基于DCS系统的危废焚烧逆流式回转窑控制系统研究

王健生

摘 要：本文对危废焚烧逆流式回转窑控制系统进行了系统分析，通过国产DCS的工程实施，表明该控制系统能够很好适应国内危险废弃物的焚烧过程控制。

关键词：危废焚烧；逆流式回转窑；控制系统

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）20-0053-02

危险废弃物目前主要依靠填埋或焚烧进行处理，随着我国工业化、城镇化的快速发展，产生的各种危险废弃物也越来越多，环保要求也越来越严，以目前的填埋处理方式已经不能满足需求。危废焚烧处理具有减量化、减害化、适应性广的特点，是目前最有效的危废处理方式[1]。回转窑是危废焚烧中应用最广的炉型，具有热容大、处理量大、适应性广等特点。

1 工艺简介

本控制系统所对应的逆流式回转窑与顺流式回转窑不同，见图1，物料从窑头进入，助燃空气（一次风）从窑尾进入，两者在窑内流向相反。废料进入回转窑以后，首先接触高温、氧含量低的烟气，进行热解，产生大量可燃气体进入二燃室；物料向窑尾行进中，接触的空气氧含量越来越高，使物料充分燃尽。焚烧灰渣由窑尾一次风冷却至150℃进入渣仓，定期送到安全填埋场进行填埋处理。

回转窑未完全燃烧的烟气进入二燃室进一步燃烧，二燃室温度达1100℃以上，烟气停留时间超过2s，有机成分如二恶英等得以充分分解。二燃室由若干段组成，法兰连接，其长度保证烟气停留时间2s的要求。

2 控制系统

2.1 回转窑控制

回转窑传动电机控制：回转窑传动电机具备有正反转功能，回转窑驱动电机采用变频器驱动，变频器频率与回转窑转速计算如下：

电机为异步变频电机级数p=4，减速箱变比igearbox= 423，回转窑变比ikiln=6.55。

电机转差率

变频器频率f与回转窑转速n关系

回转窑摇摆控制：让回转窑按一定转速一定角度来回转动，让物料在窑内翻转，增加物料停留时间，让物料燃烧更充分。按设计工况转速0.25r/min，回转角度360度计算，摇摆1次（反转1圈正转1圈）需增加物料停留时间约为10分钟。摇摆过程中可按次数临时插入正常燃烧工况，设置即时生效或延时生效，或者通过定时器定时控制回转窑的摇摆角度。

回转窑转速自动控制：回转窑窑头温度控制在850℃左右，温升或温降大于30℃/50s时，回转窑转速按照850-1100℃、0-0.25r/min的线性关系减少或者增加转速。回转窑转速在基准转速0.25r/min的基础上增加或减少，最小为0.1r/min，最高为0.3r/min。

2.2 回转窑出口温度控制

回转窑出口固定端设温度检测热电偶，同一位置设三个测温点，三个测点的平均值参与控制，三取二参与联锁和报警。此信号在开车阶段控制回转窑燃烧器的燃料量，在正常运行阶段控制回转窑的转速，进料频次。

回转窑窑头温度控制在1100℃-1200℃，温升大于30℃/50s时，回转窑转速按照0-0.25r/min的线性关系减少转速。温降大于30℃/50s时，回转窑转速按照0-0.25r/min的线性关系增加转速。（若窑尾温度高，应停止进料，降低转速，在保证氧含量的前提下适当加大引风机功率）

