专利名称：热膜沼气热风利用控制系统及其运行控制方法
技术领域：
本发明涉及啤酒生产领域，具体涉及一种热膜沼气热风利用控制系统及其运行控制方法。
背景技术：
传统啤酒热膜包装多采用电加热热风的模式，电耗较高。而啤酒生产过程排放的高营养物质经污水厌氧处理后会产生大量的沼气，如果不加以处理直接对大气排放将会比二氧化碳造成的温室效应强5倍以上。众所周知，沼气是一种混合气体，其主要成分是甲烷 (CH4)和二氧化碳(CO2)、以及少量的氢、一氧化碳、硫化氢、氧和氮等气体。由于沼气中的甲烷含量高达60 % — 70 %，且甲烷与空气混合完全燃烧时的火焰呈蓝色，可生成二氧化碳和水蒸气并能释放热量，故沼气可作为清洁材料燃料。因此若能够利用啤酒生产过程所产生的沼气燃烧的热风取代传统啤酒热膜包装中高耗能电加热热风系统，带来吨酒包装节电4 度/吨酒左右将是一个很好的节能减排的项目。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是啤酒热膜包装过程中能耗高、以及啤酒生产过程中沼气排放和利用不合理等不足，提供一种热膜沼气热风利用控制系统及其运行控制方法。为解决上述问题，本发明所设计的一种热膜沼气热风利用控制系统，包括热膜包装机和产生并存储有沼气的厌氧罐，热膜包装机附设有膜加热腔，其不同之处是还包括有燃烧腔、点火器、火焰探测器、沼气管、热风管、沼气主阀、沼气调节阀、沼气排空阀、沼气压力传感器、沼气浓度传感器、循环抽风机、热风温度传感器和可编程逻辑控制器；其中燃烧腔上设有点火口、沼气入口和热风出口，上述燃烧腔的沼气入口通过沼气管与厌氧罐上设有的沼气出口相连通，燃烧腔的热风出口则通过热风管与膜加热腔上设的热风入口相连通；点火器位于燃烧腔的点火口处；火焰探测器与燃烧腔的燃烧火焰位置相对；沼气主阀、 沼气调节阀和沼气排空阀串接在沼气管上；沼气压力传感器和沼气浓度传感器设置在沼气管内；循环抽风机与热膜包装机的膜加热腔相通；热风温度传感器置于膜加热腔内；上述沼气压力传感器、沼气浓度传感器、火焰探测器和热风温度传感器的输出端连接至可编程逻辑控制器的模拟量输入模块上，沼气主阀、沼气调节阀、沼气排空阀、点火器和循环抽风机则连接在可编程逻辑控制器的模拟量输出端上。上述方案中，所述可编程逻辑控制器上最好还接有报警器。上述方案中，所述火焰探测器最好采用紫外火焰探测器。上述方案中，所述热膜包装机的出风口处最好还设有可燃气体传感器，该可燃气体传感器的输出端与可编程逻辑控制器的模拟量输入模块相连。上述方案中，热膜包装机的附近的操作位处最好还设有一氧化碳传感器，该一氧化碳传感器的输出端与可编程逻辑控制器的模拟量输入模块相连。本发明所设计的一种热膜沼气热风利用控制系统的运行控制方法，包括如下步骤①可编程逻辑控制器发出控制信号启动与膜加热腔相通的循环抽风机，当循环抽风机达到设定的运行时间后，启动沼气管管道沼气压力检测和沼气浓度检测；②沼气压力传感器将燃烧腔与厌氧罐之间的沼气管内的沼气压力值返回至可编程逻辑控制器，当可编程逻辑控制器判定返回的沼气压力值满足启动条件时，发出控制信号作为打开沼气管上沼气主阀的条件之一；③沼气浓度传感器将燃烧腔与厌氧罐之间的沼气管内的沼气浓度值返回至可编程逻辑控制器，当可编程逻辑控制器判定返回的沼气浓度值不满足设定的点火条件时，打开沼气管上的沼气排空阀排空、直至沼气浓度传感器检测沼气浓度值满足设定的点火条件时，发出控制信号，如果沼气压力条件也