CN111664460B - 一种污泥焚烧的自控运行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污泥焚烧的自控运行控制方法，属于污泥焚烧的技术领域，通过接收来自焚烧炉的砂床温度信号和辅燃天然气的调节阀开度信号，设定砂床温度控制值，通过PID控制器进行计算后，根据计算结果自动调整辅燃天然气的调节阀开度，通过调节辅燃天然气的流量控制砂床温度；接收来自焚烧炉的自由区温度信号和流化风机的挡板开度信号，设定自由区温度控制值，通过PID控制器进行计算后，根据计算结果自动调整流化风机的挡板开度和/或调整辅燃天然气的调节阀开度，通过调节流化风机和/或辅燃天然气的流量控制自由区温度；根据砂床温度和自由区温度的变化匹配流化风机流量、天然气流量以及泥量，以提高焚烧系统运行的可靠性和稳定性的目的。

Description

一种污泥焚烧的自控运行控制方法

技术领域

本发明属于污泥焚烧的技术领域，具体而言，涉及一种污泥焚烧的自控运行控制方法，特别是鼓泡式流化床污泥焚烧炉的自控运行。

背景技术

污泥厂的主要工艺是半干化+焚烧技术，由于在全国属于新兴技术，在国内尚无成功案例可借鉴，在污泥焚烧过程中由于污泥热值不稳定、含水率高，没有污泥焚烧自控运行的模式。

污泥厂在初期焚烧炉运行主要依靠员工手动调节各项参数，由于员工劳动强度高、技能差异大、加之人员流动等因素至使焚烧炉砂床和自由区温度不能稳定达标，导致焚烧炉无法连续烧泥。

污泥进入焚烧炉燃烧，污泥中的大量水分会带走大量热量，且污泥热值不稳定，燃烧控制很难，极易造成焚烧炉内的燃烧区域不合理，使得砂床温度和自由区温度不稳定，影响污泥燃烧处理的连续性。

目前，缺乏可靠有效的污泥焚烧炉自控运行方式，导致焚烧系统运行的可靠性和稳定性较差。

发明内容

鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种污泥焚烧的自控运行控制方法以达到通过自动控制焚烧炉的砂床和自由区温度，以提高焚烧系统运行的可靠性和稳定性的目的。

本发明所采用的技术方案为：一种污泥焚烧的自控运行控制方法，该控制方法包括：

接收来自焚烧炉的砂床温度信号和辅燃天然气的调节阀开度信号，设定砂床温度控制值，通过PID控制器进行计算后，根据计算结果自动调整辅燃天然气的调节阀开度，通过调节辅燃天然气的流量控制砂床温度；

接收来自焚烧炉的自由区温度信号和流化风机的挡板开度信号，设定自由区温度控制值，通过PID控制器进行计算后，根据计算结果自动调整流化风机的挡板开度和/或调整辅燃天然气的调节阀开度，通过调节流化风机和/或辅燃天然气的流量控制自由区温度；

根据砂床温度和自由区温度的变化自动匹配流化风机流量、辅燃天然气流量以及泥量。

进一步地，所述砂床温度控制值在730℃-760℃之间，砂床温度为3S内10 个砂床温度平均值的均值，砂床温度平均值为根据砂床温度信号的测量值进行 5取3求得的平均值，根据砂床温度与砂床温度控制值之间的偏差，进行调节阀开度的控制。

进一步地，当砂床温度低于680℃时，自动停止进泥，通过PID控制增大辅燃天然气的调节阀开度，直至砂床温度上升到750℃时，重新开始进泥；

当砂床温度大于760℃，通过PID控制减小辅燃天然气的调节阀开度直至辅燃停运，若温度仍高于760℃，则增大污泥的含水率，直至砂床温度降至760℃以下

以确保砂床温度在过高或过低时，能够保证焚烧炉的安全运行。

进一步地，通过辅燃开度增量进行PID控制，辅燃开度增量包括正时辅燃开度增量和负时辅燃开度增量，当辅燃开度增量的绝对值≥0.5时，辅燃开度增量输出运算量并对辅燃的调节阀开度进行控制；否则，辅燃开度增量输出0。

