循環(huán)流化床床溫控制系統(tǒng)及其參數(shù)優(yōu)化研究

分類號 密級分類號 密級UDC學(xué) 位 論 文循環(huán)流化床床溫控制系統(tǒng)及其參數(shù)優(yōu)化研究作者姓名： 于美玲指導(dǎo)教師： 錢曉龍教授東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院申請學(xué)位級別： 碩士 學(xué)科類別：專業(yè)學(xué)位學(xué)科專業(yè)名稱： 控制工程論文提交日期： 2011年6月論文答辯日期： 2011年6月學(xué)位授予日期： 2011年7月答辯委員會主席：常玉清評 閱 人 孟慶輝鄭艷東北大學(xué)2011年6月AAThesisfortheDegreeofMasterinControlEngineeringResearchonBed-·TemperatureControlSystemofCirculatingFluidizedBedandItsParameterOptimizationByYuMeilingSupervisor：ProfessorQianXiaolongNortheasternUniversityJune2011獨創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的。論文中取得的獨創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的。論文中取得的研究成果除加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包括本人為獲得其他學(xué)位而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均己在論文中作了明確的說明并表示謝意。學(xué)位論文作者簽名：寺關(guān)—金日 期：囟∥爭6目勿日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者和指導(dǎo)教師完全了解東北大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定：即學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人同意東北大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索、交流。作者和導(dǎo)師同意網(wǎng)上交流的時間為作者獲得學(xué)位后：半年口 一年母／一年半口 兩年口學(xué)位論文作者簽名：孑掰 導(dǎo)師簽名： 客妃左簽字日期：沙／／每參閱陽目 簽字日期：矽∥午莎廚劫礙東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要循環(huán)流化床床溫控制系統(tǒng)及其參數(shù)優(yōu)化研究摘 要隨著我國的社會經(jīng)濟和城市的蓬勃發(fā)展，城市產(chǎn)生大量污水和污泥，而污泥中含有大量的有毒物質(zhì)，隨意堆放存在二次污染風(fēng)險。而循環(huán)流化床焚燒污泥具有高效、低污染、燃燒適應(yīng)性廣，且焚燒污泥處理速度快，處理后的污泥體積小，經(jīng)脫水污泥的熱值可回收其熱量，因此越來越受到人們的關(guān)注。本文以杭州七格污水處理廠lOOt／d污泥焚燒示范工程為研究背景，深入研究了循環(huán)流化床床溫控制系統(tǒng)，床層溫度是一個直接影響焚燒爐能否安全連續(xù)運行的重要控制參數(shù)，而且關(guān)系到Ca／S、NOx以及CO排放量。通過分析杭州七格污泥特性，發(fā)現(xiàn)脫水的七格污泥含有大量的熱值，且與淮北煙煤具有相反的燃燒特性，適當(dāng)?shù)母淖兾勰嗟耐都恿坑兄跍p少輔助燃料，并進行污泥與煤的摻燒研究，得到不同比例的污泥與煤摻燒污泥失重曲線；同時分析了影響床溫的諸多因素，構(gòu)建了床溫控制系統(tǒng)，并建立了床溫控制系統(tǒng)的模型。由于循環(huán)流化床床溫控制系統(tǒng)是一種具有時變特性和時滯特性的復(fù)雜控制系統(tǒng)，為了更精確的控制床層溫度，避免其發(fā)生大的波動，以達到良好的控制效率，本文引入增益自適應(yīng)Smith預(yù)估器改善滯后特性對系統(tǒng)的不良影響，同時由于床溫控制系統(tǒng)的時滯參數(shù)變化范圍較大，而系統(tǒng)的控制精度要求較高，現(xiàn)場運行人員只能根據(jù)經(jīng)驗來改變參數(shù)，反復(fù)試湊工作量較大，耗費大量的時間和精力，在實際應(yīng)用中需對PID參數(shù)進行調(diào)節(jié)而獲得最優(yōu)效果的控制器參數(shù)，所以本文在增益自適應(yīng)Smith預(yù)估器基礎(chǔ)上引入遺傳算法對控制器參數(shù)進行尋優(yōu)。最后，通過仿真分析了基于增益自適應(yīng)Smith預(yù)估器的遺傳算法優(yōu)化床溫控制器參數(shù)在系統(tǒng)的參數(shù)發(fā)生較大波動時的床溫跟蹤特性，結(jié)果表明，本文采用的控制算法對系統(tǒng)參數(shù)變化具有較強的適應(yīng)能力，能實現(xiàn)很好的溫度控制效果。關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床；床溫控制；Smith預(yù)估器；遺傳算法東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 Abstract東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 AbstractResearchonBed··TemperatureControlSystemofCirculatingFluidizedBedandItsParameterOptimizationAbstractWiththedevelopmentofsocialeconomyandcity’SboominginChina,urbanhaveproducedalotofsewageandsludgewhichhavealargenumberoftoxicsubstances．Soitispiledupatwilltoexistthehighsecondarypollutionrisk．Circulatingfluidizedbedhasmanyadvantagestobumsludgesuchashighefficiency,lowpollution，wideadaptability．Burningsludgeprocessquicklyandsludgehassmallvolumeafterprocessing．Sludgehascalorificvalueafterdehydration．Therefore，thereiSmoreandmoreattentionconcerningusingcirculatingfluidizedbedtobumsludge．Thisthesistakesthesevenlatticesewagetreatmentplantinhangzhouonehundredtonsperdaysludgeincinerationprojectastheresearchbackground．Anditmakeadeepresearchoncirculatingfluidiedbedbed-temperaturecontrolsystem．Bed-temperatureisdirectlyinfluenceabletheboiler’Sparametersthatdecidetheboilertooperatecontinuoussafetywhetherornot．AndBed-temperatureisrelatedtocalciumthansulfur,theemissionsofnitrogenoxidesandcarbonoxide．Throughtheanalysisofhangzhousevenlatticesludgecharacteristics，itcontainsalargeamountofcalorificvalueafterdewateringandit’Soppositewithhuabeibituminouscoal’Scombustioncharacteristics．Therefore，thedosingquantityofsludgeCanproperlychangethatisusefultoreduceauxiliaryfuel．Throughtheresearchofsludgeandcoalmixedtobum，thepapergetsludgeweighlesscurveswithdifferentproportionsofsludgeandcoal．Thepaperalsoanalyzesthefactorsthataffectbed-temperatureandconstructthebed-temperaturecontrolsystem，andestablishthemodelofthebedtemperaturecontrolsysteml．Circulatingfluidizedbedbed-temperatm'econtrolsystemisacomplexsystemwiththecharacteroftimedelayandtime-varying．Inordertocontrolbed-temperaturemorepreciseandavoiditsfluctuations，thethesisintroducesautomaticgainbalancesmithpredictortoimprovetimedelayforthesystemabadeffect．Atthesametime，forthebed—temperaturecontrolsystem’Sparametershavealargechangerangeandthesystemrequireahighaccuracy．However,thesitefieldpersonchangeparametersonlyaccordingtomeirexperiencethatneedmuchtimeandenergytotryrepeatedly．