一种用于生物质锅炉的配风系统及模糊控制方法 |
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| 申请号 | CN201610878106.0 | 申请日 | 2016-10-09 | 公开(公告)号 | CN106247398A | 公开(公告)日 | 2016-12-21 |
| 申请人 | 吉林省电力科学研究院有限公司; | 发明人 | 宋志宇; 姜薇薇; 张锐; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种用于 生物 质 锅炉 的配 风 系统，包括： 燃烧室 ； 水 壁，其安装在燃烧室 侧壁 ；风道，其包括左风道和右风道，穿接在水壁内部，相对设置在燃烧室两侧；炉排，其斜向设置在燃烧室底部，炉排与燃烧室的下部空间构成风仓；第一鼓风机，其设置在风仓内部，用于从底部将一次风从下往上送至燃烧室；第二鼓风机，其设置在右风道底部，用于通过过右侧风道将二次风送至燃烧室中部；第三鼓风机，其设置在左风道顶部，用于通过左侧风道将三次风送至燃烧室上部，通过合理分配二次风、三次风，使生物质 燃料 与空气充分 接触 ，还设计一种用于生物质锅炉的配风模糊控制方法，并计算评估因数，将其带入模糊 控制器 ，精准控制鼓风机风速，保证燃料充分燃烧，提高锅炉工作效率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于生物质锅炉的配风系统，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 一种用于生物质锅炉的配风系统及模糊控制方法技术领域[0001] 本发明涉及一种锅炉系统，特别涉及用于生物质锅炉的配风系统和一种用于生物质锅炉的配风模糊控制方法。 背景技术[0002] 目前，我国北方主要城市的供暖仍以煤为主要燃料，不仅每年要消耗大量的煤炭资源，同时也造成严重的环境污染。生物质燃料具有成本低、“零排放”等特点，目前，生物质锅炉的配方系统是从下向上吹风(即只有一次吹风通路)，导致配风效果不好，烟气沿程阻力大，生物质燃烧效率低，从而导致烟气中CO、NO等排放浓度高，因此，研究和开发以生物质为燃料的供暖锅炉具有重要的经济意义和环保意义。 发明内容[0003] 本发明设计开发了一种用于生物质锅炉的配风系统，采用一种分布式的配风系统，通过合理分配二次风、三次风，使生物质燃料与空气充分接触，达到强化燃烧的目的。 [0004] 本发明还有一个目的是设计一种用于生物质锅炉的配风模糊控制方法，并计算评估因数，将其带入模糊控制器，精准控制鼓风机风速，保证燃料充分燃烧，提高锅炉工作效率。 [0005] 本发明提供的技术方案为： [0006] 一种用于生物质锅炉的配风系统，包括： [0007] 燃烧室； [0009] 风道，其包括左风道和右风道，穿接在所述水壁内部，相对设置在所述燃烧室两侧； [0010] 炉排，其斜向设置在燃烧室底部，所述炉排与所述燃烧室的下部空间构成风仓； [0011] 第一鼓风机，其设置在所述风仓内部，用于从底部将一次风从下往上送至燃烧室； [0012] 第二鼓风机，其设置在所述右风道底部，用于通过过右侧风道将二次风送至燃烧室中部； [0013] 第三鼓风机，其设置在所述左风道顶部，用于通过左侧风道将三次风送至燃烧室上部。 [0014] 优选的是，还包括燃烧室水排，其连接两侧水壁包括，多个并排布置的水管，所述水管与所述左风道交错设置。 [0015] 优选的是，所述燃烧室水排具有一定倾斜角度。 [0016] 优选的是，所述燃烧室水排的倾角为60°。 [0017] 优选的是，还包括：储水箱，其设置在所述燃烧室一侧。 [0018] 优选的是，所述风道具有出风口，其位于左风道和右风道顶部，与炉膛水平面平行。 [0019] 一种用于生物质锅炉的配风模糊控制方法，包括以下步骤： [0022] 将评估因数偏差信号经过微分计算得到评估因数变化率信号；将烟气浓度偏差信号经过微分计算后得到烟气浓度变化率信号； [0023] 将评估因数变化率信号烟气浓度变化率信号输入模糊控制器，输出为第一鼓风机的风速。 [0024] 优选的是，所述环境评估因数的计算公式为： [0025] [0026] 优选的是，所述评估因数变化率信号和烟气浓度变化率信号的模糊集为{NB，NM，NS，ZR，PS，PM，PB}，PB表示正大，PM表示正中，PS表示正小，ZR表示零，NS表示负小，NM表示负中，NB表示负大，它们的论域为：{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}。 [0027] 优选的是，所述模糊控制器的输入和输出变量的隶属度函数均选择三角形隶属度函数。 [0028] 本发明的有益效果 [0029] 1、本发明提供的一种用于生物质锅炉的配风系统，采用一种分布式的配风系统，通过合理分配二次风、三次风，使生物质燃料与空气充分接触，达到强化燃烧的目的。 [0030] 2、本发明在燃烧室水排上铺设的防火砖耐高温可有效改变烟气行程，使得烟气不是简单地从下至上流过，而是以“S”形路径与燃烧室壁面及燃烧室水排中的水充分进行热量交换。 [0032] 图1为本发明所述的用于生物质锅炉的配风系统的结构示意图。 [0033] 图2为本发明所述的左风道结构简图； [0034] 图3为本发明所述的右风道结构简图； [0035] 图4为本发明所述的风道伸入燃烧室部分局部俯视图 具体实施方式[0037] 如图1所示，本发明提供的用于生物质锅炉的配风系统，包括：燃烧室100、左风道150、右风道160、炉排200、燃烧室水排400和储水箱800。 [0038] 其中，燃烧室100两侧壁设置水壁110，用于锅炉内水循环；风道，其包括左风道150和右风道160，其中左风道150穿接在左侧水壁顶部，右风道160穿接在右侧水壁底部，风道具有出风口，其位于左风道和右风道顶部，与炉膛水平面平行，炉排200，其斜向设置在燃烧室100底部，炉排200与燃烧室100的下部空间构成风仓300。 [0039] 第一鼓风机310，其设置在风仓300内部，用于从底部将一次风从下往上送至燃烧室；第二鼓风机320，其设置在右风道150底部，用于通过过右侧风道将二次风送至燃烧室中部；第三鼓风机330，其设置在左风道150顶部，用于通过左风道150将三次风送至燃烧室上部。左风道150穿过炉膛左侧水壁连接燃烧室上部和第三鼓风机330，右风道160穿过炉膛右水壁连接燃烧室中部和第二鼓风机320。 [0040] 如图4所示，左风道150和右风道160设置于炉排的上方，它们伸入燃烧室部分与燃烧室水排400平行，与炉膛纵向夹角为60°，伸入长度约占水排长度的1/6—1/5，由锅炉底部第一鼓风机310送入一次风。 [0041] 储水箱800，其设置在所述燃烧室一侧，用于锅炉供热循环。 [0042] 如图2、3所示，配风工作时，第二鼓风机320通过右侧风道160，将二次风送入燃烧室，右侧风口水平朝上，进一步提高烟气上行动力，防止烟气在燃烧室聚集，不能促进燃烧；第三鼓风机330通过左风道150，将三次风送入燃烧室，使得未燃尽的生物质气化气进一步燃烧，提高其燃烧效率。 [0043] 燃烧室水排400，其连接两侧水壁包括，多个并排布置的水管，水管与左风道150交错设置，作为一种优选，燃烧室水排400右端和燃烧室水排300左端铺有防火砖500，使烟气呈“S”形上升，耐高温可有效改变烟气行程，使得烟气不是简单地从下至上流过，而是以“S”形路径与燃烧室壁面及燃烧室水排中的水充分进行热量交换。 [0044] 一种用于生物质锅炉的配风模糊控制方法，包括以下步骤： [0045] 采集锅炉内温度T，储水箱内水温T0，环境湿度RH，锅炉内烟气浓度ρ2，氧气浓度ρ0，环境风速v； [0046] 计算锅炉内评估因数 [0047] [0048] 将其与预设评估因数 作比较得到评估因数偏差信号，将锅炉内烟气浓度与平均烟气浓度 作比较得到烟气浓度偏差信号； [0049] 将评估因数偏差信号经过微分计算得到评估因数变化率信号；将烟气浓度偏差信号经过微分计算后得到烟气浓度变化率信号； [0050] 将评估因数变化率信号e1烟气浓度变化率信号e2输入模糊控制器，输出为第一鼓风机的风速。 [0051] 其中，e1、e2、q的实际变化范围分别为[-1，1]，[-1,1]，[0,40]；E1、E2、的离散论域均为{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}，Q的离散论域为{0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10}[0052] 则量化因子k1＝6/1，k2＝6/1，比例因子k3＝10/60 [0053] 定义模糊子集及隶属函数： [0054] 把评估因数变化率信号分为7个模糊状态：PB(正大)，PM(正中)，PS(正小)，ZR(零)，NS(负小)，NM(负中)，NB(负大)，结合经验得出评估因数变化率信号e1的隶属度函数表，如表1所示。 [0055] 表1评估因数变化率信号e1的隶属度函数表 [0056]e1 -6 -5 -4 -3 -2 -1 -0 +0 +1 +2 +3 +4 +5 +6 PB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.2 0.7 1.0 PM 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.2 0.7 1.0 0.7 0.2 PS 0 0 0 0 0 0 0 0.1 0.7 1.0 0.7 0.1 0 0 ZR 0 0 0 0 0.1 0.7 1.0 0 0 0 0 0 0 0 NB 0 0 0.1 0.7 1.0 0.7 0.1 0 0 0 0 0 0 0 NM 0.2 0.7 1.0 0.7 0.2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 NS 1.0 0.7 0.2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 [0057] 把烟气浓度变化率信号e2分为7个模糊状态：PB(正大)，PM(正中)，PS(正小)，ZR(零)，NS(负小)，NM(负中)，NB(负大)，结合经验得出烟气浓度变化率信号e2的隶属度函数表，如表2所示。 [0058] 表2烟气浓度变化率信号e2的隶属度函数表 [0059]e2 -6 -5 -4 -3 -2 -1 -0 +0 +1 +2 +3 +4 +5 +6 PB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.2 0.7 1.0 PM 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.2 0.7 1.0 0.7 0.2 PS 0 0 0 0 0 0 0 0.1 0.7 1.0 0.7 0.1 0 0 ZR 0 0 0 0 0.1 0.7 1.0 0 0 0 0 0 0 0 NB 0 0 0.1 0.7 1.0 0.7 0.1 0 0 0 0 0 0 0 NM 0.2 0.7 1.0 0.7 0.2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 NS 1.0 0.7 0.2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 [0060] 把第一鼓风机的风速q分为七个模糊状态：PB(正大)，PM(正中)，PS(正小)，ZR(零)，NS(负小)，NM(负中)，NB(负大)，结合经验得出第一鼓风机风速q的隶属的函数表，如表3所示。 [0061] 表3第一鼓风机风速q的隶属度函数表 [0062]q 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 PB 0 0 0 0 0 0 0 0 0.2 0.7 1.0 PM 0 0 0 0 0 0 0 0.2 1.0 0.8 0.2 PS 0 0 0 0 0 0 0.8 1.0 0.2 0 0 ZR 0 0 0 0 0 0.5 0.5 0 0 0 0 NB 0 0 0.2 0.8 1.0 0.8 0 0 0 0 0 NM 0.2 0.8 1.0 0.8 0.2 0 0 0 0 0 0 NS 1.0 0.7 0.2 0 0 0 0 0 0 0 0 [0063] 模糊推理过程必须执行复杂的矩阵运算，计算量非常大，在线实施推理很难满足控制系统实时性的要求，本发明采用查表法进行模糊推理运算，模糊推理决策采用双输入单输出的方式，控制规则由下列推理语言构成： [0064] If e is Ai and ec is Bi then ΔKj is Ci [0065] 其中，Ai、Bi、Ci分别为ec1、ec2和q模糊子集。 [0066] 通过经验可以总结出模糊控制器的初步控制规则，其中参数q控制规则见表4。 [0067] 表4为模糊控制规则表 [0068] [0069] 模糊控制器根据得出的模糊值对输出信号进行解模糊化，得到第一鼓风机的风速，求模糊控制查询表，由于论域是离散的，模糊控制规则及可以表示为一个模糊矩阵，采用单点模糊化，求出模糊控制查询表，见表5 [0070] 表5模糊控制查询表 [0071] [0072] 本发明采用一种分布式的配风系统，通过合理分配二次风、三次风，使生物质燃料与空气充分接触，达到强化燃烧的目的，同时设计一种用于生物质锅炉的配风模糊控制方法，并计算评估因数，将其带入模糊控制器，精准控制鼓风机风速，保证燃料充分燃烧，提高锅炉工作效率。 |
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