本發(fā)明涉及一種用于危廢焚燒系統(tǒng)中，循環(huán)煙氣氣流控制、煙氣分流、煙氣急冷的控制方法，屬于危險廢物處理技術領域。

背景技術：

危廢的處理與處置一般基于危廢焚燒工藝。與一般燃燒過程項目相比，危廢焚燒所涉及的高溫燃燒反應更為復雜，后續(xù)煙氣的排放限制規(guī)定更多，由此引起的危廢焚燒成本高漲。

危廢焚燒采用的窯爐中，無論是回轉窯、等離子體焚燒立窯，后續(xù)的二燃室燃燒的停留時間和燃燒溫度、輔助鍋爐后500-200℃煙氣的急冷1秒降溫等工藝均由《危險廢物處置工程技術導則》的有關規(guī)定執(zhí)行。

危廢焚燒過程一般需要保持全流程的微負壓操作，而過程的焚燒、二燃室、輔助鍋爐、急冷、脫酸、脫硫、脫硝、脫二噁英、除塵等眾多單元的組合使得焚燒煙氣在溫度變化劇烈的同時，煙氣量的變化也十分劇烈，煙囪前的引風機負荷極高，過程各單元控制和整個系統(tǒng)地穩(wěn)定運行十分困難。初始原料的配伍和熱值不穩(wěn)定更造成的焚燒過程的波動。建立焚燒系統(tǒng)各單元煙氣風阻與負壓分配，才能形成整個系統(tǒng)負壓梯度穩(wěn)定。其中影響系統(tǒng)穩(wěn)定的關鍵是圖中煙氣循環(huán)、急冷單元至脫酸脫硫過程形成的較大的煙氣分流與流量變化，因此基于熱量負荷分配，確立煙氣循環(huán)和急冷單元的控制參數(shù)，才能保證全系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

現(xiàn)有工程采用的單回路工藝參數(shù)控制系統(tǒng)顯然不能滿足系統(tǒng)穩(wěn)定運行的需要，因此基于熱量管理的危廢焚燒煙氣處理復雜前饋控制將是解決系統(tǒng)穩(wěn)定運行和節(jié)能技術的關鍵策略。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有危險廢物焚燒技術存在的不足，提出一種能夠使危廢焚燒系統(tǒng)穩(wěn)定運行且節(jié)能的危廢焚燒煙氣循環(huán)與急冷的復雜前饋控制方法。

本發(fā)明的危廢焚燒煙氣循環(huán)與急冷的復雜前饋控制方法，采用以下技術方案：

該方法，在輔助鍋爐煙氣出口和焚燒窯之間連接高溫循環(huán)風機和控制閥，形成高溫煙氣循環(huán)管路，通過高溫循環(huán)風機使煙氣在焚燒窯、二燃室和輔助鍋爐之間形成循環(huán)，輔助鍋爐與煙氣急冷單元連接，煙氣急冷單元進行急冷降溫所需用水量通過水量控制器(計量泵或者是使用離心泵且在輸水管路上連接調節(jié)閥)調節(jié)，高溫循環(huán)風機、控制閥以及水量控制器(計量泵或調節(jié)閥)均與PLC控制器(可編程控制器)連接；具體控制過程是：

(1)測量輔助鍋爐煙氣出口處煙氣的流量體積Q、溫度T、煙氣靜壓P、煙氣含氧量，測量循環(huán)煙氣回流溫度T₁(進入焚燒窯的高溫循環(huán)煙氣溫度，也就是高溫循環(huán)風機的出風溫度)、急冷單元出口處急冷后的煙氣溫度T₂、高溫煙氣循環(huán)流量Q₁(在高溫煙氣循環(huán)管路內參與循環(huán)的高溫煙氣流量)和急冷水流量m_水；

(2)高溫循環(huán)風機的壓頭由煙氣靜壓P和煙氣含氧量控制，以煙氣靜壓P在5秒-30秒內波動的均值作為測量信號，控制煙氣靜壓P在±100Pa范圍內波動；控制含氧量的體積百分比為4-12％；

