CN110780695B - 一种匹配炭化废气处理的高效生物干化控制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及环保领域，公开了一种匹配炭化废气处理的高效生物干化控制方法及装置，该装置包括传感器检测系统、控制系统、离子浓度调控系统；其中，所述的离子浓度调控系统与控制系统连接，所述传感器检测系统与控制系统连接；所述传感器检测系统包括：设置于生物干化系统、炭化系统以及尾气单元中的所有在线检测计。本发明通过精确控制上面所述参数即保证生物干化系统和炭化系统的稳定运行，且在维持稳定炭化前提下，匹配炭化废气处理的所需氨量实施高效生物干化控制方法。能满足炭化尾气脱硫所需要的氨量供应条件下、以最小的生物热补偿为我们选择生物干化的最佳停留时间，显示出真正的节能干燥意义。

Description

一种匹配炭化废气处理的高效生物干化控制装置及方法
技术领域
本发明属于环保领域，具体涉及一种炭化废气处理的控制装置及方法。
背景技术
专利ZL201180070349.7中提出采用水吸收工艺来处理臭气对策，其臭气包括生物发酵干化产生的氨气和炭化产生的二氧化硫气体，专利中介绍了有机性废弃物的处理系统无需另外准备用来处理发酵气体的酸性药剂和用来处理燃烧气体的碱性药剂，仅需通过发酵气体处理塔，发酵气体溶解液供给部、燃烧气体处理塔、以及燃烧气体溶解液供给部这一简单结构，即可统一处理发酵气体和燃烧气体，效果好且效率高地实施除臭和脱硫相关工艺和湿法中和达标处理的原理述说。但是对于每次污泥泥质变动带来的生物干化-高温炭化-尾气处理整个系统产生的不同臭气成分浓度变化的应答控制没有涉及，因此开发一种匹配不同炭化废气(二氧化硫)量处理的高效生物干化控制方法及系统，利用生物发酵产生的对应氨量代替氢氧化钠等酸性中和剂，真正实现在无外加化学药剂情况下即能实现生物干化废气除臭和炭化废气脱硫的达标处理，应该是很具有技术意义的。
发明内容
为克服上述技术问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种匹配炭化废气处理的高效生物干化控制方法及装置，能够精确控制气体溶解液中氨和亚硫酸根离子的浓度。
为达到上述目的，本发明是通过以下的技术方案来实现的。
一种匹配炭化废气处理的高效生物干化控制装置，包括传感器检测系统、控制系统、离子浓度调控系统；其中，所述的离子浓度调控系统与控制系统连接，所述传感器检测系统与控制系统连接；
所述传感器检测系统包括：设置于生物干化系统、炭化系统以及尾气单元中的所有在线检测计。
进一步地，所述的控制系统用于控制控制尾气单元溶解液循环泵；还用于传感器检测系统的启动检测；接收传感器检测系统传输的所述检测结果，根据检测结果向所述离子浓度与其他参数调控系统调整指令。
进一步地，所述的离子浓度调控系统，用于接收所述控制系统发送的所述离子浓度与其他参数调整指令，根据所述离子浓度与其他参数调控指令调整生物干化装置的运行参数。
本发明中所述匹配炭化废气处理的高效生物干化控制方法，该方法包括以下步骤：
1)以处理不同有机物废弃物的炭化废气为目的，遵循2NH3·H2O十SO2＝(NH4)2SO3十H2O换算出生物干化发酵产生的氨量为预设定值；
2)通过传感器检测系统检测生物干化系统、炭化系统内部、尾气单元的各项检测实时数据；
3)通过控制系统接收到的步骤2)得到的各项检测实时数据与步骤1)中对应的预设定值进行比较，实时控制启动或停止传感器检测系统，以及调节出符合要求的转速及阀门开度等工作。
针对上述步骤3)的进一步地改进，具体步骤如下：
31)将生物干化系统上下部的实时温度差值与预设温度差值进行比较；当温度差值大于或小于预设温度差值，则调整与无动力螺旋搅拌轴连接的单螺杆泵转速；当生物干化系统温度差值高于或低于设定值，则调整换热后热空气的进气阀门；
32)将生物干化系统内部实时真空度与真空度预设值进行比较；当真空度大于或小于预设值，则调整与气液分离装置连接的真空泵转速；
