一种炉排控制系统的制作方法

1.本实用新型涉及控制领域，更具体地，涉及一种炉排控制系统。


背景技术：

2.现有垃圾焚烧电厂的焚烧炉控制系统都是针对850t以下炉型的控制系统。目前国内1000t垃圾焚烧炉的大型炉排相比于之前的850t炉排，从给料系统布局、炉排结构、燃烧风系统设计上都变化很大，因此需要重新设计炉排控制系统。
3.在1000t垃圾焚烧炉大型炉排中，给料小车共8列，炉排宽度很宽，大大超过原有的焚烧炉，存在一定的下料不均匀以及存在较大的偏料风险的问题，因而在控制系统设计上需要考虑进行专门设计。另外，在燃烧风系统设计中，每个风机同时供3个风室风量，风管路直管段很短，常规的流量计很难满足。因此，在控制系统上，从检测仪表选型到控制方案都必须进行专门设计。
4.因此，现在需要提供一种炉排控制系统，其能至少解决现有技术中所存在的上述问题。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题中的至少一个，根据本实用新型的一方面，提出了一种炉排控制系统，其包括：检测设备，所述检测设备包括：炉排运动位置检测设备，用于动态检测给料炉排的运动位置；炉排料层检测设备，用于检测炉排料位；以及一次风检测设备，用于检测风机出口压力和风量；以及控制设备，用于基于所述检测设备的检测结果，动态调整给料小车的位置，形成闭环的控制，以防止偏料。
6.在一些实施例中，所述系统还包括：过程数据采集设备，用于采集与燃烧生产相关的数据。
7.在一些实施例中，所述与燃烧生产相关的数据包括温度、压力、风流量、所述料位、以及风机频率中的至少一个。
8.在一些实施例中，所述系统还包括：自动燃烧控制子系统，用于基于所述检测结果和所述与燃烧生产相关的数据来控制给料炉排的给料速度、炉排运行周期，以及燃烧空气分配、以提供稳定的蒸汽负荷并实现全自动闭环控制。
9.在一些实施例中，所述自动燃烧控制子系统包括：自动燃烧子系统控制柜，用于实现燃烧控制；炉排液压系统柜，用于对与所述炉排相关的液压系统进行控制；一次风机变频柜，用于一次风机的启动、停止、以及调节控制；二次风机变频柜，用于二次风机的启动、停止、以及调节控制；以及燃烧器控制系统柜，用于实现对燃烧器的控制。
10.在一些实施例中，所述自动燃烧子系统控制柜还配置为根据给定负荷和垃圾实际的热值来自动计算燃烧空气需求量，并且自动调整一次风和二次风的分配比例。
11.在一些实施例中，所述自动燃烧子系统控制柜还配置为根据给定氧量来自动调节二次风风量，使未燃烧的可燃气体在烟道内充分燃烧，从而实现锅炉出口氧含量的平衡。
12.在一些实施例中，所述自动燃烧子系统控制柜还配置为当烟气温度不能满足850℃/2s时，启动辅助燃烧器。
13.在一些实施例中，所述系统还包括：设置在所述炉排上方的温度探头，用于测量所述炉排的温度。
14.在一些实施例中，所述自动燃烧子系统控制柜还配置为当由所述温度探头测量的所述温度高于阈值时，增加燃尽段的风量，以使所述炉排上的垃圾燃尽。
15.在一些实施例中，所述自动燃烧子系统控制柜还配置为当由所述温度探头测量的所述温度低于阈值时，恢复正常的燃尽风量，以防止所述炉排的过度冷却。
16.在一些实施例中，所述自动燃烧子系统控制柜还配置为计算预定时间点处所述给料小车需要前进到的位置，基于所述给料小车的自身位置和所述需要前进到的位置的比较来计算差值，并基于所述差值来调节给料速度控制阀门的开度，使得所述给料小车的所述自身位置与所述需要前进到的位置一致。
17.在一些实施例中，所述自动燃烧子系统控制柜还配置为设定所述炉排的基准运动速度，并且根据给定的料层厚度和实际料层厚度来自动调节所述炉排的实际运行速度。
18.在一些实施例中，所述炉排运动位置检测设备包括位式传感器。
19.在一些实施例中，所述炉排料层检测设备包括雷达料位计。
20.在一些实施例中，所述一次风检测设备包括多点矩阵式流量计。