PLC控制器根據(jù)測量信號調節(jié)高溫循環(huán)風機的轉速，使高溫循環(huán)風機壓頭的數(shù)值高于循環(huán)煙氣進出口的風壓差，同時PLC控制器控制高溫煙氣循環(huán)管路上的控制閥的開度，調節(jié)循環(huán)煙氣流量與熱量；循環(huán)風的輸出熱量變化為:q＝C_pQρ(T-T₁)，C_p為煙氣的定壓比熱容，ρ為煙氣的密度；

(3)按以下公式計算煙氣急冷單元進行急冷降溫所需用水量與急冷煙氣溫度之間的關系，水量m_水＝(Q-Q₁)×ρ×C_p×(T-T₂)/(γ_水+C_p水(T₂-25)),γ_水為水190℃時的汽化潛熱，25為急冷水水溫℃，C_p水為水的定壓比熱容，T₂設定溫度一般為190℃。

PLC控制器依據(jù)Q-Q₁信號作為前饋信號，利用上述水量計算公式，給出水量信號，依據(jù)測量的急冷后的煙氣溫度T₂以及設定的急冷后的煙氣溫度190℃，控制水量控制器提供急冷用水量。

本發(fā)明基于熱量管理的危廢焚燒煙氣處理復雜前饋控制，基于煙氣溫度、流量對應的顯熱變化以及熱焓分析，確定了煙氣流動體系統(tǒng)中的風壓狀態(tài)、風機壓頭和流動系統(tǒng)風阻等工作參數(shù)，有效控制了危廢焚燒系統(tǒng)中循環(huán)煙氣氣流控制、煙氣分流及煙氣急冷，滿足系統(tǒng)穩(wěn)定運行的需要，且實現(xiàn)了節(jié)能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明危廢焚燒煙氣循環(huán)與急冷的復雜前饋控制方法的流程圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明中的危廢焚燒系統(tǒng)，包括依次連接的焚燒窯、二燃室和輔助鍋爐，在輔助鍋爐和焚燒窯之間依次連接高溫循環(huán)風機和蝶閥(循環(huán)風控制閥)，形成高溫煙氣循環(huán)管路，高溫煙氣在輔助鍋爐-高溫循環(huán)風機-蝶閥-焚燒窯-二燃室-輔助鍋爐之間形成循環(huán)。輔助鍋爐排出的沒有參與循環(huán)的高溫煙氣經急冷、除塵、脫硫脫酸等處理后，再經煙氣處理，由引風機排放。

在輔助鍋爐的煙氣出口設置測量煙氣的流量體積Q、溫度T、煙氣靜壓P、煙氣含氧量和循環(huán)煙氣流量Q₁的測量裝置。這些測量裝置以及高溫循環(huán)風機和蝶閥均與PLC控制器(可編程控制器)連接。煙氣急冷降溫處理的所需水量，由水量控制器供給，水量控制器可以使用計量泵，或者是離心泵加輸水管路調節(jié)閥(使用離心泵時，在輸水管路上連接調節(jié)閥)，計量泵或者調節(jié)閥與上述PLC控制器連接。

無論對于焚燒系統(tǒng)風機(引風機)還是高溫循環(huán)風機，其主要作用均為保持對應煙氣流動系統(tǒng)的風壓穩(wěn)定，即三項中，ΔP即為煙氣流動系統(tǒng)的風壓變化值，ρ為煙氣密度，H為風機(引風機)壓頭，h_f為煙氣流動過程的風阻。由此可以看出，保持風阻穩(wěn)定的方式是調整引風機壓頭和煙氣流動過程的風阻，即循環(huán)風機壓頭隨風量變化曲線與風阻隨風量變化曲線的交點對應的實際工作點。

焚燒工藝中，煙氣分流與急冷處的含氧量是整個焚燒系統(tǒng)的重要指標，其數(shù)值由焚燒窯和二燃室的氧氣或空氣過剩系數(shù)確定，如4-12％的體積百分比。焚燒系統(tǒng)風機的壓頭確定系統(tǒng)負壓分配，系統(tǒng)風阻決定焚燒生產負荷，確定含氧量下的煙氣量，即該含氧量可直接作為風機變頻控制的測量信號。

