基于HLC的高溫空氣發(fā)生器控制方案 - 全文

　　1 簡(jiǎn)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(duì)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。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(duì)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(gè)，呈左右對(duì)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(shí)，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^(guò)蓄熱室時(shí)，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(shí)，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(guò)一段時(shí)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(guò)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。

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　　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(dòng)氣缸驅(qū)動(dòng)，由壓縮空氣推動(dòng)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(shí)，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(dòng)時(shí)，四通閥在1-1位置時(shí)，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(shí)另一側(cè)點(diǎn)火燃燒;因此，設(shè)計(jì)燃料閥供氣時(shí)間為28s，四通閥的切換時(shí)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(kāi)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(kāi)始燃燒，并重復(fù)上述過(guò)程，四通閥和燃料閥切換工作時(shí)序如圖2所示。

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　　3.2 PLC的選擇

　　由于四通閥的切換控制是一個(gè)小型的邏輯控制系統(tǒng)，沒(méi)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(hào)編制的四通閥切換控制梯形圖如圖4所示。

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　　3.3 工作過(guò)程

　　當(dāng)起動(dòng)開(kāi)關(guān)合上時(shí)，X400接點(diǎn)接通，Y430線圈得電，電磁閥S1打開(kāi)，四通閥切換至1-1位置;Y431線圈得電，電磁閥S2，S4打開(kāi)，高溫空氣發(fā)生器A側(cè)點(diǎn)火燃燒。與此同時(shí)，Y431常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，T552開(kāi)始計(jì)時(shí)，28s后T552常閉觸點(diǎn)打開(kāi)，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(kāi)，T550常閉觸點(diǎn)打開(kāi)，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(kāi)觸點(diǎn)閉合，Y432線圈接通，電磁閥S3，S5打開(kāi)，B側(cè)點(diǎn)火燃燒;同時(shí)Y432常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，巧52開(kāi)始計(jì)時(shí)，28s后T552常閉觸點(diǎn)打開(kāi)，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(gè)循環(huán)過(guò)程，并周而復(fù)始地重復(fù)上述過(guò)程。其控制命令程序如表1所示。

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　　如果發(fā)生A、B兩側(cè)同時(shí)點(diǎn)火，這時(shí)Y433線團(tuán)接通，產(chǎn)生報(bào)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(duì)高溫空氣發(fā)生器檢測(cè)、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(jì)算機(jī)控制。