进一步地，焚烧炉配置有两组辅燃，当辅燃PID控制值为正时辅燃开度增量时，通过PID控制调节阀开度较小的辅燃；当辅燃PID控制值为负时辅燃开度增量时，通过PID控制调节阀开度较大的辅燃，以实现根据不同的辅燃开度增量，对不同组的辅燃进行开度控制，提高对各组辅燃的利用率。

进一步地，当两组辅燃均处于运行状态且两组辅燃的调节阀开度反馈均小于27％时，延时40S，进行辅燃停机选择；所述辅燃停机选择为当一组辅燃停机后，另一组辅燃以1S增加开度1％，持续增加到调节阀开度的+20％增量，以及时关闭富余的辅燃，仅由一组辅燃进行天然气投入，达到降低运行能耗的作用。

进一步地，当两组辅燃中一组处于运行状态且另一组处于未运行状态时，当运行状态的辅燃接收调节阀开度反馈大于65％且延时40S，则通过程控启动未运行状态的辅燃；当未运行状态的辅燃启动后的初始开度为A时，则运行状态的辅燃对其调节阀开度下降A，以及时开启未运行的辅燃，以达到满足焚烧炉对天然气流量的需求。

进一步地，所述自由区温度控制值在870℃-890℃之间，自由区温度为3S 内10个自由区温度平均值的均值，自由区温度平均值为根据自由区温度信号的测量值进行3取2求得的平均值，根据自由区温度与自由区温度控制值之间的偏差，进行流化风机中挡板开度的控制。

进一步地，当自由区温度大于895℃且焚烧炉程控延时30S，则焚烧炉进行自由区温度高报警，通过PID控制流化风机增大挡板开度；

当自由区温度<855℃时，则焚烧炉进行自由区温度低报警，通过PID控制辅燃天然气增大调节阀开度且流化风机减小挡板开度；

以确保在自由区温度过高或过低时，能够保证焚烧炉的安全运行。

进一步地，当自由区温度超过900℃时，自动启动冷却风机并向自由区送冷却风，当自由区温度降至880℃时，自动停运冷却风机，以在配合冷却风机的情况下确保焚烧炉的安全运行。

本发明的有益效果为：

1.采用本发明所提供的污泥焚烧的自控运行控制方法，在污泥焚烧时，在对砂床温度和自由区温度进行设定之后，通过PID控制器对采集信号的计算分析，对流化风机流量、天然气流量以及泥量进行匹配控制，以实现对砂床温度和自由区温度的合理控制，并使砂床温度和自由区温度控制在合理范围之内，进而控制污泥燃烧区域，使得砂床温度和自由区温度稳定，不影响污泥燃烧处理的连续性，在通过长时间的验证后，该自控运行能安全、稳定、可靠的运行，达到运行所需的要求。

附图说明

图1是本发明提供的污泥焚烧的自控运行控制方法中焚烧炉的结构示意图；

附图中标注如下：

1-焚烧炉，2-自由区，3-砂床，4-泥饼给料机，5-流化风机接口，6-辅助燃烧器接口。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

如图1所示，在污泥焚烧时需要运用到焚烧炉，焚烧炉在其泥饼入口通过泥饼给料机对其供应泥饼，在焚烧炉的侧面安装有流化风机和辅助燃烧器(也称为辅燃)分别对焚烧炉提供流化风和天然气，辅助燃烧器配有2组，在焚烧炉的内部上方和下方分别为自由区和砂床，本实施例中污泥焚烧的自控运行控制方法主要是应用在上述的焚烧炉自动控制系统中，通过PLC控制程序实现该控制方法，能在保证安全的情况下，自动匹配流化风机流量、辅燃天然气流量以及泥量，使之跟随砂床温度及自由区温度的变化而自动调整，以此控制污泥燃烧区域，将自由区温度和砂床温度控制在要求范围内。

