一种甲醇锅炉自动控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及一种甲醇锅炉自动控制系统及其控制方法，用于以甲醇为动力的船舶辅锅炉系统的自动控制。

背景技术：

1、新型低碳和无碳燃料必将在未来船舶发展中广泛应用。

2、甲醇ch3oh仅含一个碳原子，相比较传统燃料，燃烧过程中释放的co2大幅减少。且甲醇生产制造工艺成熟，煤炭、天然气、生物质原料、co2等均可为制造甲醇的原材料。因此以甲醇为主燃料是船舶领域实现碳中和的有效手段。在未来，甲醇锅炉必将在船舶应用市场占据重要地位。

3、船用锅炉因其使用环境的特殊性，以及甲醇燃料的易燃、易爆、易挥发、微毒性等特点对控制器的性能要求较常规产品提出了更高的要求。可编程逻辑控制器(plc)具备可编程性、稳定性高、易扩展、易维护等优势，在工业控制领域和船用设备控制系统中得到广泛应用。

技术实现思路

1、本发明其目的在于提供一种安全、可靠、稳定的甲醇锅炉自动控制系统。解决了传统锅炉高碳排放、nox排放高的问题。同时解决了甲醇燃料模式故障停机自动切换燃料的问题。

2、为实现上述目的而采取的技术方案是

3、一种船用甲醇锅炉自动控制系统，包括自动控制系统；

4、自动控制系统连接助燃风机变频器、助燃风机；通过燃风机变频器控制助燃风机；助燃风机为助燃风门和雾化风门供风；

5、自动控制系统连接助燃风门执行器，通过助燃风门执行器控制燃烧器的助燃风门；

6、自动控制系统连接雾化风门执行器，通过雾化风门执行器控制燃烧器的雾化风门；

7、自动控制系统连接抽风机；

8、自动控制系统连接燃烧器上的点火泵；

9、自动控制系统还连接给燃烧器供应甲醇的甲醇主供给阀、甲醇输送泵、1#甲醇切断阀、甲醇调节阀、2#甲醇切断阀；

10、自动控制系统还连接给燃烧器供应燃油的燃油输送泵、燃油调节阀、电加热器、1#燃油切断阀、2#燃油切断阀；

11、自动控制系统还连接给甲醇锅炉供应水的给水泵、给水调节阀；

12、燃烧器上的甲醇锅炉连接自动控制系统，发送启停信号；

13、还包括燃烧管理系统、锅炉安全保护系统、人机交互界面。

14、所述的甲醇阀组单元，包括与甲醇输送泵出口连接的1#甲醇切断阀和回甲醇调节阀；所述的1#甲醇切断阀依次连接甲醇流量计、甲醇调节阀、2#甲醇切断阀，2#甲醇切断阀连接燃烧器；回甲醇调节阀连接甲醇罐；1#甲醇切断阀出口还连接氮气吹扫阀；1#甲醇切断阀上游还连接甲醇手动切断阀。

15、所述的燃油阀组，包括与燃油输送泵出口连接的燃油调节阀和回油调节阀；燃油调节阀依次连接电加热器、1#燃油切断阀、2#燃油切断阀、燃油流量计，燃油流量计连接燃烧器；回油调节阀连接燃油罐。

16、自动控制系统自动跟踪锅炉蒸汽压力，自动实现点火前炉膛风机吹扫、电机启停控制、点火、负荷跟踪、停机氮气吹扫、后吹扫二次点火、停机后炉膛风机吹扫功能、锅炉自动补水。

17、自动实现甲醇燃料或燃油燃料的点火，自动调节燃料(甲醇或燃油)消耗量，自动调节助燃风机运行频率，自动调节助燃风门开度实现燃料稳定燃烧，实时监测锅炉火焰、水位、蒸汽压力、烟气温度、助燃风压力、燃料参数、阀门限位、可燃气体浓度等实现锅炉安全运行。

18、当锅炉以甲醇燃料运行过程中，燃料供给系统发送故障，必须停止运行时，自动控制系统将切断甲醇燃料供给，待完成炉膛吹扫后自动切换至燃油状态运行。

19、套有电动执行器的控制装置、助燃风机，所述控制装置与风门挡板连接。通过调节助燃风机运行频率、电动执行器开度实现助燃风量调节；套有控制器的气动调节阀，通过调节调节阀开度实现甲醇或者燃油燃烧消耗量调节。套有电磁阀的气动开关阀，通过电磁阀通电/断电实现甲醇、燃油或者氮气的供给/切断；套有控制器的气动调节阀，通过调节调节阀开度实现锅炉补水量调节，使锅炉水位保持恒定。

20、本发明还提供一种船用甲醇锅炉自动控制方法，采用所述的一种船用甲醇锅炉自动控制系统，所述的方法，包括：

21、当以甲醇为主燃料时，自动控制系统根据锅炉蒸汽压力变送器反馈的锅炉启停信号判定是否启动。当判定条件成立时，系统发出信号启动至助燃风机变频器，助燃风机变频器逐步加速启动助燃风机至额定频率。同时自动控制系统发出信号至助燃风门执行器，驱动助燃风门至全开位，开始点火前炉膛风机吹扫。

