技术领域
[0001] 本实用新型属于机械技术领域，涉及一种锅炉控制设备，特别是一种燃煤工业锅炉过量空气系数自动调节系统。
背景技术
[0002] 我国供液锅炉消耗或转化的
能源主要为煤炭占全社会能源消耗总量的20％以上。2009～2010年，浙江省
质量技术监督局组织对全省3200台额定当量为1～35t/h的各类在用工业锅炉实况能效简单测试，测试结果显示在用工业锅炉能效普遍较低，在各项损失当中，排烟
热损失平均占总损失的50％以上，其中最主要的影响因素是过量空气系数偏高过量空气系数是实际燃烧进入的空气质量与理论燃烧所用的空气质量之比，受测燃煤供液锅炉平均过量空气系数达到3.3，是最佳过量空气系数的2～3倍。
[0003] 市场上现有的与工业锅炉(排除循环
流化床和
煤粉锅炉)过量空气系数自动调节相关的技术主要分为以下几种类型：一仅有自动控制，无变频；二仅有变频，未自动控制；三有自动控制和变频，但未根据节能运行的要求进行调节。上述的系统主要依靠人工或变频技术进行调节，效果不佳。
发明内容
[0004] 本实用新型的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种燃煤工业锅炉过量空气系数自动调节系统，它能够实现锅炉内过量空气系数的自动调节，能效高，而且更加环保。
[0005] 本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：一种燃煤工业锅炉过量空气系数自动调节系统，所述燃煤工业锅炉包括锅筒、给
水泵、炉排、
炉膛、烟道、
风道、引风机和鼓风机，所述给水泵与锅筒相连，所述烟道和炉膛相连，其特征在于，所述引风机和鼓风机共同作用并与炉膛相连，所述过量空气系数自动调节系统包括PLC、水位
传感器、锅筒
蒸汽压力传感器、
氧含量传感器、炉膛压力变送器、引风
变频器、鼓风变频器、给水变频器和炉排变频器，所述水位传感器设置在锅筒上，水位传感器的
信号输出端与PLC的对应信号输入端相连；所述锅筒
蒸汽压力传感器设置在锅筒上，锅筒蒸汽
压力传感器的信号输出端与PLC的对应信号输入端相连；所述氧含量传感器设置在烟道上，氧含量传感器的信号输出端与PLC的对应信号输入端相连；所述炉膛上设置有一连通管，所述炉膛压力变送器设置在连通管上，炉膛压力变送器的信号输出端与PLC的对应信号输入端相连；所述PLC的信号输出端分别与引风变频器、鼓风变频器、给水变频器和炉排变频器的
控制信号输入端相连，所述引风变频器的控制信号输出端与引风机相连，所述鼓风变频器的控制信号输出端与鼓风机相连，所述给水变频器的控制信号输出端与给水泵相连，所述炉排变频器的控制信号输出端与炉排相连。
[0006] PLC为可编程逻辑
控制器，一种数字运算操作的
电子系统，专为在工业环境应用而设计的，它采用一类可编程的
存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程，是工业控制的核心部分。本技术方案中，系统采用PLC控制，
输入信号包括：锅筒水位、蒸汽流量、蒸汽压力、烟气含氧量、排烟
温度、炉膛
负压、炉膛温度、热风温度；
输出信号均为变频控制信号，分别控制锅炉的引风机、鼓风机、给水泵、炉排
电机的转速。
[0007] 在上述的燃煤工业锅炉过量空气系数自动调节系统中，所述锅筒上具有蒸汽管道，所述锅筒蒸汽压力传感器设置在蒸汽管道上，所述蒸汽管道上还设置有一蒸汽流量计，所述蒸汽流量计的信号输出端分别与PLC相连。设置锅筒蒸汽压力传感器和蒸汽流量计可以增强锅炉使用的安全性，通过设置蒸汽和压力的控制上下限，当蒸汽流量或压力到达上限时，发出警报，同时自动启动灭火程序切断炉排、引风机、鼓风机电机；达到下限时，发出提示，并自动运行引风机和鼓风机。
[0008] 在上述的燃煤工业锅炉过量空气系数自动调节系统中，所述风道上设置有
空气预热器和热风温度传感器，所述热风温度传感器的信号输出端与PLC的对应信号输入端相连。空气预热器有旋转式和管式等结构，它的作用是利用锅炉尾部烟道的烟气热量加热进入锅炉空气，从而降低了排烟损失，提高了进风温度，提高锅炉的效率。