33)当生物干化系统中的实时氧气的浓度小于或小于预设值，则调整空气的进气阀门；
34)当所述的炭化系统上下温度小于预设值，则关小排气循环进气阀门；
35)当所述的炭化系统内部压力大于预设值，上部则开大引风机转速，下部压力大则开大出料螺旋输送转速；
36)当所述的炭化系统排气氧气浓度大于或小于预设值，则调节2次燃烧空气进气阀门，与上述34)可以作为级联控制；
37)当所述的检测尾气单元中溶解液的电导率大于或小于预设值，则调节补充新溶解液的阀门；所述的检测尾气单元中溶解液的pH大于或小于预设值，与上述31)和32)作为级联控制来调整发酵速度。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过精确控制上面所述参数即保证生物干化系统和炭化系统的稳定运行，且在维持稳定炭化前提下，匹配炭化废气处理的所需氨量实施高效生物干化控制方法。可以满足炭化尾气脱硫所需要的氨量供应条件下、以最小的生物热补偿为我们选择生物干化的最佳停留时间，显示出真正的节能干燥意义。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；其中，①温差传感器②真空传感器③发酵温度传感器④炉温度传感器⑤上压力传感器⑥下压力传感器⑦氧气传感器⑧电导率复合电极⑨酸碱复合电极；
图2为本发明中生物干化系统结构示意图；其中，1.真空口，2.干化装置主体，3.回流管，4.破桥污泥储仓，5.单螺杆泵，6.进料口，7.螺旋无动力输送装置，8.进气管，9.螺旋出料机，10.排液口；
图3为本发明中竖式无砂喷流炭化炉结构示意图；其中a.排气出口、b1.炉上部温度计、b2.尾气O2检测计、b3.排气循环喷流压力计、b4.炉内压力计、b5.炉下温度计、c.第三循环排气进口、d1.二次空气喷口、d2.二次空气喷口、d3.二次空气喷口、d4.二次空气喷口、e1.二次空气喷口、e2.二次空气喷口、e3.二次空气喷口、e4.二次空气喷口、f.有机废弃物上喷射口、g.第二循环排气进口、h.有机废弃物下喷射口、i.第一循环排气进口、j.气体螺旋进口、k.炭化物出口、1.一次空气喷口、11.炉身、12.点火燃烧器、13.炭化物排出口、14.螺旋输送设备、15.螺旋布气器、16.冷却器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
一种匹配炭化废气处理的高效生物干化控制装置，包括传感器检测系统、控制系统、离子浓度调控系统；离子浓度调控系统与控制系统连接，传感器检测系统与控制系统连接；其中，
传感器检测系统向控制系统传输检测结果；传感器检测系统包括：酸碱复合电极，电导率复合电极，氨离子指示电极和参比电极，亚硫酸根、硫酸根离子指示电极和参比电极，温度传感器，氧气传感器，压力传感器，温差传感器，真空传感器。其中酸碱复合电极，用于检测pH值；
电导率复合电极，用于检测气体溶解液供给部的电导率；
氨离子指示电极和参比电极，用于检测尾气单元中的氨离子浓度；
亚硫酸根、硫酸根离子指示电极和参比电极，用于检测尾气单元中的亚硫酸根和硫酸根离子浓度；
温度传感器，用于检测生物干化、炭化装置、尾气单元等每个系统单元的温度值；氧气传感器，用于检测生物干化、炭化排气中氧气的浓度；
压力传感器，用于检测炭化炉内不同区域的压力；
温差传感器，用于检测生物干化上下部的温度差值；
真空传感器，用于检测生物干化装置内部的真空度。
控制系统用于控制炭化气体溶液和生物干化气体溶液部循环泵的彼此吸收液体循环；还用于传感器检测系统的启动检测；接收传感器检测系统传输的所有检测结果，根据检测结果向离子浓度与其他参数调控系统调整指令。
上述的控制系统是一种基于采用二级分布式集散型计算机控制管理系统方案，由可编程序控制器(PLC)及传感器检测系统对各过程进行分散控制；再由通讯系统、数据服务器和监控计算机组成的中心控制系统集中管理。
