分布式农林生物质发酵‑热解耦合处理设备控制系统的制作方法

本发明涉及控制领域，尤其涉及一种分布式农林生物质发酵-热解耦合处理设备控制系统。

背景技术：

将农林生物质通过发酵或热解技术进行处理，以充分利用农林生物质资源是当前比较热门的利用方式。在当今能源紧缺的时代，农林生物的高效利用显得尤为重要。然而不同的农林生物质或同一种生物在不同阶段收获的生物质有不同的处理方法，有的适于发酵处理，有的则适于热解处理。因此，需要一种发酵-热解耦合处理设备，对于该种类型的设备目前尚没有适用的控制系统。原有的发酵设备或热解设备的控制系统都是针对某一种或某一套设备而设计，不适用于发酵-热解耦合处理设备，且在需要同时掌控多套设备时，每套设备都需要投入相应的人员进行管护，设备的运行状况的监管成本较高。

技术实现要素：

基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种分布式农林生物质发酵-热解耦合处理设备控制系统，能协同控制发酵系统和热解系统实现分布式农林生物质发酵-热解耦合处理。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施例提供一种分布式农林生物质发酵-热解耦合处理设备控制系统，包括：

数据采集系统、智能控制系统、驱动控制系统和监控终端；其中，

所述数据采集系统，与所述智能控制系统通信连接，能从分布式农林生物质发酵-热解耦合处理设备获取运行工况数据，并发送至所述智能控制系统；

所述智能控制系统与所述驱动控制系统通信连接，能对接收的所述数据采集系统发送的运行工况数据进行分析，并根据分析结果向所述驱动控制系统发送控制信号；

所述驱动控制系统，与所述分布式农林生物质发酵-热解耦合处理设备的各驱动装置电气连接，能根据所述智能控制系统发送的控制信号，控制各驱动装置的运行。

所述监控终端与所述智能控制系统连接，能显示所述智能控制系统分析运行状态数据的结果和发送给所述驱动控制系统的控制信号。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的控制系统，通过设置有机连接的数据采集系统、智能控制系统、驱动控制系统和监控终端，可以实现对热解系统与发酵系统协同控制，实现分布式农林生物质发酵-热解耦合处理，使得这种处理设备自动化生产，且使发酵系统与热解系统的能量得到互补，互相促进，互为依托，大大提高生产运行效率，且实现了使分散布置的生产设备集中化管理的目的，扩大了生产规模，大大节约了管理和运行成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的控制系统示意图；

图2为本发明实施例提供的分布式农林生物质发酵-热解耦合处理设备示意图；

图中各标号对应的部件为：1、发酵系统集装箱，2、烟道气净化装置，3、发酵池，4、搅拌器，5、沼气压缩机，6、沼气储罐，7、化肥调节料储罐，8、复混肥储罐，9、控制系统，10、发酵物质破碎机，11、烟道气主路阀门，12、烟道气旁路阀门，13、发酵池保温层，14、发酵池加热器，15、出料系统，16、混料机，17、热解系统集装箱，18、炭化炉炭化室，19、木焦油分离器，20、木焦油储罐，21、化肥储罐，22、热解物质破碎机，23、物料传送带，24、原料预热器，25、炭化炉燃烧室，26、炭化炉加热器，27、生物质炭冷却室，28、研磨混料成型机，29、炭基肥料储罐。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供一种分布式农林生物质发酵-热解耦合处理设备控制系统，能协同控制发酵系统和热解系统实现分布式农林生物质发酵-热解智能化耦合处理，包括：

数据采集系统、智能控制系统、驱动控制系统和监控终端；其中，

所述数据采集系统，与所述智能控制系统通信连接，能从分布式农林生物质发酵-热解耦合处理设备获取运行工况数据，并发送至所述智能控制系统；

所述智能控制系统与所述驱动控制系统通信连接，能对接收的所述数据采集系统发送的运行工况数据进行分析，并根据分析结果向所述驱动控制系统发送控制信号；

所述驱动控制系统，与所述分布式农林生物质发酵-热解耦合处理设备的各驱动装置电气连接，能根据所述智能控制系统发送的控制信号，控制各驱动装置的运行。

所述监控终端与所述智能控制系统连接，能显示所述智能控制系统分析运行状态数据的结果和发送给所述驱动控制系统的控制信号。

上述控制系统中，智能控制系统，还用于接收外部传送的信息及指令，并上传至所述监控终端进行显示，以及接收经所述监控终端输入的控制指令并向所述驱动控制系统发送。

上述控制系统中，数据采集系统包括：

发酵池温度传感器、发酵池压力传感器、发酵池液位传感器、沼气储罐压力传感器、炭化炉炭化室温度传感器、生物质炭冷却室温度传感器、化肥储罐监视器、炭基肥料储罐监视器、化肥调节料储罐监视器和复混肥储罐监视器；其中，

