CN103941661A - 一种污泥脱水、干化、焚烧一体化控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种污泥脱水、干化、焚烧一体化控制系统，包括智能控制子系统及分别与智能控制子系统连接的污泥进料子系统、污泥搅拌子系统、高压压榨子系统、焚烧子系统和烟气净化子系统，所述的智能控制子系统包括智能采集仪表、PLC和上位机；上位机通过智能采集仪表对污泥进料子系统、污泥搅拌子系统、高压压榨子系统、焚烧子系统和烟气净化子系统的状态进行监测，根据监测结果，通过PLC分别对各子系统进行控制，依次完成污泥脱水、干化和焚烧3个环节，当监测量出现异常时，上位机发出报警信号。与现有技术相比，本发明具有提高污泥处理效率、安全可靠性高等优点。

Description

一种污泥脱水、干化、焚烧一体化控制系统

技术领域

本发明涉及环境保护与工业控制领域，尤其是涉及一种污泥脱水、干化、焚烧一体化控制系统。

背景技术

根据环境保护部环境公告显示，截止2012年底，全国投运的污水处理设施已增加至3184座，日总设计处理能力1.36亿m3，平均日处理水量1.06亿m3。随着我国污水处理行业的发展和城镇污水处理率的不断提高，污水处理后的副产物污泥产量也急剧增加。按产泥率1万m3污水产7t污泥计算，全国污泥产量(80％含水率)预计已突破74200t／d，干污泥量达14840t／d，污泥产量较五年前几乎翻倍，至“十二五”末，随着污水处理率的进一步提高，污泥总产量还将持续上升。如何有效地处理和处置污泥，是一个亟待解决的问题。

污泥脱水、干化、焚烧一体化技术可实现污泥的有效处理和良好处置，其目标是将污水厂产生的污泥进行调理压榨深度脱水，脱水后的泥饼含水率达到55％以下，继而将污泥送入循环流化床进行焚烧处置。产生的高温烟气，经旋风分离器分离下来的循环灰通过气动分配器，大部分返回焚烧炉继续燃烧循环，其余经空气预热器后通过净化塔和布袋除尘装置，进行酸性气体的脱除和颗粒物捕集，达标后的气体通过吸风机的作用由烟囱排入大气；产生的灰渣作为污泥调理剂循环利用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提高污泥处理效率、安全可靠性高的污泥脱水、干化、焚烧一体化控制系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种污泥脱水、干化、焚烧一体化控制系统，包括智能控制子系统及分别与智能控制子系统连接的污泥进料子系统、污泥搅拌子系统、高压压榨子系统、焚烧子系统和烟气净化子系统，所述的污泥进料子系统、污泥搅拌子系统、高压压榨子系统、焚烧子系统和烟气净化子系统依次连接；

所述的智能控制子系统包括智能采集仪表、PLC和上位机，所述的上位机分别连接智能采集仪表和PLC，所述的智能采集仪表和PLC均分别连接污泥进料子系统、污泥搅拌子系统、高压压榨子系统、焚烧子系统和烟气净化子系统；

上位机通过智能采集仪表对污泥进料子系统、污泥搅拌子系统、高压压榨子系统、焚烧子系统和烟气净化子系统的状态进行监测，根据监测结果，通过PLC分别对污泥进料子系统、污泥搅拌子系统、高压压榨子系统、焚烧子系统和烟气净化子系统进行自动或手动控制，依次完成污泥脱水、干化和焚烧3个环节，当监测量出现异常时，上位机发出报警信号。

所述的污泥进料子系统包括污泥储池和上料行车，所述的上料行车上设有盛放污泥的行车抓斗。

所述的污泥搅拌子系统包括双轴卧式搅拌机、改性污泥储池、调理剂料仓、螺旋输送机、药剂罐和计量泵。

所述的高压压榨子系统包括高压压榨机、污泥输送气动隔膜泵和皮带输送机，所述的高压压榨机分别连接污泥输送气动隔膜泵和皮带输送机。

所述的焚烧子系统包括热载体循环流化床焚烧炉、皮带传送机和旋风分离机。

所述的热载体循环流化床焚烧炉的床体温度为850℃～900℃。

所述的上位机进行控制时，采用神经网络算法对污泥脱水、干化和焚烧3个环节进行控制，神经网络算法输出的控制参数污泥添加速度、污泥脱水时间、污泥焚烧速度、调理剂和辅助煤添加速度。