該點(循環(huán)風機壓頭隨風量變化曲線與風阻隨風量變化曲線的交點對應的實際工作點)位置上確定煙氣流動體系的工作參數(shù)：系統(tǒng)風壓狀態(tài)、循環(huán)風機壓頭和系統(tǒng)風阻等參數(shù)?；跓煔鉁囟?、流量對應的顯熱變化，熱焓分析，本發(fā)明提出了危廢焚燒系統(tǒng)中，危廢焚燒煙氣循環(huán)與急冷的復雜前饋控制方法，以控制煙氣氣流、煙氣分流和煙氣急冷。

基于以上論述，本發(fā)明的危廢焚燒煙氣循環(huán)與急冷的復雜前饋控制方法，具體過程如下所述。

1.在輔助鍋爐煙氣出口設置測量裝置，測量煙氣的流量體積Q、溫度T、煙氣靜壓P、煙氣含氧量和循環(huán)煙氣流量Q₁(在高溫煙氣循環(huán)管路內參與循環(huán)的高溫煙氣流量)。同時測量循環(huán)煙氣回流溫度T₁(進入焚燒窯的高溫循環(huán)煙氣溫度)、急冷水水量m_水和急冷單元出口處急冷后的煙氣溫度T₂。將這些測量信號傳輸至PLC控制器。

2.煙氣對應的高溫循環(huán)風機的壓頭應由煙氣靜壓P控制，以其在5秒-30秒內波動的均值作為測量信號，控制煙氣靜壓P在±100Pa范圍內波動。

煙氣含氧量說明了燃燒系統(tǒng)的轉化狀態(tài)和煙氣中污染物(CO等)的熱力學平衡狀態(tài)，是控制循環(huán)風機壓頭的依據(jù)參數(shù)，控制含氧量的體積百分比為4-12％。

PLC控制器(可編程控制器)可以通過比例微分(PD)計算輸出信號，以調節(jié)高溫循環(huán)風機的轉速，使風機壓頭的數(shù)值高于循環(huán)煙氣進出口風壓差。PLC控制器(可編程控制器)通過比例積分微分(PID)計算輸出信號，調節(jié)循環(huán)煙氣管路上的蝶閥的開度，同時完成循環(huán)煙氣流量與熱量的調節(jié)。

循環(huán)煙氣降溫后的溫度T₁以200℃計，其轉移熱量q₁＝Q₁×ρ×C_p×(T-200)，C_p為煙氣的定壓比熱容。

3.影響煙氣后處理的關鍵因素是急冷用水的控制，可以使用計量泵或離心泵加管路調節(jié)閥控制降溫所需水量。按以下公式計算煙氣急冷單元進行急冷降溫所需用水量與急冷煙氣溫度之間的關系，水量m_水＝(Q-Q₁)×ρ×C_p×(T-T₂)/(γ_水+C_p水(T₂-25)),γ_水為水190℃時的汽化潛熱，25為用于急冷用水的水溫(℃)，C_p水為水的定壓比熱容，設定的急冷后煙氣溫度T₂為190℃。

PLC控制器依據(jù)Q-Q₁信號作為前饋信號，利用上述計算公式反算急冷煙氣溫度T₂，計算輸出信號值作為前饋給定值信號。測量的急冷后煙氣溫度T₂信號與設定的急冷后煙氣溫度信號比較后，依據(jù)比例、積分、微分(PID)運算，調節(jié)水量控制器(可以是計量泵或調節(jié)閥)。一般設定的急冷后煙氣溫度為190℃。設計輔助鍋爐出口溫度T參數(shù)小于550℃。

4.煙氣含氧量和煙氣靜壓P是控制循環(huán)風機的主要計算依據(jù)參數(shù)，含氧量說明了燃燒系統(tǒng)的轉化狀態(tài)和煙氣中CO等污染物的熱力學平衡狀態(tài)，風壓參數(shù)P是整個系統(tǒng)穩(wěn)定的重要參數(shù)。以上測量、控制和計算結果均通過PLC和通訊系統(tǒng)，上傳至上一級DCS中央控制系統(tǒng)，進行監(jiān)控。