所述发酵池温度传感器、发酵池压力传感器和发酵池液位传感器，分别设置于所述分布式农林生物质发酵-热解耦合处理设备的发酵系统的发酵装置；

所述沼气储罐压力传感器，设置于所述分布式农林生物质发酵-热解耦合处理设备的发酵系统的沼气储存装置；

所述炭化炉炭化室温度传感器，设置于所述分布式农林生物质发酵-热解耦合处理设备的热解系统的炭化炉燃烧装置的炭化炉炭化室；

所述生物质炭冷却室温度传感器，设置于所述分布式农林生物质发酵-热解耦合处理设备的热解系统的生物质炭处理系统的生物质炭冷却室；

所述化肥储罐监视器，设置于所述分布式农林生物质发酵-热解耦合处理设备的热解系统的生物质炭处理系统的化肥储罐；

所述炭基肥料储罐监视器，设置于所述分布式农林生物质发酵-热解耦合处理设备的热解系统的生物质炭处理系统的炭基肥料储罐；

所述化肥调节料储罐监视器，设置于所述分布式农林生物质发酵-热解耦合处理设备的发酵系统的出料处理系统的化肥调节料储罐；

所述复混肥储罐监视器，设置于所述分布式农林生物质发酵-热解耦合处理设备的发酵系统的出料处理系统的复混肥储罐。

上述控制系统中，智能控制系统包括：

数据分析系统和远程通讯系统；其中，

所述数据分析系统，与所述远程通讯系统连接，并分别与所述数据采集系统、驱动控制系统和监控终端通信连接，能对接收的所述数据采集系统发送的运行工况数据进行分析，并根据分析结果向所述驱动控制系统发送控制信号；

并能接收经所述远程通讯系统传送的信息及指令，上传至所述监控终端进行显示，以及接收经所述监控终端输入的控制指令向所述驱动控制系统发送。

上述控制系统中，驱动控制系统包括：

发酵池进料系统开关、烟道气主路阀门、烟道气旁路阀门、发酵池加热器进气阀门、发酵池搅拌器电机开关、沼气压缩机开关、出料系统开关、混料机开关、物料传送带电机开关、炭化炉加热器进气阀门和研磨混料成型机开关；其中，

