一种生物质气化炉温度控制系统
阅读说明：本技术 一种生物质气化炉温度控制系统 (Temperature control system of biomass gasification furnace ) 是由 郭兴奎 杨林 庞景文 何玺 肖炀 于 2021-02-03 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种生物质气化炉温度控制系统,属于自动化控制技术领域。用于解决生物质气化炉的温度控制较为复杂、温度响应较慢、难以做到精准控制的问题。本方法通过采集生物质气化炉不同反应区的温度及其变化率来实现气化炉温度的精准控制,并可通过HMI界面进行人工选择和调节,结构简单,具有灵活、快速、可靠、经济、自动化程度高的特点。(The invention provides a temperature control system of a biomass gasification furnace, belonging to the technical field of automatic control. The biomass gasification furnace temperature control device is used for solving the problems that the temperature control of the biomass gasification furnace is complex, the temperature response is slow, and the accurate control is difficult to achieve. The method realizes the accurate control of the temperature of the biomass gasification furnace by collecting the temperatures of different reaction areas of the biomass gasification furnace and the change rate of the temperatures, can perform manual selection and adjustment through an HMI interface, has a simple structure, and has the characteristics of flexibility, rapidness, reliability, economy and high degree of automation.)
技术领域
本发明涉及自动化控制技术领域，具体地说是一种生物质气化炉温度控制系统。
背景技术
在化石燃料日益枯竭的今天，清洁环保、价格低廉的可再生能源是我们寻求的一个重要方向。生物质气化技术可以满足我们这方面的需求，木质生物质原料在气化炉中借助于空气、水蒸气的作用，使生物质的高聚物发生热解、氧化、还原反应，最终转化为主要含量为一氧化碳、甲烷和氢气的混合气体。
生物质气化炉中各反应区的温度对最终产生的生物质混合气体的产气量及热值起着决定性作用。现有技术中对生物质气化炉的温度控制较为复杂，且温度响应较慢、难以做到精准控制。为了解决上述技术问题，寻找一种新型的生物质气化炉温度控制方法成为本领域技术人员所研究的重要课题。
发明内容
本发明的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种结构简单、响应迅速、精度高的生物质气化炉温度控制系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
以固定上吸式气化炉为例，在气化炉的氧化区、还原区、热分解区各安装一个热电偶，在炉底空气入口处配置变频鼓风机,热电偶所采集到的温度检测值通过PLC的温度模块传输到PLC控制器。当3个反应区的任意2个检测温度高于设定值时，降低鼓风机频率；当3个反应区的任意2个检测温度低于设定值时，增大鼓风机频率。检测温度与设定温度的差值愈大则频率变化的步长愈大，反之愈小。本系统可通过HMI显示并控制，通过以太网通讯方式与PLC控制器通讯，可显示实时温度及温度曲线，可选择手动控制或自动控制，可对设定温度进行修改。
一种生物质气化炉温度控制系统，在气化炉的氧化区、还原区、热分解区各安装一个热电偶，在炉底空气入口处配置变频鼓风机。热电偶所采集到的温度检测值通过PLC的温度模块传输到PLC控制器。PLC控制器将通过HMI传递过来的温度设置参数和热电偶检测到的温度值进行逻辑控制。
HMI内含的功能包括故障报警信息、实时温度曲线、历史温度曲线、鼓风机运行频率等；HMI另外一个功能是参数设置功能，用于手动/自动选择、设定温度、上限温度、运行频率的设置及报警复位等。