21.本实用新型所提供的炉排控制系统，针对大型炉排的特点，设计了专门的测控设备，基于测量结果来控制给料小车的位置，形成了闭环的控制，以使得下料均匀并能防止偏料，同时设计了专门的燃烧控制子系统，适应于大型炉排的燃烧控制要求。
附图说明
22.通过结合附图对本实用新型的实施例进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
23.图1示出了根据本实用新型的实施例的一种炉排控制系统的框图；
24.图2示出了根据本实用新型的实施例的自动燃烧控制子系统的负荷控制原理的示意图；
25.图3示出了根据本实用新型的实施例的自动燃烧控制子系统的o2含量控制原理的示意图；
26.图4示出了根据本实用新型的实施例的自动燃烧控制子系统的给料控制原理的示意图；
27.图5示出了根据本实用新型的实施例的自动燃烧控制子系统的软件结构图；
具体实施方式
28.为了使得本实用新型的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本实用新型的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是本实用新型的全部实施例，应理解，本实用新型不受这里描述的示例实施例的限
制。基于本实用新型中描述的本实用新型实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本实用新型的保护范围之内。
29.现有垃圾焚烧电厂的焚烧炉控制系统都是针对850t以下炉型的控制系统。目前国内1000t垃圾焚烧炉的大型炉排，实现了大型炉排的燃烧控制。该大型炉排相比于之前的850t炉排，从给料系统布局、炉排结构、燃烧风系统设计上变化都很大，因此炉排控制系统需要重新设计。
30.在1000t的垃圾焚烧炉大型炉排中，焚烧炉宽度达到15米，炉底的风室每个单元3个，炉排分为6个单元，给料小车共8列，炉排宽度很宽，大大超过原有的焚烧炉，存在一定的下料不均匀以及存在较大的偏料风险的问题，因而在控制系统设计上需要考虑进行专门设计。另外，在燃烧风系统设计中，每个风机同时供3个风室风量，风管路直管段很短，常规的流量计很难满足。因此，在控制系统上，从检测仪表选型到控制方案都必须进行专门设计，即，需要专门设计测控系统并且专门的开发燃烧控制算法。
31.本实用新型所提供的炉排控制系统，适用于垃圾焚烧炉大型炉排，其包括但不限于1000t的垃圾焚烧炉大型炉排。
32.本实用新型所提供的炉排控制系统，针对大型炉排的特点，设计了专门的测控设备，基于测量结果来控制给料小车的位置，形成了闭环的控制，以使得下料均匀并能防止偏料，同时设计了专门的燃烧控制子系统，适应于大型炉排的燃烧控制要求。
33.下面，参照图1来具体说明本实用新型的实施例的一种炉排控制系统。
34.如图1所示，一种炉排控制系统，包括：检测设备，所述检测设备包括：炉排运动位置检测设备，用于动态检测给料炉排的运动位置；炉排料层检测设备，用于检测炉排料位；以及一次风检测设备，用于检测风机出口压力和风量；以及控制设备，用于基于所述检测设备的检测结果，动态调整给料小车的位置，形成闭环的控制，以防止偏料。
35.本实用新型所提供的一种炉排控制系统主要具有以下功能：炉排运动位置检测；炉排料层检测；短直管段的一次风检测；以及基于所检测结果，形成对大型炉排的闭环控制，以防止偏料。
36.具体地，炉排的运动位置检测可采用位式传感器，动态检测给料炉排位置，通过液压比例阀的形成闭环的控制，动态调整小车位置。在一些实施例中，所述炉排运动位置检测设备包括位式传感器。将位式传感器安装在给料小车上，根据位式传感器检测给料小车位置，控制设备通过控制液压比例阀开度及供油方向，控制给料小车的前及后退，实现对给料小车的闭环控制。
37.高温炉膛检测需要根据炉膛的结构设计专用的料层检测装置。通过在炉膛前拱上设计8个料层检测装置，精确检测料层，独立控制给料小车运动，控制每个给料小车的给料量，解决偏料问题。料层检测装置检测到料层厚度与给料小车形成闭环控制。在一些实施例中，其中所述炉排料层检测设备包括雷达料位计。
