CN106439858B - 一种危废焚烧烟气循环与急冷的复杂前馈控制方法 - Google Patents

Abstract

一种危废焚烧烟气循环与急冷的复杂前馈控制方法，具体控制过程是：(1)测量辅助锅炉烟气出口处烟气的流量体积Q、温度T、烟气静压P和烟气含氧量，测量循环烟气回流温度T₁、急冷后的烟气温度T₂、高温烟气循环流量Q₁和急冷水流量m_水；(2)高温循环风机的压头，控制烟气静压P在±100Pa范围内波动；控制含氧量的体积百分比为4‑12％；(3)PLC控制器依据测量的急冷后的烟气温度T₂以及设定的急冷后的烟气温度，控制水量控制器提供急冷用水量。该方法确定了烟气流动体系统中的风压状态、风机压头和系统风阻等工作参数，有效控制了危废焚烧系统中循环烟气气流控制、烟气分流及烟气急冷，满足系统稳定运行的需要，且实现了节能。

Description

一种危废焚烧烟气循环与急冷的复杂前馈控制方法

技术领域

本发明涉及一种用于危废焚烧系统中，循环烟气气流控制、烟气分流、烟气急冷的控制方法，属于危险废物处理技术领域。

背景技术

危废的处理与处置一般基于危废焚烧工艺。与一般燃烧过程项目相比，危废焚烧所涉及的高温燃烧反应更为复杂，后续烟气的排放限制规定更多，由此引起的危废焚烧成本高涨。

危废焚烧采用的窑炉中，无论是回转窑、等离子体焚烧立窑，后续的二燃室燃烧的停留时间和燃烧温度、辅助锅炉后500-200℃烟气的急冷1秒降温等工艺均由《危险废物处置工程技术导则》的有关规定执行。

危废焚烧过程一般需要保持全流程的微负压操作，而过程的焚烧、二燃室、辅助锅炉、急冷、脱酸、脱硫、脱硝、脱二噁英、除尘等众多单元的组合使得焚烧烟气在温度变化剧烈的同时，烟气量的变化也十分剧烈，烟囱前的引风机负荷极高，过程各单元控制和整个系统地稳定运行十分困难。初始原料的配伍和热值不稳定更造成的焚烧过程的波动。建立焚烧系统各单元烟气风阻与负压分配，才能形成整个系统负压梯度稳定。其中影响系统稳定的关键是图中烟气循环、急冷单元至脱酸脱硫过程形成的较大的烟气分流与流量变化，因此基于热量负荷分配，确立烟气循环和急冷单元的控制参数，才能保证全系统的稳定运行。

现有工程采用的单回路工艺参数控制系统显然不能满足系统稳定运行的需要，因此基于热量管理的危废焚烧烟气处理复杂前馈控制将是解决系统稳定运行和节能技术的关键策略。

发明内容

本发明针对现有危险废物焚烧技术存在的不足，提出一种能够使危废焚烧系统稳定运行且节能的危废焚烧烟气循环与急冷的复杂前馈控制方法。

本发明的危废焚烧烟气循环与急冷的复杂前馈控制方法，采用以下技术方案：

该方法，在辅助锅炉烟气出口和焚烧窑之间连接高温循环风机和控制阀，形成高温烟气循环管路，通过高温循环风机使烟气在焚烧窑、二燃室和辅助锅炉之间形成循环，辅助锅炉与烟气急冷单元连接，烟气急冷单元进行急冷降温所需用水量通过水量控制器(计量泵或者是使用离心泵且在输水管路上连接调节阀)调节，高温循环风机、控制阀以及水量控制器(计量泵或调节阀)均与PLC控制器(可编程控制器)连接；具体控制过程是：

(1)测量辅助锅炉烟气出口处烟气的流量体积Q、温度T、烟气静压P、烟气含氧量，测量循环烟气回流温度T₁(进入焚烧窑的高温循环烟气温度，也就是高温循环风机的出风温度)、急冷单元出口处急冷后的烟气温度T₂、高温烟气循环流量Q₁(在高温烟气循环管路内参与循环的高温烟气流量)和急冷水流量m_水；

(2)高温循环风机的压头由烟气静压P和烟气含氧量控制，以烟气静压P在5秒-30秒内波动的均值作为测量信号，控制烟气静压P在±100Pa范围内波动；控制含氧量的体积百分比为4-12％；