控制系统包括上位机、可编程序控制器(PLC)、数据交换接口、以及设置在可编程序控制器(PLC)中的存储模块、时间模块。
上述PLC采用西门子PLC300，做单独PLC控制柜；上位机能监控画面及操作画面，使用西门子组态软件WINCC。监控画面能监控所有设备的运行状态，运行数据以及传感器检测系统中的各传感器的反馈值。操作画面可远程操作各设备的运行启动，并能实现自动联锁等。
控制系统还可以包括触摸屏，通过触摸屏存储指令，存储检测到的各参数，显示传感器检测系统检测到的各参数(如离子浓度、pH、电导率、温度、压力、真空度、氧气浓度等)及检测进度，通过触摸显示屏接收设定条件，从而实时控制启动或停止检测等工作步骤，具体说通过触摸屏接收启动检测的指令或通过触摸屏接收停止检测的指令。如，操作人员通过触摸屏控制匹配炭化废气处理的高效生物干化氨量系统启动或停止关于pH等检测等。
离子浓度调控系统，用于接收控制系统发送的离子浓度与其他参数调整指令，根据离子浓度与其他参数调控指令调整生物干化装置的运行参数。
其中本发明实施例中电连接可以为导线连接或无线信号连接，本发明实施不限定具体的连接方式。
上述匹配炭化废气处理的高效生物干化控制方法，该方法为：
针对炭化废气(二氧化硫)量，依据2NH3·H2O十SO2＝(NH4)2S03十H2O换算出生物干化发酵产生的氨量为预设定值；当实际检测的氨量＞设定值，则降低新鲜空气进气量，从而降低生物发酵速率；反之则提高；
再由生物干化系统传感器温差传感器①连接泵，当温度差值大于或小于预设温度差值，则调整与无动力螺旋搅拌轴连接的单螺杆泵转速；当生物干化系统温度差值高于或低于设定值，则调整换热后热空气的进气阀门；从而控制无动力螺旋搅拌转速控制生物干化系统内部物料的混合程度；
真空传感器②与真空泵连接，当实时真空度大于或小于预设值，则调整与气液分离装置连接的真空泵转速；从而控制生物干化系统干燥脱水速度；
发酵温度传感器③与进气阀连接，当生物干化系统中的实时氧气的浓度小于或小于预设值，则调整空气的进气阀门；控制生物干化装置发酵所需温度的控制；炭化系统传感器炉温度传感器④与循环排气进口阀门和2次空气喷口进气阀门连接，两级联动控制炉内上下温度范围(下部温度600～650℃、上部温度800～850℃)；当炭化系统上下温度小于预设值，则关小循环排气进口阀门；
上压力传感器⑤与排气引风机连接，确保炉内微负压状态；下压力传感器⑥与出料螺旋输送连接，控制炭化物的排出速度；当炭化系统内部压力大于预设值，上部则开大引风机转速，下部压力大则开大出料螺旋输送转速；当炭化系统排气氧气浓度大于或小于预设值，则调节2次空气喷口进气阀门；
尾气单元传感器氧气传感器⑦与2次空气喷口进气阀门连接，控制排气中氧的浓度(＞6％，＜9％范围)；
电导率复合电极⑧与喷淋补充水泵连接，控制尾气溶解液部离子浓度防过饱和而降低尾气吸附能力；酸碱复合电极⑨与设置在生物干化装置单元的真空泵连接，控制发酵速度以满足炭化尾气脱硫所需氨量的正当量供应。
需要说明的是，上述例举的传感器检测系统包含的在线检测仪仅为举例，实践中可以根据需要增加传感器检测元件，以实现检测更多的检测项目。
本实施例中控制系统的程序模块设定步骤：
1、在编程软件中配置西门子PLC模块单元，建立程序网路；
2、写出各个传感器采集转换程序，计算出各传感器实时数据，并在程序内将其初始化值定义好，初始化值定义为变量，可通过触摸屏进行调整；
3、调用模拟量输出功能块，通过采集传感器数据及设定值计算，调节出符合要求的的转速及阀门开度等。