38.在一些实施例中，所述一次风检测设备包括多点矩阵式流量计。具体地，一次风检测直管段可采用多点矩阵式流量计。
39.此外，本实用新型所提供的一种炉排控制系统还具有以下功能：过程数据采集功能；以及燃烧控制方案。
40.在一些实施例中，所述系统还包括：过程数据采集设备，用于采集与燃烧生产相关
的数据。
41.在一些实施例中，其中所述与燃烧生产相关的数据包括温度、压力、风流量、所述料位、以及风机频率中的至少一个。过程数据指的是燃烧生产相关的温度、压力、流量等等，与控制设备由电缆连接。
42.燃烧控制方案则采用传统的多边控制方面，pid及逻辑控制。
43.在本炉排控制系统的系统设计中，测控点设计是关键的一环。针对焚烧炉排料层检测，在炉膛的前拱，单元1焚烧炉排上安装料位检测装置，同时每个给料小车前方安装一个，每台炉安装8个。料位检测目的在于，实现焚烧炉排单元1料位的实时精确的检测，为料位的实时的精确控制做技术准备，以及彻底解决焚烧过程中料层大幅度波动的问题。
44.针对一次风流量检测，在每个风机出口安装压力传感器，同时每根风室的分管都安装矩阵式流量计。
45.本炉排控制系统的硬件设计采用和利时的km系列硬件，软件开发平台采用macs6系列软件。
46.本实用新型所提供的炉排控制系统实现了对大型焚烧料层检测，避免了偏料问题，完成了对大型焚烧炉测控系统设计和控制系统设计，并且完成了对炉排控制系统的设计、开发、现场调试。
47.在一些实施例中，所述系统还包括：自动燃烧控制子系统，用于基于所述检测结果和所述与燃烧生产相关的数据来控制给料炉排的给料速度、炉排运行周期、以及燃烧空气分配，以提供稳定的蒸汽负荷并实现全自动闭环控制。
48.具体地，现有的燃烧控制系统是一种开环控制，没有与负荷、给料、炉温、排放形成闭环控制，无法实现长周期的全自动运行。本实用新型的炉排控制系统增加了料层精确控制，实现了全自动闭环控制。
49.接下来，说明根据本实用新型的实施例的自动燃烧控制子系统。
50.所述自动燃烧控制子系统包括：自动燃烧子系统控制柜，用于实现燃烧控制；炉排液压系统柜，用于对与所述炉排相关的液压系统进行控制；一次风机变频柜，用于一次风机的启动、停止、以及调节控制；二次风机变频柜，用于二次风机的启动、停止、以及调节控制；以及燃烧器控制系统柜，用于实现对燃烧器的控制。
51.所述自动燃烧控制子系统通过相关的现场仪表和执行机构来检测燃烧状态，即检测燃烧相关状态，如温度、风量、料层、炉排位置、压力等，同时实现对风机、调门、炉排的直接控制。
52.所述自动燃烧控制子系统功能需求以蒸汽负荷为主要控制目标，以垃圾热值为控制条件，通过控制焚烧炉给料炉排给料速度、焚烧炉排运行周期及燃烧空气分配，实现蒸汽负荷稳定、烟气温度850度停留2秒以上、烟气氧含量及炉渣热灼减率达标的控制目的。焚烧炉启炉及停炉过程中，以炉膛温度为主要调节目标。
53.所述自动燃烧控制子系统在垃圾焚烧过程中，通过控制焚烧炉给料炉排给料速度、焚烧炉排运行周期、燃烧空气分配及辅助燃烧器热负荷的方式，实现烟气温度在850℃时停留2秒以解决有毒物质二噁英分解的环保目标，同时具有以下功能：使用连续可调的特性曲线来描述蒸发量与垃圾量、燃烧空气的关系；垃圾的有效燃烧与蒸汽负荷一致，只需设定蒸汽负荷即可连续自动调节；可有效控制烟气中的o2含量；850℃/2s自动调节辅助燃烧
器启动/停止；稳定控制炉温，减少nox的发生量；给料炉排同步控制，实现垃圾稳定给料；焚烧炉排多段协调控制，实现垃圾的厚度的均匀分布和精确的速度控制；有效控制热灼减率，防止生渣；以及减少运行人员，简化运行和控制。
54.针对本自动燃烧控制子系统的操作方式，操作人员输入垃圾低位热值、蒸汽负荷设定值、垃圾密度及烟气氧含量设定值，自动燃烧控制子系统通过智能调节给料炉排给料速度、焚烧炉排运动速度、焚烧炉排运行周期、焚烧炉排燃尽段风量控制、一次风和二次风的配风量、辅助燃烧器的启停等各种参数，自动控制焚烧炉—余热锅炉的燃烧过程。