所述发酵池进料系统开关，与所述分布式农林生物质发酵-热解耦合处理设备的发酵系统的发酵装置的发酵池进料装置电气连接；

所述发酵池加热器进气阀门，设在所述分布式农林生物质发酵-热解耦合处理设备的发酵系统的发酵装置的发酵池加热器14的燃料进气管上；

所述发酵池搅拌器电机开关，与所述分布式农林生物质发酵-热解耦合处理设备的发酵系统的发酵装置的发酵池内搅拌器的电机电气连接；

所述沼气压缩机开关，与所述分布式农林生物质发酵-热解耦合处理设备的发酵系统的沼气储存装置的沼气压缩机电气连接；

所述烟道气主路阀门，设在所述分布式农林生物质发酵-热解耦合处理设备的发酵系统的烟道气净化装置的所述废气排出管上；

所述烟道气旁路阀门，设在所述分布式农林生物质发酵-热解耦合处理设备的发酵系统的烟道气净化装置的所述废气排出管的分支管路上；

所述混料机开关，与所述分布式农林生物质发酵-热解耦合处理设备的发酵系统混料机16电气连接；

所述物料传送带电机开关，设在所述分布式农林生物质发酵-热解耦合处理设备的热解系统的物料预热传送装置的物料传送带电机电气连接；

所述炭化炉加热器进气阀门，设在所述分布式农林生物质发酵-热解耦合处理设备的热解系统的炭化炉燃烧装置的炭化炉加热器的燃料输入进气管上；

所述出料系统开关，与所述分布式农林生物质发酵-热解耦合处理设备的发酵系统的出料处理系统的出料系统电气连接；

所述研磨混料成型机开关，设在所述分布式农林生物质发酵-热解耦合处理设备的生物质炭处理系统的研磨混料成型机电气连接。

本发明的控制系统适用于以下结构的分布式农林生物质发酵-热解耦合处理设备，如图2所示，该处理设备包括：

发酵系统、热解系统和以及上述控制系统；其中，

发酵系统包括：

发酵系统集装箱1，其内设置各装置；

发酵物质破碎机10，设在发酵系统集装箱1内一端，该发酵物质破碎机10分别设有物料入口和物料出料管，物料出料管与设在该发酵物质破碎机10后端的发酵装置连接；

发酵装置，分别设有沼气出气管、出料管、废气出口和燃料进气管，沼气出气管与该发酵装置后端设置的沼气储存装置连接；出料管与该发酵装置后端设置的出料处理系统连接；

沼气储存装置，设有沼气供气管，与发酵装置的燃料进气管连接；

烟道气净化装置2，与发酵装置的废气出口连接；

热解系统包括：

热解系统集装箱17，其内设置各装置；

热解物质破碎机22，设在热解系统集装箱17内一端，该热解物质破碎机22设有热解物质入口和热解物质出料管，热解物质出料管与该热解物质破碎机22后端依次设置的物料预热传送装置和炭化炉燃烧装置顺次连接；

炭化炉燃烧装置，分别设有热解气输出管、生物质炭出料管、燃料输入进气管和余热气输出管，热解气输出管与该炭化炉燃烧装置后端设置的木焦油分离储存装置连接；生物质炭出料管与该炭化炉燃烧装置后端设置的生物质炭处理系统连接；燃料输入进气管与发酵系统的沼气储存装置的沼气供气管连接；

物料预热传送装置，分别设有余热气输入管和废气排出管，余热气输入管与炭化炉燃烧装置的余热气输出管连接；废气排出管与发酵系统的烟道气净化装置2连接；

木焦油分离储存装置，设有不凝气供应管，分别与炭化炉燃烧装置的燃料输入进气管及发酵系统的发酵装置的燃料进气管连接；

上述控制系统逻辑上可划分为发酵控制和热解控制，该控制系统分别与所述发酵系统的发酵物质破碎机、发酵装置、沼气储存装置、出料处理系统和烟道气净化装置电气连接，并分别与所述热解系统中的热解物质破碎机、物料预热传送装置、炭化炉燃烧装置、木焦油分离储存装置和生物质炭处理系统电气连接，该控制系统能控制各装置协同进行物料发酵、储存和渣料处理，以及生物质的热解、木焦油分离、储存和剩余生物质处理；该控制系统可设在发酵系统集装箱1内，由于发酵系统集装箱1内的环境较温和，对控制系统的影响较小。

上述处理设备的发酵系统中，

发酵装置包括：内部设有搅拌器4的发酵池3，该发酵池3外面设有发酵池保温层13和发酵池加热器14，发酵池保温层13上设置有余热气输入管和废气出口，发酵池加热器14上设置燃料进气管，发酵池3上分别设置沼气出气管和出料管。

沼气储存装置包括：顺次连接的沼气压缩机5和沼气储罐6。

出料处理系统包括：顺次连接的出料系统15、混料机16和复混肥储罐8，混料机16上连接有化肥调节料储罐7。

上述处理设备的热解系统中，

物料预热传送装置包括：物料传送带23，该物料传送带23上设有原料预热器24，原料预热器24上分别设置余热气输入管和废气排出管。

炭化炉燃烧装置包括：炭化炉炭化室18，所述炭化炉炭化室18经所述物料预热传送装置与所述热解物质出料管连接；所述炭化炉炭化室18外设有炭化炉加热器26；所述炭化炉炭化室18、炭化炉加热器26共同设在所述炭化炉燃烧室25内；所述炭化炉炭化室18上分别设置所述热解气输出管和生物质炭出料管，所述炭化炉加热器26上设置所述燃料输入进气管，所述炭化炉燃烧室25上设置所述余热气输出管。

木焦油分离储存装置包括：顺次连接的木焦油分离器19和木焦油储罐20，木焦油分离器19上设置不凝气供应管。

生物质炭处理系统包括：顺次连接的生物质炭冷却室27、研磨混料成型机28和炭基肥料储罐29，研磨混料成型机28上连接化肥储罐21。

上述处理设备中，发酵系统的发酵装置的燃料进气管与热解系统的炭化炉燃烧装置的燃料输入进气管相连。

上述处理设备中，所述热解系统的物料预热传送装置连接所述烟道气净化装置2的所述废气排出管上设有烟道气主路阀门11，所述废气排出管经设有烟道气旁路阀门12的分支管路与所述发酵系统的发酵装置连接。

本发明的控制系统协同对分布式农林生物质发酵-热解耦合处理设备的发酵系统和热解系统进行控制，包括以下控制方式：

(一)根据发酵池温度传感器收集的温度信息控制：

(1)当发酵池温度低于设定温度时：判断炭化炉炭化室温度传感器的温度信息，当高于设定温度，确定热解反应在进行中，用热解反应加热器的烟道气进行加热；智能控制系统向驱动控制系统发出指令，关闭烟道气主路阀门，打开烟道气旁路阀门，用烟道气对发酵池进行加热升温；当炭化炉炭化室温度传感器的温度信息低于设定温度时，打开发酵池加热器进气阀门并点火，用前期产生的沼气对发酵池进行加热；

