基于危險廢物處置裝置的自動化研究

王凱 李濤 陳會來

摘要：本文主要對危廢焚燒系統的自動控制進行了分析探討，通過DCS的工程優化實施，提高工廠自動化水平，降低操作人員勞動強度。希望通過本文的分析可以為危廢焚燒生產的發展提供一些建議和借鑒。

關鍵詞：回轉窯焚燒;模糊控制;“3T+1E”原則;DCS系統

引言

在危廢焚燒系統的生產過程中，存在很多需要操作人員手動控制閥門或變頻，甚至還要到現場手動開關閥門現象。但當前科學技術的極速發展，尤其是計算機水平與控制技術的創新與提高，使得工廠自動化面臨的很大的提升空間。同時考慮安全及人力成本，敏銳的工廠管理者提出了要不斷提高生產自動化水平的要求，適應時代的發展。下面結合實際，對危廢焚燒系統的自動化控制進行初步分析探討。

1 系統概述

回轉窯焚燒系統包括：預處理及進料系統、廢液儲存及輸送系統、回轉窯系統、二燃室系統、輔助燃燒系統、助燃風系統、余熱鍋爐系統、鍋爐水處理及給水系統、蒸汽冷凝系統、尾氣處理系統（SNCR 脫硝 + 煙氣急冷 + 干法脫酸 + 活性炭噴射 + 布袋除塵 + 兩級濕法脫酸 + 濕式電除塵 + 蒸汽再熱+SCR 脫硝系統）、灰渣輸送系統、煙道、煙囪、循環冷卻水系統、壓縮空氣站系統、制氮氣系統、其它工藝管道系統。（見圖1）

2 回轉窯焚燒系統的控制

這部分是我們生產的核心，我們重點關注燃燒溫度、氣體停留時間、攪拌混合程度和過剩空氣率四個關鍵參數，即“3T+1E”原則，是指溫度（Temperature）、時間（Time）、擾動（Turbulence）和空氣過剩系數（Excess air coefficient）綜合控制的原則。“3T+1E”原則能確保危險廢物的有害成分充分分解，從源頭上控制二噁英等有機物的生成，抑制NOx的生成，全面控制煙氣排放造成的二次污染。“3T+1E”原則控制的主要對象為：

2.1回轉窯窯尾溫度控制。

之前，更多的采用是操作人員來手動調整進料間隔值、廢液進料量、一二次風機變頻來實現。現在我們通過優化控制方案，根據二維模糊控制器的工作原理和DCS的特點，提出了一種用DCS 實現模糊控制的設計方法，調整進料間隔值。再使用PID控制補充低熱值廢液的方式，進而回轉窯窯尾溫度控制在800℃～1000℃。

2.1.1 模糊控制系統結構

模糊控制系統的設計以基本二維模糊控制器的設計為基礎。系統結構如圖2所示，模糊控制器包括輸入量模糊化、模糊推理和解模糊三個部分。圖中r為設定值，y為測量值，u為輸出值，e為誤差，計算公式為e=r -y;ec為誤差變化率，計算公式為 ec=e1-e2，式中e1為當前采樣的誤差，e2為上一采樣誤差。E和EC分別為e和ec模糊化后的模糊變量。U為輸出模糊變量，u為精確輸出量。Ke、Kec分別為e、ec的模糊量化因子，Ku為U的比例因子。

2.1.2模糊變量隸屬函數

設定模糊變量E、EC和U的模糊論域為 [-3，3]，并將其量化為7個等級{-3，-2，-1，0，l，2，3}。設定模糊變量的語言值集合。設定輸入模糊變量E、EC和輸出模糊變量ΔU的語言值集合為：{負大（NB），負中（NM），負小（NS），零（ZO），正小（PS），正中（PM），正大（PB）}七級語言變量。設定輸入模糊變量E、EC和輸出模糊變量ΔU取三角形隸屬函數。

2.1.3設定量化因子和比例因子

這里我們設定溫度偏差E的實際論域為[-50，50]，溫度偏差變化率EC的實際論域為[-10，10]，控制進料間隔U的實際論域為[75，125]。得出量化因子Ke=0.06，Kec=0.3，輸出算式為u=125-（U+3）*8.3。