PLC控制器根据测量信号调节高温循环风机的转速，使高温循环风机压头的数值高于循环烟气进出口的风压差，同时PLC控制器控制高温烟气循环管路上的控制阀的开度，调节循环烟气流量与热量；循环风的输出热量变化为:q＝C_pQρ(T-T₁)，C_p为烟气的定压比热容，ρ为烟气的密度；

(3)按以下公式计算烟气急冷单元进行急冷降温所需用水量与急冷烟气温度之间的关系，水量m_水＝(Q-Q₁)×ρ×C_p×(T-T₂)/(γ_水+C_p水(T₂-25)),γ_水为水190℃时的汽化潜热，25为急冷水水温℃，C_p水为水的定压比热容，T₂设定温度一般为190℃。

PLC控制器依据Q-Q₁信号作为前馈信号，利用上述水量计算公式，给出水量信号，依据测量的急冷后的烟气温度T₂以及设定的急冷后的烟气温度190℃，控制水量控制器提供急冷用水量。

本发明基于热量管理的危废焚烧烟气处理复杂前馈控制，基于烟气温度、流量对应的显热变化以及热焓分析，确定了烟气流动体系统中的风压状态、风机压头和流动系统风阻等工作参数，有效控制了危废焚烧系统中循环烟气气流控制、烟气分流及烟气急冷，满足系统稳定运行的需要，且实现了节能。

附图说明

图1是本发明危废焚烧烟气循环与急冷的复杂前馈控制方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明中的危废焚烧系统，包括依次连接的焚烧窑、二燃室和辅助锅炉，在辅助锅炉和焚烧窑之间依次连接高温循环风机和蝶阀(循环风控制阀)，形成高温烟气循环管路，高温烟气在辅助锅炉-高温循环风机-蝶阀-焚烧窑-二燃室-辅助锅炉之间形成循环。辅助锅炉排出的没有参与循环的高温烟气经急冷、除尘、脱硫脱酸等处理后，再经烟气处理，由引风机排放。

在辅助锅炉的烟气出口设置测量烟气的流量体积Q、温度T、烟气静压P、烟气含氧量和循环烟气流量Q₁的测量装置。这些测量装置以及高温循环风机和蝶阀均与PLC控制器(可编程控制器)连接。烟气急冷降温处理的所需水量，由水量控制器供给，水量控制器可以使用计量泵，或者是离心泵加输水管路调节阀(使用离心泵时，在输水管路上连接调节阀)，计量泵或者调节阀与上述PLC控制器连接。

无论对于焚烧系统风机(引风机)还是高温循环风机，其主要作用均为保持对应烟气流动系统的风压稳定，即三项中，ΔP即为烟气流动系统的风压变化值，ρ为烟气密度，H为风机(引风机)压头，h_f为烟气流动过程的风阻。由此可以看出，保持风阻稳定的方式是调整引风机压头和烟气流动过程的风阻，即循环风机压头随风量变化曲线与风阻随风量变化曲线的交点对应的实际工作点。

焚烧工艺中，烟气分流与急冷处的含氧量是整个焚烧系统的重要指标，其数值由焚烧窑和二燃室的氧气或空气过剩系数确定，如4-12％的体积百分比。焚烧系统风机的压头确定系统负压分配，系统风阻决定焚烧生产负荷，确定含氧量下的烟气量，即该含氧量可直接作为风机变频控制的测量信号。

该点(循环风机压头随风量变化曲线与风阻随风量变化曲线的交点对应的实际工作点)位置上确定烟气流动体系的工作参数：系统风压状态、循环风机压头和系统风阻等参数。基于烟气温度、流量对应的显热变化，热焓分析，本发明提出了危废焚烧系统中，危废焚烧烟气循环与急冷的复杂前馈控制方法，以控制烟气气流、烟气分流和烟气急冷。

基于以上论述，本发明的危废焚烧烟气循环与急冷的复杂前馈控制方法，具体过程如下所述。

1.在辅助锅炉烟气出口设置测量装置，测量烟气的流量体积Q、温度T、烟气静压P、烟气含氧量和循环烟气流量Q₁(在高温烟气循环管路内参与循环的高温烟气流量)。同时测量循环烟气回流温度T₁(进入焚烧窑的高温循环烟气温度)、急冷水水量m_水和急冷单元出口处急冷后的烟气温度T₂。将这些测量信号传输至PLC控制器。

