一种秸秆热解气化自动控制方法及装置与流程

本发明涉及自动控制技术领域，具体而言，涉及一种秸秆热解气化自动控制方法及装置。

背景技术：

地球上每年有大量的秸秆类、木本类等生物质产生，大都没有得到很好的利用，每年的粮食收割季节都有随意焚烧秸秆的现象发生，对大气环境造成了很大的污染。另一方面又有大量的燃煤锅炉在烧煤，排放的烟气往往达不到要求，会污染大气，加剧雾霾的严重程度。如果能将大量的秸秆充分利用起来用于能源来部分代替燃煤，这样既可以减少秸秆的随意焚烧又能减少煤炭的使用量，实现秸秆的变废为宝和促进大气环境的改善。

现在人们日常的生活用电大多靠火力发电，对能源的消耗不言自明。为了解决能源问题，人们已经研制出多种对秸秆、树叶等生物质进行热解气化的技术方案及设备，生成可燃气体，并广泛应用于农村代替秸秆焚烧用来煮饭、取暖等，不仅提高了效能而且大大减少了烟气的排放。如果能够运用以上技术将生活垃圾热解气化生成可燃气体，利用这些可燃气体进行发电，不仅能够解决生活垃圾的处理问题，还能为人们的日常生活提供电能，将为生活垃圾的处理带来革命性的影响，并能在一定程度上解决能源匮乏的问题。

现有的把秸秆变成能源的技术和设备有很多，其中通过热解气化的方式将秸秆制成可燃气体，制成的可燃气体可以用于发电使用，可以用于锅炉使用，也可以通过管道输送到农村居民用户作为取暖和做饭使用，用途广泛。

农作物秸秆作为生物质能资源的主要来源之一，也是世界上最为丰富的物质之一。作为一个农业大国，目前中国的秸秆回收利用率较低，造成极大的资源浪费和环境污染，探索更加方便有效的作物秸秆利用技术，是当前的迫切要求。虽然热解气化的技术较为成熟但是效率不高，人工成本和操作难度较大，不能满足当前的需求。减少人工成本和操作难度，是目前急需解决的技术难题。

技术实现要素：

本发明为了解决上述现有技术存在的问题，提供一种秸秆热解气化自动控制方法，应用于秸秆热解气化设备，所述秸秆热解气化设备包括上料系统，所述秸秆热解气化自动控制方法包括：

在所述秸秆热解气化设备上电后，依次执行点火步骤、炉膛升温步骤；

获取炉膛温度；

当所述炉膛温度首次达到预设给料温度区间时，执行自动给料步骤，以启动所述上料系统，并控制给料速度，使反应釜的排渣口排出的碳渣维持系统热平衡。

可选地，在所述执行自动给料步骤之后，还包括：

每隔第一预设时间间隔检测所述反应釜出口处的氧含量；

当第一预设次数检测到的所述反应釜出口处的氧含量均小于或等于第一氧含量时，执行燃气净化步骤，以开启间冷换热系统、喷淋冷却净化系统、打开增压风机后的放散管阀门，关闭所述增压风机后的管道送气阀门、启动所述增压风机、燃气引风机、燃气旋风除尘器排灰电机，关闭所述反应釜出口放散管阀门；

每隔第二预设时间间隔检测所述增压风机后管道内的氧含量；

当第二预设次数检测到的所述增压风机后管道内的氧含量均小于或等于第二氧含量时，调节燃气温度至第一预设温度，开启电捕焦油器。

可选地，在所述调节燃气温度至第一预设温度，开启电捕焦油器之后，还包括：

执行送气步骤，以打开双膜储气柜前的放散管阀门，关闭所述双膜储气柜前的管道进气口阀门，关闭所述增压风机后的放散管阀门，打开所述增压风机后的管道送气口阀门。

可选地，在所述执行送气步骤之后，还包括：

每隔第三预设时间间隔检测所述双膜储气柜前管道内的氧含量；

当第三预设次数检测到的所述双膜储气柜前管道内的氧含量均小于或等于第三氧含量时，执行储气步骤，以关闭所述双膜储气柜前的放散管阀门，打开所述双膜储气柜前的管道进气阀门。