上述自控运行控制方法主要包括以下：

1.自由区温度控制

(1)污泥焚烧的焚烧炉处于自动投运的状态下运行，每30S发脉冲信号作为自由区温度控制的触发运算控制条件。

(2)PID控制器实时接收来自焚烧炉的自由区温度信号和流化风机的挡板开度信号，设定自由区温度控制值(即自由区温度需要控制的范围值)，自由区温度控制值在870℃-890℃之间，当自由区温度设定值小于870℃时，自由区温度控制值取870℃；当自由区温度设定值大于890℃时，自由区温度控制值取 890℃；其中，自由区温度为3S内10个自由区温度平均值的均值，自由区温度平均值为根据自由区温度信号反馈的实际测量值进行3取2求得的平均值。

(3)通过PID控制器进行计算后，根据计算结果自动调整流化风机的挡板开度和/或调整辅燃天然气的调节阀开度，通过调节流化风机和/或辅燃天然气的流量控制自由区温度；具体如下：

(a)当自由区温度大于895℃且焚烧炉程控延时30S，则焚烧炉进行自由区温度高报警，在流化风机流量自动控制且流化风机正常运行的前提下，通过 PID控制器自动控制流化风机增大挡板开度，在本实施例中，挡板开度+3；在此之后，若仍然焚烧炉还是进行自由区温度高报警，则对流化风机的挡板开度 +1，以此重复，直至焚烧炉解除自由区温度高报警；

当890℃<自由区温度<895℃时，则焚烧炉不进行自由区温度高报警，通过 PID控制器自动控制流化风机增大挡板开度，在本实施例中，挡板开度+1。

(b)当自由区温度<855℃时，则焚烧炉进行自由区温度低报警，通过PID 控制辅燃天然气增大调节阀开度且流化风机减小挡板开度，但应当确保流化风机的流化风量不小于最低流化风量；当焚烧炉的2组辅燃均正常运行时，则每组辅燃的调节阀开度+5；当只有一组辅燃正常运行时，则对投入运行的辅燃的调节阀开度+10；

当855℃<自由区温度<870℃时，则焚烧炉不进行自由区温度低报警，通过 PID控制器自动控制流化风机减小挡板开度，在本实施例中，流化风机的挡板开度-2。

(c)当自由区温度超过900℃时，自动启动冷却风机并向自由区送冷却风，当自由区温度降至880℃时，自动停运冷却风机，冷却风机也为焚烧炉的配套设备。

通过上述的控制逻辑，在焚烧炉的污泥焚烧过程中，能够对焚烧炉中自由区的温度进行稳定控制，以确保污泥燃烧处理的连续性。

2.砂床温度控制

(1)污泥焚烧的焚烧炉处于自动投运的状态下运行，每30S发脉冲信号作为沙床温度控制的触发运算控制条件。

(2)通过PID控制器接收来自焚烧炉的砂床温度信号和辅燃天然气的调节阀开度信号，设定砂床温度控制值(即砂床温度需要控制的范围值)，砂床温度控制值在730℃-760℃之间，当砂床温度设定值小于730℃时，砂床温度控制值取730℃；当砂床温度设定值大于760℃时，砂床温度控制值取760℃；砂床温度为3S内10个砂床温度平均值的均值，砂床温度平均值为根据砂床温度信号的测量值进行5取3求得的平均值。

(3)通过PID控制器进行计算后，根据计算结果自动调整辅燃天然气的调节阀开度，通过调节辅燃天然气的流量控制砂床温度；在本实施例中，调节辅燃天然气的流量通过辅燃开度增量对辅燃的调节阀开度进行PID控制，辅燃开度增量包括正时辅燃开度增量和负时辅燃开度增量，当辅燃开度增量的绝对值≥0.5时，辅燃开度增量输出运算量并对辅燃的调节阀开度进行控制；否则，辅燃开度增量输出0，此时，辅燃的调节阀开度不动作；具体如下：