2.1.4模糊規則庫

模糊變量E、EC、U都有七級語言變量，所以規則庫有49條規則，根據操作經驗得出。

2.1.5模糊控制查詢表

根據模糊控制規則表，選用 Mamdani的極大-極小推理法進行模糊推理合成，可得到輸出控制模糊變量U。解模糊方法選用加權平均法。加權平均法較適合輸出模糊集的隸屬度 函數是對稱情況。

采用 MATLAB的模糊邏輯工具箱進行分析仿真和計算離線求出每一對模糊論域上的輸入（E，EC）所對應的輸出控制變量U，得出最終的模糊控制查詢表（見表1）。

2.1.6 DCS實現查表功能

我們使用比較模塊CMP、曲線模塊、二選一模塊實現。

2.2二燃室煙氣溫度控制

二燃室出口溫度為1100～1200 ℃，同一位置設有三個測溫點，三個測點的最大值參與控制，三取二參與聯鎖和報警。此信號在正常運行階段控制按照PID+前饋（窯尾溫度）的控制方式調節高熱值廢液閥的開度。具體控制參數如下：當二燃室出口溫度低于1150 ℃并且煙氣含氧量大于8%時打開高熱值廢液開關閥，同時啟動輸送泵;當二燃室出口溫度達到1180℃時或者煙氣含氧量小于6%時關閉高熱值廢液開關閥，同時停輸送泵。達到了降低操作強度和穩定溫度指標的目的。

3.二燃室煙氣停留時間2s以上;

4.回轉窯空氣過剩系數控制在1.0～1.2，回轉窯和二燃室綜合空氣過剩系數控制在1.8～2.0，通過自動控制風機的變頻調整風量，最終控制二燃室煙氣出口O2含量6%～10%。控制方案：增加回轉窯出口煙氣氧分析儀，通過氧量調節一次風機頻率，同理，使用鍋爐出口煙氣氧量做被控量，調節二次風機頻率。同時為了保證安全，兩臺風機頻率都設定自動調節下限，保證空氣過剩系數在指標范圍內。

3 洗滌塔PH自動

煙氣在洗滌塔內經過脫酸，酸洗塔降溫至75℃，并脫除部分HCl、SO2、HF，此處優化的控制是自動加堿控制循環液的PH值，一是減少操作人員的勞動強度，二是更好的控制濃堿液的消耗。具體方案：以一級洗滌塔為例，當一級洗滌塔回流PH≤8.5，開一級洗滌循環液加堿切斷閥，閥門開到位2秒鐘后，啟動堿液輸送泵A/B（操作人員選擇），開始加堿液過程。加堿液流量計增加累計塊，計算累積量，堿液泵啟動后開始計量，到達1.5M3時（或者堿液槽液位下降0.1m，或者選擇加堿時長到3分鐘后，我們認為加堿量已經滿足生產要求）開始停止加堿液過程。停堿液輸送泵，1秒后關閉循環池加堿切斷閥，因為輸送泵為柱塞泵，保證正確的啟停順序。

4 控制系統實施

DCS控制系統為南京科遠自動化NT6000系列。該系統吸取了國內外眾多同類系統的優點，以高速、可靠、開放的網絡和功能強大的控制器為基礎;軟硬件都采用了國際標準或主流工業級產品，易于升級，使用方便、靈活。通過實踐運行，表明該控制系統能夠很好適應國內危險廢棄物的焚燒過程控制。

5 總結

以上針對危廢焚燒系統的自動控制進行了初步分析探討，通過DCS的工程優化實施，，降低操作人員勞動強度。希望通過本文的分析可以為危廢焚燒生產提供一些建議和借鑒。面對生產中的各種問題，我們會繼續總結，積極尋找優化方案，共同促進危廢焚燒技術的發展進步，創造更好的社會和經濟價值。

參考文獻：

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作者簡介：

王凱，畢業于鄭州大學化學工程與工藝專業 高級工程師 現任青島海灣新材料科技有限公司 副總經理