半干式反应塔出口烟气温度及酸度控制

论文摘要

随着我国城市化进程的加快和人民生活水平的提高,城市生活垃圾量每年增加速度非常惊人。城市生活垃圾被列为亟待解决的三大环境问题之首,我国政府已将垃圾处理与无害化系统列入《中国二十一世纪议程优先项目计划》。在我国土地资源日益减少的情况下,国家对垃圾处理提出了资源化、减量化、无害化的要求。因近年来垃圾焚烧处理技术得到迅速发展,能实现生活垃圾的“三化”处理的要求,垃圾焚烧发电厂在全国得到了大力推广。半干法烟气净化处理是垃圾焚烧的关键工艺,因为只有搞好烟气净化处理才能使垃圾处理后达到“三化”的要求。对垃圾焚烧处理和烟气净化处理要求自动化程度高,依赖可靠而稳定的自动化控制才能保证垃圾焚烧处理及烟气净化处理的成功。在半干法烟气净化处理装置中,关键的两个控制系统-反应塔出口烟气的温度和酸度控制,控制效果并不理想。出口烟气温度控制因控制路径长,温度检测反应慢,出现温度控制滞后而引起超调现象非常严重。酸度控制因为垃圾成分复杂,入口烟气酸度变化很大,受入口烟气的强大干扰,采用常规控制,并不能很快降低出口烟气的酸度值,经常会出现超标排放。另外因烟气的温度和酸度都是在反应塔内进行,反应物都是石灰浆液,两个控制系统互相影响而产生干扰,两个控制系统波动大,控制效果很差,甚至不能同时投入自动控制。针对这个现状,提出了以反应塔出口烟气温度和酸度控制作为研究课题。对系统的工艺特点进行分析研究后,把反应塔出口烟气温度控制设计为串级控制的控制模式,出口温度和塔内温度进行串级控制,大大地缩短了控制路径,克服了因温度反应滞后而引起的控制超调现象。把反应塔出口烟气酸度控制设计为前馈-反馈的比值控制的模式,把反应塔入口烟气酸度引入前馈控制。当因垃圾成分变化使入口烟气酸度发生剧大变化时,前馈控制立即发生作用,控制操纵量,加大反应物的浓度,把酸度降下来,使出口烟气很快达到控制目标,提高了控制速度和控制效果。为了协调了烟气温度控制和酸度的控制的关系。对同一控制对象采用控制不同操纵量,达到各自的控制目标而互不干扰,温度控制系统控制浆液总量,酸度控制系统通过比值控制来调节浆液浓度。两个系统都能稳定地自动控制。建模和仿真结果证明,本设计在实际应用中会有良好的性能表现和较强的实用性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.1.1 生活垃圾处理的现状
• 1.1.2 生活垃圾焚烧厂的烟气净化现状
• 1.2 垃圾焚烧发电厂的自动化控制技术
• 1.2.1 垃圾焚烧发电厂的控制系统
• 1.2.2 国内外垃圾焚烧发电厂自动化控制的现状
• 1.3 课题的提出
• 1.4 半干法反应塔出口烟气温度和酸度的自动控制
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究意义
• 1.4.3 论文主要内容
• 2 半干法烟气处理系统分析
• 2.1 半干法烟气处理工艺流程
• 2.1.1 工艺描述
• 2.2 反应塔脱酸工艺介绍
• 2.3 本章小结
• 3 控制系统分析
• 3.1 反应塔出口烟气温度控制
• 3.1.1 温度的定义
• 3.1.2 温度控制的一般原理
• 3.1.3 温度控制指标
• 3.1.4 半干式反应塔温度控制的主、副被控量的选择
• 3.1.5 控制量（操纵变量）的选择
• 3.1.6 检测量
• 3.1.7 温度串级控制系统的结构概述
• 3.1.8 反应塔温度串级控制系统的工作原理介绍
• 3.1.9 串级控制的控制规律
• 3.2 反应塔出口烟气酸度的控制
• 3.2.1 烟气酸度的含义
• 3.2.2 垃圾焚烧后的烟气主要成分分析
• 3.2.3 控制烟气污染物的途径
• 3.2.4 酸度控制目标和被控量的选择
• 3.2.5 控制量（操纵变量）的选择
• 3.2.6 检测量
• 3.2.7 酸度控制系统的结构概述
• 3.2.8 酸度控制系统的工作原理与特点分析
• 3.3 反应塔出口烟气温度和酸度控制的关系
• 3.3.1 石灰浆液的混合过程
• 3.3.2 反应塔出口烟气温度和酸度控制的关系
• 3.4 本章小结
• 4 控制系统硬件设计
• 4.1 控制系统的基本硬件构成
• 4.2 检测设备
• 4.2.1 温度传感器
• 4.2.2 气体成分分析仪
• 4.2.3 流量检测设备
• 4.3 执行器机构（调节阀）
• 4.3.1 执行器
• 4.3.2 调节阀体
• 4.4 DCS系统
• 4.4.1 CSC-100系统的基本组成
• 4.4.2 ESC-100系统主要性能指标
• 4.4.3 ESC-100系统在垃圾焚烧厂的应用
• 4.5 本章小结
• 5 控制系统算法设计
• 5.1 温度串级控制系统的数学描述
• 5.1.1 反应塔内温度控制的副对象建模
• 5.1.2 反应塔温度控制的主对象建模
• 5.2 温度串级控制的算法设计
• 5.2.1 对象参数的确定
• 5.2.2 串级控制的实施
• 5.3 酸度比值控制的数学描述
• 5.3.1 酸度控制主回路建模
• 5.3.2 前馈部分的数学描述
• 5.4 酸度比值控制的算法设计
• 5.4.1 酸度控制模型参数的确定
• 5.4.2 酸度控制的实施
• 5.5 本章小结
• 6 系统仿真实验
• 6.1 仿真环境的建立
• 6.2 仿真实验过程与结果
• 6.3 本章小结
• 7 结论与展望
• 致谢
• 参考文献