基本工艺流程:
    生物质锅炉大多为链条炉,其炉排类似于链条履带,也是层燃锅炉的 一种。通过炉排减速机带动链条炉排转动,使燃料从炉前着火,到炉尾燃尽,同时链条转到下方时,风冷降温,能够保护炉排片不烧损。是层燃炉中较好的一种燃烧设备。 燃料通过炉排送到炉膛内。系统还包括鼓风机,引风机控料器等,补水系统和除尘系统。
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    除渣机:为锅炉的清灰装置,负责清除炉排底部的灰渣。防止锅炉堵塞。
    炉排电机: 控料器: 引风机: 鼓风机: 二次鼓风机:循环泵: 点火器:
    控制系统设计:
    生物质成型燃料锅炉智能控制系包括 PLC、HMI、传感器、液位计、物联网模块等, 如图 1 所示。PLC 根据传感系统采集炉膛温度,压力,供回水温度压力,氧含量等重要信息 有人云LCNET510物联网模块实时采集PLC内部数据,实现云平台与控制现场之间信息交互。, 按照控制工艺流程设计相应控制策略,实现对炉排,控料器,,鼓风机,引风机的实时调控。视频监控负责采集锅炉房、锅炉本体及其重要部位现场画面。
    系统I/O表:
    控制系统器件选型:
    控制策略:
    以生物质热水锅炉控制系统为例:
    一键启炉控制策略
    一键启炉策略主要分为四个流程,分别是清料,进料,点火,启炉,增加辅机参数
    清料:锅炉运行前前先启动除渣机,清除锅炉灰渣,出渣装置为刮板出渣,为减小刮板磨损,不能长时间工作,需要间隔启停,间隔时间为10分钟。

    进料:进料装置包括炉排电机,控料器和料闸板,通过手动调节料闸板高度,调整料层厚度。启动炉排电机送料至点火器正上方,点火器位于11111炉前,既要保证送料量充足,满足点火器引燃条件,又不能使燃料位置过于靠近炉尾,避免燃烧不充分,造成燃料浪费。炉排电机和控料器具有连锁关系,启动时先启动炉排电机,3秒后启动控料器;停止时,先停止控料器,3秒后停止炉排电机。

    点火:点火器为氮化硅点火棒,性能优良,可以在几十秒内快速升温至800~1000℃,通过直接传热或者鼓风传热的方式直接点燃燃料,当炉排电机送料至点火器上方时,启动点火器,点火时间为180秒,同时,启动引风机,启动循环泵,启动引风机的目的是增加炉膛送风量,有利于燃料的快速引燃,引风过大还会导致热量流失,导致点火失败。在点火过程中,炉膛要处于微正压或者微负压状态,是最有利于点火成功的状态。排烟温度是判断点火成功的依据,在点火时间到达时,排烟温度大于150℃,认为点火成功。否则点火失败,启用二次点火,二次点火时间设置为200秒,如果二次点火失败,说明需要调整料层厚度,或者是燃料品质不佳。

