一种中温厌氧反应器节能减排运行装置及工艺
文献发布时间：2024-04-18 19:58:30
技术领域
本发明是一种中温厌氧反应器节能减排运行装置及工艺，属于厌氧反应器技术领域。
背景技术
为满足中温厌氧温度条件(30～35℃)，进厌氧反应器废水一般需要经过加热升温。常见的加热方式有利用换热盘管加热或利用板式换热器加热，也有利用管路电伴热。
但该部分加热耗费大量能量，不够环保，且费用昂贵，现在急需一种中温厌氧反应器节能减排运行装置及工艺来解决上述出现的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种中温厌氧反应器节能减排运行装置及工艺，以解决上述背景技术中提出的问题，本发明结构合理，实用性好，设计一种能够中温厌氧35°运行，无须外加能量补偿的运行装置，省去了加热费用，且节能减排。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种中温厌氧反应器节能减排运行装置及工艺，包括厌氧反应器、沼气气柜、控制箱、中转池以及第一火炬，所述厌氧反应器上端安装有气液分离器，所述气液分离器通过第一沼气管与沼气气柜相通连接，所述沼气气柜另一端通过第二沼气管与增压风机相连接，所述增压风机右端上侧通过第二分配阀、控制系统及第三沼气管与第二火炬相通连接，所述增压风机右端下侧通过第一分配阀、控制系统与第一火炬相通连接，所述第一火炬上下端分别设置有换热管与换热筒，所述控制箱通过电信号线与第二分配阀、第一分配阀及换热管进行连接，所述第一火炬左上端开设有第一出水口，所述第一火炬左端下侧开设有第二进水口，所述第一火炬右端下侧开设有第二排污口，所述第一火炬右端上侧开设有第一进水口与第二出水口，所述第一进水口通过水泵及第二废水管与中转池输出端相通连接。
进一步地，所述厌氧反应器上端左侧贯穿设置有后续污水处理管。
进一步地，所述沼气气柜下端中间贯穿设置有第一排污口。
进一步地，控制系统设置在控制箱内，且控制系统包括可编程控制器(PLC)主控单元、温度传感器、温度变送器、执行单元以及输入接口和输出接口，可编程控制器(PLC)主控单元输出端经过输出接口与执行单元加到被控系统上，且控制系统中被控量经过温度传感器、温度变送器通过输入接口送到可编程控制器(PLC)主控单元，可编程控制器(PLC)主控单元内设闭环控制模块，并通过PID控制可编程控制器(PLC)主控单元与ControlNet相连。
进一步地，所述第一出水口通过第一废水管与第二进水口相通连接。
进一步地，所述第二出水口通过第三废水管与厌氧反应器输入端相通连接。
进一步地，一种中温厌氧反应器节能减排运行工艺，包括以下步骤：
步骤一：车间高浓度废水经收集调节后汇入中转池，通过水泵泵入火炬内部换热装置进行换热，从第一火炬的上部第一进水口流入，经过换热管一次换热后，从上部第一出水口流出，
步骤二：再从下部第二进水口流入，经过换热筒二次换热后，从下部第二出水口流出，换热管、换热筒的尺寸数量根据废水流量确定，当废水流量Q＝2000m
步骤三：换热筒可设置为内筒1500mm*6500mm*6mm，外筒1800mm*9450mm*6mm，容积8m
步骤四：完成换热后的废水进入厌氧反应器，经厌氧处理后进入后续污水处理系统，厌氧处理产生的沼气经汽液分离后，收集贮存在沼气气柜内，通过罗茨风机增压，并经PLC调控分配至火炬a，火炬b，在火炬内完成燃烧
本发明的有益效果：本发明的一种中温厌氧反应器节能减排运行装置及工艺，因本发明添加了气液分离器、厌氧反应器、沼气气柜、增压风机、第一火炬、第二火炬、控制箱、换热管、换热筒以及中转池，经过我们的设计改进及实际使用表明，本装置结构合理，实用性好，设计一种能够中温厌氧35°运行，无须外加能量补偿的运行装置，省去了加热费用，且节能减排。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一种中温厌氧反应器节能减排运行装置的结构示意图；
