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1、簡介 生物質(zhì)高溫空氣氣化技術(shù)是燃料利用和能源供應(yīng)領(lǐng)域內(nèi)的一項高新技術(shù)，對提高資源利用率、緩解能源危機和改善環(huán)境質(zhì)量具有重要意義。生物質(zhì)高溫空氣氣化系統(tǒng)主要由高溫空氣預(yù)熱器、卵石床氣化器、余熱鍋爐、氣體濕式凈化裝置、汽輪機等動力供應(yīng)裝置及空氣壓縮機等輔助裝置組成。高溫低氧彌散燃燒為核心技術(shù)的高溫空氣發(fā)生器是生物質(zhì)高溫空氣氣化技術(shù)研究實驗研究系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一，其主要功能是產(chǎn)生溫度為800-1500℃的空氣。四通閥的周期切換是高溫空氣發(fā)生器正常工作的關(guān)鍵，本文介紹采用可編程序控制器（HLC）實現(xiàn)四通閥周期切換的控制方案。 2、高溫空氣發(fā)生器的組成及工作原理 高溫空氣發(fā)生器是獲得高溫空氣的關(guān)鍵設(shè)備，其關(guān)鍵技術(shù)在于采用了一對蜂窩陶瓷蓄熱體，該蓄熱體具有比表面積大、傳熱性能好、阻力小、能實現(xiàn)極限余熱回收等特點，是一種緊湊的高效換熱器。高溫空氣發(fā)生器主要由燃燒室、燃燒器、蓄熱室、四通閥、鼓風(fēng)機及排煙機組成，其中燃燒室、燃燒器、蓄熱室各兩個，呈左右對稱布置。高溫空氣發(fā)生器工作原理如圖1所示。 高溫空氣發(fā)生器工作時，燃料在A側(cè)燃燒室內(nèi)燃燒，產(chǎn)生1300℃左右的高溫?zé)煔猓邷責(zé)煔馔ㄟ^蓄熱室時，與蜂窩陶瓷蓄熱體進行熱交換，蓄熱體被加熱，煙氣則冷卻到120℃左右經(jīng)四通閥排人大氣中；與此同時，常溫空氣經(jīng)四通閥后進入B側(cè)的蓄熱室，吸收蓄熱室內(nèi)高溫蓄熱體中的熱量，迅速升溫到1000℃以上，加熱后的高溫空氣分成兩部分，其中大部分輸入到卵石床氣化器中作氣化劑，另一部分用于A側(cè)燃燒室燃氣的燃燒。經(jīng)過一段時間后進行切換，B側(cè)燃燒，A側(cè)產(chǎn)生高溫空氣，切換周期為15～30s。通過這種交替運行方式，實現(xiàn)極限余熱回收和燃燒空氣的高溫預(yù)熱。 圖1 高溫空氣發(fā)生器流程圖 3、控制方案 四通閥的周期切換是高溫空氣發(fā)生器正常工作的關(guān)鍵，四通閥的切換采用齒輪齒條擺動氣缸驅(qū)動，由壓縮空氣推動氣缸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，使四通閥在1-1，2-2位置之間進行切換，壓縮空氣則由電磁閥S1進行控制；A，B兩側(cè)燒嘴燃氣和空氣由電磁閥S2－S5進行控制，其控制系統(tǒng)如圖1所示。 3.1 控制要求 根據(jù)工藝要求，四通閥切換的同時，要求A，B兩側(cè)的燒嘴燃氣和空氣同步切換，當系統(tǒng)啟動時，四通閥在1-1位置時，A側(cè)燃燒，B側(cè)產(chǎn)生高溫空氣；為了保證高溫空氣清潔，盡可以能減少空氣中含煙量，燃氣閥應(yīng)先關(guān)閉，四通閥切換的同時另一側(cè)點火燃燒；因此，設(shè)計燃料閥供氣時間為28s，四通閥的切換時間為30s。A側(cè)燒嘴28s后關(guān)閉，2s后四通閥切換到2-2位置，B側(cè)開始燃燒，A側(cè)產(chǎn)生高溫空氣；B側(cè)燒嘴28s后關(guān)閉，2s后四通閥切換到1-1位置，A側(cè)開始燃燒，并重復(fù)上述過程，四通閥和燃料閥切換工作時序如圖2所示。 圖2 四通閥和燃料閥工作時序圖 3.2 PLC的選擇 由于四通閥的切換控制是一個小型的邏輯控制系統(tǒng)，沒有特殊的要求，因此選用一般小型PLC就可滿足控制要求，其控制接線如圖3所示。根據(jù)控制功能要求和I／0端子編號編制的四通閥切換控制梯形圖如圖4所示。 圖3 控制系統(tǒng)接線圖 圖4 四通閥和燃料閥切換梯形圖 3.3 工作過程 當起動開關(guān)合上時，X400接點接通，Y430線圈得電，電磁閥S1打開，四通閥切換至1-1位置；Y431線圈得電，電磁閥S2，S4打開，高溫空氣發(fā)生器A側(cè)點火燃燒。與此同時，Y431常開觸點閉合，T552開始計時，28s后T552常閉觸點打開，Y431線圈失電，電磁閥S2，S4關(guān)閉，A側(cè)停止燃燒。30s后，T551的常閉觸點打開，T550常閉觸點打開，線圈Y430失電，電磁閥S1關(guān)閉，四通閥切換至2-2位置；Y430常開觸點閉合，Y432線圈接通，電磁閥S3，S5打開，B側(cè)點火燃燒；同時Y432常開觸點閉合，巧52開始計時，28s后T552常閉觸點打開，Y432線圈失電，電磁閥S3，S5關(guān)閉，B側(cè)停止燃燒。30s后完成一個循環(huán)過程，并周而復(fù)始地重復(fù)上述過程。其控制命令程序如表1所示。 表1 控制命令程序表 如果發(fā)生A、B兩側(cè)同時點火，這時Y433線團接通，產(chǎn)生報警，作緊急處理。 4、結(jié)論 該實驗系統(tǒng)已進行了冷態(tài)實驗，運行結(jié)果表明，四通閥和燃料閥的切換控制能按工藝要求進行，系統(tǒng)運行正常。隨著研究工作的進一步深入，對高溫空氣發(fā)生器檢測、控制的研究將更加深入和完善，并最終實現(xiàn)高溫空氣發(fā)生器的計算機控制。 |