2.烟气对应的高温循环风机的压头应由烟气静压P控制，以其在5秒-30秒内波动的均值作为测量信号，控制烟气静压P在±100Pa范围内波动。

烟气含氧量说明了燃烧系统的转化状态和烟气中污染物(CO等)的热力学平衡状态，是控制循环风机压头的依据参数，控制含氧量的体积百分比为4-12％。

PLC控制器(可编程控制器)可以通过比例微分(PD)计算输出信号，以调节高温循环风机的转速，使风机压头的数值高于循环烟气进出口风压差。PLC控制器(可编程控制器)通过比例积分微分(PID)计算输出信号，调节循环烟气管路上的蝶阀的开度，同时完成循环烟气流量与热量的调节。

循环烟气降温后的温度T₁以200℃计，其转移热量q₁＝Q₁×ρ×C_p×(T-200)，C_p为烟气的定压比热容。

3.影响烟气后处理的关键因素是急冷用水的控制，可以使用计量泵或离心泵加管路调节阀控制降温所需水量。按以下公式计算烟气急冷单元进行急冷降温所需用水量与急冷烟气温度之间的关系，水量m_水＝(Q-Q₁)×ρ×C_p×(T-T₂)/(γ_水+C_p水(T₂-25)),γ_水为水190℃时的汽化潜热，25为用于急冷用水的水温(℃)，C_p水为水的定压比热容，设定的急冷后烟气温度T₂为190℃。

PLC控制器依据Q-Q₁信号作为前馈信号，利用上述计算公式反算急冷烟气温度T₂，计算输出信号值作为前馈给定值信号。测量的急冷后烟气温度T₂信号与设定的急冷后烟气温度信号比较后，依据比例、积分、微分(PID)运算，调节水量控制器(可以是计量泵或调节阀)。一般设定的急冷后烟气温度为190℃。设计辅助锅炉出口温度T参数小于550℃。

4.烟气含氧量和烟气静压P是控制循环风机的主要计算依据参数，含氧量说明了燃烧系统的转化状态和烟气中CO等污染物的热力学平衡状态，风压参数P是整个系统稳定的重要参数。以上测量、控制和计算结果均通过PLC和通讯系统，上传至上一级DCS中央控制系统，进行监控。

Claims (1)

1.一种危废焚烧烟气循环与急冷的复杂前馈控制方法，在辅助锅炉和焚烧窑之间连接高温循环风机和控制阀，形成高温烟气循环管路，通过高温循环风机使烟气在焚烧窑、二燃室和辅助锅炉之间形成循环，辅助锅炉与烟气急冷单元连接，烟气急冷单元进行急冷降温所需用水量通过水量控制器调节，高温循环风机、控制阀以及水量控制器均与PLC控制器连接；其特征是：

(1)测量辅助锅炉烟气出口处烟气的流量体积Q、温度T、烟气静压P、烟气含氧量，测量循环烟气回流温度T₁、急冷单元出口处急冷后的烟气温度T₂、高温烟气循环流量Q₁和急冷水流量m_水；

(2)高温循环风机的压头由烟气静压P和烟气含氧量控制，以烟气静压P在5秒-30秒内波动的均值作为测量信号，控制烟气静压P在±100Pa范围内波动；控制含氧量的体积百分比为4-12％；

PLC控制器根据测量信号调节高温循环风机的转速，使高温循环风机压头的数值高于循环烟气进出口的风压差，同时PLC控制器控制高温烟气循环管路上的控制阀的开度，调节循环烟气流量与热量；循环风的输出热量变化为:q＝C_pQρ(T-T₁)，C_p为烟气的定压比热容，ρ为烟气的密度；

(3)按以下公式计算烟气急冷单元进行急冷降温所需用水量与急冷烟气温度之间的关系，急冷水流量m_水＝(Q-Q₁)×ρ×C_p×(T-T₂)/(γ_水+C_p水(T₂-25)),γ_水为水190℃时的汽化潜热，25为急冷水水温℃，C_p水为水的定压比热容；

PLC控制器依据Q-Q₁信号作为前馈信号，利用上述水量计算公式，给出水量信号，依据测量的急冷后的烟气温度T₂以及设定的急冷后的烟气温度190℃，控制水量控制器提供急冷用水量。