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摘要：生物质能源是一种理想的可再生能源，由于其在燃烧过程中对大气的二氧化碳净排放量近似于零，可有效地减少温室效应，因而越来越受到世界各国的关注。本文着重介绍基于循环流化床技术的生物质燃气轻油联合燃烧机蒸汽锅炉系统的硬件解决方案、软件控制方案和其在实施过程中的关键技术难点。
关键词：生物质、循环流化床、可再生能源、环保
Abstract: Biomass energy is an ideal renewable energy, Because of the zero emission of carbon dioxide in the atmosphere during the combustion process, it can effectively reduce the greenhouse effect, So it get more and more attention by countries around the world. This paper mainly introduces the hardware solution, the software control scheme and the key technical difficulties of the steam boiler system based on the circulating fluidized bed technology
Key words: biomass, circulating fluidized bed, renewable energy, environmental protection
一、引言
随着国家对节能环保的要求越来越高，循环流化床锅炉的燃料采用煤炭受到了禁止，目前，寻找替代能源已经引起全社会的广泛关注。生物质能是一种可再生的清洁能源，来源十分丰富。它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源，大力推动了生物质循环流化床锅炉的快速发展。
二、方案介绍
2.1生物质气化炉
采用循环流化床形式。通过合理设计气化炉参数，设置辐射换热器，合理组织原料在炉内的化学反应，达到使用各种生物质原料的目的，同时又能避免生物质原料中碱金属的影响。原料反应温度较宽，可在550～800度范围内稳定运行。产出的热燃气温度较高，消除了焦油的二次污染。该气化炉可将生物质原料转化成热燃气和生物质炭，热燃气被用于烧锅炉产生蒸汽，生物质炭可以出售。按照当前情况，出售生物质炭的收益可以抵消一部分原料购入费用，经济性比一般的蒸汽锅炉好。
2.2燃烧器
采用燃气助燃风双强旋流结构，中间安装机械雾化油枪。点火枪着火后，燃气沿阀门及管路喷入燃烧头内，经点火枪点燃后与径向旋流、轴向环流、轴向径向小股风均匀混合，呈流股状火焰喷入炉膛。助燃风与燃料在喷口附近迅速混合，从而加速了燃料的燃烧速度，提高燃烧温度，使燃烧完全。能保证燃气着火及时、燃烧稳定、不熄火不脱火、高低负荷调节方便。燃烧机特点为：
喷头寿命长，不结焦，不堵塞，燃烧机性能良好，运行稳定；
火焰成形好、规则，刚劲有力，不发飘，呈流股状火焰；
燃烧机燃烧充分、效率高、节能显著，对燃料适用性强，耐焦油耐温，操作弹性大。燃烧机维护、检修周期长。
2.3锅炉燃烧机采用轻油三级点火，先点着小油枪，然后点着大油枪，大火运行后自动投入生物气。
2.4气化炉采用自动和手动相结合的方式进行控制。蒸汽锅炉采用西门子PLC控制器控制程序与安全保护，霍尼韦尔火焰探测器进行紫外火焰探测，PID调节仪控制锅炉蒸汽出口压力，实行负荷调节。
2.5燃烧机生物气调节阀、调风阀单独比例调节，轻油枪、轻油配风门单独控制运行。
2.6气化炉、燃烧及锅炉控制系统
原料被上料装置送入料仓（料仓内装高低位料位器，提示料的位置）。料仓内的原料通过螺旋输送机送入气化炉密相区（通过该电机转速调节给料量）。原料在炉内密相区发生气化反应，反应温度由给料量和鼓风量共同调节，炉内维持在稍微偏负压状态，由鼓风机和引风机共同控制，而给料量，鼓风量和引风量同时受负荷控制。原料气化后分成两部分：燃气和生物炭。燃气上行，进入稀相区，经过旋风除尘器和换热器后进入引风机。在引风机吸入管上装一氧化碳探测器，据此判断燃气质量。引风机前后装有旁路管，保证引风机出口压力稳定。通过引风机后通入锅炉燃气燃烧器，在锅炉进口阀组和燃烧器之间装一台一氧化碳检测器，检测阀门组是否能够关严。燃气锅炉配备燃油燃气双燃料燃烧器，在气化炉启动前，油燃烧器投运，起到消烟作用。约五分钟后，燃气开始燃烧，油燃烧器逐渐减小负荷直到退出。如燃气质量不合要求（一氧化碳含量偏低，同时报警提示），油燃烧器以30%负荷投入，作为稳焰火焰。一氧化碳含量合格后，油燃烧器退出。
生物质气化炉只有在蒸汽锅炉发出可以安全启动信号后才能启动，确保整个系统安全。蒸汽锅炉风机连锁保护，只有先开启引风机才能启动燃烧机鼓风机，引风机停止，燃气供应自动停止。