Inthepracticalapplication，thesystemneedtoadjustPIDparameterstoobtaintheoptimalcontrollerparametersoftheeffect．Therefore，thepaperintroducesgeneticalgorithmonthebasisofautomaticgain—III—bala／leebala／leesmithpredictortooptimizetemperaturecontroller’sparameterS．F1nally，theauthorusesthematlabtosimulatethebed．temperaturecontrolsVst鋤wnentheparametersofthesystemOCCUlTeSmajorfluctuations，andanalyzethebed-temperaturetrackingpropertyofautomaticgainbalancesmithpredictorwithgeneticalgorithmtooptimizebed-temperaturecontroller’sparameters．Thesimulationresultsindicatethatthecontrolalgorithm'tothecontrolsysteminthispapercanacllieVegoodcontrolefleet．Keywords：Circulatingfluidizedbed；Bed—Temperaturecontrol；Smithpredietor；Geneticalgorithms一Ⅳ一東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 目錄東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 目錄目 錄獨創(chuàng)性聲明 I摘 要 IIAbsl[17act．． ．． ．． ．． ． ．． ． ．． ．． ．．．．． ．．．．III第1章緒論 11．1課題研究的目的和意義 ．11．2污泥的主要處理和處置方法 ．21．2．1污泥的主要處理方法 ．．21．2．2污泥的主要處置方法 ．．31．3國內(nèi)外污泥處理與處置現(xiàn)狀 ．41．3．1國外污泥處理與處置現(xiàn)狀 ．．41．3．2國內(nèi)污泥處理與處置現(xiàn)狀 ．．61．4循環(huán)流化床焚燒爐的控制技術(shù)研究現(xiàn)狀 ．71．5本文的主要工作 ．9第2章污泥焚燒工藝工作過程 112．1污水污泥焚燒工藝的影響因素 112．2流化床焚燒爐焚燒工藝特性 142．2．1污泥焚燒工藝的工作原理 ．142．2．2干化系統(tǒng) ．162．2．3焚燒系統(tǒng) ．172．3污泥焚燒控制系統(tǒng)構(gòu)成 192．3．1系統(tǒng)硬件 ．202．3．2系統(tǒng)監(jiān)控軟件 ．212．4本章小結(jié) 22第3章循環(huán)流化床焚燒爐床溫控制系統(tǒng)分析 233．1污泥特性研究 233．1．1污泥特性分析 ．233．1．2污泥與煤摻燒研究 ．243．2循環(huán)流化床焚燒爐組成及工作原理 283．3循環(huán)流化床床層溫度控制系統(tǒng) 29一V一東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 目錄東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 目錄3．3．1影響床層溫度控制的因素 ．293．3．2循環(huán)流化床床溫控制系統(tǒng) ．303．4循環(huán)流化床床溫模型的實驗法建模研究 323．4．1試驗法建模 ．323．4．2模型驗證 ．373．5本章小結(jié) ．39第4章床溫控制器參數(shù)優(yōu)化研究 414．1增益白適應(yīng)Smith在床溫系統(tǒng)中的應(yīng)用 414．2遺傳算法優(yōu)化床溫控制器參數(shù)設(shè)計 434．2．1遺傳算法基本特性 ．434．2．2遺傳算法優(yōu)化控制器參數(shù)設(shè)計 ．444．3本章小結(jié) 50第5章系統(tǒng)仿真及結(jié)果分析 515．1仿真模型搭建 515．2仿真結(jié)果分析 535．3本章小結(jié) ．59第6章結(jié)論與展望 61參考文獻 ．．63致謝 ．．67一VI—東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第1章緒論東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第1章緒論第1章緒論1．1課題研究的目的和意義如今，中國的污泥處理處置剛剛起步，沒有經(jīng)過無害化的污水污泥中含有大量有機質(zhì)、重金屬、病原菌、寄生蟲(卵)等污染物，成為環(huán)境污染的一項重大隱患。與西方國家處理污水與污泥情況不同的是，我們國家在集中精力治理污水后，才開始聚焦污泥的處理處置，因此，欠賬更多，問題也更為突出。2010年底，我國已建成1992座污水處理廠，處理量達280億立方米，產(chǎn)生含水率80％左右的污泥2005萬噸。到“十一五”末，隨著在建的2000多座污水處理廠陸續(xù)投入運行，全國年污泥總產(chǎn)生量將很快突破3000萬噸。大量的污泥需要得到妥善處置，這樣污水處理廠的建設(shè)才不會功虧一簣。污水處理和污泥處理處置是解決城市水污染問題同等重要又緊密關(guān)聯(lián)的兩個系統(tǒng)。污泥處理處置是污水處理得以最終實施的保障。在經(jīng)濟發(fā)達國家，污泥處理處置是極其重要的環(huán)節(jié)，其投資約占污水處理廠總投資的50％70％。發(fā)達國家在上世紀(jì)60年代，對污水處理廠污泥處理處置系統(tǒng)的裝備已達到先進的成套產(chǎn)業(yè)化水平，如污泥消化系統(tǒng)設(shè)備、污泥濃縮脫水設(shè)備、污泥干燥焚化設(shè)備、沼氣綜合利用設(shè)備、污泥高溫堆肥系統(tǒng)裝備以及污泥固化工業(yè)利用技術(shù)與設(shè)備，上世紀(jì)80年代末，又應(yīng)用濕式氧化技術(shù)處置污泥。污泥利用包括土地利用、低溫?zé)峤庵朴汀⑻崛〉鞍踪|(zhì)、制建材、改性吸附劑等；無害化處置有填埋、焚燒、排海、厭氧消化和濕式氧化等。其中，污泥排海處置，由于對海洋環(huán)境的重視，許多國家已停止使用；污泥焚燒以日本、德國、奧地利等國占比例高，一般大型污水廠污泥通過焚燒實現(xiàn)污泥的無害化處置，產(chǎn)生的熱能可回收利用，污泥減容減量化程度較耐11。在眾多的處置方法中，焚燒以減量化、無害化和資源化的顯著優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用【2】。污泥焚燒后剩余灰的體積只有機械脫水污泥體積的10％，焚燒過程中所有的病菌、病原體均被徹底殺滅，有毒有害的有機物被徹底氧化分解，重金屬的穩(wěn)定性大大提高【3】；污泥灰經(jīng)適當(dāng)?shù)奈锢砗突瘜W(xué)方法處理后可作為建筑原材料、土地改良劑甚至吸附劑使用141。在污泥焚燒的過程中，為了盡可能降低能源消耗，污泥干化成了污泥焚燒處理的一個環(huán)節(jié)。干污泥的熱值與褐煤相當(dāng)【5】，通過焚燒可有效回收熱量，因此將濕污泥干燥后再焚燒，可減少濕污泥直接焚燒時水分蒸發(fā)產(chǎn)生的熱損失，更高效地達到無害化、資源化并回收熱量。一1一東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第1章緒論東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第1章緒論污泥中除了含有大量的有機物和豐富的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，還存在重金屬、致病菌和寄生蟲等有毒有害成分。為防止污泥造成的二次污染及保證污水處理廠的正常運行和處理效果，污水污泥的處理處置問題在城市污水處理中占有的位置已同益突出。因此，尋求經(jīng)濟有效的減量化、無害化和資源化的污泥處理技術(shù)具有重要意義【61。1．2污泥的主要處理和處置方法1．2．1污泥的主要處理方法污泥處理的主要方法有厭氧消化、好氧堆肥、污泥濕式氧化和石灰穩(wěn)定技術(shù)等。(1)厭氧消化世界各國如今在污泥處理的領(lǐng)域仍以污泥厭氧消化工藝為主。厭氧消化工藝是在上世紀(jì)四五十年代開發(fā)的成熟的污泥處理工藝。英國在1977年調(diào)查的98個城市污水處理廠中有73個建有污泥消化池；美國建有污泥消化池的污水處理廠總數(shù)為4286個；歐美各國多數(shù)污水處理廠都建有污泥消化池。厭氧消化，一般是在密閉的消化槽內(nèi)，在30℃下存放30天左右，主要是通過兼性厭氧細菌的作用使有機物分解，最終生成以甲烷為主的沼氣，厭氧消化處理能達到污泥減量的目的，且可以回收一部分能源，也為后續(xù)處理減輕負(fù)擔(dān)，但消化后的污泥含水率較高，仍需進一步脫水。(2)好氧堆肥堆肥技術(shù)探討始于1920年，堆肥系統(tǒng)可分為三類：條形堆肥系統(tǒng)、靜態(tài)好氧堆肥系統(tǒng)和裝置式堆肥系統(tǒng)。城市污水處理廠的污泥中含有大量促進植物和農(nóng)作物生長的氮、磷、鉀等營養(yǎng)成分，肥效較好，經(jīng)過堆肥處理可以達到穩(wěn)定化、無害化及資源化的目的。堆肥是一個由嗜溫菌、嗜熱菌對有機物進行好氧分解的穩(wěn)定過程，其特點是自身可以產(chǎn)生一定的熱量，并且高溫持續(xù)時間長，不需外加熱源，即可達到無害化。堆肥的一般工藝流程主要分為前處理、一次發(fā)酵、二次發(fā)酵和后處理四個過程。經(jīng)過堆肥化處理后，污泥的性狀改善，含水率降低(小于40％)，成為疏松、分散、細粒狀，可殺滅病原菌和寄生蟲(卵)，便于貯藏、運輸和使用。(3)污泥濕式氧化濕式氧化法是在高溫(125。C～320℃)和高壓(0．5～20MPa)條件下，以空氣中的氧作為氧化劑，在液相中將有機物分解為二氧化碳、水等無機物或小分子有機物的化學(xué)過程。