专利名称：机械搅拌式燃油掺水装置的自动监测和控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及自动控制领域，尤其涉及机械搅拌式燃油掺水装置的自动监测和控制系统。
背景技术：
燃油掺水技术是一项节能技术，因其高效节能、减少污染、降低烟气中硫、氮氧化物和烟尘的含量而得以广泛应用。机械搅拌式燃油掺水装置的技术原理是不添加乳化剂，采用定量掺水、特制机械搅拌形成掺水燃油，在燃烧器内喷雾燃烧过程中发生“微爆”效应，达到节油、减排、增效的效果。机械搅拌式燃油掺水装置的核心单元是机械搅拌核心部件乳化器，通过油和水流量流速调节、以及精密的快速搅拌技术，并通过燃油掺水装置与油路、水路以及燃烧器等现场工况的匹配，制备成在喷雾燃烧过程中能产生“微爆”效应的掺水燃油。目前机械搅拌式燃油掺水存在的问题掺水比例无法控制，掺水燃油中水珠颗粒大小不一，分散不均勻，易于分层，设备自动化程度不高。为了使机械搅拌式燃油掺水装置制得的掺水燃油中水珠颗粒小、高度均勻稳定，运行维护容易，经济合理，有必要对燃油掺水过程的自动监测、控制系统进行优化设计。
发明内容为提供一种机械搅拌式燃油掺水装置的自动监测、控制系统，使其节油效果好，能够长期、可靠运行，本实用新型设计了机械搅拌式燃油掺水装置的自动监测和控制系统。本实用新型涉及的机械搅拌式燃油掺水装置主体与油路和水路连接通过三个快速接口，分别是掺水燃油出口、入水口和燃油入口，为燃油锅炉供燃料油时回油通过第四个快速接口将回油传输到掺水燃油油箱中。与入水口相连的水路上设置水计量泵，与燃油入口相连的油路上设置燃油计量泵；分别采用燃油计量泵和水计量泵对注入乳化器的燃油和水进行准确计量，确定水/燃油配比在3-10%之间；燃油经输油管传输，在燃油计量泵的作用下注入乳化器燃油入口。乳化器设有三级搅拌区，在乳化器一级区搅拌燃油入口处设有一个开孔率达70%、每一小孔孔径小于10 微米的滤网，燃油经滤网作用形成微米粒径的燃油束，射入乳化器一级搅拌区，油束速度控制在0. 5-1. Om/s之间。水经输水管传输，在水计量泵的作用下注入机械搅拌核心部件乳化器入水口，进入乳化器一级搅拌区。乳化器一级搅拌区中圆柱状转子以顺时针转动，因转子与定子间间隙小于5微米，带动进入的水流在其圆柱表面形成厚度小于5微米的水层，并顺时针流动，水流速度约在50-100m/s。快速流动的微米级厚度的水层与快速的微米级燃油束垂直碰撞，在对冲力、剪切力、摩擦力、以及表面张力的作用下，在燃油中形成微米级水珠。 初步形成的掺水燃油在一级搅拌区转子的带动下经一级搅拌区和二级搅拌区之间入口进入二级搅拌区，依次进入三级搅拌区，最后形成掺水燃油从机械搅拌核心部件乳化器出油口排出，经输油管进入掺水燃油油箱后储存备用。二级搅拌和三级搅拌均为齿轮搅拌，其转子表面为齿轮，两者通过齿轮咬合传动，且咬合传动之处因狭缝挤压作用也起到搅拌作用， 二级、三级搅拌主要起到水珠均勻分散于燃油之中的作用。机械搅拌核心部件乳化器的转动依托于与二级搅拌连接的驱动齿轮，它在上方搅拌电机驱动下逆时针转动，并带动二级搅拌同向转动，进而带动三级搅拌顺时针转动。同时，驱动齿轮与一级搅拌上方的齿轮相互咬合，驱动其顺时针转动，带动一级搅拌同向转动。通过以上三级搅拌，形成“水包油”型掺水燃油；同理，调换燃油和水入口，并适当改变运行参数，可得到“油包水”型掺水燃油，一机实现两种类型掺水燃油生产。