(2)当发酵池温度高于设定温度时：打开烟道气主路阀门，关闭烟道气旁路阀门，关闭发酵池加热器进气阀门；

(二)根据发酵池压力传感器收集的压力信息控制：

(1)当发酵池压力高于设定压力值时，打开沼气压缩机，将产生的沼气压缩进入沼气储罐；

(2)当发酵池压力低于设定压力值时，关闭沼气压缩机；

(三)根据发酵池液位传感器收集的液位信息控制：

(1)当发酵池的液位高于高位限值时，关闭发酵池进料系统开关，停止进料；

(2)当发酵池的液位低于低位限值时，关闭出料系统开关，打开发酵池进料系统开关；

(3)当出料系统在运行时，打开混料机开关，并将生产的复混肥输送至复混肥储罐；在出料系统由运行状态转为关闭状态时，混料机开关保持短时间的打开状态，使沼渣完全通过混料机，防止混料机堵塞；

(四)对发酵池出料系统开关控制：发酵池出料系统的控制通过监控终端根据长时间内发酵池内压力的变化来判断，在发酵池温度较高，但在设定时间内发酵池压力上升小于设定值时，确定物料已达到充分发酵水平，打开出料系统开关；

(五)对发酵池搅拌器开关控制：

判断发酵池是否在加热：

(1)发酵池处于无加热状态时，搅拌器间歇式运行，间歇时间较长；

(2)发酵池处于加热状态时，搅拌器间歇式运行，间歇时间较短；

(六)根据炭化炉炭化室温度传感器收集的温度信息控制：

(1)当炭化室温度高于设定值时，降低炭化炉加热器进气阀门的进气量；

(2)当炭化室温度低于设定值时，增加炭化炉加热器进气阀门的进气量；

(七)根据生物质炭冷却室温度传感器收集的温度信息控制：

(1)当冷却室内生物质炭温度不高于设定值时，研磨混料成型机开关处于打开状态，不断将生物质炭与化肥混合成型，制作炭基肥料；

(2)当冷却室内生物质炭温度高于设定值时，研磨混料成型机开关处于关闭状态，停止混料；

(八)当沼气储罐压力传感器压力值高于设定值、化肥调节料储罐监视器发现化肥调节料不足、复混肥储罐监视器发现复混肥储量超过设定值、木焦油储罐液位监视器发现液位高于设定值、化肥储罐监视器发现化肥不足、炭基肥料储罐监视器发现炭基肥料储量超过设定值，根据监控终端的监控结构对物料进行补充或收集；

(九)对物料传送带电机开关控制：当热解系统内某一参数长期偏离设定状态时，关闭物料传送带电机开关及其它热解系统开关，对处理设备进行检修；

(十)监控终端同时接收各设备的工况信息，并对各设备的运行参数进行显示、分析，在某套设备的某一运行参数偏离设定的阈值时，对该套设备的该运行参数进行重点显示，并发出声、光警报，值守人员可以查看运行参数偏离阈值的设备地址，对该套设备发出停止运转的指令，并调出运行记录作为分析故障原因、排除运行故障的数据。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述。

本发明的控制系统可协同控制发酵系统与热解系统，实现发酵系统与热解系统的能量互补，并能通过监控终端对分布式布置的多套设备进行监控，实现布置分布式、管理集中式，使生产过程、管理过程规范化、科学化，实现产品规模化。

本发明控制系统包括：数据采集系统、智能控制系统、驱动控制系统和监控终端四部分。其中，数据采集系统包括：发酵池温度(压力、液位)传感器、沼气储罐压力传感器、化肥调节料储罐监视器、复混肥储罐监视器、炭化炉炭化室温度传感器、生物质炭冷却室温度传感器、木焦油储罐液位传感器、化肥储罐监视器、炭基肥料储罐监视器，该系统主要对设备的工况进行监视，并将采集到的信息上传至智能控制系统；智能控制系统包括：数据分析系统、远程通讯系统，该系统主要接收数据采集系统收集到的工况信息，对信息进行分析判断，在需要作出调整时，及时向驱动控制系统下达命令，并利用远程通讯系统通过3G/4G网络或其它远程通讯手段，将接收到的信息及发出的指令上传至监控终端，同时可以接收监控终端发出的指令信息；驱动控制系统包括：发酵池进料系统开关、烟道气主路阀门、烟道气旁路阀门、发酵池加热器进气阀门、发酵池搅拌器电机、沼气压缩机开关、出料系统开关、混料机开关、物料传送带电机、炭化炉加热器进气阀门、研磨混料成型机开关，该系统接收智能控制系统发来的指令，并根据指令做出响应；监控终端主要接收智能控制系统发来的信息并进行存储和综合分析，在必要时，向智能控制系统发出指令，对工况进行直接调整，且监控终端发出的指令执行的优先级高于智能控制系统对数据采集系统上传的数据进行判断后形成的指令的优先级。

