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医疗垃圾焚烧炉投料系统自动化升级实践研究_环

发布于:2020-03-10来源:未知 作者:锦州市环境科学研

北极星固废网讯:摘要:以炉温控制为目的,本文重点分析一台12吨级别的医疗垃圾焚烧炉的投料系统自动化升级改造工程。本文选用了32进16出的三菱PLC作为控制主机,替代原系统中基于继电器组的自动化控制系统。在该个案分析中可以看到,使用PLC对锅炉的投料系统进行管理,比原来使用继电器对其管理的效果提升较为显著。

关键词:医疗垃圾;焚烧炉;投料系统;自动化

随着我国医疗环境的增加,医院的医疗垃圾量也日益增加。医疗垃圾的处理方式目前以焚烧为主。但医疗垃圾的组成含有大部分的有机废物,这些废物可以作为燃料供给燃烧,但医疗垃圾中含有的金属废物,如刀片、针头等,如果不加以处理,会在燃烧废渣丢弃后产生一定程度的风险。所以,医疗垃圾焚烧炉的炉温必须控制在铁熔点1500摄氏度以上,以确保燃烧过程中其刀片和针头等尖锐物品充分融化和钝化。以炉温控制为目的,本文重点分析一台12吨级别的医疗垃圾焚烧炉的投料系统自动化升级改造工程。

1、业务需求分析

医疗垃圾因为属于微生物污染物,需要经过特殊的处理链条进行处理,目前,各大城市都采用焚烧的方式对医疗垃圾进行处理。处理流程通过收集、压实、运输等环节后运抵处理中心,烘干后进入粉碎机进行粉碎,最后由垃圾焚烧炉进行焚烧。因为医疗垃圾中有机物较多,其中含有部分金属杂质(针头、手术刀等),所以其炉温需要控制在1500摄氏度以上,确保大部分金属物的熔化和钝化。且因为热值的不均匀现象,其燃烧热值不稳定,使用大功率焚烧炉焚烧时,炉温和燃烧稳定性的控制是较大的挑战。目前日处理12吨左右的焚烧炉,都需要使用自动化投料系统进行投料控制,才可以确保燃烧效率。

2、设备结构分析

设备自动投料系统分为两个仓,一个是进料仓,一个是锅炉进料口,锅炉进料口基本没有缓冲功能,而由进料仓和皮带机提供进料量的控制功能。

本系统的感应器在给料皮带的张紧器前方,距离卸载滚筒25cm,在1m/s的带速下,经过250ms,经过称重的物料会进入锅炉进料口。

3、当前问题

当前的半自动投料系统使用继电器控制:当炉温下降时,加大原料口的喂料量,皮带机运行在高速。当炉温上升时,减少原料口的喂料量,皮带机运行在低速。原料口的喂料量控制只有开和闭两个状态,只是通过控制开口时间占总时间的比例进行喂料,且其运作模式根据延时继电器的固定设置提供半自动服务。这种模式存在两个硬伤:

首先,控制精度差。

因为使用继电器组控制,其控制方案是全硬件实现的,而且继电器的功能较少,缺少逻辑比较控制,没有模糊控制能力。所以,使用继电器进行控制时,其炉温波动范围一致在100度以上,系统炉温低于1538摄氏度的时间片一般占到总时间的15%以上。

其次,缺少软件支持。

继电器组是全硬件的控制系统,而焚烧炉的最佳控制方式是模糊控制方式。模糊控制必须有软件的判断过程,这个判断过程在当前的半自动控制中难以实现。所以当前的垃圾焚烧炉虽然应用了半自动控制模式,但其运行期间仍然需要炉前工现场操作,其自动模式仅仅是节省了炉前工的部分工作量。

4、PLC选型及探头拓扑关系

PLC采用了三菱生产的32进16出的PLC控制器。传感器端采用了4段并口传输,其中0-3口连接皮带机转速传感器的比较器,4-11口连接炉温传感器的比较器,12-20口连接称重托辊的数字化比较器,21口连接原料口状态传感器。22-24口用作手动控制按钮的信号接入。出口方面也选用了并行传输的方式,转速控制器使用4路信号线控制,连接到0-3口,原料出口控制器采用1路信号控制,连接到4口。

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另外,在22-24口接入3个按钮,分别是:

22口:扳动开关,自动化模式选择,0为自动,1为手动;

23口:扳动开关,系统状态,0为停止,1为启动。

24口:按钮开关,系统重置,当系统置为1时,系统恢复初始状态。

系统的手动运行开关组、急停开关等都连接到PLC控制系统之外。

5、模糊控制方案

表3 模糊控制策略表

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根据表1和表2分析的数据结构,形成表3的策略表。从表3中的策略分析来看,其策略共有7条。分别为策略0-策略6。

策略0:保持当前的给料方案不变;

策略1:将给料速度下降1档;

策略3:将给料速度下降3档;

策略5:停止给料;

策略2:将给料速度提高1档;

策略4:将给料速度提高3档;

策略6:使用最快给料速度;

可以看到,表3中的数据是全部是控制锅炉的给料,而没有操作锅炉的通风系统。因为本文的12吨锅炉没有四管系统,其风量来自锅炉前膛的鼓风机提供新风,所以,本案的模糊控制方案认为其风量是恒定的,不可控的。

本文的模糊控制方案有一个弊端,就是在锅炉内给料量足够大时,容易造成燃料压火的现象,此时加大给料量,反而会进一步造成锅炉的炉温下降。所以,在模糊控制方案之外,设立一个独立的进程,当锅炉给料量达到最大,其锅炉炉温仍在进一步下降时,应该鸣响声光警报,同时终止进程。这时锅炉管理员需要判断炉内是否存在压火现象,及时处理或者确认无误后,按下24号开关按钮重置系统,手动操作恢复炉温后,重新启动PLC控制器。

6、系统测试及效果对比

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图3 两套系统的自动运行炉温控制效果对比图

如图3,可以看到,原来使用继电器组进行自动运行时,虽然系统的大部分时间运行在1400-1700摄氏度的温度范围内,但其温度波动范围较大,炉温低于1400摄氏度的时间占到总公运行时间的30%左右,此时其金属刀片针头等的融化钝化效果并不明显。但采用了新系统后,其运行状态较为平稳,超过1600摄氏度的时间只有1秒,而低于1500摄氏度的时间也只有1秒,正常运转时间占到总运转时间的92%,此时,金属刀片及针头等融化钝化效果可以显现出来。

所以,经过升级改造的医疗垃圾焚烧自动投料系统,其在实际系统运行效果方面,较原系统有较大的优势。

7、结束语

本文对一台12吨的医疗垃圾焚烧炉的给料系统进行了升级和个案分析,在该个案分析中可以看到,使用PLC对锅炉的投料系统进行管理,比原来使用继电器对其管理的效果提升较为显著。本文使用了三菱生产的32进16出的控制系统进行升级实践,在系统测试结果中证实其技术可行性存在。

参考文献:

[1]谢荣;陆继东;李捷.新型医疗垃圾焚烧炉热力计算及优化[J].热能动力工程.2013.7:88-89

[2]赵寒涛;王阳.自燃式焚烧炉投料装置的设计[J].自动化技术与应用.2015.1:133-134

[3]曹小燕;沈显庆;赵寒涛.医疗垃圾焚烧炉上料装置控制系统的设计[J].自动化技术与应用.2014.7:61-63


原标题:医疗垃圾焚烧炉投料系统自动化升级实践研究

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