由于剩余污泥在物質(zhì)結(jié)構(gòu)上與高濃度有機廢水十分相似，因此這種方法也可用于處理剩余污泥。剩余污泥的濕式氧化法處理是是濕式法最成功的應(yīng)用于剩余污泥的處理。污泥濕式氧化后，難生物降解有機物可被氧化，滅菌率高，反應(yīng)在密閉系統(tǒng)內(nèi)無臭，反一2一東北大學(xué)碩士學(xué)位論文東北大學(xué)碩士學(xué)位論文一 笙蔓主』墮應(yīng)時間短，殘渣量少，可以達到減量化、無害化、穩(wěn)定化。但此方法設(shè)備昂貴，運行費用高，需要氣體脫臭裝置。(4)石灰穩(wěn)定技術(shù)石灰穩(wěn)定技術(shù)始于20世紀(jì)50年代，在投加石灰的條件下，保持一定pH值及一定時間，可以殺滅傳染病菌，并防腐與抑制臭氣的產(chǎn)生。該技術(shù)操作簡單、成本較低，處理后較容易脫水。污泥最終處置可采用農(nóng)用或者衛(wèi)生填埋。1．2．2污泥的主要處置方法污泥處置的主要方法有衛(wèi)生填埋、建材摻和、填海、堆肥和焚燒處置。(1)衛(wèi)生填埋污泥衛(wèi)生填埋的種種弊端，已嚴(yán)重影響垃圾填埋場的正常運行。且近幾年來，無論歐盟國家或美國、日本，污泥衛(wèi)生填埋的比例越來越小，美國已有的填埋場還將逐步關(guān)閉。在我國，近年來污泥填埋處置所占比例也在不斷縮小。(2)建材摻和因污泥中有一定的灰分且其有機質(zhì)具有一定的熱值，將污泥作為建材產(chǎn)品的摻合料進行焚燒，制造磚、陶粒等建筑材料。但在技術(shù)上還有一些未能完全解決的難題，如污泥有機物焚燒后對建材的強度有一定影響，次品率上升，有機質(zhì)焚燒不充分，煙氣二次污染及處理等。目前該污泥處置方式僅在有條件的地方進行小規(guī)模的實驗和開發(fā)。(3)污泥填海污泥填海是將沒有經(jīng)過處理的污泥直接排入海洋中。這一處置方法雖然方便，但其危害同樣顯而易見：污泥復(fù)雜的成分對海洋產(chǎn)生嚴(yán)重污染，會危害海洋生物，破壞海洋生態(tài)系統(tǒng)，危及人類的安全。美國早在1991年就禁止向海洋傾倒污泥，歐共體也在1991年5月頒布((DirectiveConcerningUrbanWastewaterTreatment))，規(guī)定從1998年12月31日起，不得向水體中傾倒污泥【7】。(4)堆肥污泥的農(nóng)業(yè)利用很早就得到應(yīng)用。按我國目前的經(jīng)濟條件，對多數(shù)污水廠(特別是大量小型污水廠)來說，污泥用于農(nóng)田是比較可行和現(xiàn)實的方案。污泥農(nóng)用有穩(wěn)定后的污泥直接施用和污泥制肥后使用兩種方式。在一些有條件的小型污水處理廠，污泥經(jīng)適當(dāng)濃縮、脫水后作為農(nóng)肥，是常見的采用的方法。在產(chǎn)泥量較大的大中型污水處理廠，污泥經(jīng)穩(wěn)定、干化、添摻、成型等復(fù)雜工藝制成復(fù)合肥料，近年來這種方式得到一定程度的研究、開發(fā)和推廣使用。污泥農(nóng)用技術(shù)盡管在近年來得到業(yè)內(nèi)重視，處于研發(fā)推廣的上升階段，但其前景并不十分樂觀。(5)焚燒處置一氣一———————————————————————————————————————————————一———————————————————————————————————————————————一查!!查堂翌主堂堡笙查一 第1章緒．! ：．：=與填埋、填海和土地農(nóng)用相比，焚燒具有很多優(yōu)點。第一，焚燒可以大大減少污泥的體積，相對于機械脫水的污泥來說，最終的焚燒產(chǎn)物體積只相當(dāng)于最初產(chǎn)物的10％。第二，焚燒可以殺死一切病原體，通過高溫處理，燃燒殘渣內(nèi)幾乎沒有病原體存在，同時還可以解決污泥的惡臭問題。第三，污泥焚燒處理速度快，不需要長期儲存，而且污泥可就地焚燒，不需要長距離運輸。第四，經(jīng)過脫水的污泥的熱值相當(dāng)于褐煤的水平，可以回收能量用于發(fā)電和供熱，在一定程度上減輕污泥焚燒的費用。同時，由于焚燒設(shè)備不斷完善和有關(guān)污泥技術(shù)的突破，原來存在的煙氣二次污染問題也得到了妥善的解決【8】污泥中含有大量的有機物和一定量的纖維素木質(zhì)素，脫水后摻入適量的引燃劑、催化劑、疏松劑和固硫劑等添加物配制成“合成燃料”，可作工作爐窯或生活焚燒爐的輔助燃料。這種處置方法有利也有弊，既解決了污泥的出路問題又充分地利用污泥中的能源，而且污泥不需要作滅病原菌的處理。但是，污泥中的重金屬卻隨著煙塵的擴散而污染空氣。另一方面，污泥必須保證在比較低的含水率才能制作“合成燃料”，因此污泥需要脫水。1962年，德國建議并開始運行了歐洲第一座污泥焚燒廠，此后，焚燒的污泥量大幅增加。當(dāng)今國際最流行的流化床焚燒技術(shù)，在污泥焚燒行業(yè)占有率約為60-70％。在所有的污泥處理中，焚燒方法產(chǎn)生的剩余物最少且無異味。但相對來說需要較高的成本和相應(yīng)的污染控制技術(shù)。此外，德國等國家還利用水泥窯協(xié)同處置污泥。1．3國內(nèi)外污泥處理與處置現(xiàn)狀1．3．1國外污泥處理與處置現(xiàn)狀近幾年來，日本對污泥處理方法的要求是既要節(jié)省能源達到高效率化，又要維護管理簡單易行，同時還要考慮污泥的最終出路問題。日本污泥處理基本上按兩種目的考慮【9】：其一是污泥的減量化，其二是穩(wěn)定化。日本有著較為先進的處理工藝，其中(1)濃縮_脫水_焚燒；(2)濃縮_消化葉脫水_焚燒；(3)濃縮一消化一脫水。3種方式處理的污泥占到日本全部污泥處理的70％以上。由此可見，日本污泥最終處置以污泥焚燒為主導(dǎo)工藝。近年來，歐洲的污泥產(chǎn)量增長趨勢明顯，一方面是因為污水管網(wǎng)的服務(wù)人口不斷增加，另一方面是因為水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格【lo】。歐洲部分國家的污泥產(chǎn)量以及處置方法見表1．1111】。歐盟的最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，由于法規(guī)政策的導(dǎo)向作用使污泥處置方式有了很大的變化，污泥填埋所占比例大幅度下降(從1997年的41％下降到2003年的7％)，一4一東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第1章緒論東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第1章緒論這是由于歐盟提高了污泥填埋標(biāo)準(zhǔn)所致；污泥農(nóng)用所占比例(25％)也有12％的下降，這是由于污泥農(nóng)用受到了農(nóng)民以及食品業(yè)的抵制；與此同時焚燒從1997年的11％上升到36％，成為替代工藝。從2003年的數(shù)據(jù)還可知，有10％的污泥回用于建造業(yè)，反映了污泥循環(huán)利用的趨勢。在德國，污水廠污泥被劃分為固體廢棄物類，近十多年來其填埋比例也大幅下降，焚燒比例則明顯升高(相關(guān)的法律和法規(guī)也推薦污泥焚燒技術(shù))。目前，污泥的處置方法有污泥干化、焚燒、填地、投海、農(nóng)田利用、作為能源或建材等。在世界范圍內(nèi)，過去主要采用三種方法。一是直接傾倒如海，但這樣做會嚴(yán)重污染海洋環(huán)境，過去歐洲國家中采用該方式的主要是英國、愛爾蘭、西班牙等國，早在1999年就已被國際明令禁止【12】。一是采用焚燒方法，雖然用此方法耗能較大，成本較高。但處理設(shè)施占地面積小，對環(huán)境保護十分有利，采用的國家和地區(qū)較多，據(jù)統(tǒng)計至1995年底，日本約有49％污泥采用焚燒法處理【13】；而在歐盟國家這個比例也在逐年增加，在2005年底，將有38％以上的污泥采用該方法。一是采用直接填埋，該方法是比較成熟的污泥處置工藝，在歐盟采用較多，1992年以前，歐盟國家約有40％的污泥采用此方法進行處置，但該方法對污泥的土力學(xué)性質(zhì)要求較高，且需要大面積的填埋場地和大量的運輸費用，地基也需要作防滲處理，若處理不好將會對地下水源造成較大的污染，因此在國際范圍內(nèi)采用該方式的在逐年減少，據(jù)美國環(huán)保局估計，今后幾十年內(nèi)，美國6500個填埋場將有5000個被關(guān)閉【14】，而在歐盟在2005年衛(wèi)生填埋的比例已下降到17％左右，如表1．1所示。 縱觀污泥處理處置的技術(shù)發(fā)展，其工藝依然是基本的三類：填埋、焚燒、土地利用(農(nóng)用)。隨著禁止污泥海洋處置法規(guī)的生效(1998年12月31日)，歐盟全部的污水廠污泥均須在陸上進行處置。由于受多方面因素的限制，農(nóng)用所占比例出現(xiàn)了小幅度下降，填埋所占份額則大幅度削減，而焚燒所占份額急增。簡言之，相關(guān)法規(guī)的日趨嚴(yán)格導(dǎo)致了處置工藝所占比例的變化，但沒有出現(xiàn)革新的處理處置工藝。從可持續(xù)發(fā)展的角度來說，污泥焚燒將是最終出路，它不但能實現(xiàn)污泥減量的最大化，同時基于預(yù)干燥—流化焚燒技術(shù)的污泥焚燒廠幾乎不再需要使用礦物燃料助燃，且產(chǎn)生的余熱可用于供暖發(fā)電。但是近十年來污泥中重金屬含量的大幅度下降，可能使污泥農(nóng)用所占比例在未來有所增加，保證農(nóng)用量增加的措施有：發(fā)展污泥農(nóng)用環(huán)境質(zhì)量保障體系、推廣最佳污泥農(nóng)用實踐方法、施用污泥堆肥化產(chǎn)物等。對污水處理廠的污泥處理、處置系統(tǒng)的裝備，發(fā)達國家在20世紀(jì)60年代就已達到先進的成套化水平，如污泥消化系統(tǒng)設(shè)備、污泥濃縮脫水設(shè)備、污泥干燥焚燒設(shè)備、沼氣綜合利用設(shè)備、污泥高溫堆肥系統(tǒng)裝備及污泥固化工業(yè)利用技術(shù)及設(shè)備。20世紀(jì)80年代末又啟用濕式氧化技術(shù)處理污泥。在德國污泥焚燒工藝已有40年的歷史，1962年第一臺焚燒爐在德國投入使用，與垃圾焚燒相比，污泥焚一5一東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第1章緒論東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第1章緒論燒爐的抗干擾性更強，而且污水污泥中不含龐大的固體成分物質(zhì)，便于人們設(shè)計出運行比較可靠的爐膛。