基于渗滤液焚烧发电的分布式温控系统的研究-论文.doc

天津科技大学硕士学位论文I目录1绪论.错误!未定义书签。1.1课题的背景与研究意义.错误!未定义书签。1.2国内外现状及发展情况.错误!未定义书签。1.3渗滤液及其处理技术简介.31.4本文主要研究内容.42控制系统工艺流程简介.62.1垃圾焚烧炉的选型.72.1.1机械式炉排焚烧炉.72.1.2循环流化床型焚烧炉.72.1.3旋转窑型焚烧炉.82.2本章小结.83分布式监控系统简介及控制系统的总体方案.93.1分布式监控系统技术.93.1.1分布式监控系统的定义.93.1.2DCS的基本结构.93.1.3分布式监控系统的特点.113.2DCS在我国应用现状.123.3分布式监控系统的功能与要求.123.4系统总体方案.133.5本章小结.134监控系统硬件设计与选型.144.1中央监控机.144.2液压泵和电动机的选型.144.3传感器的选型.164.3.1传感器选型原则.164.3.2温度测量及传感器的选型.164.3.3压力测量及传感器的选型.184.3.4液位测量及传感器的选型.194.3.5流量测量及传感器的选型.194.4可编程控制器的原理及选型.204.4.1可编程控制器概述.204.4.2可编程控制器的组成及工作原理.224.4.3可编程控制器的选型.234.5变频器原理及选型.254.5.1电机变频技术概述.254.5.2变频调速技术的基本原理和特点.254.5.3通用变频器的基本组成及其控制方式.254.5.4变频器的选型.274.6本章小结.295监控系统软件的设计.305.1监控系统软件设计概要.305.2上位机组态软件.30目录II5.2.1组态软件介绍.305.2.2组态软件的选择.315.2.3组态王软件的功能.335.2.4利用组态王建立监控系统的方法.355.3下位机PLC软件.375.4数据库的选择与连接.375.5串口通信.395.5.1串口通信概述.395.5.2RS-232串行通信概述.405.5.3RS-485串行通信概述.405.6PLC与组态王的RS-232串行通信.415.6.1PLC通讯功能概述.415.6.2PLC与组态王通讯的实现.425.7PLC与变频器的RS-485串行通信.445.7.1通讯协议Modbus概述.445.7.2Modbus的消息帧.465.7.3变频器的参数设置.475.7.4PLC的通讯参数设置.485.7.5PLC与变频器通讯的实现.495.8本章小结.506温控系统建模.516.1建模原理和方法.516.2温控系统数学模型.526.3建模实验.536.3.1系统响应特性.536.3.2数据处理.536.4本章小结.557PID控制算法的参数整定、仿真及选优.567.1PID控制器的基本原理.567.2数字PID控制算法.587.2.1位置式PID控制算法.587.2.2增量式PID算法.错误!未定义书签。7.3PID参数整定及其意义.错误!未定义书签。7.4常规PID参数整定方法及其仿真.错误!未定义书签。7.4.1仿真软件MATLAB/SIMULINK介绍.错误!未定义书签。7.4.2常规PID参数整定方法.错误!未定义书签。7.4.2.1Ziegler-Nichols参数整定公式.错误!未定义书签。7.4.2.2改进Ziegler-Nichols整定公式(CHR)参数整定公式.错误!未定义书签。7.4.2.3最优PID整定公式.错误!未定义书签。7.4.2.4过渡过程响应法参数整定.错误!未定义书签。7.4.2.5鲁棒PID参数整定法.707.4.3算法比较选优.707.4.3.1延时环节对各PID参数整定方法的影响.717.4.3.2抗干扰特性比较.72天津科技大学硕士学位论文III7.4.4系统鲁棒性比较与分析.767.5本章小结.798组态软件及PID算法的应用.808.1组态软件的具体应用.808.2PID算法的具体应用.848.3本章小结.869结论与展望.87致谢.88参考文献.891绪论1.1课题的背景与研究意义随着我国经济发展及城市周边卫星城和小城镇的建设，市区范围不断扩大，城市人口不断增加，城市生活垃圾产量也呈逐年递增趋势。据国家统计部门调查，我国城市垃圾产生量以每年10%的速率递增1。我国大中城市年产垃圾1亿吨，绝大部分未经处理，堆积在城郊，堆存量已达到60亿吨，侵占土地面积5亿平方米2。城市垃圾已经成为中国最严重的公害之一。如何即时解决垃圾问题，已引起全社会的广泛关注。生活垃圾的处理应遵循减量化、无害化、资源化三原则，但国内生活垃圾热值低、含水量高、成分复杂，在坚持垃圾处理无害化这一基本原则的同时，如何把有限的资金用来最大限度地解决生活垃圾的“减量化”这一主要矛盾则是当前面临的最为急迫的问题。