[0009] 在上述的燃煤工业锅炉过量空气系数自动调节系统中，所述烟道上设置有排烟温度传感器，所述排烟温度传感器的信号输出端与PLC的对应信号输入端相连。排烟温度传感器和氧含量传感器相配合，共同实现对烟道内的过量空气系数进行检测。
[0010] 在上述的燃煤工业锅炉过量空气系数自动调节系统中，所述炉膛内设置有炉膛温度传感器，所述炉膛温度传感器的信号输出端与PLC的对应信号输入端相连。
[0011] 在上述的燃煤工业锅炉过量空气系数自动调节系统中，所述过量空气系数自动调节系统还包括工控机，所述工控机与PLC相连。系统通过工控机可以自动记录锅炉运行参数，可供随时查询，为锅炉安全经济运行管理提供了
基础数据。
[0012] 在上述的燃煤工业锅炉过量空气系数自动调节系统中，所述过量空气系数自动调节系统还包括与工控机相连的显示器。显示器用于综合显示锅炉各部件运行的信息，便于操作员进行判断和操作。
[0013] 与
现有技术相比，本实用新型具有以下的优点：1节能：系统具备自动控制过量空气系数、变频、稳定压力燃烧避免频繁启停等功能，相比于人工调整，可实现节煤率3％～5％，节电率20％～30％，1年之内一般能够回收投资；2改善供汽质量：系统引入蒸汽压力控制，且响应时间短，使锅炉供汽压力较人工司炉方式稳定，对用汽工艺有利；3安全：系统不削弱锅炉原有安全保护功能，而具有的蒸汽压力控制、水位控制、炉膛负压控制等功能均有利于锅炉安全；4自动：系统采用自动控制的方法，减轻了司炉工劳动强度，也降低了对司炉工节能运行技能的要求；5追溯性：它应用了工控机和显示屏，系统可以自动记录锅炉运行参数，可供随时查询，为锅炉安全经济运行管理提供了基础数据；6、系统可方便切换成人工操作模式，即使系统失效，也不影响锅炉安全。
附图说明
[0014] 图1是本实用新型的结构示意图。
[0015] 图2是本实用新型的系统原理图。
[0016] 图中，1、炉膛；2、炉排；3、锅筒；4、烟道；5、蒸汽管道；6、PLC；7、水位传感器；8、锅筒蒸汽压力传感器；9、蒸汽流量计；10、氧含量传感器；11、炉膛温度传感器；12、炉排变频器；13、鼓风机；14、引风机；15、连通管；16、炉膛压力变送器；17、显示器；18、工控机；19、风道；20、空气预热器；21、给水变频器；22、鼓风变频器；23、引风变频器；24、给水泵；25、热风温度传感器；26、排烟温度传感器。
具体实施方式
[0017] 以下是本实用新型的具体
实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。
[0018] 参照图1和图2，本实施例为一种燃煤工业锅炉过量空气系数自动调节系统，该燃煤工业锅炉包括锅筒3、给水泵24、炉排2、炉膛1、烟道4、风道19、引风机14和鼓风机13，引风机14与引风机电机相连，鼓风机13与鼓风机电机相连，引风机14和鼓风机13共同作用并与炉膛1相连。给水泵24与锅筒3相连，烟道4和炉膛1相连，锅筒3上具有蒸汽管道5，蒸汽管道5上设置有蒸汽流量计9，本实施例中还包括有一锅筒蒸汽压力传感器8，该锅筒蒸汽压力传感器8即可以直接设置在锅筒3上，也可以设置在蒸汽管道5上，锅筒蒸汽压力传感器8和蒸汽流量计9的信号输出端分别与PLC6相连。风道19与炉膛1相连并用于进风，风道19上设置有空气预热器20和热风温度传感器25，热风温度传感器25的信号输出端与PLC6相连。烟道4用于排烟，其上设置有排烟温度传感器26，所述排烟温度传感器26的信号输出端与PLC6的对应信号输入端相连。炉膛1上还设置有一连通管15，连通管15上设置有用于测量炉膛1负压的炉膛压力变送器16。
[0019] 参照图1和图2，本过量空气系数自动调节系统包括PLC6、水位传感器、氧含量传感器10、炉膛温度传感器11、炉排变频器12、给水变频器21、鼓风变频器22和引风变频器23，水位传感器设置在锅筒3上，水位传感器7的信号输出端与PLC6的对应信号输入端相连，氧含量传感器10设置在烟道4上，氧含量传感器10的信号输出端与PLC6的对应信号输入端相连，炉膛温度传感器11设置在炉膛1内，炉膛温度传感器11的信号输出端与PLC6的对应信号输入端相连，PLC6的信号输出端分别与引风变频器23、鼓风变频器22、给水变频器21和炉排变频器12的控制信号输入端相连，引风变频器23的控制信号输出端与引风机电机相连，鼓风变频器22的控制信号输出端与鼓风机电机相连。给水泵24上连接有给水泵电机，给水变频器21的控制信号输出端与给水泵电机相连，炉排2上连接有炉排电机，炉排变频器12的控制信号输出端与炉排电机相连。过量空气系数自动调节系统还包括显示器17和工控机18，显示器17和工控机18分别与PLC6相连，用于显示和记录锅炉的运行情况。