表1．1歐洲部分國家的污泥產(chǎn)量以及處置方法!塵!曼!：!墨墮亟g皇絲曼!墮堡壘坐罵絲趔嬰曼!壘Q璺墊衛(wèi)型!璺Q嬰盟Q￡里旦塑堡塑產(chǎn)量／ 各處理方法所占比例M國別 (103t干泥／a) 農(nóng)用 焚燒 填埋 投海 其他瑞士 啪 鈣 巧 如德國 掀 " H 舛 5丹麥 m 舛 M 加 2芬蘭 啪 艿 一 乃瑞典 瑚 ∞ 一 ∞挪威 鱷 弘 一 舛荷蘭 粥 拍 3 釘 20奧地利 m 倦 弭 弘 13盧森堡 8 他 一 鵲 一 一英國 ㈣ 必 7 8 ∞ u法國 溺 鼴 一 " 一 —意大利 啪 弘 ：2 釕 一 m愛爾蘭 ” 他 2 鈣 藥 8西班牙 姍 ∞ — 弱 加 一比利時 鈔 凹 5 弱 一 ●希臘 鋁 m 坫 如 一 一波蘭 簽 鼴 一 凹 2 n1．3．2國內(nèi)污泥處理與處置現(xiàn)狀我國的污泥處理處置與利用技術(shù)總體發(fā)展較慢，不論是科研開發(fā)，還是工程實踐，均遠遠落后于發(fā)達國家和國內(nèi)需求。有些地方的污水雖然得到了有效治理，但污水處理的伴生產(chǎn)品——污泥卻沒有得到妥善的處理和處置。由于污泥處理工藝復(fù)雜、技術(shù)難度高、投資大、回報不確定等因素，國內(nèi)涉足此領(lǐng)域的企業(yè)少且規(guī)模小，與外國先進國家相比差距較大。在我國現(xiàn)有的污水處理設(shè)施中，有污泥穩(wěn)定處理設(shè)施的不到25％，處理工藝和配套設(shè)備完善的不到10％【l51。國外的城市污泥處理與處置已經(jīng)有近百年的歷史，無論是進行有效利用還是填埋處置，污泥處理與其他廢物的處理一樣，皆是以污泥減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化為目的。圖1．1為幾種污泥處置技術(shù)在國內(nèi)所占的比例【16】。一6一東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第1章緒論東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第1章緒論土地埴埋，31與垃圾混合處理，3圖1．1幾種污泥處置技術(shù)在國內(nèi)所占的比例Fig．1．1TheproportionofseveralsludgedisposaltechnologyinChina污泥處理隨著我國污水處理的發(fā)展經(jīng)歷了以下階段：(1)20世紀(jì)60年代，由于我國污水處理廠較少，污泥量不多且成分簡單，可簡易處理后作為農(nóng)肥使用，所以在此階段污泥是資源，污泥處置尚未成為問題。從20世紀(jì)80年代至今，我國城市污水處理事業(yè)獲得了跳躍性發(fā)展，城市污水處理廠從原先的400多座發(fā)展到2005年的708座。因此在這一時期污水處理事業(yè)的重點主要集中在城市污水廠的建設(shè)上，污泥處置的問題并未突現(xiàn)，但因在建設(shè)中未能對污泥的處理處置進行詳細的規(guī)劃和設(shè)計，致使各個部門受認(rèn)識、資金、技術(shù)、土地等條件的制約，在污泥處置方面仍以農(nóng)田利用和堆放銷毀為主，由于重金屬等污染問題的出現(xiàn)，農(nóng)業(yè)利用受到限制，污泥逐漸成為隱患。(2)進入21世紀(jì)后，隨著城市發(fā)展和環(huán)境污染的加劇，我國城鎮(zhèn)污水處理廠的建設(shè)開始快速發(fā)展。2003年全國污水處理率為42．39％，其中約有27．4％的城市污水需到污水處理廠集中處理。2010年城市污水處理率不低于70％。大量污水處理廠投入運行，必將產(chǎn)生大量污泥，所以污泥處理處置已成為行業(yè)面臨的一個難題。在20世紀(jì)90年代之前，我國城市污泥處理工藝一般采用濃縮、中溫消化、干化脫水，但是缺少污泥最終處置手段，進入90年代后，我國污水廠建設(shè)規(guī)模與數(shù)量加大，但是污泥處理主要采用延時曝氣和好氧消化法，污泥處置則主要采用堆肥農(nóng)用、填埋和綜合利用等多種形式。1．4循環(huán)流化床焚燒爐的控制技術(shù)研究現(xiàn)狀從目前查詢的資料來看，循環(huán)流化床(CFB)焚燒爐燃燒控制的研究主要集中在國內(nèi)，有關(guān)英文資料也大多數(shù)出自國內(nèi)學(xué)者，這與我國的能源構(gòu)成有關(guān)。由于常規(guī)的PID控制無法從根本上解決CFB焚燒爐的燃燒控制問題，國內(nèi)不少高校和研究單位也研究先進控制和智能控制在CFB焚燒爐燃燒過程的應(yīng)用。針對CFB焚燒爐的控制難點以及CFB焚燒爐控制系統(tǒng)的控制要求，國內(nèi)外展開了廣泛深入的研究工作，主要集中在以下兩個方面：一是以傳統(tǒng)的PID控制技術(shù)為基礎(chǔ)，然后采用其他方法和PID控制技術(shù)相結(jié)合來改善PID控制的效果；二是依靠先進的控制技術(shù)，應(yīng)用人工智能控制技術(shù)如專家控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，針對CFB焚燒爐的強耦合性，開發(fā)解耦控制系統(tǒng)。一7一東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第1章緒論東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第1章緒論傳統(tǒng)的PID控制方法設(shè)計比較簡單，控制方案比較容易實現(xiàn)，魯棒性強，能夠?qū)崿F(xiàn)無差調(diào)節(jié)，但是常規(guī)的PID控制只能針對系統(tǒng)在某一平衡點附近的近似線性化模型設(shè)計，也就是說常規(guī)的PID控制器是線性的，無法適應(yīng)系統(tǒng)運行點的改變，因而難以保證系統(tǒng)在強擾動下的穩(wěn)定性，與工程實際的發(fā)展有一定的差距，對于CFB焚燒爐這樣復(fù)雜的熱力系統(tǒng)，很難獲得滿意的控制效果。因此，很多學(xué)者將其他方法和PID控制結(jié)合起來，以使控制品質(zhì)得到有效改善。國外早期，由VonHippel和Leighton于1984年提出流化床焚燒爐的脫硫控制，通過控制床高來調(diào)節(jié)負(fù)荷。其流化床焚燒爐的控制系統(tǒng)首次基于微處理器設(shè)計，從而在PID控制策略中引進程序控制【18】；1994年KortelaU等人提出了CFB焚燒爐燃燒過程分層控制的思想，上層為流化床過程穩(wěn)態(tài)運行優(yōu)化層，用于優(yōu)化下面控制層的穩(wěn)態(tài)設(shè)定值，下面控制層提供了穩(wěn)定的燃燒條件，當(dāng)燃用木材艉煤時，采用了所謂CPC(combustionpowercontr01)的控制策略，它是對PI算法的一種改進，當(dāng)燃用煤碳時，為穩(wěn)定床溫采用了帶有補償?shù)腜I控制器，補償參數(shù)是根據(jù)遞歸辨識模型確定【l91。在國內(nèi)，章素華采用了與常規(guī)焚燒爐控制系統(tǒng)類似的以PID為主的控制策略，將燃燒系統(tǒng)分為兩部分：弱連接部分和強連接部分。弱連接部分包括：松動風(fēng)系統(tǒng)、引風(fēng)負(fù)壓系統(tǒng)和排渣料位系統(tǒng)，強連接部分是給煤送風(fēng)系統(tǒng)，對耦合問題解決的不錯，但仍然難以解決其參數(shù)時變問題【201；牛培峰等人提出以PID為主，并輔以純滯后補償預(yù)估、串級和前饋等策略，在75t／hCFB焚燒爐的燃燒系統(tǒng)、主汽溫控制以及給水控制上得到了一些應(yīng)用成果【21】。由于CFB焚燒爐是高度耦合的多變量輸入／輸出非線性熱工系統(tǒng)，很難用精確的數(shù)學(xué)模型來進行描述，因此用常規(guī)的控制理論解決這種工業(yè)過程的自動控制問題就遇到了障礙，而自適應(yīng)控制、專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)及模糊控制等先進的控制技術(shù)不需要建立精確模型，并且針對具有非線性、不確定性特點的復(fù)雜生產(chǎn)過程，能夠取得較理想的控制效果。文獻[22]根據(jù)CFB床溫對象的動態(tài)特性，提出了一種自整定智能控制器。該控制器從對宏觀結(jié)構(gòu)模擬和行為功能模擬的觀點出發(fā)，通過特征辨識、直覺推理給出了7種模態(tài)控制策略，并在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了CFB焚燒爐燃燒智能控制系統(tǒng)【231。為了提高算法的實時性，文獻[24]采用調(diào)整因子實現(xiàn)PID參數(shù)的在線調(diào)整。在此基礎(chǔ)上，文獻[25]對CFB焚燒爐燃燒系統(tǒng)的常規(guī)PID控制進行了分析，提出了對焚燒爐燃燒系統(tǒng)進行模糊控制的3種方案，即對系數(shù)Ke，Kec，Ku，進行多變量尋優(yōu)的模糊控制器。并對3種模糊控制方案進行了仿真與比較。文獻[261分析了CFB焚燒爐結(jié)構(gòu)與工藝特點，研究開發(fā)了基于經(jīng)驗的專家智能控制策略。主要控制系統(tǒng)有爐膛負(fù)壓控制、料層差壓控制、主蒸汽溫度控制、減溫噴水控制、汽包水位三沖量與主蒸汽溫度協(xié)議控制、燃燒系統(tǒng)專家智能控制。文獻[27]分析了智能一8一東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 笫1章緒論東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 笫1章緒論控制系統(tǒng)和實時專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、主要功能和推理機制，設(shè)計出了CFB焚燒爐燃燒系統(tǒng)的實時專家智能控制系統(tǒng)。對燃燒系統(tǒng)的目標(biāo)參數(shù)處理和控制規(guī)則庫進行了分析，給出了推理實例。