所述的上位机进行控制时，采用模糊逻辑控制自动调节污泥挤压应力和时间。

所述的上位机与PLC之间通过PROFIBUS-DP网络连接。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.本发明通过智能采集仪表对污泥脱水、干化和焚烧3个环节的状态进行实时监控，保证污泥处置的正常运行，提供安全可靠的工作环境；

2.本发明采用模糊逻辑控制自动调节污泥挤压应力和时间，保证含水符合焚烧要求；

3.本发明对污泥脱水、干化和焚烧3个环节的处理工艺采用神经网络算法优化，在工艺学习培训的基础上，可具备控制参数自适应调节能力；

4.本发明采用PLC为基础的硬件系统，具有极强的环境适应性；

5.本发明控制系统可在自动和手动两种模式之间切换，提高污泥处理效率、方便检修。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为污泥调理深度脱水系统控制流程图；

图3为污泥焚烧系统控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，一种污泥脱水、干化、焚烧一体化控制系统，包括智能控制子系统及分别与智能控制子系统连接的污泥进料子系统4、污泥搅拌子系统5、高压压榨子系统6、焚烧子系统7和烟气净化子系统8，污泥进料子系统4、污泥搅拌子系统5、高压压榨子系统6、焚烧子系统7和烟气净化子系统8依次连接。含水率80％的污泥，通过污泥进料子系统4进料，在污泥搅拌子系统5中进行调理、搅拌、破碎，后经高压压榨子系统6脱水为含水率55％以下的污泥饼，焚烧子系统7在850℃～900℃进行干污泥焚烧，最后经烟气净化子系统8排放，完成污泥处置。

智能控制子系统包括智能采集仪表2、PLC3和上位机1，上位机1分别连接智能采集仪表2和PLC3，智能采集仪表2和PLC3均分别连接污泥进料子系统4、污泥搅拌子系统5、高压压榨子系统6、焚烧子系统7和烟气净化子系统8。上位机与PLC之间的连接采用PROFIBUS-DP网络，从而保证数据传输的快速性、组网的方便性以及网络的可扩展性。

上位机1通过智能采集仪表2对污泥进料子系统4、污泥搅拌子系统5、高压压榨子系统6、焚烧子系统7和烟气净化子系统8的状态进行监测，根据监测结果，通过PLC3分别对污泥进料子系统4、污泥搅拌子系统5、高压压榨子系统6、焚烧子系统7和烟气净化子系统8进行自动或手动控制，依次完成污泥脱水、干化和焚烧3个环节，当监测量出现异常时，上位机1发出报警信号。

上位机与PLC之间的连接采用PROFIBUS-DP网络，从而保证数据传输的快速性、组网的方便性以及网络的可扩展性。

本实施例中，PLC选用西门子公司的S7系列产品，属于模块化中小型PLC系统，它能满足中等性能要求的应用。模块化、无风扇结构使系统构成灵活，易于实现分布，易于用户掌握，这一突出特点使该系列产品成为各种从小规模到中等性能要求控制任务的方便又经济的解决方案，并且确保了系统的高可靠性、高稳定性、快速性。上位机选用研祥公司的工控机，操作系统选用美国MICROSOFT公司的Windows7，并以美国WONDERWARE公司的InTouch10.1作为整个系统的开发平台；从而使整个系统组态、维护方便，数据实时性强，系统易于将来的扩展。

污泥进料子系统4包括污泥储池和上料行车(带抓斗，抓量2t，行车4t，N=11kW)，上料行车上设有盛放污泥的行车抓斗；智能控制子系统对污泥储池液位、污泥含水量、行车抓斗位置、行车次数、速度、装载量进行监测；行车速度和方向可控。

