一种三泥回炼污泥清洁化生产用快速喷雾系统的制作方法

本发明属于污泥资源化处理及延迟焦化自动控制，具体地说是一种三泥回炼污泥清洁化生产用快速喷雾系统，尤其涉及一种在延迟焦化焦炭塔大吹汽阶段，根据三泥物性波动、塔顶压力、塔顶温度、蒸汽流量、三泥流量以及三泥输送阻力，对蒸汽雾化喷入单元、三泥回炼泵和回流支路进行自适应控制的系统类技术方案。

背景技术：

1、炼化企业污水处理系统产生的浮渣、活性污泥、罐底油泥和污油等含油污泥通常具有含水率高、组分波动大、易沉积、易黏附、含固颗粒复杂等特点。采用外委处理或干化焚烧处理时，存在处置费用高、流程复杂、能耗大和环保管理压力大的问题。利用延迟焦化装置高温焦层和大吹汽阶段对三泥进行资源化处理，能够回收三泥中的油分并减少委外处置量，但该过程同时受三泥物性、输送阻力、塔顶压力、塔顶温度和蒸汽管网状态等多因素影响。

2、现有专利文献cn106830605b公开了一种污泥组合处理方法及装置，其技术方案包括对污泥进行分类处理，将含油污泥通过延迟焦化装置小吹汽和/或大吹汽阶段进行无害化处理，并设置含油污泥罐、含油污泥回炼泵、雾化器、蒸汽进口和焦炭塔等连接关系。该方案能够利用焦炭塔内高温热量处理含油污泥，但其重点在于污泥分类处理路径和回炼装置连接，未进一步建立三泥来源比例、含水率、黏度替代量、输送压差与焦炭塔塔况之间的耦合控制关系，难以在塔压快速上升或泥性突变时提前调整汽泥比、三泥入塔量和回流量。

3、现有专利文献cn102050556b公开了一种含油污泥的处理方法，其技术方案为将经过离心脱水后的含油污泥进行干化处理，再进行溶剂萃取和固液分离，分离出的液相送入延迟焦化装置。该方案能够降低含油污泥进入焦化装置前的含水量，并减少固体物质对焦化装置的影响，但其需要干化、萃取、固液分离等多个前处理环节，流程较长，设备和操作成本较高；同时，该方案并未针对焦炭塔大吹汽阶段的在线喷入过程建立基于塔压、塔温、三泥输送阻力和堵塞趋势的动态控制逻辑。

4、现有专利文献cn108911456b公开了一种新的含油污泥处理方法及系统，其技术方案采用热裂解机处理含油污泥，并通过内部辐射加热方式抑制设备内壁结焦，实现去水和去油处理。该方案侧重于独立热裂解处理设备及其加热结构，能够改善热裂解设备的运行稳定性，但没有将三泥处理过程与延迟焦化焦炭塔大吹汽阶段的蒸汽喷入、塔顶压力变化、塔顶温度变化和三泥回流控制进行联动，也未形成针对三泥快速喷雾回炼过程的风险预测、汽泥比动态边界和堵塞趋势识别控制。

5、因此，现有技术虽然分别公开了含油污泥焦化回炼、含油污泥干化萃取处理以及含油污泥热裂解处理等方案，但仍存在如下不足：一是固定曲线或普通pid控制难以反映三泥来源比例、含水率和黏度变化；二是塔顶压力和塔顶温度通常作为报警或反馈量使用，缺少面向未来控制周期的风险预测；三是蒸汽调节阀、三泥调节阀、回流阀和三泥回炼泵之间缺乏统一的约束优化关系；四是过滤器、输送管线和喷入通道的堵塞趋势识别滞后。基于此，需要一种以算法模型与工业控制对象耦合为核心的快速喷雾系统，在不改变客户确定的系统名称和基本工艺对象的前提下，实现三泥喷入量、蒸汽量和回流量的自适应控制。‌

技术实现思路

1、为了弥补现有技术的不足，本发明提出一种三泥回炼污泥清洁化生产用快速喷雾系统。本发明主要用于解决现有三泥回炼系统过度依赖固定流量曲线和普通报警联锁，难以根据三泥物性波动、塔况变化和堵塞趋势同步调整蒸汽量、三泥量及回流量的问题。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明提供了一种三泥回炼污泥清洁化生产用快速喷雾系统，包括与所选焦炭塔连通的蒸汽雾化喷入单元、运行数据采集模块、三泥状态估计模块、塔况风险评价模块、自适应汽泥比控制模块、约束优化控制模块、状态机联锁模块、堵塞趋势识别模块和参数自校正模块。

