摘要: 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(xiàng)高新技術(shù),對提高資源利用率、緩解能源危機(jī)和改善環(huán)境質(zhì)量具有重要意義。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(shí)現(xiàn)四通閥周期切換的控制方案。
關(guān)鍵詞: 生物質(zhì)氣化 空氣發(fā)生器 PLC 四通閥
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(xiàng)高新技術(shù),對提高資源利用率、緩解能源危機(jī)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(jī)等動力供應(yīng)裝置及空氣壓縮機(jī)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(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)現(xiàn)極限余熱回收等特點(diǎn),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(jī)及排煙機(jī)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?,高溫?zé)煔馔ㄟ^蓄熱室時,與蜂窩陶瓷蓄熱體進(jìn)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(jìn)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?xì)獾娜紵=?jīng)過一段時間后進(jìn)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(yùn)行方式,實(shí)現(xiàn)極限余熱回收和燃燒空氣的高溫預(yù)熱。
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(jìn)行切換,壓縮空氣則由電磁閥S1進(jìn)行控制;A,B兩側(cè)燒嘴燃?xì)夂涂諝庥呻姶砰yS2-S5進(jìn)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?xì)夂涂諝馔角袚Q,當(dāng)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?xì)忾y應(yīng)先關(guān)閉,四通閥切換的同時另一側(cè)點(diǎn)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。
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。
3.3 工作過程
當(dāng)起動開關(guān)合上時,X400接點(diǎn)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(diǎn)火燃燒。與此同時,Y431常開觸點(diǎn)閉合,T552開始計時,28s后T552常閉觸點(diǎn)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(diǎn)打開,T550常閉觸點(diǎn)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(diǎn)閉合,Y432線圈接通,電磁閥S3,S5打開,B側(cè)點(diǎn)火燃燒;同時Y432常開觸點(diǎn)閉合,巧52開始計時,28s后T552常閉觸點(diǎn)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。
如果發(fā)生A、B兩側(cè)同時點(diǎn)火,這時Y433線團(tuán)接通,產(chǎn)生報警,作緊急處理。
4 結(jié)論
該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)已進(jìn)行了冷態(tài)實(shí)驗(yàn),運(yùn)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(jìn)行,系統(tǒng)運(yùn)行正常。隨著研究工作的進(jìn)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(shí)現(xiàn)高溫空氣發(fā)生器的計算機(jī)控制。