基于DCS系統(tǒng)的危廢焚燒逆流式回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)研究

王健生

摘 要：本文對(duì)危廢焚燒逆流式回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)分析，通過國(guó)產(chǎn)DCS的工程實(shí)施，表明該控制系統(tǒng)能夠很好適應(yīng)國(guó)內(nèi)危險(xiǎn)廢棄物的焚燒過程控制。

關(guān)鍵詞：危廢焚燒；逆流式回轉(zhuǎn)窯；控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）20-0053-02

危險(xiǎn)廢棄物目前主要依靠填埋或焚燒進(jìn)行處理，隨著我國(guó)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，產(chǎn)生的各種危險(xiǎn)廢棄物也越來越多，環(huán)保要求也越來越嚴(yán)，以目前的填埋處理方式已經(jīng)不能滿足需求。危廢焚燒處理具有減量化、減害化、適應(yīng)性廣的特點(diǎn)，是目前最有效的危廢處理方式[1]?；剞D(zhuǎn)窯是危廢焚燒中應(yīng)用最廣的爐型，具有熱容大、處理量大、適應(yīng)性廣等特點(diǎn)。

1 工藝簡(jiǎn)介

本控制系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的逆流式回轉(zhuǎn)窯與順流式回轉(zhuǎn)窯不同，見圖1，物料從窯頭進(jìn)入，助燃空氣（一次風(fēng)）從窯尾進(jìn)入，兩者在窯內(nèi)流向相反。廢料進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯以后，首先接觸高溫、氧含量低的煙氣，進(jìn)行熱解，產(chǎn)生大量可燃?xì)怏w進(jìn)入二燃室；物料向窯尾行進(jìn)中，接觸的空氣氧含量越來越高，使物料充分燃盡。焚燒灰渣由窯尾一次風(fēng)冷卻至150℃進(jìn)入渣倉，定期送到安全填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋處理。

回轉(zhuǎn)窯未完全燃燒的煙氣進(jìn)入二燃室進(jìn)一步燃燒，二燃室溫度達(dá)1100℃以上，煙氣停留時(shí)間超過2s，有機(jī)成分如二惡英等得以充分分解。二燃室由若干段組成，法蘭連接，其長(zhǎng)度保證煙氣停留時(shí)間2s的要求。

2 控制系統(tǒng)

2.1 回轉(zhuǎn)窯控制

回轉(zhuǎn)窯傳動(dòng)電機(jī)控制：回轉(zhuǎn)窯傳動(dòng)電機(jī)具備有正反轉(zhuǎn)功能，回轉(zhuǎn)窯驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用變頻器驅(qū)動(dòng)，變頻器頻率與回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速計(jì)算如下：

電機(jī)為異步變頻電機(jī)級(jí)數(shù)p=4，減速箱變比igearbox= 423，回轉(zhuǎn)窯變比ikiln=6.55。

電機(jī)轉(zhuǎn)差率

變頻器頻率f與回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速n關(guān)系

回轉(zhuǎn)窯搖擺控制：讓回轉(zhuǎn)窯按一定轉(zhuǎn)速一定角度來回轉(zhuǎn)動(dòng)，讓物料在窯內(nèi)翻轉(zhuǎn)，增加物料停留時(shí)間，讓物料燃燒更充分。按設(shè)計(jì)工況轉(zhuǎn)速0.25r/min，回轉(zhuǎn)角度360度計(jì)算，搖擺1次（反轉(zhuǎn)1圈正轉(zhuǎn)1圈）需增加物料停留時(shí)間約為10分鐘。搖擺過程中可按次數(shù)臨時(shí)插入正常燃燒工況，設(shè)置即時(shí)生效或延時(shí)生效，或者通過定時(shí)器定時(shí)控制回轉(zhuǎn)窯的搖擺角度。