3、蒸汽雾化喷入单元包括三泥喷入支路、蒸汽雾化支路和回流支路。三泥喷入支路用于将三泥回炼泵输出的三泥送入所选焦炭塔，蒸汽雾化支路用于向三泥喷入支路或喷入端提供雾化蒸汽，使三泥在入塔前或入塔瞬间形成蒸汽携带喷雾，回流支路用于在降负荷、降险或堵塞预警时将未入塔三泥回流至均质侧。

4、运行数据采集模块用于采集所选焦炭塔在大吹汽阶段的塔顶压力、塔顶温度、蒸汽流量、三泥流量、三泥回流量、阀位反馈、泵频反馈、均质液位、过滤压差和输送压差信号。运行数据采集模块在每次大吹汽开始前完成选塔数据绑定，使后续控制逻辑仅调用所选焦炭塔的塔顶压力和塔顶温度，避免不同焦炭塔参数误用。

5、三泥状态估计模块用于根据各来源三泥的进料阀状态、进料泵状态、分支流量或加料批次记录、均质液位变化、三泥输送压差、泵频反馈、三泥流量、三泥回流量和三泥温度计算三泥综合状态指数以及三泥状态参数。三泥综合状态指数用于表征三泥来源比例是否稳定、均质后流动阻力是否波动、泵送能力和实际流量是否匹配。三泥状态参数包括经历史化验值、在线检测值或塔次样本修正的含水率估计值，以及经温度修正的黏度替代值。

6、塔况风险评价模块用于根据塔顶压力、塔顶压力变化率、塔顶温度、塔顶温度变化率、蒸汽流量和三泥流量计算塔况风险指数。塔况风险指数包括压力裕度项、压力上升速率项、温度裕度项、温度下降速率项和汽泥比偏差项。通过同时考虑压力绝对值和压力变化率，可以在塔压达到高限之前识别升压趋势。

7、自适应汽泥比控制模块用于根据基础大吹汽曲线、三泥综合状态指数、三泥状态参数和塔况风险指数生成三泥目标流量、蒸汽目标流量和三泥回流目标量。基础大吹汽曲线提供随时间变化的蒸汽和三泥流量前馈设定值，自适应汽泥比控制模块在该前馈设定值基础上叠加泥性修正、塔况风险修正和堵塞趋势修正。

8、为保证控制模型能够实施，本系统中三泥综合状态指数msi按照下式计算：msi=a1×δs’+a2×δd’+a3×e_n+a4×e_f；其中，δs’为由各来源三泥进料状态和均质液位变化得到的来源比例波动归一化值，δd’为输送压差变化率归一化值，e_n为泵频与流量偏差归一化值，e_f为回流比例变化归一化值，a1至a4为权重系数。塔况风险指数r按照下式计算：r=b1×p’+b2×dp’+b3×t’+b4×dt’+b5×λ’；其中，p’为压力裕度归一化项，dp’为压力变化率归一化项，t’为温度裕度归一化项，dt’为温度变化率归一化项，λ’为汽泥比偏差项，b1至b5为权重系数。堵塞趋势指数c按照下式计算：c=c1×δpf’+c2×δpt’+c3×eq+c4×en+c5×ev-c6×ep；其中，δpf’为过滤压差变化率归一化值，δpt’为输送压差变化率归一化值，eq为三泥流量偏差归一化值，en为泵频-流量偏差归一化值，ev为阀位-流量偏差归一化值，ep为塔顶压力扰动归一化值，c1至c6为权重系数。各归一化值根据设备允许范围、历史稳定塔次样本或工艺设定边界换算至0至1区间。

9、约束优化控制模块用于在塔顶压力不高于压力限值、塔顶温度不低于塔顶温度下限、蒸汽与三泥的流量比不低于最低汽泥比、三泥目标流量不超过泵送能力的约束条件下输出蒸汽调节指令、三泥调节指令和回流调节指令。该模块以蒸汽消耗量、塔顶压力偏差、塔顶温度偏差、三泥处理量偏差和阀位变化量为优化目标，保证安全约束优先于处理量提升，并将蒸汽调节指令作用于蒸汽雾化支路，将三泥调节指令作用于三泥喷入支路和三泥回炼泵，将回流调节指令作用于回流支路。

10、状态机联锁模块用于根据塔况风险指数和联锁阈值在准备状态、稳汽状态、递增喷入状态、自适应回炼状态、降险状态和退出置换状态之间切换。准备状态完成选塔确认、塔参数绑定和阈值装载；稳汽状态仅允许蒸汽目标流量升至稳汽设定值；递增喷入状态按照限幅速率增加三泥目标流量；自适应回炼状态根据三泥综合状态指数、塔况风险指数和堵塞趋势指数进行闭环调节；降险状态降低三泥目标流量并提高回流目标量；退出置换状态停止三泥入塔并按限速恢复蒸汽吹扫。