文獻[28]分析CFB焚燒爐燃燒控制系統(tǒng)運行特性、控制系統(tǒng)特點，詳細闡述了CFB焚燒爐燃燒控制系統(tǒng)的模糊專家控制算法以及在集散控制系統(tǒng)JX一300X上的實現(xiàn)。 文獻【29】根據(jù)準(zhǔn)優(yōu)勢化法，設(shè)計了補償式解耦控制系統(tǒng)。采用了運行專家的操作方式，并將其引入到系統(tǒng)設(shè)計中；在調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計中附加模糊判據(jù)，實現(xiàn)主汽壓和床溫的解耦控制。文獻[30]]提出了一種基于BP算法的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦控制策略，并將其應(yīng)用于流化床焚燒爐的燃燒系統(tǒng)中，其思想是在加入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦環(huán)節(jié)以后，使得包括該解耦環(huán)節(jié)在內(nèi)的廣義被控對象的第一系數(shù)矩陣為對角矩陣。文獻【31]針對床溫和主汽壓的強耦合，設(shè)計了基于廣義預(yù)測控制的指導(dǎo)系統(tǒng)。廣義預(yù)測控制器利用CFB鍋爐動態(tài)模型預(yù)測床溫和主汽壓，然后由給定發(fā)生器產(chǎn)生床溫和主汽壓的給定，傳給床溫調(diào)節(jié)控制回路和主汽壓控制回路，實現(xiàn)床溫調(diào)節(jié)和主汽壓控制的解耦協(xié)調(diào)控制。1．5本文的主要工作本文的主要工作大致可以分為三個部分：一部分為對污泥焚燒工藝進行學(xué)習(xí)和分析；一部分為對杭州七格污泥特性進行分析和研究，并在學(xué)習(xí)實驗法建模理論知識之后對床溫控制系統(tǒng)進行實驗法建模；最后根據(jù)循環(huán)流化床床溫控制系統(tǒng)本身的特點，具有一定的滯后特性和時變特性，學(xué)習(xí)并設(shè)計基于增益自適應(yīng)Smith預(yù)估器的遺傳算法優(yōu)化控制器參數(shù)對床溫控制系統(tǒng)進行控制及其仿真研究。具體而言，本論文工作包括：(1)介紹污泥處理與處置的主要方法及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，著重對循環(huán)流化床焚燒爐的控制技術(shù)進行學(xué)習(xí)和分析，并提出本文研究的意義和主要工作。(2)介紹流化床焚燒工藝興起和發(fā)展，探討影響污泥焚燒的因素，簡單介紹污泥焚燒系統(tǒng)的硬件和監(jiān)控軟件，并對污泥焚燒工藝進行深入的研究，為第三章的床溫控制系統(tǒng)分析奠定基礎(chǔ)。(3)分析杭州七格污泥的焚燒特性，由于干化后污泥本身含有大量熱值，可實現(xiàn)污泥與煤的優(yōu)勢互補，因而進行污泥與煤摻燒的研究，然后對床溫控制系統(tǒng)的影響因素進行分析后，構(gòu)建床溫控制系統(tǒng)，并通過實驗法對其建模。(4)在詳細學(xué)習(xí)和研究Smith預(yù)估器及遺傳算法的原理基礎(chǔ)上，采用基于增益自適應(yīng)Smith預(yù)估器與遺傳算法相結(jié)合的算法對床溫控制系統(tǒng)的床溫控制器參數(shù)進行優(yōu)化。(5)在Matlab／Simulink環(huán)境下的搭建仿真模型，進行仿真測試、調(diào)節(jié)與驗證，并對仿真結(jié)果進行分析。一9一東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第1章緒論東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第1章緒論(6)對本課題進行總結(jié)與展望，指出下一步的研究方向。一10一東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2章污泥焚燒工藝工作過程東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2章污泥焚燒工藝工作過程第2章污泥焚燒工藝工作過程焚燒工藝在脫水泥餅的處理、處置方法中所占的比例來看，已成為污水污泥處理系統(tǒng)中必不可少的重要技術(shù)。這是因為污水污泥脫水后的濾餅含水率仍達45～86蚶32J，含水率高，體積大，用作肥料或土壤改良劑回用于農(nóng)田使水分偏高，不利于分散及裝袋運輸。為了便于進一步的利用與處理，可將其進行干燥處理或焚燒。干燥處理后，污水污泥含水率可降至20～40％。焚燒處理，含水率可降至O，體積很小，便于運輸與處置。目前世界各國的環(huán)境條件對廢棄物處理所花費的時間和所占的空間都提出了十分嚴(yán)格的要求，寧肯消耗一定的能源，但要求處理速度快，減量化程度高的工藝。德國在1996年明確提出了污水污泥減量化、資源化和無害化處置的優(yōu)先順序。污水污泥減量化是對剩余污水污泥處置的新概念，是在對剩余污水污泥資源化基礎(chǔ)上進一步提出的要求。因此，在許多城市的污水污泥處理廠，今后脫水泥餅的處理將不得不依靠熱處理工藝(數(shù)百度以上的高溫處理)。污泥焚燒的初期研究是由美國的諾亞克(Noaek)、施萊辛格(SchLesinger)等人于1960年在彼得堡能源中心(Pittsburgenergycenter)開始的，其共同的特點是以回收能源為目的【33】。脫水污泥(水分65～85％，其固體熱值為7500---15000kJ／kg)的熱值低，因此，焚燒過程中必需添加輔助燃料，所以應(yīng)該設(shè)計輔助燃料最少的流程。世界上第l臺焚燒污泥的流化床焚燒爐在1962年建于美國Washington，至今仍在運行。目前，污泥焚燒是日本、奧地利、丹麥、法國、瑞士、德國等國污泥處置的主要方法。2．1污水污泥焚燒工藝的影響因素(1)污泥焚燒的影響因素影響污泥焚燒過程的因素有許多，主要因素【34l有、停留時間、燃燒溫度、污泥的性質(zhì)、空氣過剩系數(shù)等。其中停留時間、燃燒溫度和污泥含水率是反映焚燒爐性能的主要指標(biāo)。1)停留時間污泥在焚燒爐內(nèi)停留時間的長短直接影響焚燒的完善程度，停留時間也是決定爐體容積尺寸的重要依據(jù)。為了使污泥能在爐內(nèi)完全燃燒，污泥需要在爐內(nèi)停留足夠的時間。一般認(rèn)為，污泥燃燒所需要的停留時間與含水量有一定的關(guān)系，含水量越大，干燥所需的時間越長，污泥在爐內(nèi)的停留時間也就越長。此外，良好的攪拌與混合，使污泥的水分更易于蒸發(fā)，其所需的停留時間就較短。停留時間也意味著燃燒煙氣在爐內(nèi)所停留的時間，燃燒煙氣在爐內(nèi)停留時間的長短決定氣態(tài)可燃物的完全燃燒程度。一般來說，燃東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2章污泥焚燒工藝工作過程東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2章污泥焚燒工藝工作過程燒煙氣在爐內(nèi)停留的時間越長，氣態(tài)可燃物的完全燃燒程度就越高。2)焚燒溫度污泥的焚燒溫度一般是指污泥焚燒所能達到的最高溫度。污泥的焚燒溫度比其著火溫度要高得多。污泥的焚燒溫度越高，燃燒速度越大，污泥就焚燒得越完全，焚燒效果越好。污泥的焚燒溫度與污泥的燃燒特性有直接的關(guān)系，污泥的熱值越高、水分越低，焚燒溫度也就越高。一般來說，提高焚燒溫度有利于污泥的燃燒和干燥，并分解和破壞污泥中有機毒物。但過高的焚燒溫度不僅增加了燃料消耗量，而且會增加污泥中金屬的揮發(fā)量及氮氧化物的數(shù)量，引起二次污染。因此不宜隨意確定較高的焚燒溫度。污泥焚燒的溫度與污泥在焚燒設(shè)備內(nèi)的停留時間相關(guān)聯(lián)，大多數(shù)有機物的焚燒溫度范圍在800．1100℃之間，通常在850～950℃之間。3)污泥的性質(zhì)污泥的熱值、成分、含水量等是影響污泥焚燒效果的主要因素。熱值越高，燃燒過程越易進行，燃燒效果越好?？扇汲煞衷蕉?，越易著火，燃燒越快。由于水分對污泥焚燒的影響很大，2．2．2節(jié)單獨進行分析。4)污泥與空氣間的混合程度為了使固體污泥燃燒完全，必須往燃燒室內(nèi)鼓入過量的空氣。氧濃度高，燃燒速度快，這是燃燒的最基本條件。對具體的污泥燃燒過程，需要根據(jù)物料的特性和設(shè)備的類型等因素確定過?？諝饬?。除了過?？諝饬?，還要注意空氣在燃燒室內(nèi)的分布，燃料和空氣中氧的混合如湍流程度，混合不充分，將導(dǎo)致不完全燃燒產(chǎn)物的生成。對于廢液的燃燒，混合可以加速液體的蒸發(fā)；對于固體污泥的燃燒，湍流有助于破壞燃燒產(chǎn)物在顆粒表面形成的邊界面，從而提高氧的利用率和傳質(zhì)速率，特別是擴散速率為控制速率時，燃燒時間隨傳質(zhì)速率的增大而減少。5)過量空氣系數(shù)在實際的燃燒系統(tǒng)中，氧氣與可燃物質(zhì)無法完全達到理想程度的混合及反應(yīng)。為使燃燒完全，僅供給理論空氣量很難使其完全燃燒，故實際焚燒過程中往往送入比理論空氣量更多的助燃空氣量，以使污泥與空氣能完全混合燃燒。過剩空氣系數(shù)(Y，％)用于表示實際空氣與理論空氣的比值，定義為：V廠=二V式中，yo為理論空氣量，y為實際供應(yīng)空氣量。過?？諝庀禂?shù)對污水污泥的燃燒狀況有很大的影響，供給適量的過?？諝庀禂?shù)是有機可燃物完全燃燒的必要條件。合適的過?？諝庀禂?shù)有利于污水污泥與氧氣的接觸混合，一12—東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2章污泥焚燒工藝工作過程東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2章污泥焚燒工藝工作過程強化污泥的干燥、燃燒。但過?？諝庀禂?shù)過大又有一定的副作用，過?？諝庀禂?shù)過大既降低了爐內(nèi)燃燒溫度，又增大了燃燒煙氣的排放量。(2)污泥水分對焚燒的影響污泥是一種高水分物質(zhì)，其水分按存在形式分為四類：間隙水，存在于污泥顆粒間，約占污泥水分的70％；毛細水，污泥顆粒間的毛細管水，約占20％；表面吸附水，吸附在污泥顆粒表面，約占7％；內(nèi)部水，存在于污泥顆粒內(nèi)部或微生物細胞內(nèi)的水，約占3％。