55.本自动燃烧控制子系统根据垃圾、一次风、二次风、烟气、锅炉给水、主蒸汽等各种介质的参数自动控制焚烧炉—余热锅炉的燃烧过程，能够实现从点火到停炉的全程控制。
56.下面，参照图2至图4来说明根据本实用新型的实施例的自动燃烧控制子系统的控制原理。
57.图2是根据本实用新型的实施例的自动燃烧控制子系统的负荷控制原理的示意图。
58.在一些实施例中，所述自动燃烧子系统控制柜还配置为根据给定负荷和垃圾实际的热值来自动计算燃烧空气需求量，并且自动调整一次风和二次风的分配比例。
59.具体地，如图2所示，通过增加/减少垃圾给料量、燃烧空气量可有效的控制蒸发量的大小。当设定一个目标蒸发量后，给定的垃圾热值，控制系统将自动计算需求的垃圾量，自动燃烧控制子系统负荷控制器启动之后，系统将根据锅炉实际负荷，逐步调节实际垃圾量并计算垃圾的实际热值。自动燃烧控制将根据给定负荷、垃圾实际的热值自动计算燃烧空气需求量，自动燃烧控制子系统负荷控制器启动之后，自动燃烧控制子系统自动调整一次风、二次风分配比例，如果负荷低于给定负荷，控制自动将自动增加一次风分配比例，并调节一次风在5个单元中分配，增加单元3、4风量。
60.图3是根据本实用新型的实施例的自动燃烧控制子系统的o2含量控制原理的示意图。
61.在一些实施例中，所述自动燃烧子系统控制柜还配置为根据给定氧量来自动调节二次风风量，使未燃烧的可燃气体在烟道内充分燃烧，从而实现锅炉出口氧含量的平衡。
62.具体地，如图3所示，通过增加/减少二次风量的供给，可调节烟气中的氧气浓度能在设定的范围内。氧量控制器根据给定氧量在规定范围自动调节二次风风量，通过对二次风量的调节使未燃烧的可燃气体在第一烟道内充分燃烧，从而实现锅炉出口氧含量的平衡。
63.在一些实施例中，所述自动燃烧子系统控制柜还配置为当烟气温度不能满足850℃/2s时，启动辅助燃烧器。具体地，850℃/2s控制实现主要通过启动/停止辅助燃烧器的控制实现。当烟气温度不能满足850℃/2s时，启动辅助燃烧器，而当温度满足850℃/2s时，延时一段时间停止辅助燃烧器。
64.在一些实施例中，所述炉排控制系统还包括：设置在炉排上方的温度探头，用于测量所述炉排的温度。
65.在一些实施例中，所述自动燃烧子系统控制柜还配置为当由所述温度探头测量的所述温度高于阈值时，增加燃尽段的风量，以使所述炉排上的垃圾燃尽。
66.在一些实施例中，所述自动燃烧子系统控制柜还配置为当由所述温度探头测量的
所述温度低于阈值时，恢复正常的燃尽风量，以防止所述炉排的过度冷却。
67.具体地，针对控制热灼减率控制，正常情况下燃烧炉排末端位置的所有垃圾都已燃烧结束，但由于垃圾成分不稳定而导致有些垃圾没有燃尽，它们会带着火焰落到燃尽段炉排。这时需要通入额外空气帮助烧尽垃圾，防止出生渣。自动燃烧控制子系统在5段炉排上方设置温度探头，当温度高于阈值时，额外增加燃尽段的风量，通过加速燃烧，使燃尽炉排上的垃圾燃尽。当温度低于阈值时说明燃尽段已经充分燃烧，这时恢复正常的燃尽风量，也可以防止炉排的过度冷却。
68.图4是根据本实用新型的实施例的自动燃烧控制子系统的给料控制原理的示意图。
69.在一些实施例中，所述自动燃烧子系统控制柜还配置为计算预定时间点处所述给料小车需要前进到的位置，基于所述给料小车的自身位置和所述需要前进到的位置的比较来计算差值，并基于所述差值来调节给料速度控制阀门的开度，使得所述给料小车的所述自身位置与所述需要前进到的位置一致。