11、状态机联锁模块的状态转换条件包括：选塔确认、塔顶压力和塔顶温度信号有效时由准备状态进入稳汽状态；蒸汽流量达到稳汽设定值且塔况风险指数低于递增阈值时进入递增喷入状态；三泥目标流量达到基础曲线对应值且塔况风险指数处于低风险区间时进入自适应回炼状态；塔况风险指数进入中高风险区间或堵塞趋势指数进入预警区间时进入降险状态；塔顶压力达到压力高高阈值、堵塞趋势指数进入处理区间或接收到手动停止信号时进入退出置换状态。

12、堵塞趋势识别模块用于根据过滤压差变化率、输送压差变化率、三泥流量偏差、泵频反馈与三泥流量之间的偏离程度、阀位反馈与流量反馈之间的偏离程度计算堵塞趋势指数。堵塞趋势识别模块排除由塔顶压力波动或控制限幅引起的正常流量变化后，判断过滤器、管线或喷入通道是否存在逐步堵塞趋势。

13、参数自校正模块用于根据每一塔次的运行数据和执行结果更新基础大吹汽曲线、风险评价权重、汽泥比下限和堵塞趋势阈值。每一塔次形成运行样本，运行样本包括三泥总处理量、蒸汽总消耗量、塔顶压力最大值、塔顶压力变化率最大值、塔顶温度最低值、堵塞趋势指数最大值和联锁状态切换次数。参数自校正模块的单塔次更新幅度受预设限幅约束，当该塔次触发压力高高、堵塞处理或退出置换时，参数仅向提高汽泥比下限、降低三泥基准流量或提高堵塞预警灵敏度的安全侧更新。

14、进一步地，本发明中的算法模型并非脱离工业对象独立运行，而是与三泥均质、输送、喷入和焦炭塔大吹汽过程形成对应耦合关系。三泥综合状态指数msi的输入量分别来自各来源三泥进料状态、均质罐液位、输送管线压差、回炼泵频率、三泥流量和回流量，其输出用于调整三泥回炼泵、三泥调节阀和回流调节阀。塔况风险指数r的输入量分别来自焦炭塔塔顶压力、塔顶温度、蒸汽流量和三泥流量，其输出用于调整蒸汽调节阀、三泥调节阀和回流调节阀。堵塞趋势指数c的输入量分别来自过滤压差、输送压差、阀位反馈、泵频反馈、流量反馈和塔顶压力扰动，其输出用于触发过滤切换、蒸汽反吹、顶水置换或升温保持策略。上述控制量分别作用于蒸汽雾化支路、三泥喷入支路和回流支路，使模型输出与具体喷雾执行对象形成闭环。

15、本发明的有益效果如下：

16、1.本发明通过三泥状态估计模块计算三泥综合状态指数和三泥状态参数，使系统能够结合各来源三泥进料状态、均质液位、压差、流量、泵频和温度识别三泥来源比例变化、含水率变化和黏度变化，并将识别结果直接耦合至三泥目标流量、三泥回流量和最低汽泥比的计算，不再仅按照固定时间曲线向焦炭塔喷入三泥，从而提高三泥进入大吹汽阶段前的控制可靠性。

17、2.本发明通过塔况风险评价模块同时引入塔顶压力、压力变化率、塔顶温度、温度变化率和汽泥比偏差，能够在塔压尚未达到高限但升压趋势明显时提前降险，在塔温尚未低于低限但下降趋势明显时提前增加蒸汽保护量，降低塔压突升和局部冷冲击风险。

18、3.本发明通过自适应汽泥比控制模块和约束优化控制模块，将基础曲线控制、泥性修正、塔况风险修正和阀门/泵约束统一到同一控制逻辑内，使系统在保证塔顶压力、塔顶温度和最低汽泥比约束的前提下尽可能提高三泥处理量并降低蒸汽消耗。

19、4.本发明通过状态机联锁模块将大吹汽回炼过程划分为准备、稳汽、递增喷入、自适应回炼、降险和退出置换等状态，避免控制过程在不同工况之间直接跳变；在压力高高或人工停止时，系统能够先停止三泥入塔并增加回流，再按限速恢复蒸汽吹扫，减少塔压和蒸汽管网冲击。

20、5.本发明通过堵塞趋势识别模块将过滤压差、输送压差、流量偏差、泵频-流量偏差和阀位-流量偏差进行综合判断，能够在喷入通道完全堵塞前识别趋势，并提前采取降负荷、切换过滤、反吹或置换措施，提高系统连续运行能力。

21、6.本发明通过参数自校正模块以塔次为单位更新控制参数，使系统能够适应不同焦炭塔、不同生焦周期和不同三泥组成条件，形成面向实际生产工况的闭环优化能力。