(a)当砂床温度低于680℃时，为保证焚烧炉运行安全，自动停止进泥(即停止泥饼给料机的运行)，通过PID控制增大辅燃天然气的调节阀开度，具体的辅燃开度增量是根据实际的设备参数进行设定，在本实施例中，调节阀开度增大5％，降低泥饼的含水率，直至砂床温度上升到750℃时，重新开始进泥并进行污泥焚烧；

(b)当砂床温度低于730℃且高于680℃时，通过PID控制增大辅燃天然气的调节阀开度，在本实施例中，调节阀开度以1S增加开度2％，直至砂床温度上升到730℃，停止增大辅燃天然气的调节阀开度。

(c)当砂床温度大于760℃，通过PID控制减小辅燃天然气的调节阀开度直至2组辅燃均停运，在本实施例中，调节阀开度以1S减小开度1％，此时，若温度仍高于760℃，则增大泥饼的含水率，直至砂床温度降至760℃以下。

(d)在2组辅燃均处于自动运行的状态下，当辅燃PID控制值为正时辅燃开度增量(即需要增大天然气流量)时，通过PID控制调节阀开度较小的辅燃；当辅燃PID控制值为负时辅燃开度增量(即需要减小天然气流量)时，通过PID 控制调节阀开度较大的辅燃；无论辅燃PID控制值为正时辅燃开度增量还是负时辅燃开度增量，当2组辅燃的调节阀开度相同时，则任意选择一组辅燃进行调节。

(e)当两组辅燃均处于运行状态且两组辅燃的调节阀开度反馈小于27％时，延时40S，进行辅燃停机选择；所述辅燃停机选择为：当一组辅燃停机后，另一组辅燃以1S增加开度1％的速度，持续增加到调节阀开度的+20％增量；当第一组停机后，第二组以1S增加开度1％，持续增加到增量+20％；当第二组停机后，第一组以1S增加开度1％，持续增加到增量+20％。其中，调节阀开度反馈即为辅燃开度增量，调节阀开度反馈小于27％即为辅燃的调节阀开度的调节范围小于当前开度值的27％。

(f)当两组辅燃中一组处于自动运行状态且另一组处于未自动运行状态时，PID控制将辅燃开度增量运用到处于自动运行状态的辅燃上，以对该辅燃的调节阀开度进行调节。

在满足第一组辅助燃烧器正常且第一组辅助燃烧器远程(是指辅助燃烧器处于远程可控的状态下)且第一组辅助燃烧器未运行且第一组辅助燃烧器上位自动(是指自动控制燃烧流量和辅助燃烧器的启停)，第二组辅助燃烧器正常且第二组辅助燃烧器远程(是指辅助燃烧器处于远程可控的状态下)且第二组辅助燃烧器运行且第二组辅助燃烧器上位自动(是指自动控制燃烧流量和辅助燃烧器的启停)的前提条件下，当运行状态的第二组辅燃接收调节阀开度反馈大于65％且延时40S时，则通过程控启动未运行状态的第一组辅燃；若第一组辅燃自动启动后的初始开度为30％，则第二组辅燃将其开度逐步下降30％。

在满足第一组辅助燃烧器正常且第一组辅助燃烧器远程且第一组辅助燃烧器运行且第一组辅助燃烧器上位自动，第二组辅助燃烧器正常且第二组辅助燃烧器远程且第二组辅助燃烧器未运行且第二组辅助燃烧器上位自动的前提条件下，当运行状态的第一组辅燃接收调节阀开度反馈大于65％且延时40S时，则通过程控启动未运行状态的第二组辅燃；若第二组辅燃自动启动后的初始开度为30％，则第一组辅燃将其开度逐步下降30％。

(g)当第一组辅助燃烧器未运行且第二组辅助燃烧器未运行且第一组辅助燃烧器远程且第一组辅助燃烧器上位自动且第二组辅助燃烧器未上位自动时，延时8S，且第一组辅助燃烧器启停未故障且未禁止启动，则程控启动第一组辅助燃烧器；

当第一组辅助燃烧器未运行且第二组辅助燃烧器未运行且第二组辅助燃烧器远程且第二组辅助燃烧器上位自动且第一组辅助燃烧器未上位自动，延时8S，且第二组辅助燃烧器启停未故障且未禁止启动时，则程控启动第二组辅助燃烧器。