可选地，在所述执行储气步骤之后，还包括：

检测所述双膜储气柜内的气体成分和储气量；

当所述双膜储气柜内的气体成分满足预设成分要求，且所述储气量大于预设储气量，则打开所述双膜储气柜至燃气发电机的管路阀门，以供燃气发电机发电。

可选地，在所述点火步骤之前，还包括：

启动所述上料系统；

当检测到料塞形成时，停止所述上料系统。

可选地，当检测到停车指令时，依次执行停止给料步骤、停止发电步骤、停止送气步骤、关闭燃气净化系统步骤。

可选地，所述关闭燃气净化系统步骤包括：

依次关闭电捕焦油器、喷淋冷却净化系统及间冷换热系统，打开反应釜出口放散管阀门，再依次关闭燃气旋风除尘器排灰电机、燃气引风机、增压风机。

可选地，在所述关闭燃气净化系统步骤之后，还包括：

当检测到所述反应釜内热解气化完成、无料渣排出时，关闭助燃风机、链排驱动电机、链排出渣机、灰渣打包系统；

当所述炉膛温度小于第二预设温度时，关闭反应釜主传动电机、烟气风机和烟气旋风除尘器。

可选地，自动控制装置包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现秸秆热解气化自动控制方法。

本发明创造与现有技术相比，具有如下优点：

本发明通过将该自动控制方法应用于秸秆热解气化设备中，使秸秆热解气化设备能够完成设备的自动启动、自动停止和生产自动控制，减少了人工成本和操作难度。

附图说明

图1为本发明实施例的秸秆热解气化自动控制方法的流程图一；

图2为本发明实施例的秸秆热解气化自动控制方法的流程图二；

图3为本发明实施例的秸秆热解气化自动控制方法的流程图三；

图4为秸秆热解气化设备的工艺流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

首先对本发明中的秸秆热解气化设备进行介绍。

如图4，秸秆热解气化设备包括：液压进料系统、鸟嘴上料系统、给料皮带、破碎机、烟气风机、烟气旋风除尘器、反应釜、放散管、排渣口、炉膛、链排炉、助燃风机、反应釜主传动电机、链排驱动电机、链排出渣机、灰渣打包系统、增压风机、燃气引风机、燃气旋风除尘器、排灰电机、电捕焦油器、双膜储气柜、放散管阀门、换热器、喷淋冷却净化系统和间冷换热系统、燃气发电机。

其中，液压进料系统、鸟嘴上料系统、给料皮带属于秸秆热解气化设备的上料系统。在破碎机将整包大的秸秆破碎成小块的秸秆碎料后，上料系统将秸秆碎料送进反应釜，并且通过液压进料系统在反应釜入口处形成紧密料封，防止空气进入反应釜，降低反应釜内氧含量，使秸秆进行氧化、还原反应，产生热值合格的燃气。

其中，炉膛和链排炉用于燃烧引燃剂和反应后的秸秆渣，给反应釜加热，为反应釜内的秸秆热解气化提供热量。反应釜是秸秆热解气化的核心设备，内设有扬料板，通过电机带动反应釜正转旋转可以使秸秆在反应釜内不断螺旋前进，并且持续热解产生燃气，反应釜后部开设卸料口，只有在反应釜反转时卸料口才会打开，使料渣掉落在链排炉上。链排炉也能不断转动，能将燃烧的料渣不断向前输送，从而使整个反应釜均匀受热并将燃烧后的灰料移送到出渣机上。

其中，链排出渣机、灰渣打包系统，用于将链排炉上燃烧后得到的灰渣打包，作为碳基肥料存储。

其中，燃气冷却净化系统，包括燃气旋风除尘器、换热器、喷淋系统、电捕焦油系统。该系统用于将产生的燃气里的灰尘、杂质除掉。

其中，双膜储气柜和增压风机，设备反应釜产生的气体为微正压，双膜储气罐的进气压力需要大于9000pa，所以需要增压风机将燃气压力增大，使燃气顺利进入双膜储气柜。

其中，燃气发电机，使用双模储气罐内的合格燃气进行发电并网。

进一步地，为实现秸秆热解气化设备的自动控制，秸秆热解气化设备还包括主控制模块、传动控制模块和操作系统。主控制模块包括plc控制单元，通过采集各种传感器信号，基于预设程序，进行逻辑运算处理，生成控制指令，输出到秸秆热解气化设备中相应的执行机构，进而实现本发明秸秆热解气化自动控制方法。