图2为本发明一种中温厌氧反应器节能减排运行装置的控制系统连接结构图；
图3为本发明一种中温厌氧反应器节能减排运行装置控制系统的控制原理图；
图4为本发明实施例中PID控制误差相应曲线图。
图中：1-气液分离器、2-厌氧反应器、3-沼气气柜、4-第一排污口、5-增压风机、6-第一分配阀、7-第二分配阀、8-第一火炬、9-第二火炬、10-控制箱、11-第一出水口、12-第一进水口、13-第二出水口、14-换热管、15-第二进水口、16-第二排污口、17-中转池、18-换热筒。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
请参阅图1-图3，本发明提供一种技术方案：一种中温厌氧反应器节能减排运行装置及工艺，包括厌氧反应器2、沼气气柜3、控制箱10、中转池17以及第一火炬8，厌氧反应器2上端安装有气液分离器1，气液分离器1通过第一沼气管与沼气气柜3相通连接，沼气气柜3另一端通过第二沼气管与增压风机5相连接，增压风机5右端上侧通过第二分配阀7、控制系统及第三沼气管与第二火炬9相通连接，增压风机5右端下侧通过第一分配阀6、控制系统与第一火炬8相通连接，第一火炬8上下端分别设置有换热管14与换热筒18，控制箱10通过电信号线与第二分配阀7、第一分配阀6及温度控制器19进行连接，第一火炬8左上端开设有第一出水口11，第一火炬8左端下侧开设有第二进水口15，第一火炬8右端下侧开设有第二排污口16，第一火炬8右端上侧开设有第一进水口12与第二出水口13，第一进水口12通过水泵及第二废水管与中转池17输出端相通连接，该设计解决了原有进厌氧反应器废水一般需要经过加热升温，会加热耗费大量能量，不够环保，且费用昂贵的问题。
作为本发明的第一个实施例：厌氧反应器2上端左侧贯穿设置有后续污水处理管，沼气气柜3下端中间贯穿设置有第一排污口4，通过添加的第一排污口4，可将沼气气柜3内积水排出，控制系统设置在控制箱10内，且控制系统包括可编程控制器(PLC)、传感器、变送器、执行机构以及输入、输出接口，可编程控制器(PLC)输出端经过输出接口与执行机构加到被控系统上，且控制系统中被控量经过传感器、变送器、通过输入接口送到可编程控制器(PLC)处，可编程控制器(PLC)内设闭环控制模块，并通过PID控制可编程控制器(PLC)与ControlNet相连，第一出水口11通过第一废水管与第二进水口15相通连接，第二出水口13通过第三废水管与厌氧反应器2输入端相通连接。
作为本发明的第二个实施例：本装置在实际使用中，车间高浓度废水经收集调节后汇入中转池17，通过水泵与第二废水管泵入第一火炬8内部，与换热管14进行换热，接着从第一进水口12流入，经过换热管14一次换热后，从第一出水口11流出，再从第二进水口15流入，经过换热筒18二次换热后，从第二出水口13流出，且本装置中换热管14、换热筒18的尺寸数量根据废水流量确定，当废水流量Q＝2000m
本装置中控制原理：该控制系统包括可编程控制器(PLC)主控单元、温度传感器、温度变送器、执行单元以及输入接口和输出接口，可编程控制器(PLC)主控单元输出端经过输出接口与执行单元加到被控系统上，且控制系统中被控量经过温度传感器、温度变送器通过输入接口送到可编程控制器(PLC)主控单元，可编程控制器(PLC)主控单元内设闭环控制模块，并通过PID控制可编程控制器(PLC)主控单元与ControlNet相连，该控制的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出，形成一个闭环。该控制系统结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便。进入第一火炬8中的沼气燃烧释放热量，该热量通过一、二次换热传递到废水中，使得废水温度从初温T0(℃)升高至末温T(℃)(第一进水口12与第二出水口13处装有温度传感器19，可分别测得温度T0、T)，变送器将测得的温度T转化为相应的标准电信号传至PLC柜的输入接口，可编程控制器(PLC)控制调节(负反馈)，将输出信号从输出接口传送到执行机构(第一分配阀6与第二分配阀7)，执行机构动作调整阀门开度，以控制第一火炬8与第二火炬9沼气进量，即在第一火炬8中沼气燃烧释放的热量(用于废水升温的热量)得到了控制，从而实现废水末温35℃的恒温控制的闭环控制。
