[发明专利]黑液燃烧优化控制系统

说明书

技术领域

本发明属于造纸领域，涉及造纸厂或纸浆厂的碱回收车间燃烧工段的一种黑液燃烧优化控制系统。

背景技术

造纸厂或纸浆厂在生产过程中会产生大量废液，因其呈现为黑色，固称其为黑液。黑液中含有大量化学药品和各种有害物质，直接排放会对环境造成很大伤害。

现阶段黑液焚烧炉都配有常规DCS控制系统，该系统使黑液燃烧过程实现了自动控制，但这样的控制水平是很保守的，缺少对锅炉燃烧运行配风、配料方式的优化。目前黑液燃烧过程的控制主要是在保证碱回收炉稳定、安全运行、防止黑炉、爆炸等前提下提高化学品回收效率和取得较高的热能。但由于锅炉炉内黑液燃烧过程的复杂性，简单的单变量闭环控制回路远远不能满足自动控制的要求，运行人员只能根据自己长期积累的经验进行燃烧调整。

黑液焚烧炉的主要被控参数有炉膛温度、烟气含氧量和一氧化碳含量、垫层质量、垫层温度等，主要的调节变量有一、二、三次进风量和浓黑液流量以及辅助油量等。被控参数之间、调节变量之间、被控参数和调节变量之间存在着错综复杂的联系，每一个调节变量的变化都会导致多个被控参数的一系列变化。由于黑液焚烧炉内的燃烧复杂性和不确定性，传统的单变量单回路控制系统已远远不能满足其控制要求。

此外，在控制方案设计中最为关键的是燃烧风量的稳定控制和优化配比。首先, 空气量的稳定与否会直接影响焚烧炉的炉压, 造成喷嘴回火现象，产生巨大的安全隐患；其次是风量配比, 风量配比将决定黑液的燃烧效率，风量过多会加大燃料的消耗，产生直接经济损失，过少则会造成废料燃烧不完全, 无法达标排放, 造成环境污染。因此在保证焚烧炉安全运行的前提下, 风量的配比和稳定控制是关键。由于燃烧过程中, 风量受到黑液组分、流量、压力、性状等因素的影响, 而且在焚烧整个动态过程中的其他扰动因素对风量的控制也会造成干扰。

目前国内还没有针对黑液燃烧的优化控制；通过检索，也未发现与本专利申请相同或相近的公开技术文件。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种黑液燃烧优化控制系统，该系统的核心在于优化控制系统采集的参数进行分析、解耦、计算，然后输出计算得到的精确参数，进而控制现场仪表的动作以达到黑液的最佳燃烧。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种黑液燃烧优化控制系统，包括依次连接的输入接口模块、输入隔离模块、A/D转换模块、算法模块、处理器模块、D/A转换模块、输出隔离模块及输出接口模块，输入接口模块采集黑液焚烧炉的炉内负压、炉内温度以及黑液流量、烟气氧浓度信号，采集的信号通过输入隔离模块、A/D转换模块处理后送至处理器模块，处理器模块调用算法模块的数学模型对信号进行计算、分析、处理，处理后的数据通过D/A转换模块、输出隔离模块及输出接口模块控制一次风量、二次风量、三次风量以及黑液流量。

而且，所述处理器模块通过其接口还分别连接显示模块、存储模块、数据输入设备及通讯模块。

而且，所述算法模块中所采用的数学模型按照黑液的燃烧构成和炉内温度场、配风情况，黑液炉内燃烧模型进行集分总参方式构建，沿轴向方向分成三个不同阶段, 从垫层底部到炉膛出口依次为:“垫层燃烧区”、“黑液喷射区”和“可燃气体氧化区”，每个区分别建立它们的动态方程；同时构建不同分区间的能量、物质传递方程，从而构成整个碱回收炉的燃烧动态机理模型包括连续性方程、动量方程、物质平衡、能量平衡方程如下：

连续性方程：

        

动量方程：

   

质量平衡方程：

  

能量平衡方程：

  

式中：D-扩散系数，H-焓，Y-质量分数，ε-粘度，ρ-密度，u-速度，g-气相，G-可燃气体，I-惰性气体，M-湿度，r-球形坐标。

本发明的优点和积极效果是：

1、本系统应用能量平衡理论和燃烧物料平衡理论，找到各变量之间的耦合关系，通过精确的计算给出最佳的控制参数，在单一变量变化的同时可以实现多变量调整，提高了整体的控制精度。

2、本系统通过优化系统解耦计算后，对三次风量进行精确调节，保证了炉内负压的稳定，防止烟气外泄污染环境和造成人员伤害，保证了黑液燃烧所需氧气的供应，使得黑液内有机物质能够充分燃烧，减少热量的损耗，同时提高焚烧炉的蒸汽产气量，达到节能降耗的目的，进一步提高企业的经济效益。黑液燃烧率提高后还可以减少CO、SO2等有害物质的排放，使得排放废气达到国家强制标准。