四種水分與污泥顆粒結(jié)合的強度由大到小的次序是：內(nèi)部水>表面水>毛細結(jié)合水>間隙水，該次序也是污泥脫水的難易順序。目前焚燒爐的排煙溫度大都在100"C以上，所以污泥帶入爐內(nèi)的水分最后都是以蒸汽的形態(tài)被排出焚燒爐的。這些蒸汽以汽化潛熱的形式帶走了燃料中的能量，剩余的熱量才有可能為焚燒爐所用，對于l標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水汽化潛熱為2510kJ／kg。對于應(yīng)用基于應(yīng)用水分為M盯，干基低位發(fā)熱量為Qnd．d(kJ／kg)的污泥，容易得到因水分存在造成lkg于污泥的能量(kJ／kg)損失為：坦=2510×M。，／(100一M。) (2．2)用相對值表示，相對原有干污泥能量的損失份額為q：j竺2麗西藏 ‘2。3)水分肋圖2．1不同水分下能量損失份額Fig．2．ITheshareofenergylossofdifferentmoistrue圖2．1為不同水分下的能量損失份額，從圖中可以看出，對于干基低位發(fā)熱量1000kJ／kg的污泥，水分至60％左右時，其損失達100％，即無能量可用了。污泥水分高，焚燒時需加輔助燃料，因此，為減少能量損失希望水分越低越好，這需深度脫水，但這涉及到脫水技術(shù)和脫水的經(jīng)濟性問題。一13—東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2章污泥焚燒工藝工作過程東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2章污泥焚燒工藝工作過程圖2．2為杭州七格污泥不同水分對應(yīng)的理論燃燒溫度[351，即沒有任何散熱時完全燃燒能達到的最高溫度，計算時假定過量空氣系數(shù)為1．2。鋈求長驛貯0 300 600 900 1200 1500理論燃燒溫度／℃圖2．2不同水分污泥對應(yīng)的理論燃燒溫度Fig2．2Thetheoreticaltemperatureofcombustionofsludgewithdifferentmoisture流化床燃燒的正常溫度一般在800～1000℃左右。由上圖可見，隨著水分的增加，理論燃燒溫度顯著下降，當(dāng)污泥水分為40％時，其理論燃燒溫度還超過1100℃，這對流化床而言，扣除燃燒損失和散熱損失，合理的床溫還是有保證的，但當(dāng)水分升至55％以上時，理論燃燒溫度降至900℃以下，單獨焚燒污泥是難以維持床溫的，這時就需加入一定量的輔助燃料或采用高溫?zé)峥諝馑腿搿?．2流化床焚燒爐焚燒工藝特性2．2．1污泥焚燒工藝的工作原理由于污泥含水量高，直接焚燒會導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)定，大量的水蒸氣的產(chǎn)生會導(dǎo)致?lián)p失一部分的潛熱，也會對壁面產(chǎn)生腐蝕，并且由于目前大部分燃燒爐的設(shè)計對象是高熱值或者中高熱值燃料，而干化后的污泥的熱值又接近褐煤，因此將污泥直接焚燒前進行干化處理是十分有必要的。傳統(tǒng)的脫水污泥直接焚燒處理，因其發(fā)熱值太低，需加入大量的輔助燃料以維持過程的自持進行，導(dǎo)致處理成本明顯極高，這也是目前焚燒法難以推廣的原因之一。因此，本文主要采用的技術(shù)路線是將含水率78％以上的城市污水污泥通過采用復(fù)合干化器干化后，制作成為污泥顆粒燃料，然后送入循環(huán)流化床焚燒爐進行焚燒，焚燒后的熱量回收_-——14‘。——東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2章污泥焚燒工藝工作過程東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2章污泥焚燒工藝工作過程用于污泥干化，最終以污泥與煤的合適配比完成污泥的完全焚燒。杭州七格污水處理廠污泥處置系統(tǒng)采用了污泥干化加焚燒的處置工藝，是杭州污水廠污泥綜合處置示范工程，最終實現(xiàn)污水處理廠脫水污泥處置的減量化、無害化、穩(wěn)定化【361。處置工藝是國內(nèi)自行研究開發(fā)的，工程由中國市政工程華北設(shè)計研究院設(shè)計，污泥最大日處理規(guī)模為100噸／天、(含水率為75～80％)。該工藝是將脫水后污泥經(jīng)干化后送入循環(huán)流化床爐內(nèi)焚燒。整個系統(tǒng)主要由焚燒系統(tǒng)、干化系統(tǒng)、導(dǎo)熱油循環(huán)系統(tǒng)、空壓系統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)等相關(guān)部分組成。(1)焚燒系統(tǒng)焚燒系統(tǒng)采用熱載體循環(huán)流化床焚燒爐，焚燒爐床體溫度保持在850。C．900+0進行干污泥焚燒。燃燒干化污泥所產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓?jīng)旋風(fēng)分離器分離下來的循環(huán)灰通過氣動分配器，大部分返回焚燒爐繼續(xù)燃燒循環(huán)，另一部分進入復(fù)合干化器干化濕污泥，利用流經(jīng)旋風(fēng)分離器尾部的高溫?zé)煔庥酂峄厥昭b置加熱導(dǎo)熱油供干化污泥作為熱源。經(jīng)空氣預(yù)熱器后通過凈化塔和布袋除塵裝置，進行酸性氣體的脫除和顆粒物捕集，達標(biāo)后的氣體通過吸風(fēng)機的作用由煙囪排入大氣。(2)干化系統(tǒng)濕污泥干化過程采用兩種不同方式進行，先將脫水污泥通過污泥給料裝置送入流化復(fù)合干化器內(nèi)與焚燒爐部分熱灰直接混合，在流化狀態(tài)下進行干燥，在送風(fēng)機的作用下再送入設(shè)有導(dǎo)熱油換熱盤管干燥器內(nèi)。在流化狀態(tài)下繼續(xù)對污泥進一步干化。當(dāng)污泥含水率降低至20％以下時，干化污泥從干化器中連續(xù)排出，由輸送設(shè)備送入循環(huán)流化床內(nèi)進行燃燒。干化器排出的氣體及細灰，經(jīng)細粉分離器、冷凝器、除霧器后經(jīng)引風(fēng)機和送風(fēng)機循環(huán)至復(fù)合污泥干化器，多余氣體通過泄壓閥送入焚燒爐作焚燒處理。(3)導(dǎo)熱油循環(huán)系統(tǒng)通過導(dǎo)熱油泵的作用使其在干化和焚燒系統(tǒng)中周而復(fù)始循環(huán)，是進行熱量交換和傳遞的公用系統(tǒng)，保持整個系統(tǒng)熱量平衡和正常運行，也是整個系統(tǒng)正常運行的關(guān)鍵設(shè)備。(4)空壓系統(tǒng)壓縮空氣的壓力須保持在5～6kg／crn2，是保證干化焚燒系統(tǒng)正常運行的必備條件，其主要作用是自動調(diào)節(jié)各執(zhí)行機構(gòu)、氣動分配器循環(huán)灰返料動力、煙氣凈化裝置、焚燒爐尾部受熱面吹掃，提高焚燒爐的熱效率等。(5)煙氣凈化系統(tǒng)在焚燒爐運行時通過輸送裝置不問斷向爐內(nèi)送入石灰粉與焚燒所產(chǎn)生的煙氣充分接觸，脫除酸性氣體，降低煙氣中的酸性氣體濃度，達標(biāo)排放(S02S192ppm、NOx<179ppm)。布袋除塵裝置對尾氣排放前進行除塵處理，捕集顆粒物，降低煙氣中的煙塵濃度，達標(biāo)排放(<120mg／m3)。一15—東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2章污泥焚燒工藝工作過程東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2章污泥焚燒工藝工作過程根據(jù)污泥焚燒工藝的特點，在分析自動控制系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)上，得到污泥干化焚燒工藝流程如圖2．3所示。冷導(dǎo)熱油 扣 導(dǎo)油管器油加ji 空氣管引口圯 一呻儲油箱嗣_lI喝剮風(fēng)風(fēng)一槲脞～籀塵黔||翻 爹一，淄臻圖2．3污泥干化焚燒工藝流程圖Fig．2．3Processofsludgeincineration具體的工作過程主要包括焚燒部分和干化部分，箭頭指向的方向表示氣體、污泥、油的流動方向。焚燒部分主要設(shè)備包括循環(huán)流化床焚燒爐、旋風(fēng)分離器及氣動分配閥。焚燒部分工作過程：循環(huán)流化床焚燒干化污泥產(chǎn)生高溫?zé)煔?，?jīng)旋風(fēng)分離器分離下來的循環(huán)灰通過氣動分配器，一部分(棕色線)返回焚燒爐繼續(xù)燃燒，另一部分(棕色線)進入復(fù)合干化器干化污泥。從旋風(fēng)分離器出來的高溫?zé)煔?藍色線)經(jīng)過換熱器余熱回收裝置，給導(dǎo)熱油加溫，煙氣經(jīng)換熱器降溫至160℃以下，再經(jīng)煙氣凈化器、布袋除塵器后，通過引風(fēng)機由煙囪排出。干化部分主要設(shè)備包括復(fù)合干化器、分離器、冷凝器、汽水分離器。干化部分工作過程：含水率78％左右的脫水污泥通過污泥投加裝置進入復(fù)合干化器，與循環(huán)熱灰混和干燥；同時，受高溫?zé)煔饣厥昭b置的導(dǎo)熱油管加熱，在流化狀態(tài)下進行干化。當(dāng)含水率降低到20％以下時，干化污泥從干化器中連續(xù)排出并送入循環(huán)流化床焚燒爐燃燒；復(fù)合干化器排出的廢氣及細灰，經(jīng)細粉分離器、冷凝器、汽水分離器后，由高壓風(fēng)機送回復(fù)合干化器。2．2．2干化系統(tǒng)濕污泥干化過程采用兩種不同方式進行，先將脫水污泥通過污泥給料裝置送入流化一16一東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2章污泥焚燒工藝工作過程東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2章污泥焚燒工藝工作過程復(fù)合干化器內(nèi)與焚燒爐部分熱灰直接混合，然后通過送JxL機將污泥送入設(shè)有導(dǎo)熱油換熱盤管干燥器內(nèi)，并在流化狀態(tài)下對其進行進一步干化。當(dāng)污泥含水率降低至20％以下時，干化污泥從干化器中連續(xù)排出，由輸送設(shè)備送入循環(huán)流化床內(nèi)進行燃燒。