本发明中所提到的生物干化系统，如图2所示，包括竖式设置的干化装置主体和搅拌装置；其中：所述干化装置主体2上部呈圆筒形，圆筒顶部设有盖板，盖板下部设有上轴承套，盖板上设有进料口6和真空口1，真空口1连接气液分离装置，气液分离装置直接与真空装置连接；底部呈锥形，锥体角度设计为＜45°，易促进污泥的滑落混合，在锥形底部设有出料管、排液口10，在锥形中部设有进气管8及进气阀门；进气管8为多孔管，多孔管的气孔孔径为2～10mm，分布在管道的两侧，与水平呈现30°～45°的夹角。所述搅拌装置包括螺旋无动力输送装置7、单螺杆泵5、进料管、回流管3；所述螺旋无动力输送装置7包括筒体、螺旋搅拌轴。螺旋搅拌轴上设置等间距螺旋叶片，螺旋叶片直径一般控制在100～500mm、间距控制在100～200mm；螺旋搅拌轴位于筒体内，叶片与筒体的间距孔隙确保在1～2mm范围以提供水份和气体流路。螺旋无动力输送装置7垂直安放于干化装置主体2内，筒体顶部不与盖板接触，筒体底部设有下轴承套，下轴承套通过辐条与筒体底部固定连接，螺旋搅拌轴顶部套在上轴承套中，螺旋搅拌轴底部套在下轴承套中；螺旋搅拌轴上下顶端均为截头圆锥形，与上、下轴承套之间的间隙为0.5～1.0mm，并且螺旋搅拌轴能在上轴承套与下轴承套之间上下移动50～150mm。筒体直径为干化装置主体2直径的1/3～1/5，筒体优选三角型楔形丝制成的楔形网筒，丝径选择0.5～1.5mm，材质可以为不锈钢，楔形网筒优选两个半圆柱状的楔形网筒法兰翼附加垫片对称螺栓固定成一体，楔形网筒上部接近出料口200-500mm处的两个对立面均匀安装污泥粉碎刀，粉碎刀优选弹簧钢做成的弹性体。在干化装置主体2底部设有回流管3，回流管3出口连接破桥污泥储仓4，破桥污泥储仓4中设有打碎铰刀，破桥污泥储仓4出口连接单螺杆泵5进口，进料管一端连接单螺杆泵5出口，进料管另一端由干化装置主体2底部垂直向上进入，与直径与筒体一致的圆柱储存内筒法兰连接，圆柱储存内筒与楔形网筒底部法兰连接。螺旋搅拌轴为中空设置，螺旋搅拌轴的底部与进气管8通过轴封和软管活动连接，螺旋搅拌轴的顶部密封，螺旋搅拌轴上开有若干气孔，气孔孔径为2～10mm。
本发明中所提到的炭化系统，如图3所示，包括竖式无砂喷流炭化炉，炉身11为筒形、炉底为锥形，炉内壁衬有耐火材料，整体密封设置；炭化炉从下至上分为不燃区、精炼区和二次燃烧区；不燃区设置在炉底，不燃区设有炭化物出口13、第一循环排气进口阀门i和螺旋布气器15；炭化物出口13设有冷却器16和螺旋输送设备14；螺旋布气器15设在锥形最低处，炭化物出料口由锥形直径最大处垂直向下引出，第一循环排气进口阀门i设在锥形中部与炭化物出口23位置相对；精炼区在炉身11下部，在精炼区炉壁上安装有点火燃烧器12、有机废弃物喷射口、一次空气喷口进气阀门l、第二循环排气进口阀门g；点火燃烧器12与第二循环排气进口阀门g以炉身11中心线对称设置，有机废弃物喷射口分为两个，分别为有机废弃物上喷射口f和有机废弃物下喷射口h，分别位于第二循环排气进口阀门g的上方与下方，有机废弃物喷射口偏心设置，在机废弃物喷射口外设有物料吹送装置，一次空气喷口进气阀门l位于点火燃烧器12上方；二次燃烧区在炉身11上部，在二次燃烧区炉壁上安装有二次空气喷口进气阀门d1-4、e1-4、炭化排气出口a、第三循环排气进口阀门c；炭化排气出口a设在二次燃烧区顶部，二次空气喷口进气阀门d1-4、e1-4设在二次燃烧区中部，二次空气喷口进气阀门d1-4、e1-4有多个，分为上下两层设置，层间距为250～500mm，每层设置3～6个二次空气喷口进气阀门d1-4、e1-4；二次空气喷口进气阀门d1-4、e1-4在垂直方向倾斜向下，在水平方向与炉身11半径呈10～30°夹角；一次空气喷口进气阀门l、二次空气喷口进气阀门d1-4、e1-4、螺旋布气器15分别与换热器的热空气出口连接；第一循环排气进口阀门i、第二循环排气进口阀门g、第三循环排气进口阀门c、螺旋布气器15分别与连接炭化排气出口a。螺旋布气器15内设有中空管，在中空管上设有防尘叶片，在中空管上设有多个喷气口，喷气口设在两防尘叶片之间且靠近上防尘叶片位置，喷气口开口水平向下，中空管底部设有气体螺旋进口j。
本发明中所述的尾气单元，包括：炭化排气进口、生物干化尾气进口、喷淋混合装置、溶解液储罐、溶解液循环泵；炭化排气进口、生物干化尾气进口接入喷淋混合装置，溶解液循环泵连接溶解液储罐与喷淋混合装置。
