制器5相连，用于根据主控制器5输出的控制指令调节鼓风机的转速，自动手动切换模块3与主控制器5相连，用于当自动控制出现故障时将变频状态瞬间切换至工频状态，有无线通信模块6与主控制器5相连，用于实现信号发射、数据接收，可将实时数值、运行状态传送至上位机。

本实施例装置的工作原理如下：

温度传感器1实时采集锅炉进气温度，并将采集到的温度信号转换成电信号输入到主控制器5，主控制器5将进气实时温度与设定的标定温度值进行比较，进气实时温度低于标定温度值，调节变频器4的频率降低至进气实时温度所对应的频率值，进气实时温度高于标定温度值，调节变频器4的频率增加至进气实时温度所对应的频率值，主控制器5对进气温度设定上限温度值和下限温度值，对变频器4工作频率设定上限频率值和下限频率值，主控制器5按照下式计算进气实时温度所对应的频率值：

式中，T

烟气含氧量传感器2实时采集锅炉输出烟气的含氧量，并将采集到烟气含氧量转换成电信号输入到主控制器5，主控制器5将实时烟气含氧量与设定的不同燃料完全燃烧时所对应烟气含氧量设定值比较，实时烟气含氧量超过设定值，主控制器5输出降低变频器4的工作频率的指令，直至实时烟气含氧量等于设定值，变频器4的工作频率停止下降，实时烟气含氧量低于设定值，主控制器5输出提高变频器4的工作频率的指令，直至烟气含氧量等于设定值，变频器4的工作频率停止上升，若烟气含氧量传感器2采集到的烟气含氧量远大于设定值，主控制器5输出降低变频器4工作频率的指令，变频器4的工作频率降低至下限频率值，此时实时烟气含氧量还高于设定值，则变频器4的工作频率维持下限频率值不变，若烟气含氧量传感器2采集到的烟气含氧量远小于设定值，主控制器5输出提高变频器4工作频率的指令，变频器4工作频率提高至上限频率值，此时实时烟气含氧量还低于设定值，则变频器4的工作频率维持上限频率值不变。

当温度控制方式和烟气含氧量控制方式出现相反的工况，主控制器5优先选择根据烟气含氧量对变频器4工作频率的调节，然后自动将实时烟气含氧量与设定值进行比较，当实时烟气含氧量达到烟气含氧量设定值的±10％范围内时，介入进气温度的控制方式，从而实现自动优化控制。

当自动控制出现故障时，自动手动切换模块3将变频状态瞬间切换至工频状态，保证持鼓风机正常运行，不影响锅炉系统的运行安全。