重．萼被 ＣｌＳＣ ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ 垃圾焚烧烟气处理系统控制方法研究 罗朝晖 （重庆三环建设监理有限公司） 陈旭东 （重钢集团设计院） 摘要为了有效处理垃圾焚烧产生的废气，提出了浆液ｐＨ值控制策略，通过提出的控制算法，开发 了烟气处理控制程序和上位测试程序，验证了控制策略的有效性。 关键词垃圾焚烧废气；浆液ｐＨ值；控制程序 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｃｉｎｅｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｓｙｓｔｅｍ Ｌｕｏ Ｚｈａｏｈｕｉ （ＳａｎＨｕａｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ） ＣｈｅｎＸｕｄｏｎｇ （Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｇｒｏｕｐ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｆｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｔｈｅ ｗａｓｔｅ ｇａｓ ｆｒｏｍ ｔｒａｓｈ ｉｎｃｉｎｅｒａｔｉｏｎ，ｐＨ ｖａｌｕｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｗｅｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ． Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ—ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｍｅｔｈｏｄ，ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｇａｓ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｒｕｎｎｉｎｇ－ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｐｒｏｇｒａｍ ｗｅｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｔｏ ｔｅｓｔｉｆｙ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔａｃｔｉｃｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｗａｓｔｅ ｇａｓ ｆｒｏｍ ｔｒａｓｈ ｉｎｃｉｎｅｒａｔｉｏｎ ｐＨ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｐｕｌｐ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｐｒｏｇｒａｍ １ 简述 随着城市化发展进程，越来越多的城市市区面 积扩大，人口增多，工业区与高新技术开发区掘起， 城市生活垃圾量逐年递增。为了节约土地资源，将 垃圾变废为宝，生活垃圾处理采用焚烧法已越来越 得到普及，而垃圾焚烧随之产生的废气也成为关注 的焦点。 件实现，从而有效实现烟气处理系统中的废气。 ２控制系统构成 本项目烟气处理系统采用半干式烟气处理装 置，包括以下几个部分：石灰乳液制备装置、活性 碳贮存及输送装置、喷雾吸收装置、吸附剂喷射器、 袋式除尘器引风机及烟囱。 垃圾焚烧烟气系统配比及输送系统主要采用气 动阀控制，以逻辑顺序控制为主，同时完成浆液精 确配比控制和喷雾塔控制。 控制程序能实现石灰浆液制备、计量输送、活 性炭计量输送、管道清洗、喷雾塔控制等功能。 ３控制策略 烟气处理系统中浆液精确配比是烟气处理的重 要环节，浆液ｐＨ值的控制直接影响烟气处理的效 当烟气垃圾炉内排出时，会产生二恶英。为了 可最大限度地减少二恶英的生成排放。在喷雾吸收 塔和袋式除尘器之间的水平烟道内，喷人活性碳粉 末，可对残留的二恶英进行吸附。在袋式除尘器中， 当烟气通过由颗粒物形成的滤层时，残存的微量二 恶英仍能与滤层中未反应的Ｃａ（ＯＨ）：粉末、活性碳粉 末发生反应，从而得到进一步净化。 为了有效处理垃圾焚烧烟气产生的废气，根据 垃圾废气的特点，对烟气处理系统自动控制系统进 行了系统分析和研究，开发了经济适用的垃圾焚烧 烟气处理自动控制系统。 本次控制系统开发从烟气处理系统的工艺要求 人手，根据控制机理，控制策略进行硬件配置和软 果，下面就浆液ｐＨ值控制策略进行分析。 喷雾塔浆液ｐＨ值过高，二氧化硫等的吸收速 度快，但是浆液容易结垢，堵塞泵和管道；ｐＨ值过 低，则阻碍了二氧化硫等的吸收，降低了效率。