本发明按照上述实施例进行了说明，应当理解，上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种匹配炭化废气处理的高效生物干化控制装置，其特征在于，包括传感器检测系统、控制系统、离子浓度调控系统；其中，所述的离子浓度调控系统与控制系统连接，所述传感器检测系统与控制系统连接；
所述传感器检测系统包括：设置于生物干化系统、炭化系统以及尾气单元中的所有在线检测计；
所述的控制系统用于控制尾气单元溶解液循环泵；还用于传感器检测系统的启动检测；接收传感器检测系统传输的检测结果，根据检测结果向所述离子浓度与其他参数调控系统发送调整指令；
所述的离子浓度调控系统，用于接收所述控制系统发送的所述离子浓度与其他参数调整指令，根据所述离子浓度与其他参数调控指令调整生物干化装置的运行参数；
所述生物干化系统，包括竖式设置的干化装置主体和搅拌装置；所述干化装置主体上部呈筒形，底部呈锥形，筒顶部设有盖板，盖板下部设有上轴承套，盖板上设有进料口和真空口，在底部的最下端设有螺旋出料机、排液口，在底部的中部设有进气管；所述搅拌装置包括螺旋无动力输送装置、单螺杆泵、进料管、回流管；所述螺旋无动力输送装置包括筒体、螺旋搅拌轴，螺旋搅拌轴上设置有等间距螺旋叶片，螺旋搅拌轴位于筒体内，螺旋无动力输送装置垂直安放于干化装置主体内，筒体顶部不与盖板接触，筒体底部设有下轴承套，下轴承套通过辐条与筒体底部固定连接，螺旋搅拌轴顶部套在上轴承套中，螺旋搅拌轴底部套在下轴承套中；在干化装置主体底部设有回流管；
回流管出口连接破桥污泥储仓，破桥污泥储仓中设有打碎铰刀，破桥污泥储仓出口连接单螺杆泵进口，进料管一端连接单螺杆泵出口，进料管另一端由干化装置主体底部垂直向上进入与螺旋无动力输送装置筒体底部连接。
2.一种匹配炭化废气处理的高效生物干化控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
1）以处理不同有机物废弃物的炭化废气为目的，遵循2NH3·H2O十SO2＝（NH4）2SO3十H2O换算出生物干化发酵产生的氨量为预设定值；当实际检测的氨量＞设定值，则降低新鲜空气进气量，从而降低生物发酵速率；反之则提高；
2）通过传感器检测系统检测生物干化系统、炭化系统内部、尾气单元的各项检测实时数据；
3）通过控制系统接收到的步骤2）得到的各项检测实时数据与步骤1）中对应的预设定值进行比较，实时控制启动或停止传感器检测系统，以及调节出符合要求的转速及阀门开度工作；具体步骤如下：
31）将生物干化系统上下部的实时温度差值与预设温度差值进行比较；当温度差值大于或小于预设温度差值，则调整与无动力螺旋搅拌轴连接的固体输送泵转速；当生物干化系统温度值高于或低于设定值，则调整生物干化系统进气口的进气阀门；
32）将生物干化系统内部实时真空度与真空度预设值进行比较；当真空度大于或小于预设值，则调整与生物干化系统连接的真空泵转速；
33）当生物干化系统中的实时氧气的浓度大于或小于预设值，预设值随着上述实际检测出的氨量实现实时在线自调整，则调整生物干化系统进气口的进气阀门；
34）当所述的炭化系统上下温度小于预设值，则关小循环排气进口阀门；
35）当所述的炭化系统内上部压力大于预设值，则增加引风机转速；当所述的炭化系统内下部压力大于预设值；则增加炭化物出口碳化物输送设备转速；
36）当所述的炭化系统排气氧浓度大于或小于预设值，则调节二次空气喷口进气阀门，与上述34）作为级联控制；
37）当检测尾气单元中溶解液的电导率大于或小于预设值，则调节补充新鲜溶解液的阀门；检测尾气单元中溶解液的pH大于或小于预设值，与上述31）和32）作为级联控制来调整发酵速度。
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