目前国内外广泛采用的城市生活垃圾处理方式主要有卫生填埋、高温堆肥和焚烧等，这三种主要垃圾处理方式的比例，因地理环境、垃圾成份、经济发展水平等因素的不同而有所区别。其中卫生填埋技术目前相对比较可靠，所需的建设投资也较小并可以回收部分沼气用于发电，但是卫生填埋的占地面积和垃圾的处理量是成正比的，在土地资源越来越宝贵的今天，这成为卫生填埋法进一步发展的主要障碍之一。另外，填埋处理时产生的渗滤液等有害物质会对水资源、大气、土壤等造成二次污染。而高温堆肥技术可靠，在国内的垃圾处理中已有相当的经验，主要问题就是建立一个稳定的堆肥市场比较困难，而且一些重金属可能随堆肥制品一起对水资源和土壤造成污染。垃圾焚烧处理相对于卫生填埋法、堆肥法而言，在减量化、无害化、资源化等方面具有很大优势。焚烧是目前世界各国广泛采用的城市垃圾处理技术，大型的配备有热能回收与利用装置的垃圾焚烧处理系统，由于顺应了回收能源的要求，正逐渐上升为焚烧处理的主流。用焚烧方式回收能量的垃圾处理技术在近20年来得到迅速的发展。国外工业发达国家，特别是日本和西欧，普遍致力于推进垃圾焚烧技术的应用，并产生了良好的环保效益和经济效益。国外焚烧技术的广泛应用，除得益于经济发达、投资力强、垃圾热值高外，主要在于焚烧工艺和设备的成熟、先进。世界上许多著名公司投入力量开发焚烧技术与设备，且主要设备与附属装置定型配套。目前国外工业发达国家主要致力于改进原有的各种焚烧装置及开发新型焚烧炉，使之朝着高效、节能、低造价、低污染的方向发展，自动化程度越来越高3。目录IV1.2国内外垃圾焚烧发电现状及发展情况垃圾焚烧发电是指使用特殊的垃圾焚烧设备，以城市工业和生活垃圾为燃烧介质，在对垃圾进行焚烧处理的同时，利用其产生的能量发电的一种新型发电方式。它是把各种垃圾收集后，进行分类处理。其中：一是对燃烧值较高的进行高温焚烧（也彻底消灭了病源性生物和腐蚀性有机要物），在高温焚烧（产生的烟雾经过处理）中产生的热能转化为高温蒸汽，推动涡轮机转动，使发电机产生电能。二是对不能燃烧的有机物进行发酵、厌氧处理，最后干燥脱硫，产生一种气体叫甲烷，也叫沼气，再经燃烧，把热能转化为蒸汽，推动涡轮机转动，带动发电机产生电能。由于这种处理方式具有环境与经济双重效益，已被发达国家广泛采用。国外最早进行垃圾焚烧发电技术研究开发的是德国，随后英国、法国、美国、日本等国也积极开展了这方面的研究。德国目前已有50余座从垃圾中提取能量的装置及十多家垃圾发电厂，并且用于热电联产，有效地对城市进行采暖或提供工业用气。法国共有垃圾焚烧炉约300台，可将城市垃圾的40以上进行处理。美国从80年代起，政府投资70亿美元兴建90座焚烧厂，年总处理能力3OOO万吨。在日本已建1700家垃圾发电厂，在维也纳光市区就有9家垃圾发电厂。垃圾发电产生了良好的环保效益和经济效益，在国际上已成为保护资源且拉动环保产业的重要项目4。我国生活垃圾焚烧技术的研究和应用起步较晚，国内第一座垃圾发电厂于l988年深圳投产运行，处理垃圾量为450吨/天2。目前，制约我国提高垃圾焚烧技术的主要有：生活垃圾热值低；国内尚未系统掌握垃圾焚烧技术；建设投资难度大。我国城市垃圾中所含的可燃物、易燃物相对国外的城市垃圾要低得多。由于我国总体发展不平衡，城市生活垃圾焚烧发电在短期内不可能成为全国城市生活垃圾处理的主流。客观分析近几年我国城市垃圾构成变化，随着中国经济的飞速发展，人民生活水平的不断提高，城市生活垃圾产量也飞速增长，城市垃圾中可燃物、易燃物含量明显增加，热值显著增大，一般经过分类、分选等预处理后，垃圾热值已接近发达国家城市垃圾的热值。因此我国一些城市，尤其是在人口高度密集、土地资源紧张、垃圾热值较高的大中城市和沿海经济发达地区已具备了发展焚烧技术的条件。垃圾焚烧处理技术得到了大力发展，北京、深圳、上海、广州、宁波、温州、杭州、苏州、无锡、天津等经济发达城市已纷纷开始建设垃圾焚烧厂。国家环保总局在有关城市垃圾处理的文件中也确定在经济较发达、垃圾热值较高的地区推广焚烧法处理城市生活垃圾。其中天津双港垃圾焚烧发电厂每年无害处理生活垃圾40多万吨,为全市新增电力1.2亿千瓦时，其发电量相当于每年节约标准煤4.8万吨5，被建设部定为2003年我国垃圾发电领域唯一的国家级“科技示范工程”。采用垃圾发电的方式具有处理速度快、焚烧量大的特点，能节省大量的土地，因此极适合我国国情。城市生活垃圾焚烧发电将成为生活垃圾处理技术的主要趋势。1.3渗滤液及其处理技术简介中国城市生活垃圾的厨余物多、含水率高、热值较低，焚烧法处理垃圾时