本装置中PID控制器参数整定方法为理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数，并结合工程实际进行调整和修改。负反馈调节理论计算：
1)沼气产量为Qa＝Q(S0-Se)η/1000
式中：Qa表示沼气产量(Nm
2)沼气燃烧产生的热量为Q放＝Vaq
式中：Q放表示热量(J)，q表示热值(J/m
3)废水吸收的热量为Q吸＝cm△T
式中：Q吸是废水温度升高所吸收的热量(J)，废水吸收该部分热量，从初温T0(℃)升高至末温T(℃)。△T＝T-T0是温度改变值(℃)，c是比热容(kJ/(kg·℃))，m是质量(kg)，废水的比热容按4.186kJ/(kg·℃)计，换热综合效率按50％计，即Q吸＝0.5Q放
例如：Q＝2000m
温度控制实现：
第一步，让PID离散化：
Mn＝Rpen+RI Ze+Rolen-en-1)
其中en就是是输入的误差量，因此，上式可以改写成如下形式：
其中Mn在n时刻采样，PID回路的输出计算值；SV是PID回路设定值SetValue；PVn是第n采样时刻过程变量值；PVn-1是第n采样时刻过程变量值；MX是积分前项值。实现代码如下：
float temp＝20.0f；//传感器温度,全局变量
void PidTempControl(void)
{
float ee；
float TempSet＝35.0f；//目标温度
float PidE0＝0.0f；
float PidKp＝0.0f,PidKi＝0.0f,PidKd＝0.0f；
float PidOut＝0.0f；
float PidSum＝0.0f,I_out＝0.0f；
static float PidE1＝0.0f；
PidKp＝15.0f；
PidKi＝25.0f；
PidKd＝0.0f；//初始化参数
PidE0＝TempSet-temp；//本次偏差
ee＝(PidE0-PidE1)；//计算一阶偏差
if(ee>2.0f)ee＝2.0f；
else if(ee<-2.0f)ee＝-2.0f；
PidSum+＝PidE0；//偏差之和
if(PidSum>5.0f)PidSum＝5.0f；
else if(PidSum<-3.0f)PidSum＝-3.0f；
PidOut＝PidKp*PidE0+PidKd*ee；//计算PID的比例和微分输出if(fabs(PidE0)<3.0f)//如果温度相差小于3度则计入PID积分输出
{
if(PidSum>5.0f)PidSum＝5.0f；
else if(PidSum<-2.0f)PidSum＝-2.0f；
I_out＝PidKi*PidSum；//积分输出
if(fabs(PidE0)<-1.0f)//当前温度高于设定温度0.5度时，累计积分限制
{
if(PidSum>5.5f)PidSum＝5.5f；
if(PidSum>0)I_out-＝1；//当前温度高于设定温度0.5度时,消弱积分
正输出
}
PidOut+＝I_out；
}
else
{
PidSum＝0.0f；
}
PidOut*＝500；//与控制量的比例系数
if(PidOut>2500)PidOut＝2500；
if(PidOut<0)PidOut＝400；
if(PidE0>5.0f)PidOut＝2500；
if(PidE0<-2)PidOut＝0；
HeaterSet(PidOut)；//输出控制量
PidE1＝PidE0；
}
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。