一种基于DCS一体化的垃圾焚烧发电与污泥协同处理控制系统及方法与流程

本发明属于垃圾与污泥焚烧处理发电领域，更具体地，涉及一种基于dcs一体化的垃圾焚烧发电与污泥协同处理控制系统及方法。

背景技术：

1、生活垃圾焚烧发电是节能减排项目，焚烧后的垃圾体积大大减少，垃圾中的致病菌等有害微生物也得到有效杀灭，同时焚烧过程产生的热能还能进行发电，处理了城市固废物的同时又使资源合理化利用。今年来垃圾焚烧发电产业步入了快速发展的黄金期，垃圾焚烧发电技术逐步完善并朝着智能自动化的方向发展。目前，垃圾焚烧发电厂采用的控制技术是以分布式控制系统dcs与可编程控制器plc控制结合的形式实现，设备先进、自动化形式配套合理完善，且焚烧后烟气处理技术完善，故焚烧发电是处置生活垃圾的最佳方式，对实现垃圾减量化、无害化、资源化具有重要意义。

2、城镇化不断发展导致污泥产量增多，在常见的污泥处理方式中，进行填埋、堆肥的方式对土地资源具有一定的污染，而焚烧为处理污泥最无害化的方式。但污泥热值低，直接焚烧耗能大。重新建立污泥焚烧厂不仅耗资巨大，且焚烧污泥前需进行干化降低污泥含水率，导致污泥焚烧厂经济效益低。寻找合适的污泥处理方式迫在眉睫。

3、利用现有的垃圾焚烧装置处理污泥，进行协同焚烧是一种有效的方法。在焚烧垃圾的同时进行污泥焚烧，还可利用汽轮机的低压蒸汽对污泥进行干化处理。既实现了蒸汽的中热量回收，同时降低了污泥含水率，故垃圾协同污泥焚烧是目前处理污泥的有效方法。但目前垃圾与污泥协同焚烧过程中，由于垃圾与污泥种类较多，热值并不固定，仍存在着垃圾与污泥掺混比例的问题；同时，现有干化机在污泥干化过程中未考虑干化速率与干化量对换热系数的影响，导致污泥出口含水率参差不齐，影响协同燃烧的稳定性。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种基于dcs一体化的垃圾焚烧发电与污泥协同处理控制系统及方法。

2、技术方案：本发明的一种基于dcs一体化的垃圾焚烧发电与污泥协同处理控制系统，包括湿污泥仓智能堆储及统计系统、垃圾仓干污泥智能堆储及统计系统、湿污泥干化控制系统以及污泥智慧协同焚烧系统，各系统相互连接，并均处于dcs系统之上，在底层控制系统和dcs系统不变的情况下运行，通过实时采集底层控制系统与dcs系统数据进行智能运算和分析，实现对湿污泥与干污泥智能堆储及统计、湿污泥智能干化以及协同焚烧情况智能控制并改善的功能；

3、所述湿污泥仓智能堆储及统计系统用于对进厂湿污泥进行堆储并统计以及对湿污泥出仓干化量进行统计，通过对湿污泥仓内现存湿污泥堆位置定位、现存量以及存放时间进行统计并计算，实现对湿污泥进出湿污泥仓进行智能堆储及统计的功能；

4、所述垃圾仓干污泥智能堆储及统计系统用于对进仓干化污泥进行堆储并统计以及对干化污泥出仓协同焚烧量进行统计，通过现存干化污泥堆位置定位、现存量以及存放时间进行统计计算，实现对干化污泥进出干污泥仓进行智能堆储及统计的功能；

5、所述湿污泥干化控制系统用于对湿污泥进行智能干化，采用算法通过蒸汽进出口温差与干化尾气温度相辅确定污泥干化程度，确保符合进入焚烧炉排焚烧的要求，通过对湿污泥仓湿污泥量、干污泥仓干污泥量、协同焚烧污泥处理量以及圆盘干化机运行温度进行智能运算，实现对湿污泥智能干化的功能；

6、所述污泥智慧协同焚烧系统用于对垃圾污泥进行智慧焚烧，通过算法得到垃圾预测热值进一步得到污泥掺混质量限额，并通过对一次风和垃圾给料量等调控，实现充分焚烧的功能，使垃圾与污泥最大程度减量化。