满足时则打开沼气管上的沼气主阀和控制沼气调节阀开度(在燃烧控制期间设定最小开度)，并发出控制信号启动点火器为燃烧腔点火，否则等待；④燃烧腔内的沼气燃烧所产生的热风通过燃烧器与热膜包装机之间的热风管送入热膜包装机的膜加热腔供热膜包装所用；⑤燃烧腔内的沼气在设定的燃烧时间内，火焰探测器实时检测燃烧腔内沼气燃烧的火焰状态，并将其检测结果返回至可编程逻辑控制器，当火焰探测器在设定时间内未检测到有火焰时，可编程逻辑控制器发出控制信号关闭沼气管上的沼气主阀和沼气调节阀， 等待重新点火；当火焰探测器检测到有火焰时，可编程逻辑控制器发出控制信号启动热风温度检测和控制温控回路工作；⑥热风温度传感器将热膜包装机内的热风温度值返回至可编程逻辑控制器，当返回的热风温度值在一定时间内稳定在设定的热风温度内时，热膜包装机开始包装；否则，可编程逻辑控制器发出控制信号控制沼气管上的沼气调节阀减小或加大开度，调整高浓度沼气供给量进行控温。作为改进，上述方案还包括现场热膜机外循环抽风机出口可燃气体检测步骤，即可燃气体传感器将热膜包装机内的可燃气体浓度值返回值可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器判定该可燃气体浓度值超过警戒值时，发出控制信号关闭沼气主阀和沼气调节阀。作为上述方案的进一步改进，上述方案还包括现场操作位一氧化碳检测步骤，即一氧化碳传感器将热膜包装机附近操作岗位处的一氧化碳浓度值返回值可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器判定该一氧化碳浓度值超过警戒值时，发出控制信号关闭沼气主阀和沼气调节阀与现有技术相比，本发明具有如下特点1、将啤酒生产过程中产生的沼气进行回收利用，将沼气燃烧所产生的热风取代热膜包装机内的高能耗电加热热风系统来进行啤酒的塑料热缩膜包装，从而节省了约4度电 /吨酒的电能，减少了生产成本；2、在线配置管道沼气浓度、压力和热风温度检测传感器配合沼气燃烧控制沼气调节阀，以热风温度作为PID主控反馈，辅以沼气浓度和压力作为系统前馈，适时修正燃烧沼气控制阀门开启比例，控制热风温度的相对稳定在260士 10°C，确保热膜包装的质量；3、本发明通过监控燃烧火焰、沼气浓度、热风温度、可燃气体浓度、以及一氧化碳浓度等一系列措施来控制系统特别是沼气主阀和沼气调节阀的工作，使得系统始终工作在安全状态，从而有效地降低沼气在热膜系统中的风险，进而使得沼气热风系统得以在啤酒包装线推广应用的技术保证。
图1为本发明一种热膜沼气热风利用控制系统的结构示意图；图2为本发明一种热膜沼气热风利用控制系统的运行控制方法流程图。附图标记IG、点火器；FD、火焰探测器；VA1、沼气主阀；VT、沼气调节阀；VA2、沼气排空阀；PI、沼气压力传感器；CHI1、沼气浓度传感器；FAN、循环抽风机；Tl、热风温度传感器；CHI2、可燃气体传感器；C0I1、一氧化碳传感器；HL、报警器。