回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制：回轉(zhuǎn)窯窯頭溫度控制在850℃左右，溫升或溫降大于30℃/50s時(shí)，回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速按照850-1100℃、0-0.25r/min的線性關(guān)系減少或者增加轉(zhuǎn)速?；剞D(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速在基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速0.25r/min的基礎(chǔ)上增加或減少，最小為0.1r/min，最高為0.3r/min。

2.2 回轉(zhuǎn)窯出口溫度控制

回轉(zhuǎn)窯出口固定端設(shè)溫度檢測(cè)熱電偶，同一位置設(shè)三個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，三個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均值參與控制，三取二參與聯(lián)鎖和報(bào)警。此信號(hào)在開車階段控制回轉(zhuǎn)窯燃燒器的燃料量，在正常運(yùn)行階段控制回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速，進(jìn)料頻次。

回轉(zhuǎn)窯窯頭溫度控制在1100℃-1200℃，溫升大于30℃/50s時(shí)，回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速按照0-0.25r/min的線性關(guān)系減少轉(zhuǎn)速。溫降大于30℃/50s時(shí)，回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速按照0-0.25r/min的線性關(guān)系增加轉(zhuǎn)速。（若窯尾溫度高，應(yīng)停止進(jìn)料，降低轉(zhuǎn)速，在保證氧含量的前提下適當(dāng)加大引風(fēng)機(jī)功率）

正常運(yùn)行時(shí)通過調(diào)整回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速，進(jìn)料等手段溫度都達(dá)不到的情況下，開啟窯尾燃燒器。

2.3 一次補(bǔ)風(fēng)風(fēng)機(jī)控制

一次補(bǔ)風(fēng)風(fēng)機(jī)為變頻風(fēng)機(jī)，DCS顯示運(yùn)行狀態(tài)、故障指示和電流指示?？删偷貑⑼?、遠(yuǎn)程啟停，并可遠(yuǎn)程設(shè)定風(fēng)機(jī)頻率。

正常設(shè)置一二次風(fēng)進(jìn)風(fēng)量為4：6，可根據(jù)灰渣熱灼減率和廢物的特性人工手動(dòng)調(diào)節(jié)一二次風(fēng)進(jìn)風(fēng)量。

2.4 出渣頻次設(shè)置

回轉(zhuǎn)窯窯尾設(shè)有工業(yè)電視用于觀察渣箱是否裝滿。在DCS上設(shè)置時(shí)間間隔報(bào)警來提醒操作人員取出滿渣的渣箱，此時(shí)間間隔根據(jù)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)人工進(jìn)行調(diào)整。

2.5 回轉(zhuǎn)窯燃燒器控制

回轉(zhuǎn)窯燃燒器為設(shè)有就地啟停及遠(yuǎn)程啟停的切換開關(guān)，當(dāng)處于遠(yuǎn)程啟停模式時(shí)，燃燒器可接收來自DCS的溫度調(diào)節(jié)信號(hào)，啟停信號(hào)，并將火檢信號(hào)送至DCS。同時(shí)，回轉(zhuǎn)窯燃燒器可以接收爐內(nèi)溫度測(cè)點(diǎn)信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)燃燒器的熱量輸出，從而維持爐內(nèi)的溫度。

2.6 回轉(zhuǎn)窯壓力的控制

回轉(zhuǎn)窯內(nèi)負(fù)壓控制在-50Pa（在DCS可以設(shè)定）。同一位置設(shè)有三個(gè)測(cè)壓點(diǎn)三個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均值參與控制，三取二參與聯(lián)鎖和報(bào)警。根據(jù)此負(fù)壓值調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

當(dāng)此壓力過高時(shí)，（設(shè)定值為100Pa，在DCS可以設(shè)定），開啟二燃室緊急排放煙囪。此設(shè)定值可在DCS進(jìn)行調(diào)整。