22、在此期间，自动控制系统发出信号打开甲醇主供给阀并接收该阀门开反馈位置信号。当甲醇主供给阀开反馈信号被检测到秒后启动甲醇输送泵，并监测甲醇输送泵出口压力是否正常。点火前炉膛风门完成后，自动控制系统发出信号至助燃风门执行器、助燃风机变频器、甲醇调节阀，驱动助燃风门、助燃风机、甲醇调节阀运行至设定的点火位。同时启动燃烧器转杯电机和点火泵，建立点火前验证条件。

23、点火前验证条件满足后燃烧器依次开启点火器和点火电磁阀，并实时监测点火火焰建立情况。当点火火焰稳定后，助燃风机变频器发出信号打开甲醇阀组单元的1#甲醇切断阀、2#甲醇切断阀，使甲醇燃料进入燃烧器被点火火焰引燃，并实时监测甲醇火焰建立情况。

24、当甲醇火焰稳定后，自动控制系统自动转入稳定运行阶段。在此期间，自动控制系统自动调节回甲醇调节阀使甲醇供给压力保持恒定。

25、在稳定运行阶段，自动控制系统根据蒸汽压力需求值自动调节空气、燃料供给量，实现最佳风燃料配比。当自动控制系统接收到停机信号时，自动控制系统发出信号关闭1#甲醇切断阀及2#甲醇切断阀，并启动炉膛风机后吹扫。在此期间自动控制系统将发出信号再次启动点火泵、点火器、点火电磁阀启动二次点火，同时打开氮气吹扫阀、甲醇调节阀、2#甲醇切断阀，保证管道中残余的甲醇被氮气吹进炉膛被引燃。

26、当以燃油为主燃料时或以甲醇为主燃料发送燃料系统故障时，自动控制系统将启动燃油点火程序。燃油适用于轻柴油、船用低硫油(mgo)、重油(hfo)。区别在于当使用重油时，自动控制系统将根据燃油温度调节电加热器输出功率，保证燃油温度维持在可控区间。

27、所述的锅炉安全保护系统实时通过开关量信号或者模拟量信号实时监测锅炉设备、甲醇阀组单元、燃油阀组、所有电机运行电流参数。当参数出现异常时，锅炉安全保护系统(将自动切断燃料切断阀。并发出报警信号在人机界面中显示。

28、本发明可实现以甲醇或燃油为燃料的船用锅炉系统安全、可靠、稳定运行。

技术特征：

1.一种船用甲醇锅炉自动控制系统，其特征在于，包括自动控制系统(1)；

2.根据权利要求1所述的一种船用甲醇锅炉自动控制系统，其特征在于，所述的甲醇阀组单元，包括与甲醇输送泵(6)出口连接的1#甲醇切断阀(8)和回甲醇调节阀(9)；所述的1#甲醇切断阀(8)依次连接甲醇流量计(22)、甲醇调节阀(7)、2#甲醇切断阀(24)，2#甲醇切断阀(24)连接燃烧器(5)；回甲醇调节阀(9)连接甲醇罐；1#甲醇切断阀(8)出口还连接氮气吹扫阀(12)；

3.根据权利要求2所述的一种船用甲醇锅炉自动控制系统，其特征在于，所述的燃油阀组，包括与燃油输送泵(14)出口连接的燃油调节阀(17)和回油调节阀(18)；燃油调节阀(17)依次连接电加热器(15)、1#燃油切断阀(16)、2#燃油切断阀(26)、燃油流量计(23)，燃油流量计(23)连接燃烧器(5)；回油调节阀(18)连接燃油罐(18)。

4.一种船用甲醇锅炉自动控制方法，其特征在于，采用权利要求3所述的一种船用甲醇锅炉自动控制系统，所述的方法，包括：

5.根据权利要求1所述的一种船用甲醇锅炉自动控制方法，其特征在于，所述的锅炉安全保护系统实时通过开关量信号或者模拟量信号实时监测锅炉设备、甲醇阀组单元、燃油阀组、所有电机运行电流参数；当参数出现异常时，锅炉安全保护系统(将自动切断燃料切断阀；并发出报警信号在人机界面中显示。

技术总结
本发明提供一种甲醇锅炉自动控制系统及其控制方法，自动控制系统连接助燃风机变频器、助燃风机；自动控制系统还连接助燃风门执行器、雾化风门执行器；自动控制系统连接抽风机、燃烧器上的点火泵、给燃烧器供应甲醇的甲醇主供给阀、甲醇输送泵、1#甲醇切断阀、甲醇调节阀、2#甲醇切断阀；自动控制系统还连接给燃烧器供应燃油的燃油输送泵、燃油调节阀、电加热器、1#燃油切断阀、2#燃油切断阀；自动控制系统还连接给甲醇锅炉供应水的给水泵、给水调节阀；燃烧器上的甲醇锅炉连接自动控制系统，发送启停信号；还包括燃烧管理系统、锅炉安全保护系统、人机交互界面。本发明可实现以甲醇或燃油为燃料的船用锅炉系统安全、可靠、稳定运行。

技术研发人员：易思洋,余建章,丁傲霜,梅文清,陈琳,肖聪阳
受保护的技术使用者：中船九江海洋装备（集团）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16