通过上述的控制逻辑，在焚烧炉的污泥焚烧过程中，能够对焚烧炉中砂床的温度进行稳定控制，以确保污泥燃烧处理的连续性。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA) 等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种污泥焚烧的自控运行控制方法，其特征在于，该控制方法包括：

接收来自焚烧炉的砂床温度信号和辅燃天然气的调节阀开度信号，设定砂床温度控制值，通过PID控制器进行计算后，根据计算结果自动调整辅燃天然气的调节阀开度，通过调节辅燃天然气的流量控制砂床温度；

接收来自焚烧炉的自由区温度信号和流化风机的挡板开度信号，设定自由区温度控制值，通过PID控制器进行计算后，根据计算结果自动调整流化风机的挡板开度和/或调整辅燃天然气的调节阀开度，通过调节流化风机和/或辅燃天然气的流量控制自由区温度；

根据砂床温度和自由区温度的变化自动匹配流化风机流量、辅燃天然气流量以及泥量；

所述砂床温度控制值在730℃-760℃之间，砂床温度为3S内10个砂床温度平均值的均值，砂床温度平均值为根据砂床温度信号的测量值进行5取3求得的平均值；

当砂床温度低于680℃时，自动停止进泥，通过PID控制增大辅燃天然气的调节阀开度，直至砂床温度上升到750℃时，重新开始进泥；

当砂床温度大于760℃，通过PID控制减小辅燃天然气的调节阀开度直至辅燃停运，若温度仍高于760℃，则增大污泥的含水率，直至砂床温度降至760℃以下；

通过辅燃开度增量进行PID控制，辅燃开度增量包括正时辅燃开度增量和负时辅燃开度增量，当辅燃开度增量的绝对值≥0.5时，辅燃开度增量输出运算量并对辅燃的调节阀开度进行控制；否则，辅燃开度增量输出0。

2.根据权利要求1所述的污泥焚烧的自控运行控制方法，其特征在于，焚烧炉配置有两组辅燃，当辅燃PID控制值为正时辅燃开度增量时，通过PID控制调节阀开度较小的辅燃；当辅燃PID控制值为负时辅燃开度增量时，通过PID控制调节阀开度较大的辅燃。

3.根据权利要求2所述的污泥焚烧的自控运行控制方法，其特征在于，当两组辅燃均处于运行状态且两组辅燃的调节阀开度反馈均小于27％时，延时40S，进行辅燃停机选择；所述辅燃停机选择为当一组辅燃停机后，另一组辅燃以1S增加开度1％，持续增加到调节阀开度的+20％增量。

4.根据权利要求2所述的污泥焚烧的自控运行控制方法，其特征在于，当两组辅燃中一组处于运行状态且另一组处于未运行状态时，当运行状态的辅燃接收调节阀开度反馈大于65％且延时40S，则通过程控启动未运行状态的辅燃；当未运行状态的辅燃启动后的初始开度为A时，则运行状态的辅燃对其调节阀开度下降A。

5.根据权利要求1所述的污泥焚烧的自控运行控制方法，其特征在于，所述自由区温度控制值在870℃-890℃之间，自由区温度为3S内10个自由区温度平均值的均值，自由区温度平均值为根据自由区温度信号的测量值进行3取2求得的平均值。

6.根据权利要求5所述的污泥焚烧的自控运行控制方法，其特征在于，当自由区温度大于895℃且焚烧炉程控延时30S，则焚烧炉进行自由区温度高报警，通过PID控制流化风机增大挡板开度；

当自由区温度<855℃时，则焚烧炉进行自由区温度低报警，通过PID控制辅燃天然气增大调节阀开度且流化风机减小挡板开度。

7.根据权利要求5所述的污泥焚烧的自控运行控制方法，其特征在于，当自由区温度超过900℃时，自动启动冷却风机并向自由区送冷却风，当自由区温度降至880℃时，自动停运冷却风机。

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