具体实施例方式参见图1，为本发明一种热膜沼气热风利用控制系统，其主要由热膜包装机、产生并存储有沼气的厌氧罐、燃烧腔、点火器IG、火焰探测器FD、沼气管、热风管、沼气主阀VA1、 沼气调节阀VT、沼气排空阀VA2、沼气压力传感器PI、沼气浓度传感器CHI1、循环抽风机 FAN、热风温度传感器TI和可编程逻辑控制器构成。热膜包装机附设有膜加热腔。燃烧腔上设有点火口、沼气入口和热风出口。上述燃烧腔的沼气入口通过沼气管与厌氧罐上设有的沼气出口相连通，燃烧腔的热风出口则通过热风管与膜加热腔上设的热风入口相连通。点火器IG位于燃烧腔的点火口处。火焰探测器FD与燃烧腔的燃烧火焰位置相对。沼气主阀 VA1、沼气调节阀VT和沼气排空阀VA2串接在沼气管上，其中沼气调节阀VT设置在靠近燃烧腔的一侧、沼气排空阀VA2位于靠近厌氧罐的一侧、沼气主阀VAl处于沼气调节阀VT和沼气排空阀VA2之间。沼气压力传感器PI和沼气浓度传感器CHIl设置在沼气主阀VAl和厌氧罐之间的沼气管内。循环抽风机FAN设与热膜包装机的膜加热腔相通。热风温度传感器TI置于热膜包装机的膜加热腔内。上述沼气压力传感器PI、沼气浓度传感器CHI1、火焰探测器FD和热风温度传感器TI的输出端连接至可编程逻辑控制器的模拟量输入模块上。 沼气主阀VA1、沼气调节阀VT、沼气排空阀VA2、点火器IG和循环抽风机FAN则连接在可编程逻辑控制器的模拟量输出端上。为了提醒现场工作人员注意现场工作状态，本发明的可编程逻辑控制器上还连接有报警器HL。在本发明优选实施例中，可编程逻辑控制器上还接有2个报警器HL，这2个报警器HL的其中1个位于燃烧腔与沼气主阀VAl之间，用于监控前端沼气燃烧工作的报警， 另1个则用于监控整个热膜沼气热风利用控制系统工作的报警。本发明的点火器IG可选用目前已知的点火器IG件，而在本发明优选实施例中，所述点火器IG主要由高压点火器IG、高压电缆、导电杆、推进气缸和半导体放电体构成。为了避免燃烧腔意外熄火所导致的沼气浓度超过爆破极限而引起的遇火爆炸或爆燃等现象的发生，上述火焰探测器FD应对准燃烧腔的燃烧火焰中或前部明亮处。如点火器IG为旋流或无焰型烧嘴时，火焰探测器FD的导光管需特别注意导光管所对准之火焰位置。本发明所选用的火焰探测器FD可以为红外火焰探测器FD或紫外火焰探测器FD，考虑到沼气燃烧所产生的火焰呈蓝色，因此在发明优选实施例中，所选用的火焰探测器FD为紫外火焰探测器 FD0为了避免干扰，火焰传感器在与可编程逻辑控制器之间应使用带屏蔽的导线连接，且距离不要过长。
开设在热膜包装机上的热风入口为1个或1个以上，这些热风入口可以位于热膜包装机的顶部和/或侧壁上。循环抽风机FAN则设置在热膜包装机外的顶部用于将热膜包装机内残留的可燃气体排出，以防止热膜包装机内可燃气体浓度处于5% 15%的临界浓度而引发的爆燃或爆炸现象。所选用循环抽风机FAN的抽风效率与设定的循环抽风机FAN 的运行时间的乘积应大于热膜包装机的体积，以保证沼气主阀VAl开启之前、特别是在点火器IG点火之前热膜包装机内几乎无可燃气体存在。本发明配置的管道沼气压力传感器PI，在管道沼气压力低于设定值时报警，低于极限值时熄火停机保护。本发明所配置的沼气浓度传感器CHI1，在系统停机时管道沼气浓度到达临界点报警保护。为了进一步监控现场环境，所述热膜包装机附近还设有可燃气体传感器CHI2和/或一氧化碳传感器COI1。上述可燃气体传感器CHI2位于热膜包装机的出风口处，该可燃气体传感器CHI2的输出端与可编程逻辑控制器的模拟量输入模块相连。可燃气体传感器CHI2可对泄露或逸出的单一或多种可燃气体、特别是对烷烃类气体浓度进行检测。当可燃气体传感器CHI2浓度值超过警戒值时，系统联锁停机熄火保护，即发出控制信号关闭沼气主阀VAl并发出报警。上述一氧化碳传感器COIl位于热膜包装机外的操作岗位附近，该一氧化碳传感器COIl的输出端与可编程逻辑控制器的模拟量输入模块相连。