污泥搅拌子系统5包括1台双轴卧式搅拌机(容积7m3，N=75kW，带破碎机)，改性污泥储池(60m3)、调理剂料仓1套(容积25m3)，螺旋输送机2套(N=8kw)，药剂罐1套(容积15m3)，计量泵2套(1000L／h，N=2.2kW)；智能控制子系统对改性池液位、污泥含水量、调理剂液位、添加历史进行监测；搅拌机开关、调理剂开关可控。

高压压榨子系统6包括高压压榨机(弹性板框压滤机)、污泥输送气动隔膜泵、皮带输送机等，改性污泥由污泥气动隔膜泵送入高压压榨机中，经加压脱水后，干化污泥落至皮带传输机上送出，压滤出来的污水经管道收集后部分回流，其余排入污水管网；智能控制子系统对气动隔膜泵流量、污泥液位、含水量、机内压强、弹性压板位置、弹簧压缩量进行监测；气动隔膜泵开关、弹簧压滤系统开关、压板行动可控。

焚烧子系统7采用热载体循环流化床焚烧炉，焚烧炉床体温度保持在850℃～900℃进行干污泥焚烧；智能控制子系统对皮带传送机速度、装载量、辅助煤储量、添加历史、焚烧炉温度、压强、液位、炉渣含量进行监测；皮带传送机运行、辅助煤开关、送风机开关、炉渣卸载可控。

在焚烧炉运行时，烟气净化子系统8通过输送装置不间断向炉内送入石灰粉与焚烧所产生的烟气充分接触，脱除酸性气体，降低烟气中的酸性气体浓度，达标排放(SO2≤192ppm，NOX≤179ppm)，布袋除尘装置对尾气排放前进行除尘处理，捕集颗粒物，降低烟气中的烟尘浓度，达标排放(≤120mg/m3)；智能控制子系统对烟气浓度、温度、流量、成分含量进行监测；石灰粉添加、旋风分离机开关可控。

污泥调理深度脱水系统控制流程如图2。在正常情况下，智能控制子系统采用自动模式，按照设定的程序运行：上料行车从污泥储池装载污泥(含水量80％)，运送至污泥搅拌机中卸载污泥；经搅拌破碎后，加入调理剂，进行改性处理；调理好的污泥通过气动隔膜泵及附属链接管路输送至压滤机进行过滤，进料过程全程通过变频控制，随着进料压力的增大，进料量越来越少，当压力达到0.6Mpa时，保压10min后，停泵，进料结束；进料结束后再通过油缸推进，进一步压缩板框滤室进行二次压榨，二次压榨在形程到达限位时(弹簧压缩量最大)，二次压榨基本完成，停止压榨；二次压榨结束后，利用压滤机配套空压系统(本工程采用螺杆式空压机)进行反吹，将滤板、进料通道及中心柱的湿污泥去除；反吹结束后通过自动拉板系统完成滤板的卸泥。当运行过程中某一环节出现异常，系统将自动报警，由值班人员转为手动控制进行操作及检修。

污泥焚烧系统控制流程如图3。在正常情况下，皮带传送机以一定速度运行，将高压压榨系统得到的干污泥送入热载体循环流化床焚烧炉，与底料混合沸腾形成自持稳定燃烧；电气仪表系统对焚烧炉内污泥料位、温度、压强等进行实时监控，供值班人员参考，远程操控辅助没上料系统；高温烟气通过净化系统，由气动分配器决定是否进行循环燃烧。当运行过程中某一环节出现异常，系统将自动报警，由值班人员转为手动控制进行操作及检修。

智能控制子系统针对污泥脱水、干化和焚烧3个环节的处理工艺采用神经网络算法优化，在工艺学习培训的基础上，可具备控制参数自适应调节能力。神经网络采用双层感知架构，需首先通过多次手动操作，对系统参数设置，操作流程进行自适应学习，进而切换自动模式。神经网络控制系统需要学习的参数包括——污泥添加速度、污泥脱水时间、污泥焚烧速度、调理剂和辅助煤添加速度。