干化器排出的氣體及細灰，經(jīng)細粉分離器、冷凝器、除霧器后經(jīng)引風(fēng)機和送風(fēng)機循環(huán)至復(fù)合污泥干化器，剩余細灰送入焚燒爐作焚燒處理。干化系統(tǒng)運行與操作步驟如下：(1)復(fù)合干化器填充底料，底料應(yīng)淹沒換熱器的盤管，循環(huán)風(fēng)量必須滿足干料的流化。(2)循環(huán)風(fēng)通過復(fù)合干化器下部的風(fēng)箱，循環(huán)氣體均勻進入流化床使污泥顆粒在床內(nèi)流態(tài)化，并通過換熱器加熱污泥顆粒使水分蒸發(fā)，達到干化的目的。(3)根據(jù)料層壓差，復(fù)合干化器底部卸料閥會自動啟動。(4)帶有粉塵和蒸發(fā)水分的循環(huán)氣體(混和氣體)從流化床干燥器頂部離開復(fù)合干化器，進入旋風(fēng)分離器，其作用是使粉塵與流化氣體分離。(5)分離后的流化氣體再進入冷凝器，氣體中的一些細微的粉塵再一次被洗滌分離，同時降低循環(huán)氣體溫度到55℃。(6)循環(huán)氣體通過汽水分離器把氣體中的水分分離掉。(7)被分離后的循環(huán)氣體通過二臺風(fēng)機被循環(huán)至復(fù)合干化器的風(fēng)室中。(8)系統(tǒng)必須在自動模式下運行，含氧量<8％。2．2．3焚燒系統(tǒng)焚燒系統(tǒng)采用熱載體循環(huán)流化床焚燒爐，焚燒爐床體溫度保持在850。C～950"C進行干污泥焚燒。一次風(fēng)機高壓風(fēng)經(jīng)過二級空氣預(yù)熱器進入風(fēng)室，通過風(fēng)帽對床料進行流化。二次高壓風(fēng)機的高壓風(fēng)經(jīng)過一級空氣預(yù)熱器進入流化床密相區(qū)與稀相區(qū)之間切向噴入爐膛，在稀相區(qū)形成旋渦氣流，加強流化床稀相區(qū)的擾動，使得氣體與可燃物充分混合，保證了稀相區(qū)揮發(fā)分充分燃盡和飛離密相區(qū)的細灰進一步燃燒，提高燃料的燃盡率。點火燃燒器是在焚燒爐啟動時加熱流化床底料的設(shè)備，輔助燃燒器是在燃料不夠時，起調(diào)節(jié)爐膛溫度作用的。旋風(fēng)分離器將燃燒過程中部分還未燃盡的顆粒分離下來，再通過氣動分配器將返料倉內(nèi)的一部分料送入爐膛進行二次循環(huán)燃燒，另一部分料分配到干化器中干化濕污泥。旋風(fēng)分離器分離的高溫?zé)煔饪杉訜釋?dǎo)熱油，之后的煙氣流經(jīng)一級和二級空氣預(yù)熱器對一、二次風(fēng)進行加熱，煙氣最后通過洗滌和布袋除塵，使煙氣達到凈化，再通過引風(fēng)機排入大氣。焚燒系統(tǒng)中的床溫是影響Ca／S、NOx以及CO排放量的最主要的因素，床溫過低不但使焚燒爐效率下降而且使焚燒爐運行不穩(wěn)定容易滅火，床溫過高會使脫硫效率下降使一17—東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2章污泥焚燒工藝工作過程東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2章污泥焚燒工藝工作過程S02和NOx的排放量增加，同時使焚燒爐結(jié)焦無法『F常循環(huán)流化燃燒，而床溫運行的好壞又受到焚燒系統(tǒng)的整體運行與操作的影響，焚燒系統(tǒng)運行與操作步驟如下：(1)焚燒爐啟動前需進行全面檢查，確認(rèn)具備啟動條件后按操作規(guī)程進行點火工作。啟動和正常運行風(fēng)量控制應(yīng)根據(jù)冷態(tài)流化結(jié)果進行對應(yīng)，在運行中流化風(fēng)量不得低于臨界風(fēng)量，否則有結(jié)焦的危險，風(fēng)量過大會使排煙熱損失及燃燒損失增大。(2)啟動前布袋除塵必須走旁路，當(dāng)煙氣溫度≥110℃時方可切換到主路。(3)運行中當(dāng)煙氣溫度之190℃時，煙道應(yīng)切換到旁路。(4)運行風(fēng)量和燃料量未增加，料層差壓在逐漸增高，此時應(yīng)調(diào)整燃燒，當(dāng)料層差壓超過9500Pa時，應(yīng)采取手動排渣方式排渣，并控制排渣的速度，使料層高度逐漸降低，當(dāng)料層差壓降到8500Pa時，停止排渣，當(dāng)料層差壓低于8000Pa時，應(yīng)及時補充一定量的石英砂。排渣應(yīng)做到少放、勤放保持床溫的穩(wěn)定。(5)當(dāng)風(fēng)量變動時，床層溫度也會發(fā)生變化，爐內(nèi)含氧量也同時變化，調(diào)節(jié)床溫一般靠調(diào)節(jié)燃料量來維持平衡。(6)風(fēng)量控制的原則是一次風(fēng)確保流化燃燒，二次風(fēng)則根據(jù)檢測到的含氧量來調(diào)節(jié)燃燒所需風(fēng)量，運行中保持一次風(fēng)室壓力在一定數(shù)值范圍(8000--9000)士500Pa，根據(jù)運行中具體情況再做修正。(7)燃料量的多少直接影響到床層溫度，當(dāng)床溫偏高時，應(yīng)加大送風(fēng)量，減少燃料量，床溫偏低時則相反。(8)正常燃燒中，在調(diào)節(jié)燃料量時幅度不應(yīng)過大，以免造成床溫大幅波動，影響燃燒的穩(wěn)定性，燃料與風(fēng)量的調(diào)節(jié)應(yīng)做到增負(fù)荷時，先加風(fēng)后加料，減負(fù)荷時，先減料后減風(fēng)。(9)正常運行中床層溫度控制在850℃～950℃之間較為合適，如果床溫得不到很好的控制，就會出現(xiàn)高溫結(jié)焦和低溫熄火的危險，影響運行的穩(wěn)定性。(10)當(dāng)床溫超過950℃左右時，應(yīng)立即采取加風(fēng)減料措施，采取措施后床溫仍有上升趨勢，此時停止向爐內(nèi)進料，如床溫仍得不到控制，再次加大風(fēng)量，直至床溫恢復(fù)到正常范圍內(nèi)(850℃～950℃)。(11)床溫低于780℃，雖以采取加料減風(fēng)措施，床溫仍下降，得不到很好的控制，低于730℃有熄火可能時，應(yīng)及時投入助燃油槍提高床體溫度，確保焚燒爐的正常運行。(12)焚燒爐在運行過程中，煙氣出口控制在一lOPa---20Pa范圍之內(nèi)。(13)焚燒爐需暫時停運，可進行壓火操作，使焚燒爐處于熱備狀態(tài)，壓火前可適當(dāng)增加給料，床溫上升到900。C左右停止進料，床溫開始有下降趨勢(880℃左右)時，停止送風(fēng)機和引風(fēng)機，并立即關(guān)嚴(yán)進出口風(fēng)門，防止漏風(fēng)產(chǎn)生低溫結(jié)渣。(14)壓火啟動操作先啟動引風(fēng)機、后啟動送風(fēng)機，調(diào)整流化風(fēng)量，注意床溫變化，一18—CU3LCU400650。，f東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2章污泥焚燒工a乙4-工作過程圖2．4所示。東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2章污泥焚燒工a乙4-工作過程圖2．4所示。2．3．1系統(tǒng)硬件污泥焚燒系統(tǒng)的整個框架可以分為兩大部分，即白控部分和上位監(jiān)控站計算機監(jiān)控部分。自控系統(tǒng)與監(jiān)控計算機之間采用以太網(wǎng)的形式以TCP／IP協(xié)議聯(lián)接。自控系統(tǒng)直接監(jiān)測和控制各個工藝生產(chǎn)過程單元，進行工藝檢測參數(shù)、設(shè)備運行工況信號的采集、監(jiān)測和控制，并向上位監(jiān)控站傳送實時數(shù)據(jù)。杭州市七格污水處理廠三期lOOffd污泥焚燒工程白控系統(tǒng)采用羅克韋爾自動化的RSLogix5000對控制系統(tǒng)進行組態(tài)編程。羅克韋爾公司研制的控制系統(tǒng)編程軟件RSLogix5000以其設(shè)計人性化，易用、功能強大著稱，它具有友好的、引導(dǎo)性的使用界面，可靠的通信、高級診斷功能等特點。(1)污泥焚燒控制系統(tǒng)污泥焚燒自動控制系統(tǒng)采用美國羅克韋爾公司的ControlLogix系列控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有全開放的特點，更適合于采集、控制、網(wǎng)絡(luò)通信等工業(yè)環(huán)境，是具有很高性能／價格比的網(wǎng)絡(luò)通信控制系統(tǒng)。它適用于現(xiàn)場設(shè)備、儀表、控制系統(tǒng)與控制室之間的一種全分散、全數(shù)字化、智能、多站的通信系統(tǒng)，具有可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強、通信速率快等特點。它可將控制、聯(lián)鎖、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備管理和SCADA系統(tǒng)等功能集于一體。操作員站 I：程師站_墨 蠶～1廠ll—C|耄～B“圖2．5污泥焚燒控制站配置圖Fig．2．5Configurationofthesludgeincinerationcontrolstations為了保證系統(tǒng)運行的高可靠性，在生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)置了互為冗余的ControlLogix控制系統(tǒng)(LCUl和LUC2)控制站。LCUl和LCU2負(fù)責(zé)焚燒爐、氣動分配閥、復(fù)合干化器控制、焚燒、干化輔助系統(tǒng)控制。根據(jù)焚燒工藝需要，污泥焚燒控制站模塊整體配置如圖2．5所示。一20一東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2章污泥焚燒工藝工作過程東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2章污泥焚燒工藝工作過程(2)污泥供應(yīng)與冷凝水控制站控制站采用羅克韋爾的CompactLogix單機系統(tǒng)，完成污泥供應(yīng)系統(tǒng)和冷凝水系統(tǒng)控制功能。該控制站由CompactLogix單機系統(tǒng)構(gòu)成，根據(jù)焚燒工藝需求，污泥供應(yīng)系統(tǒng)LCU3和冷凝水系統(tǒng)LCU4的配置如圖2．