2.7 二燃室燃燒器的控制

二燃室燃燒器為設(shè)有就地啟停及遠(yuǎn)程啟停的切換開關(guān)，當(dāng)處于遠(yuǎn)程啟停模式時(shí)，燃燒器可接收來自DCS的溫度調(diào)節(jié)信號(hào)，啟停信號(hào)，并將火檢信號(hào)送至DCS。同時(shí)，回轉(zhuǎn)窯燃燒器可以接收爐內(nèi)溫度測(cè)點(diǎn)信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)燃燒器的熱量輸出，從而維持爐內(nèi)的溫度。

二燃室燃燒器設(shè)有退出機(jī)構(gòu)，當(dāng)二燃室出口溫度低于1100℃并超過3min時(shí)將二燃室燃燒器推進(jìn)爐膛并啟動(dòng)，當(dāng)達(dá)到1100℃并超過3min時(shí)，將二燃室燃燒器關(guān)閉并退出爐膛。

2.8 二燃室出口溫度的控制

二燃室出口溫度為1100～1200℃，同一位置設(shè)有三個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，三個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均值參與控制，三取二參與聯(lián)鎖和報(bào)警。此信號(hào)在正常運(yùn)行階段控制與高熱值廢液流量串級(jí)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥的開度。當(dāng)調(diào)節(jié)廢液流量不能滿足要求時(shí)，開啟二燃室燃燒器。具體控制參數(shù)如下：

當(dāng)二燃室出口溫度低于1100℃時(shí)打開高熱值廢液開關(guān)閥；

當(dāng)二燃室出口溫度達(dá)到1180℃時(shí)關(guān)閉高熱值廢液開關(guān)閥；

當(dāng)二燃室出口溫度達(dá)到1100℃并超過3min時(shí)將二燃室燃燒器關(guān)閉并退出爐膛；

當(dāng)二燃室出口溫度低于1100℃并超過3min時(shí)，將二燃室燃燒器推進(jìn)爐膛并打開；

當(dāng)二燃室溫度高于1300℃時(shí)打開二燃室緊急排放煙囪。

2.9 低熱值廢液噴槍流量的控制

低熱值廢液噴槍的流量由人工設(shè)定，在DCS設(shè)定廢液流量的開度，根據(jù)此設(shè)定值調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥的開度。

當(dāng)廢液流量低于0.2m3/h時(shí)，聯(lián)鎖切斷廢液管道開關(guān)閥。

2.10 高熱值廢液噴槍流量的控制

高熱值廢液噴槍的流量由人工設(shè)定，根據(jù)二燃室出口溫度高熱值廢液流量串級(jí)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥的開度。

當(dāng)廢液流量低于0.2m3/h時(shí)，聯(lián)鎖切斷廢液管道開關(guān)閥。

2.11 直接燃燒廢液噴槍流量的控制

直接燃燒廢液噴槍的流量由人工設(shè)定，在DCS設(shè)定廢液流量的開度，根據(jù)此設(shè)定值調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥的開度。

當(dāng)廢液流量低于0.2m3/h時(shí)，聯(lián)鎖切斷廢液管道開關(guān)閥。

3 控制系統(tǒng)實(shí)施

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

控制系統(tǒng)采用浙江中控ECS700國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)，處理器采用中控ECS-712冗余通用的現(xiàn)場(chǎng)控制器[2]?？刂葡到y(tǒng)架構(gòu)見圖2。

3.2 系統(tǒng)規(guī)模

控制系統(tǒng)規(guī)模見表1。

4 結(jié)語

基于國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)的危廢焚燒逆流式回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了危廢處置全廠集中監(jiān)控與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的建立，有利于全廠信息管理和生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的進(jìn)一步建設(shè)。該系統(tǒng)在我公司危廢項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用過程中，可有效提高危廢燃燒過程工況的穩(wěn)定性及危廢焚燒處置效率，明顯降低現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)危廢焚燒處置過程控制具有積極的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1]錢光人.危險(xiǎn)廢物管理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[2]中控ECS-700系統(tǒng)工業(yè)技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2017.