本实施例控制系统的具体包括以下控制方式：

1.根据发酵池温度传感器收集的温度信息：

(1)当发酵池温度低于设定温度时：判断炭化炉炭化室温度传感器的温度信息，当高于设定温度时说明热解反应在进行中，可以使用热解反应加热器的烟道气进行加热。智能控制系统向驱动控制系统发出指令，关闭烟道气主路阀门，打开烟道气旁路阀门，使用烟道气对发酵池进行加热升温；当炭化炉炭化室温度传感器的温度信息低于设定温度时，打开发酵池加热器进气阀门并点火，利用前期产生的沼气对发酵池进行加热。

(2)当发酵池温度高于设定温度时：打开烟道气主路阀门，关闭烟道气旁路阀门，关闭发酵池加热器进气阀门。

2.根据发酵池压力传感器收集的压力信息：

(1)当发酵池压力高于设定压力值时，打开沼气压缩机，将产生的沼气压缩进入沼气储罐。

(2)当发酵池压力低于设定压力值时，关闭沼气压缩机。

3.根据发酵池液位传感器收集的液位信息：

(1)当发酵池的液位高于高位限值时，关闭发酵池进料系统开关，停止进料。

(2)当发酵池的液位低于低位限值时，关闭出料系统开关，打开发酵池进料系统开关。

(3)当出料系统在运行时，打开混料机开关，并将生产的复混肥输送至复混肥储罐；在出料系统由运行状态转为关闭状态时，混料机开关仍保持短时间的打开状态，以使沼渣完全通过混料机，防止混料机堵塞。

4.发酵池出料系统开关：发酵池出料系统的控制通过监控终端对长时间内发酵池内压力的变化来判断，在发酵池温度较高，但是在设定时间内发酵池压力上升小于设定值时，表明物料已达到充分发酵的水平，此时，打开出料系统开关。

5.发酵池搅拌器开关：

判断发酵池是否在加热：

(1)发酵池处于无加热状态时，搅拌器间歇式的运行，间歇时间较长。

(2)发酵池处于加热状态时，搅拌器间歇式的运行，但是间歇时间较短。

6.根据炭化炉炭化室温度传感器收集的温度信息：

(1)当炭化室温度高于设定值时，降低炭化炉加热器进气阀门的进气量。

(2)当炭化室温度低于设定值时，增加炭化炉加热器进气阀门的进气量。

7.根据生物质炭冷却室温度传感器收集的温度信息：

(1)当冷却室内生物质炭温度不高于设定值时，研磨混料成型机开关处于打开状态，不断将生物质炭与化肥混合成型，制作炭基肥料。

(2)当冷却室内生物质炭温度高于设定值时，研磨混料成型机开关处于关闭状态，停止混料。

8.当沼气储罐压力传感器压力值高于设定值、化肥调节料储罐监视器发现化肥调节料不足、复混肥储罐监视器发现复混肥储量超过设定值、木焦油储罐液位监视器发现液位高于设定值、化肥储罐监视器发现化肥不足、炭基肥料储罐监视器发现炭基肥料储量超过设定值，值守在监控终端的人员派出专人对物料进行补充或收集。

9.物料传送带电机开关：当热解系统内某一参数长期偏离设定状态时，关闭物料传送带电机开关及其它热解系统开关，派出技术人员进行检修。

10.监控终端可以同时接收多套设备的工况信息，并对每套设备的运行参数进行显示、分析，在某套设备的某一运行参数偏离设定的阈值时，对该套设备的该运行参数进行重点显示，并发出声、光警报，值守人员可以查看运行参数偏离阈值的设备地址，对该套设备发出停止运转的指令，并调出运行记录，为技术人员分析故障原因、排除运行故障提供支持。

本发明控制装置可以实现分布式农林生物质发酵-热解耦合处理设备高度自动化生产，且使发酵系统与热解系统的能量得到互补，互相促进，互为依托，大大提高生产运行效率，且实现了使分散布置的生产设备集中化管理的目的，扩大了生产规模，大大节约了管理和运行成本。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。