7、可选的，所述湿污泥仓智能堆储及统计系统与垃圾仓干污泥智能堆储及统计系统中污泥储堆根据污泥入仓时间进行分片区存放、进一步根据污泥仓内现有堆储剩余容积以及污泥含水率进行分堆存放，在系统内实时记录每个污泥堆储的进仓日期、体积以及含水率。

8、可选的，所述湿污泥仓智能堆储及统计系统与垃圾仓干污泥智能堆储及统计系统均采用污泥堆储模型，污泥堆储模型与污泥堆一一对应，污泥堆储模型记录每堆污泥堆的入仓日期、体积以及含水率，新污泥堆的生成、原有污泥堆用完等情况导致各污泥堆变化污泥堆储模型均进行更新，通过污泥堆储模型实现在系统内得到污泥仓的实时情况。

9、可选的，所述湿污泥仓智能堆储及统计系统与垃圾仓干污泥智能堆储及统计系统通过对污泥入仓日期、仓内现存污泥堆储剩余容积以及含水率依次进行分析，根据入仓日期确定堆储指定片域，通过判断片域内现存污泥堆储剩余容积是否能够继续存放污泥，进一步判断片域内现存污泥堆储含水率是否与新进仓污泥含水率接近，无法同时满足以上两点条件即新建堆储点，堆储完成后对污泥储堆模型进行更新。

10、可选的，当湿污泥出仓干化与干污泥出仓掺烧时，系统均对污泥进仓时间进行判断从而选择不同模式，当湿污泥储仓和干污泥储仓均存在久置库存污泥时则分别采用优先干化模式和优先掺烧模式，系统优先确定久置库存污泥抓取指定点，其次对污泥含水率进行分析，从而得到污泥抓取量，抓取后对污泥储堆模型进行更新。

11、可选的，湿污泥出仓干化、干污泥出仓掺烧以及垃圾焚烧时采用渣吊进行污泥和垃圾的抓取，渣吊采用无人值守智能抓取模式，湿污泥仓智能堆储及统计系统与垃圾仓干污泥智能堆储及统计系统对系统内污泥储堆模型中的污泥数据进行分析，获得抓斗抓取指定储堆以及抓取量，结合系统内各模型储堆所处位置，将信号发送至无人值守渣吊，无人值守渣吊利用红外线定位系统、自动称重系统、激光雷达扫描系统、成像系统对指定储堆进行准确抓取，同时，无人值守渣吊通过配置边界保护、保护区保护、动态避障保护及故障保护四种保护系统实现安全稳定运行。

12、可选的，所述湿污泥干化控制系统通过判断湿污泥仓与干污泥仓剩余容积是否充足来选择湿污泥干化模式，处于干化速率与掺烧速率平衡模式时，污泥干化速率与掺烧速率相同，通过干化量确定抽汽量，从而对湿污泥抓取干化；处于快速干化模式时，通过加快干化速率，加大干化量，适当加大抽汽量同时降低干化污泥出口含水率要求实现湿污泥快速干化处理；干化减缓模式则通过降低干化速率、减少干化量和抽汽量实现。

13、可选的，所述湿污泥干化控制系统通过蒸汽进出口温差与干化尾气出口温度相辅助实现对干化污泥的含水率更为精准的控制，系统通过前期测试得到不同干化速率下的非线性换热系数表，此时由不同的污泥库存情况确定不同的干化速率，通过系统内换热系数表以及蒸汽进出口温差，结合换热算法得到污泥吸热量，进一步得到出口污泥含水率，同时根据干化尾气出口温度所得的污泥含水率，结合算法赋权从而得到更为准确的出口污泥含水率以及热值，实现对干化后污泥含水率以及热值更为精准的控制。

14、可选的，所述污泥智慧协同焚烧系统通过系统预测垃圾热值实时调整污泥掺混比例，通过人工模糊神经网络，在输入层输入主蒸汽量、主蒸汽压力和主蒸汽温度、炉膛烟气温度等多个与垃圾热值相关度较高的特征变量，进一步在隶属度函数层与匹配模糊规划层计算后在输出层得到炉内垃圾污泥混合预测热值，根据入炉掺混比例及污泥热值计算得到垃圾预测热值，从而调整入炉污泥掺混比例，在一定时间间隔后实时调整入炉污泥掺混比例实现焚烧炉协同焚烧热值的稳定性。