蒸汽锅炉点火前，熄火或停机后风机自动吹扫炉膛，时间不少于3分钟（可调）。风机与控制盘有安全电气联锁，启动时，只有先启动鼓风机才能打开燃气快切阀；停炉时，先自动停燃油燃气供应，后停鼓风机，当鼓风机运行中突然停止时，燃油燃气供应自动停止。
锅炉点火前进行上位机联锁保护、风机联锁保护、危低水位保护、蒸汽超压保护、燃气压力保护、阀位保护，全部通过后才进入下一程序；全程自动火焰检测，随时显示火焰状态，熄火停炉保护；燃气高低压保护，风压压力低保护；安全联锁装置的电源中断自动停炉，故障待机保护报警锁定、保护；燃气气动阀阀位保护；以锅炉蒸汽压力为目标，无级连续自动完成比例式燃料调节和鼓风风量调节，燃烧机调节比1：5；鼓风机断相、过载及短路保护；一键式启停控制，使用简单方便，节省人力成本；锅炉位式自动上水，低水位启泵，高水位停泵。危低水位报警停炉保护、蒸汽超压报警停炉保护、排烟温度超高报警。
三、控制方案
3.1 控制系统构成图：
3.2系统可实现的功能
控制系统主要实现生物质气化炉的正常启动，负荷变动和事故状态的保护。锅炉自动上水以及燃烧机的燃气、助燃风压力检测、自动吹扫、自动点火、熄火保护、故障报警停炉的顺序控制和保护、蒸汽压力的控制与保护。用户通过仪表和按钮可实现对该系统的参数设定和系统设备的控制。
3.3锅炉系统启动，先检测燃气进气管气体压力，然后启动助燃风机检测助燃风压力并吹扫炉膛，同时进行阀位检测，全部通过后，到设定时间点燃轻油点火枪，点火成功后打开主油枪。点着火后，自动投入生物气，当生物气的质量稳定时，人工或自动切断燃油的供应，燃烧机进入正常工作状态，检测蒸汽压力后采用PID调节方式，通过调节生物气的流量实现对压力的控制。锅炉低水位自动上水，高水位自动停止补水。安全系统一直跟踪检测火焰信号、燃气压力、风压、锅炉安全运行信号，如中途熄火或者燃气压力不符合规定值时会自动切断燃气供应，报警并加大风门吹扫炉膛。燃烧机报警后不会自动重新点火，必须人工复位后，查明并清除故障原因才可以进入新一轮点火程序。新一轮的点火程序又会重新重复整个点火过程，确保人员以及设备最大程度的安全。
3.4气化炉运行控制策略
①冷态启动：锅炉开始吹扫，气化炉引风机启动，回流阀H开度90%，保证燃气进气管内压力符合要求。吹扫完毕后，燃油燃烧器以30%负荷投运。炉膛内检测到火焰后，开始启动气化炉。锅炉进气管阀组全开。炉膛内开始点火，启动鼓风机G1和给料电机M1，逐渐增加给料和给风，回流阀H逐渐关小，气化炉内温度维持在750度上下，一氧化碳含量合格，燃气稳定燃烧，燃油燃烧器逐渐退出，并保持待机热备用状态。可以退出手动状态，进入自动控制状态。
②正常负荷变动：当锅炉增加负荷时，蒸汽压力下降，气化炉收到压力减小信号后，依次使回流阀H关小，给料电机M1转速增加，鼓风机G1转速增加，H，M1和G1一边动作，一边检测蒸汽压力，直到压力恢复到额定值，然后回流阀回到调节前位置。锅炉减负荷时，蒸汽压力上升，气化炉检测到压力上升信号后，依次回流阀H开大，鼓风机G1减速，给料电机M1减速， H，M1和G1一边动作，一边检测蒸汽压力，直到压力恢复到额定值，然后回流阀回到调节前位置。
③正常停炉：启动燃油燃烧器，以30%负荷工作。气化炉收到停机信号后，回流阀H逐渐开大，给料电机M1停止，鼓风机G1减速。鼓风机和给料电机停止转动后，引风机Y1继续工作十分钟后停止，燃气阀组关断，最后燃油燃烧器停止。
④气化炉运行不稳定：当气化炉运行不稳定时，燃气中一氧化碳含量超出正常范围。当低于下限时，热备用的然油燃烧器投入运行，稳定火焰。同时一氧化碳含量检测器C1和C2给出一氧化碳含量低的警报，提醒操作人员调整气化炉工况。当气化炉运行正常后，一氧化碳含量合格，检测器给出合格信号，燃油燃烧器退出，警报解除。
⑤气化炉处于热备用状态时的锅炉启动：由于气化炉处于热备用状态，在锅炉进气管阀组之前的管道中会有燃气存在。在锅炉吹扫过程中，检测一氧化碳检测器C2的信号，当其信号提示含量为零，表明阀组密封良好，可以按正常程序启动。如果一氧化碳含量不为零，表明阀组泄露，点火启动被禁止，提示阀组故障。应对阀组进行检修，直到一氧化碳检测器提示含量为零时才能启动。
⑥锅炉紧急停机：锅炉阀组紧急关闭，同时给气化炉停机信号。气化炉收到紧急停机信号后，回流阀H迅速开大到90%，鼓风机G1停止，给料电机M1停止。如果管道内压力仍然超压，可通过安全水封排出。
3.5系统流程如下所示：
四、结束语
利用生物质循环流化床产生可燃气体供应轻油联合燃烧机蒸汽锅炉系统，使传统的使用化石燃料的锅炉系统从技术上得到的很大提升，摒弃了不可再生能源转而使用从废弃农作物而得到的洁净能源，即清洁又环保；系统所使用的原材料在农村来源广泛，价格便宜，产生可燃气体之后留下的碳渣经过加工可形成质量很好的机制碳从而产生不俗的经济效益。整个系统从环保与经济的角度都有较强的实用价值，能为企业带来显著的经济效益和社会效益。
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论文作者:刘青茂
论文发表刊物:《基层建设》2017年6期
论文发表时间:2017/6/22
标签：燃气论文; 锅炉论文; 氧化碳论文; 生物论文; 气化炉论文; 压力论文; 鼓风机论文; 《基层建设》2017年6期论文;