喷 雾塔浆液ｐＨ值是连续的变化过程，喷雾塔中浆液 量很大，给料量引起的ｐＨ值变化是复杂的化学反 ・５３・ 《垃圾焚烧烟气处理系统控制方法研究》 应过程，ｐＨ值变化是一个非常缓慢的过程，即控制 系统是时滞性大、惯性大、参数时变的非线性系统。 ＰＩＤ控制是最早发展起来的控制策略之一，由 于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用 于过程控制中，尤其适用于可建立精确数学模型的 确定性控制系统，控制规律如下： 传递函数的形式为： 《 鲥峭＋軎主ｄ 峨 ｔ ４竭 ‘ Ｉ 然而对于喷雾塔浆液ｐＨ值控制系统，具有非 线性、时变不确定性，难以建立精确的数学模型， 如果盲目选取ＰＩＤ参数初值难以获得最优参数，且 当外界有大幅度扰动的情况下，误差也会增大，导 致系统的超调增加以及调整时间增大，因此传统ＰＩＤ 控制对于时变系统运行工况的适应性很差。 村（ｆ） ）＋击 印冲 传递函数的形式为： 针对传统的ＰＩＤ算法满足垃圾焚烧烟气处理要 求具有一定的局限和调整繁琐的问题，而采用由具 有自学习和自适应的ＰＩＤ控制器，结构简单且易于 计算，通过对加权系数的调整来实现自适应、自组 织功能，具有现场调整参数少、易于整定的特点， 控制系统具有较强的抗干扰性和强鲁棒性。其结构 框图如图１所示。 ㈤ （１＋嘉十 ） ｅ（ｃ）：ｒ（ｔ）一ｙ（ｔ）为偏差信号，Ｔｌ、Ｔｏ分别为积分时间 和微分时间。离散化后可得： 图１ 图１中转换器的输入为设定ｐＨ值ｙｒ（ｋ）和输出ｐＨ 偏差三者的相关函数有关，因此采用有监督学习规 值ｙ（ｋ），转换器的输出为学习控制所需要的状态量 ｘ．（ｋ），ｘ （ｋ），ｘ，（ｋ）。 中 《七） ）一 蠡） ８（詹） 则实现。学习算法为： 似十ｌｊ （１。 ） （赢） Ｊ ｚ（ｋ）ｕ（ｋ ） 忙ｊ （露） ６ 七） （七） 鼍）一２武ｋ－．１）＋ —ｌ２） 膏）＝；焉（纛）＝ｙＡｋ）一 蠡）－－￣ｔ） 式中ｖｉ（ｋ）为递进信号，随过程进行逐渐衰减。 ｚ（ｋ）为输出误差信号，ｈ为学习速率（ｈ＞０），为常数 （０≤ｃ＜１）。整理两式可得 Ａ （七） １ ｚ（ｋ）＝ｘ （ｋ）＝ｙ （ｋ）一ｙ（ｋ）＝ｅ（ｋ）为性台邑指标。图２中Ｋ 牛１）一 ） 为比例系数，ｋ＞０。通过关联搜索来产生控制信号， 即 ３ －ｃ（ 隹） （七 ）墨（七）】 榭（七） 辩 一１）＋ ） （露） 若有一函数 （ｗｉ（ｋ），ｚ（ｋ），ｕ（ｋ）ｚ；（ｋ））使得 上式中ｗｉ（ｋ）为对应Ｘｉ（ｋ）的加权系数。单自适应 ＰＩＤ控制器正是通过对加权系数的调整来实现自适 应、自学习功能的。加权系数的调整可以采用不同 的学习规则，从而构成不同的控制算法。 考虑到加权系数 （ｋ）、与的输入、输出、输出 娄 ）口 ．＿＿ｑＣ 繇 （妁 ）墨 ）） 成立，则上式可以写成 ） ・５４・ 《垃圾焚烧烟气处理系统控制方法研究》 上式表明：加权系数ｗｉ（ｋ）的修正是按函数￡（ ） 主控制系统统一。主要设备型号见表１。 对应于Ｗｉ（ｋ）的负梯度方向进行搜索速度最快。由随 表１主要设备型号 机逼近理论可证明，当常数充分小时，ｗｉ（ｋ）可以收 敛到某一稳定值ｗ ｉ，而且期望值的偏差在允许的范 围内。 为保证上述单自适应ＰＩＤ控制学习算法的收敛 性和鲁棒性，进行规范化处理可得 ） 圳＿七一ｉ）＋Ｋｙ （ （∞ ｚＩ ）Ｉ ４．２控制系统软件实现 根据烟气处理工艺要求，用编程软件对烟气处 （蠢＋１） 《奄）蜘 （露） （詹） 理进行了软件编制，控制程序实现了石灰浆液制备、 ＋１）： ）悯一体）“《鬻 ） 计量输送、活性炭计量输送、管道清洗、喷雾塔控 ｗ】（七＋１）＝ ） ２（置 ｝（ 制等功能。特别是浆液配比通过具有自学习和自适 应的ＰＩＤ控制器实现配比的精确控制。 上式中、 一、 、１１ ｏ分别为比例、积分、微 上位测试程序采用ＷｉｎＣＣ编制，能模拟运行石 分的学习速率。 灰浆液制备输送等过程。同时使用Ｖｃ＋＋编制 ４控制系统实现 ＭｏｄＢｕｓ通讯接口程序和三菱ＣＣＬｉｎｋ、ＴＣＰ／ＩＰ通讯 ４．１控制系统硬件配置 接口程序。对于使用触摸屏控制的系统采用ＰｒｏＴｏｏｌ 根据垃圾焚烧烟气处理系统的工艺要求，我们 进行上位ＨＭＩ编程。存储采用ＳＱＬ型数据库，支 对烟气控制系统进行了配置。本系统以高性能、高 持ＡＤＯ标准接口，满足数据远程传递。 扩展性和良好人机接口为主，同时具有较高性价比。 图２为上位软件运行界面和模拟控制反馈： 本系统可以采用三菱Ｑ系列或Ｓ７—３００系列ＰＬＣ，上 位监控系统采用研华工控机，组态系统可与焚烧线 图２ ５结论 略通过理论分析，提出了具有自学习和自适应的 本文简述了垃圾焚烧产生的废气的危害，通过 ＰＩＤ控制器的控制算法，该控制策略算法简单，便 自动控制系统实现烟气处理过程中废气的有效控 于工程实现。本文通过软件实现，进一步验证控制 制。同时重点提出了浆液ｐＨ值控制策略，控制策 策略的有效性。 ・５５・