15、可选的，所述污泥智慧协同焚烧系统采用无人值守渣吊将垃圾污泥混合送至焚烧炉后，通过视觉传感器、声波传感器、温度传感器以及高温高清图像传感器检测焚烧炉的实时燃烧情况，在系统形成燃烧火线，根据燃烧火线情况选择不同的处理模式，处于火线前移处理模式时，系统则通过减少一次风量、降低一次风温度及适当加快炉排速度等操作实现火线前移处理；处于火线后移处理模式则通过增加一次风量、提高一次风温度及适当减缓炉排速度实现处理；通过不同处理模式的智能切换实现污泥智慧协同焚烧系统的稳定运行。

16、基于相同的发明构思，本发明的一种基于dcs一体化的垃圾焚烧发电与污泥协同处理控制方法，包括以下步骤：

17、对进厂湿污泥进行堆储并统计以及对湿污泥出仓干化量进行统计，通过对湿污泥仓内现存湿污泥堆位置定位、现存量以及存放时间进行统计并计算，对湿污泥进出湿污泥仓进行智能堆储及统计；

18、对进仓干化污泥进行堆储并统计以及对干化污泥出仓协同焚烧量进行统计，通过现存干化污泥堆位置定位、现存量以及存放时间进行统计计算，对干化污泥进出干污泥仓进行智能堆储及统计；

19、对湿污泥进行智能干化，采用算法通过蒸汽进出口温差与干化尾气温度相辅确定污泥干化程度，确保符合进入焚烧炉排焚烧的要求，通过对湿污泥仓湿污泥量、干污泥仓干污泥量、协同焚烧污泥处理量以及圆盘干化机运行温度进行智能运算，实现对湿污泥智能干化；

20、对垃圾污泥进行智慧焚烧，通过算法得到垃圾预测热值进一步得到污泥掺混质量限额，并通过对一次风和垃圾给料量等调控，实现充分焚烧的功能，使垃圾与污泥最大程度减量化。

21、有益效果：与现有技术相比，本发明的技术效果为：

22、(1)在干湿污泥仓系统中，通过污泥储堆模型实时显示的污泥入仓日期、体积以及含水率实现了对污泥仓库存以及仓内污泥的实时监控，从而实现对进仓污泥的智能堆储以及所需出仓污泥的智能判断，达到无人值守智能抓取干化的程度；

23、(2)在湿污泥干化处理时，湿污泥干化控制系统根据干湿污泥仓系统中污泥储堆模型中的数据判断库存是否充足，从而智能选择干化模式对湿污泥进行干化，不同干化模式下污泥干化后含水率存在差异，系统通过圆盘干化机上蒸汽进出口温差与污泥干化尾气温度进行算法赋权重进行判断，得到更加准确的污泥干化后含水率以及热值；

24、(3)在污泥协同焚烧处理时，污泥智慧协同焚烧系统根据焚烧炉焚烧情况，通过主蒸汽量、主蒸汽压力和主蒸汽温度、炉膛烟气温度等多个与垃圾热值相关度较高的特征变量，采用人工模糊神经网络，得到垃圾污泥混合热值后进一步得到垃圾预测热值，通过预测热值实时调整掺混比例，通过燃烧火线情况智能选择焚烧模式进行焚烧；

25、可见，本发明以垃圾污泥协同焚烧发电，dcs分散控制系统为基础，构建了一种基于dcs一体化的垃圾焚烧发电与污泥协同处理控制系统，其中包括湿污泥仓智能堆储及统计系统、垃圾仓干污泥智能堆储及统计系统、湿污泥干化控制系统以及污泥智慧协同焚烧系统，实现了干湿污泥智能储堆，湿污泥智能干化，垃圾污泥智能调整掺混比例促进焚烧的功能，在处理污泥的同时又保证了协同焚烧的稳定性，提升了垃圾污泥固废资源的利用率，为垃圾焚烧发电协同污泥处理提供了一种有效方法。