智能控制子系统采用模糊逻辑控制自动调节污泥挤压应力和时间，保证含水符合焚烧要求。对污泥含水量、室内压强等输入信息进行模糊处理，污泥含水量越大、室内压强越小则采用越大的挤压应力，输出信息为精确地挤压应力大小控制信号。

智能控制子系统检测和作用周期随着污泥处理的进度阶梯性缩短，保证系统快速、精确地完成污泥处脱水过程。

上位机上设有主监控面板，可以实时显示监测量和控制量的状态动作。主监控面板上包括实时报警面板、控制开关面板、控制面板，其中，实时报警面板为工作人员提供报警列表，供故障处理设备检修做参考；控制开关面板可以对行车抓斗、弹簧压滤系统以及皮带传送机进行参数设置，控制诸如速度、方向等，也可切换手动控制对简单故障进行排除，并完成特定作业任务；控制面板可实现系统在手动模式和自动模式之间的切换，并控制电机、加料器等设备的开关。通过主监控面板可查看历史数据，通过设置横纵坐标可以查看选定量在系统运行任意时刻的状态，从而获得对系统的整体把握，以及对未来情况的预测。

Claims (9)

1.一种污泥脱水、干化、焚烧一体化控制系统，其特征在于，包括智能控制子系统及分别与智能控制子系统连接的污泥进料子系统、污泥搅拌子系统、高压压榨子系统、焚烧子系统和烟气净化子系统，所述的污泥进料子系统、污泥搅拌子系统、高压压榨子系统、焚烧子系统和烟气净化子系统依次连接；

所述的智能控制子系统包括智能采集仪表、PLC和上位机，所述的上位机分别连接智能采集仪表和PLC，所述的智能采集仪表和PLC均分别连接污泥进料子系统、污泥搅拌子系统、高压压榨子系统、焚烧子系统和烟气净化子系统；

上位机通过智能采集仪表对污泥进料子系统、污泥搅拌子系统、高压压榨子系统、焚烧子系统和烟气净化子系统的状态进行监测，根据监测结果，通过PLC分别对污泥进料子系统、污泥搅拌子系统、高压压榨子系统、焚烧子系统和烟气净化子系统进行自动或手动控制，依次完成污泥脱水、干化和焚烧3个环节，当监测量出现异常时，上位机发出报警信号。

2.根据权利要求1所述的一种污泥脱水、干化、焚烧一体化控制系统，其特征在于，所述的污泥进料子系统包括污泥储池和上料行车，所述的上料行车上设有盛放污泥的行车抓斗。

3.根据权利要求1所述的一种污泥脱水、干化、焚烧一体化控制系统，其特征在于，所述的污泥搅拌子系统包括双轴卧式搅拌机、改性污泥储池、调理剂料仓、螺旋输送机、药剂罐和计量泵。

4.根据权利要求1所述的一种污泥脱水、干化、焚烧一体化控制系统，其特征在于，所述的高压压榨子系统包括高压压榨机、污泥输送气动隔膜泵和皮带输送机，所述的高压压榨机分别连接污泥输送气动隔膜泵和皮带输送机。

5.根据权利要求1所述的一种污泥脱水、干化、焚烧一体化控制系统，其特征在于，所述的焚烧子系统包括热载体循环流化床焚烧炉、皮带传送机和旋风分离机。

6.根据权利要求5所述的一种污泥脱水、干化、焚烧一体化控制系统，其特征在于，所述的热载体循环流化床焚烧炉的床体温度为850℃～900℃。

7.根据权利要求1所述的一种污泥脱水、干化、焚烧一体化控制系统，其特征在于，所述的上位机进行控制时，采用神经网络算法对污泥脱水、干化和焚烧3个环节进行控制，神经网络算法输出的控制参数污泥添加速度、污泥脱水时间、污泥焚烧速度、调理剂和辅助煤添加速度。

8.根据权利要求1所述的一种污泥脱水、干化、焚烧一体化控制系统，其特征在于，所述的上位机进行控制时，采用模糊逻辑控制自动调节污泥挤压应力和时间。

9.根据权利要求1所述的一种污泥脱水、干化、焚烧一体化控制系统，其特征在于，所述的上位机与PLC之间通过PROFIBUS-DP网络连接。