王凱 李濤 陳會(huì)來

摘要：本文主要對(duì)危廢焚燒系統(tǒng)的自動(dòng)控制進(jìn)行了分析探討，通過DCS的工程優(yōu)化實(shí)施，提高工廠自動(dòng)化水平，降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。希望通過本文的分析可以為危廢焚燒生產(chǎn)的發(fā)展提供一些建議和借鑒。

關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)窯焚燒;模糊控制;“3T+1E”原則;DCS系統(tǒng)

引言

在危廢焚燒系統(tǒng)的生產(chǎn)過程中，存在很多需要操作人員手動(dòng)控制閥門或變頻，甚至還要到現(xiàn)場手動(dòng)開關(guān)閥門現(xiàn)象。但當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的極速發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)水平與控制技術(shù)的創(chuàng)新與提高，使得工廠自動(dòng)化面臨的很大的提升空間。同時(shí)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(chǎn)自動(dòng)化水平的要求，適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展。下面結(jié)合實(shí)際，對(duì)危廢焚燒系統(tǒng)的自動(dòng)化控制進(jìn)行初步分析探討。

1 系統(tǒng)概述

回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)包括：預(yù)處理及進(jìn)料系統(tǒng)、廢液儲(chǔ)存及輸送系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)、二燃室系統(tǒng)、輔助燃燒系統(tǒng)、助燃風(fēng)系統(tǒng)、余熱鍋爐系統(tǒng)、鍋爐水處理及給水系統(tǒng)、蒸汽冷凝系統(tǒng)、尾氣處理系統(tǒng)（SNCR 脫硝 + 煙氣急冷 + 干法脫酸 + 活性炭噴射 + 布袋除塵 + 兩級(jí)濕法脫酸 + 濕式電除塵 + 蒸汽再熱+SCR 脫硝系統(tǒng)）、灰渣輸送系統(tǒng)、煙道、煙囪、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、壓縮空氣站系統(tǒng)、制氮?dú)庀到y(tǒng)、其它工藝管道系統(tǒng)。（見圖1）

2 回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)的控制

這部分是我們生產(chǎn)的核心，我們重點(diǎn)關(guān)注燃燒溫度、氣體停留時(shí)間、攪拌混合程度和過?？諝饴仕膫€(gè)關(guān)鍵參數(shù)，即“3T+1E”原則，是指溫度（Temperature）、時(shí)間（Time）、擾動(dòng)（Turbulence）和空氣過剩系數(shù)（Excess air coefficient）綜合控制的原則。“3T+1E”原則能確保危險(xiǎn)廢物的有害成分充分分解，從源頭上控制二噁英等有機(jī)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?！?T+1E”原則控制的主要對(duì)象為：

2.1回轉(zhuǎn)窯窯尾溫度控制。

之前，更多的采用是操作人員來手動(dòng)調(diào)整進(jìn)料間隔值、廢液進(jìn)料量、一二次風(fēng)機(jī)變頻來實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在我們通過優(yōu)化控制方案，根據(jù)二維模糊控制器的工作原理和DCS的特點(diǎn)，提出了一種用DCS 實(shí)現(xiàn)模糊控制的設(shè)計(jì)方法，調(diào)整進(jìn)料間隔值。再使用PID控制補(bǔ)充低熱值廢液的方式，進(jìn)而回轉(zhuǎn)窯窯尾溫度控制在800℃～1000℃。

2.1.1 模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以基本二維模糊控制器的設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(gè)部分。圖中r為設(shè)定值，y為測量值，u為輸出值，e為誤差，計(jì)算公式為e=r -y;ec為誤差變化率，計(jì)算公式為 ec=e1-e2，式中e1為當(dāng)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(shù)

設(shè)定模糊變量E、EC和U的模糊論域?yàn)?[-3，3]，并將其量化為7個(gè)等級(jí){-3，-2，-1，0，l，2，3}。設(shè)定模糊變量的語言值集合。設(shè)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(fù)大（NB），負(fù)中（NM），負(fù)?。∟S），零（ZO），正?。≒S），正中（PM），正大（PB）}七級(jí)語言變量。設(shè)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(shù)。

2.1.3設(shè)定量化因子和比例因子

這里我們?cè)O(shè)定溫度偏差E的實(shí)際論域?yàn)閇-50，50]，溫度偏差變化率EC的實(shí)際論域?yàn)閇-10，10]，控制進(jìn)料間隔U的實(shí)際論域?yàn)閇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(guī)則庫

模糊變量E、EC、U都有七級(jí)語言變量，所以規(guī)則庫有49條規(guī)則，根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)得出。