本实用新型是通过下述技术方案实现对上述装置的自动监测和控制其硬件系统包括PLC、PLC模拟输入模块、PLC模拟输出模块、水计量泵、燃油计量泵、搅拌电机、锅炉干度测试仪、以及相应流量计、温度计、液位计、电磁阀、变频器。其中，锅炉干度测试仪设置在锅炉蒸汽出口，用来检测锅炉制取的蒸汽干度，水流量计设置在输水管道用来测量掺水量，油流量计设置在输油管道用来测量进入机械搅拌式燃油掺水装置的燃油量，液位计设置在掺水燃油油箱用来指示掺水燃油油箱液面高度，温度计用来测量水温和油温。清水通过水计量泵，燃油通过燃油计量泵同时加到乳化器中，经过搅拌电机带动乳化器搅拌，生成乳化油。进入掺水燃油油箱后，经过掺水燃油输送泵，到锅炉中燃烧。PLC做为系统的控制器，其中的控制程序包括以下内容根据锅炉蒸汽干度调整掺水燃油输送到锅炉的供给量的程序；根据现场所使用的燃油特性、以及现场环境，通过改变掺水燃油中的水与油的混合比例并调整燃油掺水装置搅拌电机变频器的频率，来对掺水燃油的燃烧特性进行优化的程序；根据水流量计调整进水量，根据油流量计调整装置入口进油量的程序；根据掺水燃油油箱的液面调整掺水燃油的生成量的程序。本实用新型的效果和益处是，将控制技术、计算机技术以及实际现场仪表和执行机构有机结合起来，针对机械搅拌式燃油掺水的工艺特点，通过油和水流量流速调节、以及精密的快速搅拌技术，并通过燃油掺水装置与油路、水路以及燃烧器等现场工况的匹配，确定对应的优化运行条件，研制而成新型燃油掺水装置的自动监测、控制系统，使其能够制备可以产生“微爆”效应的掺水燃油。使整个燃油掺水装置安全、可靠、达标运行。实现了对工艺过程的实时自动控制。
以下结合附图和具体的实施方式对本实用新型做进一步的描述。
图1是本实用新型系统的原理框图；图2是乳化器入口燃油流量控制回路的原理框图；图3是乳化器入口清水流量控制回路的原理框图；图4是掺水燃油油箱液位控制回路的原理框图；图5是锅炉蒸汽干度控制回路的原理框图；图6是本实用新型电气接线原理图。[0025]图1中1、油箱，2、水箱，3、加热器，4、乳化器，5、锅炉，6、PLC，7、电磁阀，8、油流量计，9、水流量计，10、油温度计，11、变频器，12、蒸汽干度测试仪。
具体实施方式
下面结合实施例具体说明本实用新型。(1)燃油掺水装置入口燃油计量泵、水计量泵频率控制回路控制任务通过调节入口燃油计量泵、水计量泵频率，使掺水燃油能满足锅炉燃烧要求；控制方案入口燃油计量泵频率控制回路，参见图2，水计量泵频率控制回路，参见图3。清水通过水计量泵，燃油通过燃油计量泵即输油泵同时加到掺水装置中，通过调节各自的变频器频率，使掺水燃油生成量能满足锅炉燃烧的要求。系统首先测量清水、入口燃油的流量，转化为4-20mA信号送人PLC模拟输入模块，经PID(比例积分微分)计算后，将生成的0-20mA的控制信号经PLC模拟输出模块送入各自变频器，来实现水计量泵、入口燃油计量泵频率的闭环控制，使掺水燃油生成量满足锅炉燃烧的要求。(2)锅炉蒸汽干度控制回路控制任务调整掺水燃油输送泵工作频率、改变掺水燃油的特性，使掺水燃油的供应量能满足锅炉燃烧的要求，使蒸汽干度符合要求；控制方案锅炉蒸汽干度控制回路，参见图5。