正常运行时通过调整回转窑转速，进料等手段温度都达不到的情况下，开启窑尾燃烧器。

2.3 一次补风风机控制

一次补风风机为变频风机，DCS显示运行状态、故障指示和电流指示。可就地启停、远程启停，并可远程设定风机频率。

正常设置一二次风进风量为4：6，可根据灰渣热灼减率和废物的特性人工手动调节一二次风进风量。

2.4 出渣頻次设置

回转窑窑尾设有工业电视用于观察渣箱是否装满。在DCS上设置时间间隔报警来提醒操作人员取出满渣的渣箱，此时间间隔根据实际运行数据人工进行调整。

2.5 回转窑燃烧器控制

回转窑燃烧器为设有就地启停及远程启停的切换开关，当处于远程启停模式时，燃烧器可接收来自DCS的温度调节信号，启停信号，并将火检信号送至DCS。同时，回转窑燃烧器可以接收炉内温度测点信号自动调节燃烧器的热量输出，从而维持炉内的温度。

2.6 回转窑压力的控制

回转窑内负压控制在-50Pa（在DCS可以设定）。同一位置设有三个测压点三个测点的平均值参与控制，三取二参与联锁和报警。根据此负压值调节引风机的转速。

当此压力过高时，（设定值为100Pa，在DCS可以设定），开启二燃室紧急排放烟囱。此设定值可在DCS进行调整。

2.7 二燃室燃烧器的控制

二燃室燃烧器为设有就地启停及远程启停的切换开关，当处于远程启停模式时，燃烧器可接收来自DCS的温度调节信号，启停信号，并将火检信号送至DCS。同时，回转窑燃烧器可以接收炉内温度测点信号自动调节燃烧器的热量输出，从而维持炉内的温度。

二燃室燃烧器设有退出机构，当二燃室出口温度低于1100℃并超过3min时将二燃室燃烧器推进炉膛并启动，当达到1100℃并超过3min时，将二燃室燃烧器关闭并退出炉膛。

2.8 二燃室出口温度的控制

二燃室出口温度为1100～1200℃，同一位置设有三个测温点，三个测点的平均值参与控制，三取二参与联锁和报警。此信号在正常运行阶段控制与高热值废液流量串级调节调节阀的开度。当调节废液流量不能满足要求时，开启二燃室燃烧器。具体控制参数如下：

当二燃室出口温度低于1100℃时打开高热值废液开关阀；

当二燃室出口温度达到1180℃时关闭高热值废液开关阀；

当二燃室出口温度达到1100℃并超过3min时将二燃室燃烧器关闭并退出炉膛；

当二燃室出口温度低于1100℃并超过3min时，将二燃室燃烧器推进炉膛并打开；

当二燃室温度高于1300℃时打开二燃室紧急排放烟囱。

2.9 低热值废液喷枪流量的控制

低热值废液喷枪的流量由人工设定，在DCS设定废液流量的开度，根据此设定值调节调节阀的开度。

当废液流量低于0.2m3/h时，联锁切断废液管道开关阀。

2.10 高热值废液喷枪流量的控制

高热值废液喷枪的流量由人工设定，根据二燃室出口温度高热值废液流量串级调节调节阀的开度。

当废液流量低于0.2m3/h时，联锁切断废液管道开关阀。

2.11 直接燃烧废液喷枪流量的控制

直接燃烧废液喷枪的流量由人工设定，在DCS设定废液流量的开度，根据此设定值调节调节阀的开度。

当废液流量低于0.2m3/h时，联锁切断废液管道开关阀。

3 控制系统实施

3.1 系统架构

控制系统采用浙江中控ECS700国产DCS系统，处理器采用中控ECS-712冗余通用的现场控制器[2]。控制系统架构见图2。

3.2 系统规模

控制系统规模见表1。

4 结语

基于国产DCS系统的危废焚烧逆流式回转窑控制系统，实现了危废处置全厂集中监控与实时数据库的建立，有利于全厂信息管理和生产调度系统的进一步建设。该系统在我公司危废项目的实际应用过程中，可有效提高危废燃烧过程工况的稳定性及危废焚烧处置效率，明显降低现场运行人员的劳动强度，对危废焚烧处置过程控制具有积极的借鉴意义。

参考文献

[1]钱光人.危险废物管理[M].北京：化学工业出版社，2004.

[2]中控ECS-700系统工业技术[M].北京：中国电力出版社，2017.