2.1.5模糊控制查詢表

根據(jù)模糊控制規(guī)則表，選用 Mamdani的極大-極小推理法進(jìn)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(quán)平均法。加權(quán)平均法較適合輸出模糊集的隸屬度 函數(shù)是對(duì)稱情況。

采用 MATLAB的模糊邏輯工具箱進(jìn)行分析仿真和計(jì)算離線求出每一對(duì)模糊論域上的輸入（E，EC）所對(duì)應(yīng)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(shí)現(xiàn)查表功能

我們使用比較模塊CMP、曲線模塊、二選一模塊實(shí)現(xiàn)。

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(shè)有三個(gè)測溫點(diǎn)，三個(gè)測點(diǎn)的最大值參與控制，三取二參與聯(lián)鎖和報(bào)警。此信號(hào)在正常運(yùn)行階段控制按照PID+前饋（窯尾溫度）的控制方式調(diào)節(jié)高熱值廢液閥的開度。具體控制參數(shù)如下：當(dāng)二燃室出口溫度低于1150 ℃并且煙氣含氧量大于8%時(shí)打開高熱值廢液開關(guān)閥，同時(shí)啟動(dòng)輸送泵;當(dāng)二燃室出口溫度達(dá)到1180℃時(shí)或者煙氣含氧量小于6%時(shí)關(guān)閉高熱值廢液開關(guān)閥，同時(shí)停輸送泵。達(dá)到了降低操作強(qiáng)度和穩(wěn)定溫度指標(biāo)的目的。

3.二燃室煙氣停留時(shí)間2s以上;

4.回轉(zhuǎn)窯空氣過剩系數(shù)控制在1.0～1.2，回轉(zhuǎn)窯和二燃室綜合空氣過剩系數(shù)控制在1.8～2.0，通過自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)整風(fēng)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(zhuǎn)窯出口煙氣氧分析儀，通過氧量調(diào)節(jié)一次風(fēng)機(jī)頻率，同理，使用鍋爐出口煙氣氧量做被控量，調(diào)節(jié)二次風(fēng)機(jī)頻率。同時(shí)為了保證安全，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)頻率都設(shè)定自動(dòng)調(diào)節(jié)下限，保證空氣過剩系數(shù)在指標(biāo)范圍內(nèi)。

3 洗滌塔PH自動(dòng)

煙氣在洗滌塔內(nèi)經(jīng)過脫酸，酸洗塔降溫至75℃，并脫除部分HCl、SO2、HF，此處優(yōu)化的控制是自動(dòng)加堿控制循環(huán)液的PH值，一是減少操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，二是更好的控制濃堿液的消耗。具體方案：以一級(jí)洗滌塔為例，當(dāng)一級(jí)洗滌塔回流PH≤8.5，開一級(jí)洗滌循環(huán)液加堿切斷閥，閥門開到位2秒鐘后，啟動(dòng)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(jì)增加累計(jì)塊，計(jì)算累積量，堿液泵啟動(dòng)后開始計(jì)量，到達(dá)1.5M3時(shí)（或者堿液槽液位下降0.1m，或者選擇加堿時(shí)長到3分鐘后，我們認(rèn)為加堿量已經(jīng)滿足生產(chǎn)要求）開始停止加堿液過程。停堿液輸送泵，1秒后關(guān)閉循環(huán)池加堿切斷閥，因?yàn)檩斔捅脼橹?，保證正確的啟停順序。

4 控制系統(tǒng)實(shí)施

DCS控制系統(tǒng)為南京科遠(yuǎn)自動(dòng)化NT6000系列。該系統(tǒng)吸取了國內(nèi)外眾多同類系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，以高速、可靠、開放的網(wǎng)絡(luò)和功能強(qiáng)大的控制器為基礎(chǔ);軟硬件都采用了國際標(biāo)準(zhǔn)或主流工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，易于升級(jí)，使用方便、靈活。通過實(shí)踐運(yùn)行，表明該控制系統(tǒng)能夠很好適應(yīng)國內(nèi)危險(xiǎn)廢棄物的焚燒過程控制。

5 總結(jié)

以上針對(duì)危廢焚燒系統(tǒng)的自動(dòng)控制進(jìn)行了初步分析探討，通過DCS的工程優(yōu)化實(shí)施，，降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。希望通過本文的分析可以為危廢焚燒生產(chǎn)提供一些建議和借鑒。面對(duì)生產(chǎn)中的各種問題，我們會(huì)繼續(xù)總結(jié)，積極尋找優(yōu)化方案，共同促進(jìn)危廢焚燒技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，創(chuàng)造更好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

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作者簡介：

王凱，畢業(yè)于鄭州大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè) 高級(jí)工程師 現(xiàn)任青島海灣新材料科技有限公司 副總經(jīng)理