当一氧化碳传感器COIl检测到现场因燃烧不充分造成的一氧化碳浓度超标时，系统联锁停机熄火保护，即发出控制信号关闭沼气主阀VAl并发出报警，以避免生产现场因沼气燃烧不充分造成局部供氧不足，引起现场一氧化碳含量造成人员伤害。上述热膜沼气热风利用控制系统的运行控制方法，如图2所示，包括如下步骤①可编程逻辑控制器发出控制信号启动热膜包装机外的循环抽风机FAN，当循环抽风机FAN达到设定的运行时间后，启动沼气管管道沼气压力检测和沼气浓度检测；②沼气压力传感器PI将燃烧腔与厌氧罐之间的沼气管内的沼气压力值返回至可编程逻辑控制器，当可编程逻辑控制器判定返回的沼气压力值满足启动条件时，发出控制信号作为打开沼气管上沼气主阀VAl的条件之一；③沼气浓度传感器CHIl将燃烧腔与厌氧罐之间的沼气管内的沼气浓度值返回至可编程逻辑控制器，当可编程逻辑控制器判定返回的沼气浓度值不满足设定的点火条件时，打开沼气管上的沼气排空阀VA2排空、直至沼气浓度传感器CHIl检测沼气浓度值满足设定的点火条件时，发出控制信号，如果沼气压力条件也满足时则打开沼气管上的沼气主阀VA1、以及控制沼气调节阀VT15%开度，并发出控制信号启动点火器IG为燃烧腔点火，否则等待；④燃烧腔内的沼气燃烧所产生的热风通过燃烧器与热膜包装机之间的热风管送入热膜包装机供热膜包装所用；⑤燃烧腔内的沼气在燃烧了一分钟后，火焰探测器FD实时检测燃烧腔内沼气燃烧的火焰状态，并将其检测结果返回至可编程逻辑控制器，当火焰探测器FD在一分钟内未检测到有火焰时，可编程逻辑控制器发出控制信号关闭沼气管上的沼气主阀VAl和沼气调节阀VT，等待重新点火；当火焰探测器FD检测到有火焰时，可编程逻辑控制器发出控制信号启动热风温度检测和控制温控回路工作；⑥热风温度传感器TI将热膜包装机内的热风温度值返回至可编程逻辑控制器， 当返回的热风温度值在一定时间内稳定在设定的热风温度内时，热膜包装机开始包装；否则，可编程逻辑控制器发出控制信号控制沼气管上的沼气调节阀VT减小或加大开度，调整高浓度沼气供给量进行控温。本发明还包括现场热膜机外循环抽风机FAN出口可燃气体检测步骤和操作位一氧化碳检测步骤。上述可燃气体检测步骤是指通过可燃气体传感器CHI2将热膜包装机内的可燃气体浓度值返回值可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器判定该可燃气体浓度值超过警戒值时，系统联锁停机熄火保护，发出控制信号关闭沼气主阀VAl和沼气调节阀VT。上述一氧化碳检测步骤是指通过一氧化碳传感器COIl将热膜包装机附近操作岗位处的一氧化碳浓度值返回值可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器判定该一氧化碳浓度值超过警戒值时，系统联锁停机熄火保护，发出控制信号关闭沼气主阀VAl和沼气调节阀VT。由于沼气和空气混合到一定浓度时遇火会产生爆炸或爆燃，因此本发明可编程控制器内设定的点火条件应避开5% 15%之间沼气临界爆炸浓度。即当沼气浓度传感器 CHIl返回的沼气浓度值大于15%时，发出控制信号让燃烧腔熄火并发出报警；而当气浓度传感器返回的沼气浓度值小于5%时，发出控制信号控制沼气调节阀VT加大开度，继续补充高浓度沼气供燃烧腔燃烧升温。本发明需要在开机点火阶段、使用过程沼气压力波动等原因造成停火再点火时、以及停机时因沼气管路上的气动阀门泄漏遇明火时检测现场沼气浓度。