系统首先利用锅炉干度测试仪测量蒸汽的干度，转化为4-20mA信号送人PLC模拟输入模块，经PID(比例积分微分)计算后， 将生成的0-20mA的控制信号经PLC模拟输出模块送入掺水燃油输送泵变频器，调整进入锅炉的掺水燃油供给量，来实现锅炉蒸汽干度的闭环控制，使蒸汽干度满足要求。(3)掺水燃油燃烧特性优化掺水燃油的燃烧特性可以通过调整掺水比例以及掺水装置乳化器搅拌电机的工作频率来改变。搅拌电机的工作频率越高，掺水燃油中水珠颗粒越小、越稳定；掺水比例决定了掺水燃油的特性，如果掺水比例太高，掺水燃油的燃烧特性反而会劣化，起不到节油的目的，如果掺水比例太小，同样达不到“微爆”的效果，起不到促进燃烧的目的。PLC根据现场使用的燃油特性，并考虑到现场环境的因素，确定掺水燃油的油水混合比例，以及搅拌电机的工作频率。对掺水燃油的燃烧特性进行优化。(4)掺水燃油油箱液位控制回路控制任务通过控制掺水燃油输送泵的工作与否，来调节掺水燃油油箱液位。控制方案掺水燃油油箱液位控制回路，参见图4，掺水燃油油箱的液位主要由掺水燃油生成量所决定。液位计首先测量液面的高度，转化为4-20mA信号送人PLC模拟输入模块，经PID (比例积分微分)计算后，确定PLC中掺水燃油生成量寄存器中新的数值，从而实现改变掺水燃油生成量的目的。当液面超过IOOOmm时，掺水燃油生成量减少，当液面低于800mm时，掺水燃油生成量增加。启停顺序控制回路本实用新型中燃油掺水装置启停控制以及一些主要电磁阀的开关是通过PLC来完成。电气接线如图6所示。本实用新型将控制技术、计算机技术、以及实际现场仪表和执行机构有机结合起来，实现了对燃油掺水工艺过程的实时自动控制，使机械搅拌式燃油掺水装置能够安全、可靠、达标运行。 本实用新型不局限于上述实施例，任何在本实用新型披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本实用新型的保护范围。
权利要求1. 一种机械搅拌式燃油掺水装置的自动监测和控制系统，其特征在于硬件系统包括 PLC、PLC模拟输入模块、PLC模拟输出模块、水计量泵、燃油计量泵、搅拌电机、锅炉干度测试仪、以及相应流量计、温度计、液位计、电磁阀、变频器；其中，锅炉干度测试仪设置在锅炉蒸汽出口用来检测锅炉制取的蒸汽干度，水流量计设置在输水管道用来测量掺水量，油流量计设置在输油管道用来测量进入机械搅拌式燃油掺水装置的燃油量，液位计设置在掺水燃油油箱用来指示掺水燃油油箱液面高度，温度计用来测量水温和油温；PLC做为系统的控制器。
专利摘要一种机械搅拌式燃油掺水装置的自动监测和控制系统，清水通过水计量泵，燃油通过燃油计量泵同时加到掺水装置中，经过机械搅拌，生成掺水燃油。进入掺水燃油油箱后，经过掺水燃油输送泵，到锅炉中燃烧。可编程序控制器(PLC)根据现场所使用的燃油特性、以及现场环境，通过改变掺水燃油中的水与油的混合比例并调整掺水装置搅拌电机变频器的频率，可以对掺水燃油的燃烧特性进行优化；根据锅炉蒸汽干度调整掺水燃油输送到锅炉的供给量；根据水流量计调整进水量，根据燃油流量计调整进油量；根据掺水燃油油箱的液面调整掺水燃油的生成量。该系统实现了对燃油掺水工艺过程的实时自动控制，使机械搅拌式燃油掺水装置能够安全、可靠、达标运行。
文档编号G05D27/02GK202141961SQ20112004278
公开日2012年2月8日 申请日期2011年2月21日 优先权日2011年2月21日
发明者唐晓佳, 朱益民, 李铁 申请人:大连海事大学