其中，主控制模块还可包括通讯单元、数字量输入单元、数字量输出单元、模拟量输入单元、模拟量输出单元、断路器、电源、中间继电器和接线端子。通讯单元可选为modbus通讯模板。

其中，传动控制模块可包括变频器、断路器、电机启动器、接触器、热继电器和接线端子。变频器可与plc控制单元进行网络通讯，实现电机的实时变频调速，并能把电机的实际运行情况(实际运电流、转矩等)反馈给plc控制单元，在操作系统的操作画面上显示。

操作系统包括按钮、指示灯和操作画面。操作画面可用于显示温度、压力、阀门、电机转速在内的设备运行状态参数，也可供操作者根据设备运行情况对电机和风机的启动停止、阀门开口度和变频电机的速度进行设定和控制。如果秸秆热解气化设备出现电机电流过大、温度过高或者过低、压力过高或者过低等异常状况时，操作系统可以做出相应的报警。另外，操作系统具备设备关键数据记录和导出功能，方便工作人员对设备状态进行监控，优化工艺参数。

本发明提出一种秸秆热解气化自动控制方法。图1为本发明秸秆热解气化自动控制方法流程图。

如图1，应用于秸秆热解气化设备，秸秆热解气化设备包括上料系统，秸秆热解气化自动控制方法包括：

在秸秆热解气化设备上电后，依次执行点火步骤、炉膛升温步骤，其中，点火步骤包括：按顺序开启厂房屋顶烟气风机，开启烟气旋风除尘器，打开反应釜出口放散管，在链排炉上加燃料，开启链排炉助燃风机，开启反应釜主传动电机，点燃链排炉上的燃料；炉膛升温步骤包括：自动控制助燃风机转速，使炉膛温度上升，点动链排炉电机，防止灰料堆积。

在执行点火步骤、炉膛升温步骤的同时或之后，获取炉膛温度；当炉膛温度首次达到预设给料温度区间时，执行自动给料步骤，以启动上料系统，并控制给料速度，使反应釜的排渣口排出的碳渣维持系统热平衡。其中，系统热平衡表示为反应釜内热解气消耗热的速度与碳渣燃烧产热的速度达到平衡。预设给料温度区间可选为200至300摄氏度。

其中，启动上料系统具体包括：依次启动液压进料系统、鸟嘴上料系统、给料皮带和破碎机。

在反应釜的排渣口排出的碳渣维持系统热平衡时，正常开启链排驱动电机、链排出渣机和灰渣打包系统。

参阅图2，在执行自动给料步骤之后，还包括：

每隔第一预设时间间隔检测反应釜出口处的氧含量，其中，可在反应釜出口放散管处采集气体用于检测氧含量，第一预设时间间隔可选为30分钟；

当第一预设次数检测到的反应釜出口处的氧含量均小于或等于第一氧含量时，说明秸秆热解气化设备基本进入正常状态，燃气质量合格，此时执行燃气净化步骤，以开启间冷换热系统、喷淋冷却净化系统、打开增压风机后的放散管阀门，关闭增压风机后的管道送气阀门、启动增压风机、燃气引风机、燃气旋风除尘器排灰电机，关闭反应釜出口放散管阀门，其中，第一预设次数可选为大于或等于3次，第一氧含量可选为1％，第一预设次数检测到的反应釜出口处的氧含量均小于或等于第一氧含量可实施为氧含量小于或等于1％且至少3次以上；

每隔第二预设时间间隔检测增压风机后管道内的氧含量，其中，第二预设时间间隔可选为30分钟；

当第二预设次数检测到的增压风机后管道内的氧含量均小于或等于第二氧含量时，调节燃气温度至第一预设温度，开启电捕焦油器，其中，第二预设次数可选为大于或等于3次，第二氧含量可选为1％，第一预设温度可选为90摄氏度，第二预设次数检测到的增压风机后管道内的氧含量均小于或等于第二氧含量可实施为燃气中的氧含量小于或等于1％且至少3次以上。