本发明采用程控高压自动点火控制系统，当点火条件满足时，可编程逻辑控制器或操作人员远程启动点火按钮，推进器推动点火器IG伸进燃烧腔的燃烧腔内，打开沼气主阀VA1，高压点火系统自动点火，同时火焰探测器FD开始监测点火燃烧状态，点火器IG点燃后开启主燃烧阀点火，在设定的时间内完成系统点火，当温度达到预设的温度段后转入热风自动温度调节控制。如果点火失败则关闭沼气调节阀VT和沼气主阀VAl并报警。自动点火系统可以使操作人员远离点火现场保证操作人员的安全，保证加热炉安全运行。燃烧过程异常断火时如果沼气压力和含量在正常范围且不超过设定时间，如2分钟，则系统自动点火。否则关闭沼气主阀VAl和沼气调节阀VT，并报警。此外，本发明在线配置管道沼气浓度、压力和热风温度检测传感器配合沼气燃烧控制沼气调节阀VT，以热风温度作为 PID主控反馈，辅以沼气浓度和压力作为系统前馈，适时修正燃烧沼气控制阀门开启比例， 控制热风温度的相对稳定在260士 10°C，确保热膜包装的质量；有效避免因沼气燃烧热风温度波动大而造成热膜收缩不均勻，进而引发的包装质量波动。
权利要求
1.热膜沼气热风利用控制系统，包括热膜包装机和产生并存储有沼气的厌氧罐，热膜包装机附设有膜加热腔，其不同之处是还包括有燃烧腔、点火器(IG)、火焰探测器(FD)、沼气管、热风管、沼气主阀(VAl)、沼气调节阀(VT)、沼气排空阀(VA2)、沼气压力传感器(PI)、 沼气浓度传感器(CHIl)、循环抽风机(FAN)、热风温度传感器(Tl)和可编程逻辑控制器； 其中燃烧腔上设有点火口、沼气入口和热风出口，上述燃烧腔的沼气入口通过沼气管与厌氧罐上设有的沼气出口相连通，燃烧腔的热风出口则通过热风管与膜加热腔上设的热风入口相连通；点火器(IG)位于燃烧腔的点火口处；火焰探测器(FD)与燃烧腔的燃烧火焰位置相对；沼气主阀(VAl)、沼气调节阀(VT)和沼气排空阀(VA2)串接在沼气管上；沼气压力传感器(PI)和沼气浓度传感器(CHIl)设置在沼气管内；循环抽风机(FAN)与热膜包装机的膜加热腔相通；热风温度传感器(Tl)置于膜加热腔内；上述沼气压力传感器(PI)、沼气浓度传感器(CHIl)、火焰探测器(FD)和热风温度传感器(Tl)的输出端连接至可编程逻辑控制器的模拟量输入模块上，沼气主阀(VAl)、沼气调节阀(VT)、沼气排空阀(VA2)、点火器 (IG)和循环抽风机(FAN)则连接在可编程逻辑控制器的模拟量输出端上。
2.根据权利要求1所述的热膜沼气热风利用控制系统，其特征在于可编程逻辑控制器上还接有报警器(HL)。
3.根据权利要求1所述的热膜沼气热风利用控制系统，其特征在于所述火焰探测器 (FD)为紫外火焰探测器(FD)。
4.根据权利要求1 3中任意一项所述的热膜沼气热风利用控制系统，其特征在于 热膜包装机的出风口处还设有可燃气体传感器(CHI2)，该可燃气体传感器(CHI2)的输出端与可编程逻辑控制器的模拟量输入模块相连。
5.根据权利要求1 3中任意一项所述的热膜沼气热风利用控制系统，其特征在于 热膜包装机的外部操作位处还设有一氧化碳传感器(COIl)，该一氧化碳传感器(COIl)的输出端与可编程逻辑控制器的模拟量输入模块相连。