6所示。操作員站l 操作員女占2I。作師站麓囊蠹塾。鏖囊：：j。j簍墨100M。I：業(yè)以太L一一一一一一一匭亟匾LCU3 LCU4圖2．6控制站配置圖Fig．2．6Configurationofthecontrolstation(3)通信網(wǎng)絡(luò)配置方案污泥焚燒自動控制系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)由從控制站到中控室的100Mbit／s以太網(wǎng)構(gòu)成。工業(yè)以太網(wǎng)的特點是在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層中采用了CIP協(xié)議。IP協(xié)議是在現(xiàn)有商用以太網(wǎng)基礎(chǔ)上開發(fā)的、開放的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，由國際現(xiàn)場總線組織ODVA和ControlNet+International于2000年初宣布推出的。工業(yè)控制以太網(wǎng)具有極為突出的網(wǎng)絡(luò)效率，在同一介質(zhì)上具有實時控制功能，提供控制的具體操作或者工藝過程中的實時數(shù)據(jù)交換。它允許在某一中心位置集中啟動網(wǎng)絡(luò)或者網(wǎng)絡(luò)上某一個具體的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，或者啟動其他的基于CIP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)(如EtherNet／IP、DeviceNet)，通過網(wǎng)絡(luò)的傳輸實現(xiàn)控制目的。系統(tǒng)采用基于CIP協(xié)議的100Mbit／s工業(yè)以太網(wǎng)連接LCUl～LCU4，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)共享。LCUl、LCU2、17562CNBR模塊與17942ANCR通過銅軸電纜組成CIP協(xié)議ControlNet，提供實時可靠的I／O通信。杭州市七格污水處理廠三期100ffd污泥焚燒工程選用專業(yè)制造商東土電信公司的KIEN2000系列產(chǎn)品。KIEN2000為工業(yè)級光纖交換機，其MTBF為300000h，確保運行5年。該全雙工工業(yè)以太網(wǎng)交換機帶有2個多模lOOMbit／s光纖口和6個101100Base2TX的RJ45口，用于與控制系統(tǒng)和中控站監(jiān)控PC連接，確保了可靠和高速的網(wǎng)絡(luò)通信。2．3．2系統(tǒng)監(jiān)控軟件上位監(jiān)控站是整個污泥焚燒處置過程的實時監(jiān)控管理層，上位監(jiān)控站操作站和工程師站采集控制站的全部運行參數(shù)和信息，通過用戶權(quán)限約定，實時監(jiān)控整個焚燒處理流·_——21’_——東北大學(xué)碩士學(xué)位論丈 第2章污泥焚燒_T-藝工作過程東北大學(xué)碩士學(xué)位論丈 第2章污泥焚燒_T-藝工作過程程和設(shè)備運行狀況。RSViewSE是組件化集成人機接口軟件(HMI)，用來開發(fā)監(jiān)視和控制自動化焚燒工藝過程監(jiān)控軟件。它是一個強大的管理級的監(jiān)控軟件，具有多服務(wù)器集群和多客戶端的分布式結(jié)構(gòu)，以及強大的可伸縮性，其利用RSViewEnterprise系列的共用開發(fā)環(huán)境--RSViewStudio進行軟件開發(fā)。應(yīng)用組態(tài)存在于各個RSViewSE服務(wù)器當(dāng)中，而客戶端可以任意地調(diào)用顯示各服務(wù)器中的應(yīng)用。同時，RSViewSE也是羅克韋爾自動化ViewAnyWare產(chǎn)品戰(zhàn)略的核心組成部分，為企業(yè)提供集成的一體化的監(jiān)控方案。杭州市七格污水處理廠三期工程100t／d污泥焚燒上位監(jiān)控站的操作站和工程師站運行監(jiān)控軟件，通過冗余環(huán)網(wǎng)，與控制站交換數(shù)據(jù)、采集信息，遙控和管理現(xiàn)場各機電設(shè)備。上位監(jiān)控站在監(jiān)控的同時，對所收集的運行數(shù)據(jù)和狀態(tài)參數(shù)進行匯總分析、統(tǒng)計存儲、報表生成、事件記錄、報警和打印等處理；同時，生成實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫，作為日常管理和決策依據(jù)，支持在線查詢、修改、處理、打印等功能，數(shù)據(jù)庫帶有標(biāo)準(zhǔn)的SQL接口和ODBC接口，可與其他關(guān)系數(shù)據(jù)庫建立共享關(guān)系，為信息化管理系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息。2．4本章小結(jié)本章首先大致介紹了污泥焚燒工藝的興起和發(fā)展，接著介紹了杭州七格污水廠三期工程的流化床焚燒爐焚燒工藝特性，其中包括污泥焚燒工藝的工作原理、干化系統(tǒng)運行與操作步驟以及焚燒系統(tǒng)運行與操作步驟，并簡要介紹了污泥焚燒控制系統(tǒng)的硬件和監(jiān)控軟件。一22—東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第3章循環(huán)流化床焚燒爐床溫控制系統(tǒng)分析東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第3章循環(huán)流化床焚燒爐床溫控制系統(tǒng)分析第3章循環(huán)流化床焚燒爐床溫控制系統(tǒng)分析3．1污泥特性研究3．1．1污泥特性分析杭州七格污水處理廠產(chǎn)生的污泥含水率在78％左右的流體狀物質(zhì)，初沉、二沉污泥通過螺旋輸送送入復(fù)合干化器干化后污泥含水率可達到40％以下。污泥的固體成分主要是有機殘片、細菌菌體、無機顆粒和膠體等，但以有機成分為主。污泥中包含對農(nóng)業(yè)有潛在利用價值的N、P、K和各種微量元素養(yǎng)分。有機質(zhì)的含量通?？烧嘉勰喔芍氐?00／o～40％。由于污泥來源于各種污水，所以污泥中不可避免地含有各種有毒有害物質(zhì)，如重金屬、有機污染物和病原物等，且因為污泥含較多的易分解或腐化的成分，通常會散發(fā)出難聞的氣味。污泥中有益成分和有害成分共存的特點，使其處理成為復(fù)雜化的問題。要有效地處理處置污泥，必須首先對它的性質(zhì)進行研究與分析。表3．1、表3．2、表3．3給出了杭州七格污泥及輔助燃煤成分分析及熱值分析【3171。表3．1污泥及輔助燃料的工業(yè)分析Table3．1Porximateindustrialanalysisofsludgeandauxiliaryfuel樣品名稱 七格污泥 淮北煙煤低位發(fā)熱量Q晰ad／l(J／kg 13129—23—東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第3章循環(huán)流化床焚燒爐床溫控制系統(tǒng)分析東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第3章循環(huán)流化床焚燒爐床溫控制系統(tǒng)分析表3．2、表3．3根據(jù)污泥(干態(tài))分基在元素分析、工業(yè)分析和低位發(fā)熱量等方面與淮北煙煤有許多相似之處，尤其狄分和低位發(fā)熱量相近，而固定碳的含量則低得多，可以說污泥是一種低熱值高揮發(fā)分的低檔燃料，不同行業(yè)的污泥有很大差別，生活污泥與工業(yè)污泥也有很大區(qū)別。污泥揮發(fā)分可在較低溫度逸出燃燒，固定碳則在較高溫度下燃燒，與煤的燃燒特性相反，若污泥與煤摻燒，可以實現(xiàn)優(yōu)勢互補，實現(xiàn)穩(wěn)定、均衡的燃燒。3．1．2污泥與煤摻燒研究污泥焚燒是利用污泥中含有大量有機物，將污泥在高溫下燃燒成灰，以達到減容化、穩(wěn)定化、無害化和資源化的目的。污泥焚燒就是污泥中有機物的氧化過程，污泥中的C、H、S等都可以進行燃燒化學(xué)反應(yīng)，放出熱量。污泥完全燃燒會排放出C02、H20、N2、NOX、S02等氣體，由于現(xiàn)實條件的限制，污泥在焚燒爐中不可能完全焚燒，因此還會排放出CO。而污泥中的無機物則變成灰渣或飛灰，需要進一步處理。污泥屬于固體廢物，其燃燒比液體或氣體要困難的多，對燃燒反應(yīng)條件要求較高污泥中的固體分子緊密地靠在一起，要使它的可燃成分與氧氣接觸，進行氧化反應(yīng)較困難。污泥在焚燒爐中燃燒的最基本的條件有：(1)充足的氧氣供給以支持燃燒；(2)良好的攪動以促使污泥與氧氣充分混合；(3)足夠高的溫度以維持燃燒。干燥的污泥熱值相當(dāng)于低品位的煤，污泥中含有很高比例的揮發(fā)分，很低比例的固定碳，因此在焚燒時會產(chǎn)生更多的揮發(fā)分火焰。污泥的成分隨著季節(jié)的變化較大，給焚燒帶來了不穩(wěn)定的因素。將污泥與煤以不同比例混合在不同溫度下?lián)綗?，了解其摻燒特性十分重要，對污泥與煤在焚燒爐中摻燒進行基礎(chǔ)研究。(1)具體步驟保持其他條件不變，利用管式加熱爐可以調(diào)節(jié)不同的溫度，使一定量污泥與煤混合后在不同溫度下進行燃燒，分析不同溫度下污泥與煤的摻燒特性：1)取適量的干污泥和干煤塊，用粉碎機粉碎成粉，裝進燒杯中，放入干燥器保存；2)取若干只坩堝，洗凈，烘干，稱重，并記錄數(shù)據(jù)；3)將污泥粉和煤粉分別以10：0，9：1，8：2，，1：9的質(zhì)量比例混合均勻，并將它們放入105℃的鼓風(fēng)干燥箱中干燥30min；4)稱取10：0混合燃料29，放入坩堝中備用；5)調(diào)節(jié)管式加熱爐溫度為200℃，將裝有10：0混合燃料的坩堝放入其中焚燒；6)30分鐘后取出，冷卻后稱重，并記錄數(shù)據(jù)；7)改變管式加熱爐溫度為300℃、400℃， 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