在所述调节燃气温度至第一预设温度，开启电捕焦油器之后，还包括：执行送气步骤，以打开双膜储气柜前的放散管阀门，关闭双膜储气柜前的管道进气口阀门，关闭增压风机后的放散管阀门，打开增压风机后的管道送气口阀门。

在所述执行送气步骤之后，还包括：每隔第三预设时间间隔检测双膜储气柜前管道内的氧含量，其中，第三预设时间间隔可选为30分钟，可在双膜储气柜前的放散管处采集气体用于检测氧含量；当第三预设次数检测到的双膜储气柜前管道内的氧含量均小于或等于第三氧含量时，执行储气步骤，以关闭双膜储气柜前的放散管阀门，打开双膜储气柜前的管道进气阀门。其中，第三氧含量可选为1％，第三预设次数可选为大于或等于3次，第三预设次数检测到的双膜储气柜前管道内的氧含量均小于或等于第三氧含量可实施为燃气中的氧含量小于或等于1％且至少3次以上。

在执行储气步骤之后，还包括：检测双膜储气柜内的气体成分和储气量；当双膜储气柜内的气体成分满足预设成分要求，且储气量大于预设储气量，则打开双膜储气柜至燃气发电机的管路阀门，以供燃气发电机发电。

在点火步骤之前，还包括：启动上料系统；当检测到料塞形成时，停止上料系统，并进行点火步骤。

参阅图3，本发明秸秆热解气化自动控制方法还包括：当检测到停车指令时，依次执行停止给料步骤、停止发电步骤、停止送气步骤、关闭燃气净化系统步骤。

其中，停止给料步骤包括：停止叉车投料，按顺序停止破碎机、给料皮带、鸟嘴上料系统、液压进料系统。

停止发电步骤包括：随着给料的停止，设备产气量逐渐减少，储气量降低，发电机自动降低功率直到停止发电。

停止送气步骤包括：打开双膜储气柜前的放散管阀门，关闭此处管道的进气口阀门；打开增压风机后的放散管阀门，关闭此处管道的送气口阀门。

关闭燃气净化系统步骤包括：依次关闭电捕焦油器、喷淋冷却净化系统及间冷换热系统，打开反应釜出口放散管阀门，再依次关闭燃气旋风除尘器排灰电机、燃气引风机、增压风机。

在关闭燃气净化系统步骤之后，还包括：当检测到所述反应釜内热解气化完成、无料渣排出时，关闭助燃风机、链排驱动电机、链排出渣机、灰渣打包系统；当炉膛温度小于第二预设温度时，关闭反应釜主传动电机、烟气风机和烟气旋风除尘器。其中，第二预设温度可选为100℃。

本发明采用新开发的秸秆热解气化技术，能将秸秆同时制备气、固、热三种产品并分别利用：产出的混合气体，经过净化系统得到洁净可燃气体，可供燃气内燃机组发电，也可直接供当地村镇居民生活燃气；产出的生物质炭，可用于进一步加工生产活性炭或机制炭，同时生物质炭富含作物生长的必需营养元素，对水和肥有长效缓释作用，对重金属污染、退化的土壤具有改良、修复作用，可以制成炭基复混肥；生物质气化过程中产生的热解气化热和发电过程中产生的尾气热量可用于采暖供热，同时也可供给气化系统原料干燥用，废弃的农作物秸秆和林产品废弃物得到了很好的综合利用，创造了很好的利用价值。

本发明的秸秆热解气化设备能在生产运行过程中完成设备的自动启动、停止、稳定产气、故障报警、压力控制、温度控制、生产参数报表输出等功能，满足设备使用需求。

本发明还提出一种秸秆热解气化自动控制装置。一实施例中，秸秆热解气化自动控制装置包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如上所述的秸秆热解气化自动控制方法，秸秆热解气化自动控制方法的具体内容如上文所示，此处不赘述。

虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。