6.热膜沼气热风利用控制系统的运行控制方法，其特征是包括如下步骤①可编程逻辑控制器发出控制信号启动与膜加热腔相通的循环抽风机(FAN)，当循环抽风机(FAN)达到设定的运行时间后，启动沼气管管道沼气压力检测和沼气浓度检测；②沼气压力传感器(PI)将燃烧腔与厌氧罐之间的沼气管内的沼气压力值返回至可编程逻辑控制器，当可编程逻辑控制器判定返回的沼气压力值满足启动条件时，发出控制信号作为打开沼气管上沼气主阀(VAl)的条件之一；③沼气浓度传感器(CHIl)将燃烧腔与厌氧罐之间的沼气管内的沼气浓度值返回至可编程逻辑控制器，当可编程逻辑控制器判定返回的沼气浓度值不满足设定的点火条件时， 打开沼气管上的沼气排空阀(VA2)排空、直至沼气浓度传感器(CHIl)检测沼气浓度值满足设定的点火条件时，发出控制信号，如果沼气压力条件也满足时则打开沼气管上的沼气主阀(VAl)和控制沼气调节阀(VT)开度，并发出控制信号启动点火器(IG)为燃烧腔点火，否则等待；④燃烧腔内的沼气燃烧所产生的热风通过燃烧器与热膜包装机之间的热风管送入热膜包装机的膜加热腔供热膜包装所用；⑤燃烧腔内的沼气在设定的燃烧时间内，火焰探测器(FD)实时检测燃烧腔内沼气燃烧的火焰状态，并将其检测结果返回至可编程逻辑控制器，当火焰探测器(FD)在设定时间内未检测到有火焰时，可编程逻辑控制器发出控制信号关闭沼气管上的沼气主阀(VAl)和沼气调节阀(VT)，等待重新点火；当火焰探测器(FD)检测到有火焰时，可编程逻辑控制器发出控制信号启动热风温度检测和控制温控回路工作；⑥热风温度传感器(Tl)将热膜包装机内的热风温度值返回至可编程逻辑控制器，当返回的热风温度值在一定时间内稳定在设定的热风温度内时，热膜包装机开始包装；否则， 可编程逻辑控制器发出控制信号控制沼气管上的沼气调节阀(VT)减小或加大开度，调整高浓度沼气供给量进行控温。
7.根据权利要求6所述的热膜沼气热风利用控制系统的运行控制方法，其特征在于 还包括现场热膜机外循环抽风机(FAN)出口可燃气体检测步骤，即可燃气体传感器(CHI2) 将热膜包装机内的可燃气体浓度值返回值可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器判定该可燃气体浓度值超过警戒值时，发出控制信号关闭沼气主阀(VAl)和沼气调节阀(VT)。
8.根据权利要求6所述的热膜沼气热风利用控制系统的运行控制方法，其特征在于 还包括现场操作位一氧化碳检测步骤，即一氧化碳传感器(COIl)将热膜包装机附近操作岗位处的一氧化碳浓度值返回值可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器判定该一氧化碳浓度值超过警戒值时，发出控制信号关闭沼气主阀(VAl)和沼气调节阀(VT)。
全文摘要
本发明公开一种热膜沼气热风利用控制系统及其运行控制方法，其主要由热膜包装机、产生并存储有沼气的厌氧罐、沼气管、热风管、燃烧腔、点火器、火焰探测器、沼气主阀、沼气调节阀、沼气调节阀、沼气压力传感器、沼气浓度传感器、循环抽风机、热风温度传感器和可编程逻辑控制器组成。本发明能够有效利用啤酒生产过程排放的高营养物质经污水厌氧处理后产生大量的沼气，并将该沼气燃烧后产生热风来取代传统啤酒热膜包装中的高耗能电加热热风系统，从而能够利用现有资源、降低能耗、减少生产成本。
文档编号B65B53/06GK102295085SQ201110137058
公开日2011年12月28日 申请日期2011年5月25日 优先权日2011年5月25日
发明者戴志远, 朱志恒, 蒙健 申请人:燕京啤酒(桂林漓泉)股份有限公司