进一步，当实时检测温度T1、T2、T3中有任意一个高于其上限值T1max、T2max、T3max时，PLC控制器降低频率输出；当实时检测温度T1、T2、T3中有任意2个高于其设定值T1N、T2N、T3N时，PLC控制器降低频率输出；当实时检测温度T1、T2、T3中有任意2个低于其设定值T1N、T2N、T3N时，PLC控制器增大频率输出。
进一步，因氧化区最靠近空气入口，其温度变化受鼓风机频率变化影响最灵敏，本系统取T1的变化量作为频率变化步长的参考值，即：T1与T1N的差值愈大则频率变化的步长愈大，T1与T1N的差值愈小则频率变化的步长愈小。如此循环，气化炉温度将逐渐控制到设定温度。
其中：T1、T2、T3分别为氧化区的热电偶101、还原区的热电偶102、热分解区的热电偶103所测的实时温度；
进一步，T1N、T2N、T3N分别氧化区、还原区、热分解区的设定温度，此3者通过大量试验结果来确定，为生物质气化最大产气量与最高热值的最优解，此3者可通过HMI进行修改，以满足不同生物质燃料的需求；
T1max、T2max、T3max分别氧化区、还原区、热分解区的上限温度，此3者通过大量试验结果来确定，为生物质气化正常反应条件下的温度最大值，此3者可通过HMI进行修改，以满足不同生物质燃料的需求。
附图说明
图1是本发明气化炉结构指示图；
图2是本发明控制系统控制流程图。
具体实施方式
结合附图对本发明的实施例进行说明。
一种生物质气化炉温度控制系统,本控制系统组成包括：HMI显示、PLC控制器、温度检测、温度模块、输出模块、报警输出、空气风机；
HMI显示是指人机接口，一般为触摸屏或工控机，通过以太网通讯方式与PLC控制器通讯；
PLC控制器是指PLC的CPU，是整个控制系统的大脑。一方面与HMI通讯，传递设备的工作状态和相关参数设置，另一方面处理温度模块采集过来的输入信号逻辑运算后控制输出模块输出控制信号；
温度检测是图1所示分别安装在氧化区的热电偶101、还原区的热电偶102、热分解区的热电偶103，，与温度模块相连，主要用于气化炉温度的测量并将信号传递给温度模块；
温度模块是PLC设备的组成部分，主要用于检测气化炉的温度信号并传递给PLC控制器；
报警输出是指指示灯和蜂鸣器，与输出模块相连，主要是执行输出模块的输出命令，用于气化炉故障报警信息的显示和提示；
输出模块是PLC设备的组成部分，与鼓风机的变频器相连，可根据输出指令调节鼓风机的输入频率，通过调整供氧量来控制气化炉的温度；
空气风机是图1所示变频鼓风机104，与输出模块相连，执行输出模块的输出指令。
如图2所示：
T1、T2、T3分别为氧化区的热电偶101、还原区的热电偶102、热分解区的热电偶103所测的实时温度；
T1N、T2N、T3N分别氧化区、还原区、热分解区的设定温度，此3者通过大量试验结果来确定，为生物质气化最大产气量与最高热值的最优解，此3者可通过HMI进行修改，以满足不同生物质燃料的需求；
T1max、T2max、T3max分别氧化区、还原区、热分解区的上限温度，此3者通过大量试验结果来确定，为生物质气化正常反应条件下的温度最大值，此3者可通过HMI进行修改，以满足不同生物质燃料的需求。
系统开机后首先进行系统初始化，初始化过程中系统会扫描所有的输入信号并对PLC控制程序进行初始化。然后将设备状态传递给HMI显示装置并将HMI上的设置参数读取用于后面将要进行的逻辑控制。
初始化完成后先给定一个起始频率并进行温度闭环控制，温度闭环控制主要由温度检测热电偶101、102、103和变频鼓风机104完成。PLC控制器将通过HMI传递过来的温度设置参数和热电偶检测到的温度值进行逻辑控制。当实时检测温度T1、T2、T3中有任意一个高于其上限值T1max、T2max、T3max时，PLC控制器降低频率输出；当实时检测温度T1、T2、T3中有任意2个高于其设定值T1N、T2N、T3N时，PLC控制器降低频率输出；当实时检测温度T1、T2、T3中有任意2个低于其设定值T1N、T2N、T3N时，PLC控制器增大频率输出。因氧化区最靠近空气入口，其温度变化受鼓风机频率变化影响最灵敏，本系统取T1的变化量作为频率变化步长的参考值，即T1与T1N的差值愈大则频率变化的步长愈大，T1与T1N的差值愈小则频率变化的步长愈小，反之愈小。如此循环，气化炉温度将逐渐控制到设定温度。
HMI内含的功能包括故障报警信息、实时温度曲线、历史温度曲线、鼓风机运行频率等；HMI另外一个功能是参数设置功能，用于手动/自动选择、设定温度、上限温度、运行频率的设置及报警复位等。
应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制。具体实施方式部分对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
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