70.具体地，如图4所示，在垃圾给料过程中，需要各给料平台保持同步缓慢平顺的推出，如果各给料平台前后不一，就可能使垃圾落入缝隙中而将相邻两块给料小车卡死。每个给料小车保持同步还可以保证垃圾厚薄均匀的推入到焚烧炉排中。自动燃烧控制子系统为每个给料小车设计了位置同步控制器，当acc系统计算出需要的垃圾进料速度后，位置同步控制器开始计算下一秒给料炉排小车需要前进到的位置，然后每台给料炉排小车分别根据自身位置反馈信号和需要达到的位置参数比较，再根据差值的大小调节给料速度控制阀门的开度，从而使每台给料小车时刻保持自身的位置与计算得出位置一致。其中位置同步控制器用于实现给料小车运动速度控制，是一种软件控制逻辑，运行在自动燃烧控制柜中。自动燃烧控制子系统这种独特的设计使得给料炉排整体速度精确可控，而各个平台又可独立自发的微调，当其中某个给料平台小车落后或超过整体速度时，控制器可快速根据偏差加大或减少速度来控制阀开度。
71.在一些实施例中，所述自动燃烧子系统控制柜还配置为设定所述炉排的基准运动速度，并且根据给定的料层厚度和实际料层厚度来自动调节所述炉排的实际运行速度。
72.具体地，针对焚烧炉排控制，自动燃烧控制子系统根据实际的垃圾热值，自动设定焚烧炉排基准运动速度。垃圾从给料炉排推入焚烧炉排后， acc自动燃烧控制子系统根据给定的料层厚度、实际料层厚度自动调节焚烧炉排各个单元的实际运行速度，同时保证布料均匀，不能偏料使炉排片暴露在火焰中，否则会损坏炉排片的机械机构。自动燃烧控制子系统中的负荷控制器自动调节翻动炉排的运动时间间隔，保证锅炉负荷稳定。负荷控制器是软件控制逻辑运行在自动燃烧控制柜的主控制器中。
73.接下来，参照图5来描述根据本实用新型的实施例的自动燃烧控制子系统的软件设计。
74.本自动燃烧控制子系统采用st语言及cfc语言实现焚烧炉燃烧控制程序。如图5所示，燃烧控制程序通过访问io，获得实时数据，运行控制算法，控制现场风机、炉排等执行机构。本自动燃烧控制子系统的软件总体设计用于实现以下功能：io数据的采集；电机、阀门设备标准数据块；炉排运动控制标逻辑块；垃圾运动停留时间控制标准块；以及mft保护。
75.软件开发平台采用macs6系列软件平台，根据对于燃烧控制子系统中的设备及控
制对象的分析，设计整个程序的主要通用的功能单元，其包括开关功能块、电机功能模块、阀门功能模块，以及炉排运动功能模块。其中，通用功能块相对于硬件是独立的，可以独立进行调试和安装，对于不同项目可进行直接进行引用。
76.给料控制器、焚烧炉排控制器基于模型简易的模型控制器进行控制，通过建立燃烧控制子系统的多变量模型，实现对于垃圾料层的控制，在此基础进行负荷及氧量的控制。
77.本实用新型所提供的炉排控制系统，针对大型炉排的特点，设计了专门的测控设备，基于测量结果来控制给料小车的位置，形成了闭环的控制，以使得下料均匀并能防止偏料，同时设计了专门的燃烧控制子系统，适应于大型炉排的燃烧控制要求。
78.尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本实用新型的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本实用新型的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本实用新型的范围之内。
79.在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
80.类似地，应当理解，为了精简本实用新型并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本实用新型的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其实用新型点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。
81.本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
82.此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
83.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。