    增加辅机参数:主要分为五个控制策略,分别是增加负荷控制策略,风料配比控制策略,炉膛负压控制策略,给料配比控制策略,二次风配比控制策略。
    增加负荷控制策略:点火成功后,启动鼓风机,3秒后启动炉排电机,随着炉膛温度的升高和烟气氧含量的变化,增加炉排电机频率,烟气氧含量也作为系统增加负荷的依据,氧量信息作为反馈信后同时也被传递到炉膛温度控制器,与其他因素经系统计算后共同作用反馈至送料系统,调整炉排电机的运行频率,通过送料量的变化来调整锅炉负荷。
    风料配比控制策略,送风量的变化需与送料量协调配合。炉排电机启动后故需增加鼓风机的频率,而“风料配比”在启炉过程中也是一个实时变化值且与氧含量变化有相互关系。
    炉膛负压控制策略,调整引风频率维持炉膛负压-22~-20Pa。
    给料配比控制策略,控料器频率是炉排电机频率的0.7倍。
    二次风配比控制策略,二次风机频率为一次风机频率的0.5倍。
    控制策略:
    出水温度控制器,炉膛温度控制器,送料器变频器,炉膛,水箱构成了控制系统主回路。炉膛温度控制器,送料电机变频器,炉膛构成副控制回路。
    烟气氧含量作为前馈信号分别反馈到了风料配比控制器输入端和炉膛温度控制器输入端。其中,风料配比控制器,鼓风机变频器,炉膛,烟道构成了辅助控制回路,氧含量既是调整风料配比的关键参数也是判断锅炉是否高效燃烧的重要判断标准。炉膛温度控制器主要是计算烟气氧含量实际值与设定值的差值,当差值产生时,说明锅炉未进行到最佳燃烧状态,燃料然烧不充分。炉膛温度控制器将输入信号处理后输出值炉排电机变频器,增加送料量至锅炉最佳运行状态。根据 “风料配比”原则,送料量的变化需与送风量协调配合。而“风料配比”在启炉过程中也是一个实时变化值且与氧含量变化有相互关系。
    不同于燃煤锅炉的“风煤配比”为定值,生物质锅炉的风料配比随着锅炉的燃烧工况而变化,在启炉阶段为保证燃料能快速安全的至燃烧状态,既要保证送风量充足也要避免带走多余热量。随着火焰的铺开,逐渐增加送风量,为燃料提供足够的氧气,提高燃烧效率。当锅炉运行至最佳燃烧状态时,送料量和送风量配比维持不变。所以锅炉从启炉至正常燃烧过程中,烟气氧含量变化差值就是锅炉燃烧工况的间接体现
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    一键启炉控制策略如下:
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    一键停炉控制策略
    据统计,我国锅炉事故原因大部分是无证违章作业,其次是制造安装缺陷。在锅炉实际运行中,需要停炉时,司炉工往往会直接关闭除引风机外所有电机,这种停炉方式很由可能造成料斗着火或者是炉膛正压。会造成严重的安全事故。而且很多司炉工为了下次启炉点火方便会在炉膛内部的料层上“压火”。这是一种具有极大安全隐患的行为。在“压火”的环境下生物质燃料可能会产生易燃易爆气体。甚至造成锅炉爆炸的严重后果。为减少锅炉事故发生,设计一键停炉智能控制策略。
    一键启炉策略主要分为三个流程,分别是停止送料,停止送风,停止引风
    1.停止送料:
    停炉时先停止控料器,停止燃料的供给,保持炉排电机运行,一段时间后,待炉排上的燃料燃烬成灰落入渣池。除渣机开始启动,清除灰渣。一段时间后,待渣池内炉渣输送完毕,除渣机停止工作,停止送料工作完成。
    2.停止送风:
    停止送料工作完成后,先后降低鼓风机、引风机频率至**Hz,逐渐关闭二次风风门,减弱燃烧,保持床温及汽压,汽温的稳定;根据负荷的下降情况,延时N4秒后,停止二次风机运行,适当降低料层差压,随着炉温的下降,延时N5秒后逐渐关小一次风门,停止一次风机的运行,若将底料放掉时,待底料放完后,再停一次风机。
    3.停止引风:
    燃烧室通风N6秒后,停止引风机运行,关严一、二次风门挡板及其他有关的风门挡板,锅炉蒸汽流量表指示到零后,关闭主气门和隔绝门;停炉完成。

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    故障停炉:
    锅炉运行过程中如果出现高温高压、燃料回燃、设备故障等问题时,需要紧急停炉。对于生物质锅炉的故障停炉,由于其紧急情况性质不同,故障停炉的操作也会有所不同。
    1.超温停炉
    此种故障表现为锅炉内温度急剧上升并超过锅炉正常许可工作温度,温度表指针明显超过安全的红线区域,即使是降低鼓风也无法阻止温度上升的异常,出现这种现象时,应当立刻迅速的停止一次、二次鼓风,停止控料器继续投放燃料,提高炉排电机X秒后,停止炉排电机并停止引风机。
    2.炉排电机故障停炉
    当炉排电机故障时,容易发生锅炉料斗回燃现象,发生此类事故时,首先应停止锅炉投料,同时关闭拨料器闸板,停止一、二次鼓风机运行,减弱燃烧,在炉膛负压状态下,可打开炉排料斗前部检查门,人为将燃料送入炉膛或用水淋湿(不可向高温炉膛浇水)。
    3.燃料回燃停炉
    当燃料回燃时,料斗温度达到报警上限触发报警,若不及时处理则会引发火灾造成生命财产损失。应立即提高炉排电机频率,若没有出发自动喷淋,应当立即手动打开喷淋阀,给燃烧的料斗降温,若当温度降至110℃,锅炉正常运行,启动炉排电机,控料器频率降至正常。反之,启动一键停炉程序,当火灾解除后,再启炉。
    4.引风机故障
    当引风机故障停止运行时,锅炉炉膛会瞬间出现正压现象导致炉膛内火焰外窜并由大量浓烟产生,炉膛负压会迅速增大,燃烧的热量流失,造成炉内熄火。应当立即停止一次,二次鼓风机,停止控料器继续投料,提高炉排电机频率将燃烧的燃料送至除渣机,一段时间后停止炉排电机。
    5.鼓风机故障
    若鼓风机故障不能运行,应立即停止引风机,停止料斗进料。若风机本体故障,在停止拨料器和加速炉排的前提下,关闭料层调整闸板,及时灭火排烟。若风机控制系统故障,应立即将电源切换到备用电源,使风机从新启动,待风机启动后,使炉膛负压达到正常即可。无人值守条件下,料层闸板自动调整、自动灭火。
    6.除渣机故障
    在启炉过程中,启炉第一步便是启动除渣机,除渣机故障时无法自动启炉。若在正常运行中除渣机出现故障,应立即停止控料器,数秒后停止炉排电机,再过数秒后停止一次,二次鼓风机,最后过数秒后停止引风机达到除渣机故障停炉。
    以上所述只是常见的故障停机方法,生物质锅炉在实际运行过程中可能还会碰到许多意想不到的问题,只有严格按照操作规程进行操作,加强巡检,定期维护,密切关注锅炉各项运行数据,及时分析问题,采取相应的措施,才能避免事故的发生。