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1、簡介 生物質高溫空氣氣化技術是燃料利用和能源供應領域內的一項高新技術，對提高資源利用率、緩解能源危機和改善環境質量具有重要意義。生物質高溫空氣氣化系統主要由高溫空氣預熱器、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的高溫空氣發生器是生物質高溫空氣氣化技術研究實驗研究系統的關鍵部件之一，其主要功能是產生溫度為800-1500℃的空氣。四通閥的周期切換是高溫空氣發生器正常工作的關鍵，本文介紹采用可編程序控制器（HLC）實現四通閥周期切換的控制方案。 2、高溫空氣發生器的組成及工作原理 高溫空氣發生器是獲得高溫空氣的關鍵設備，其關鍵技術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。高溫空氣發生器主要由燃燒室、燃燒器、蓄熱室、四通閥、鼓風機及排煙機組成，其中燃燒室、燃燒器、蓄熱室各兩個，呈左右對稱布置。高溫空氣發生器工作原理如圖1所示。 高溫空氣發生器工作時，燃料在A側燃燒室內燃燒，產生1300℃左右的高溫煙氣，高溫煙氣通過蓄熱室時，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℃左右經四通閥排人大氣中；與此同時，常溫空氣經四通閥后進入B側的蓄熱室，吸收蓄熱室內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側燃燒室燃氣的燃燒。經過一段時間后進行切換，B側燃燒，A側產生高溫空氣，切換周期為15～30s。通過這種交替運行方式，實現極限余熱回收和燃燒空氣的高溫預熱。 圖1 高溫空氣發生器流程圖 3、控制方案 四通閥的周期切換是高溫空氣發生器正常工作的關鍵，四通閥的切換采用齒輪齒條擺動氣缸驅動，由壓縮空氣推動氣缸產生旋轉力矩，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兩側燒嘴燃氣和空氣由電磁閥S2－S5進行控制，其控制系統如圖1所示。 3.1 控制要求 根據工藝要求，四通閥切換的同時，要求A，B兩側的燒嘴燃氣和空氣同步切換，當系統啟動時，四通閥在1-1位置時，A側燃燒，B側產生高溫空氣；為了保證高溫空氣清潔，盡可以能減少空氣中含煙量，燃氣閥應先關閉，四通閥切換的同時另一側點火燃燒；因此，設計燃料閥供氣時間為28s，四通閥的切換時間為30s。A側燒嘴28s后關閉，2s后四通閥切換到2-2位置，B側開始燃燒，A側產生高溫空氣；B側燒嘴28s后關閉，2s后四通閥切換到1-1位置，A側開始燃燒，并重復上述過程，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，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，高溫空氣發生器A側點火燃燒。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關閉，A側停止燃燒。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關閉，B側停止燃燒。30s后完成一個循環過程，并周而復始地重復上述過程。其控制命令程序如表1所示。 表1 控制命令程序表 如果發生A、B兩側同時點火，這時Y433線團接通，產生報警，作緊急處理。 4、結論 該實驗系統已進行了冷態實驗，運行結果表明，四通閥和燃料閥的切換控制能按工藝要求進行，系統運行正常。隨著研究工作的進一步深入，對高溫空氣發生器檢測、控制的研究將更加深入和完善，并最終實現高溫空氣發生器的計算機控制。 |