[0020] 本实施例的控制原理如下：
[0021] 1、锅筒水位控制：
[0022] 锅筒水位控制单元相对独立，根据水位变化，自动调整给水泵电机
频率，实现恒水位控制。恒水位控制失效时，执行安全保护程序，并发出警报：如到达高水位，则直接切断给水泵电机；如到达低水位，则切断炉排、引风机、鼓风机电机。
[0023] 为保证系统失效时的安全，水位控制可进行人工/自动切换。
[0024] 2、蒸汽压力控制
[0025] 首先设置控制上下限，一般根据工艺要求设置，工艺允许的上限压力不得低于锅炉安全运行的最高压力。到达上限时，发出警报，同时自动启动灭火程序(切断炉排、引风机、鼓风机电机)；达到下限时，发出提示，并自动运行引风机和鼓风机。再设置最优运行压力，当蒸汽压力高于最优运行压力时，意味着
燃料消耗速度过高，此时降低炉排电机频率减少燃煤输入速度；当蒸汽压力低于最优运行压力时，上述控
制动作相反。
[0026] 3、过量空气系数(氧含量)控制
[0027] 过量空气系数通过测量并控制烟气氧含量实现。当燃煤输入速度降低后，延时一段时间后可测知烟气氧含量逐渐增高，意味着过量空气系数过大，于是通过程序降低引风机电机和鼓风机电机频率，使烟气氧含量(风量)降低到合适量。当燃煤输入速度提高后，上述控制动作相反。烟气含氧量控制目标一般需根据煤质和尾部烟气一氧化
碳含量选择最佳值，一般为7％～10％。过低会影响正常燃烧，且排烟
一氧化碳含量高，存在一定安全隐患；过高，则可根据不完全燃烧损失和排烟损失总和最低，选取合适的排烟氧含量控制目标值。
[0028] 锅炉点火启动时，烟气氧含量较高，如按上述控制，引风机电机和鼓风机电机频率均很低，以至于无法正常点火，因此点火阶段应切换至手动控制。运行一段时间后，氧含量逐渐降低到一定范围，认为点火已完成，再人工切换进入自动控
制模式。
[0029] 4、炉膛负压控制
[0030] 炉膛负压控制值一般为－20～－40Pa，采用积分取平均值作为炉膛负压测量值。同步调整引风机电机和鼓风机电机频率，可逐渐实现炉膛负压趋向控制目标值。如炉膛负压始终难以调整到控制目标值，应检查并修复锅炉
密封性能，否则调整负压控制值。
[0031] 不同的锅炉，对炉膛负压调节的响应存在较大差异，有可能导致炉膛负压无法完全依靠系统进行自动调节以达到控制目标，此时需要对鼓风风
门开度进行调节，以作为炉膛负压调节的补充。较大锅炉，鼓风风门开度调节一般已接至控制柜，系统改造时进行引接即可。
[0032] 本系统采用PLC控制，输入信号包括：锅筒水位、蒸汽流量、蒸汽压力、烟气含氧量、排烟温度、炉膛负压、炉膛温度、热风温度；输出信号均为变频控制信号，分别控制锅炉的引风机14、鼓风机12、给水泵24、炉排2的电机转速，其中热风温度传感器25、排烟温度传感器26、炉膛温度传感器11、蒸汽流量计9仅用于管理，不用于控制，它们对本系统的完整性不影响，可以根据用户管理要求，自行选配。
[0033] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的
修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附
权利要求书所定义的范围。
[0034] 尽管本文较多地使用了炉膛1、炉排2、锅筒3、烟道4、蒸汽管道5、PLC6、水位传感器7、锅筒蒸汽压力传感器8、蒸汽流量计9、氧含量传感器10、炉膛温度传感器11、炉排变频器12、鼓风机13、引风机14、连通管15、炉膛压力变送器16、显示器17、工控机18、风道19、空气预热器20、给水变频器21、鼓风变频器22、引风变频器23、给水泵24、热风温度传感器25、排烟温度传感器26等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。
