单片机在垃圾发电中的应用毕业论文

摘 要垃圾是人类生活的产物。随着社会经济的不断发展和物质消费的日益现代化，城市生活垃圾逐年增多，成为大量废弃物的主要组成部分。而城市生活垃圾所造成的生态、环境污染已成为当今社会面临的一个问题。尤其在污染日益严重，而能源缺乏的今天城市生活垃圾所形成的问题变得日益有严重。垃圾发电也就变得日益重要。本文就此问题简单介绍垃圾发电的原理与其目前国外一些垃圾发电工艺。主要介绍单片机在垃圾发电控制系统中各种工业参量的检测与控制方案。该设计的硬件部分主要以ATmega16为系统的核心，通过对温度、压力与液位等参数进行数据采集并送入信号处理电路，从而准确地得到控制系统可以识别的数字信号。其控制参数的数字信号应用单片机的异步串口通过RS-485总线向上位机传输数据进行显示。并分析系统的工作原理与相关硬件的选型，给出系统的部分硬件电路图和软件流程。关键词：单片机 传感器 垃圾发电 检测控制 RS-485总线Applications of Single chip in waste-to-energyAbstractGarbage is a product of human life. With the continuous development of the socio-economic and material consumption， increasingly modern， municipal solid waste is increasing year by year， and has became the major component of the waste. And municipal solid waste resulting from the ecological， environmental pollution has become an issue facing the community. Especially in the city that the pollution increasingly serious， and lack of the energy， municipal solid waste becomes a serious problem. Waste-to-energy will become increasingly important. Inthis paper， a brief introduction on the issue of the principle of waste-to-energy athomeand abroad with its current waste-to-energy technology. Introduces single-chipmicrocomputer control system in waste-to-energy parameters in a variety of industrial testing and control program. The design of the hardware is ATmega16 as the main core of the system， through temperature， pressure and liquid level， such as data acquisition parameters and into the signal processing circuit， which accurately control the systems digital signal can be identified. Its control parameters of the application of single-chip digital signal through the asynchronous serial RS-485 bus-bit machine to transmit data up to show. And analyze the working principle of the selection of hardware and related， give the part of the system hardware circuitry and software processes.Key words:single chip microcontroller， sensors，waste-to-energy， measurement and control， RS-485 bus单片机在垃圾发电中的应用目 录第一章垃圾发电的现状与意义11.1 国的情况11.2 国外的情况11.3 垃圾发电的意义3第二章垃圾焚烧发电的原理与工艺流程42.1 焚烧垃圾发电原理42.2 垃圾发电的工艺流程4第三章垃圾发电中主要的技术93.1 垃圾分拣与回收93.2 垃圾焚烧过程中如何防止二恶英产生的控制技术113.3垃圾焚烧烟气净化理技术123.4垃圾焚烧炉干法尾气净化工艺与优点13第四章单片机在垃圾发电控制系统中的应用154.1 温度的监控154.2 压力的监控204.3 液位的监控214.4 气流的监控234.5 气体氧气含量的测控254.6电机运行状态的控制264.7被控参量的显示28第五章垃圾发电测控系统的搭建305.1 总线的选择与接口转换305.2 测控系统的结构34第六章系统中上下位机间的通信过程366.1 通信网络的硬件结构366.2通信协议的设计方案366.3虚拟仪器软件在系统上位机中的应用37第七章目前国垃圾发电还需要解决的问题417.1 人们环保意识还需增强417.2 人们应该正确看待垃圾发电417.3垃圾发电需要国家相关政策的制定与扶持42第八章中国发展垃圾发电产业的建议438.1 国垃圾处理的方式应由填埋为主向焚烧处理过度438.2垃圾焚烧设备应适合我国国情的国产化为主438.3垃圾发电产业供热应得政府的支持438.4垃圾发电主要解决的问题是垃圾污染的问题而不是发电44总结45参考文献46致48- 48 - / 53第一章 垃圾发电的现状与意义1概述 随着社会的不断发展，科技的不断进步，城市的不断增多与扩大。在我们生活的周围城市和工业的垃圾也变得越来越多，已成为受到人们重视的城市污染源之一。城市人口的不断增加和物资消费的日益现代化，城市垃圾已成为严重的社会问题，这日益尖锐的问题摆在世界各国的面前。为了美化我们生活的城市，改善生活环境，造福人类，使城市生态系统良性循环，环境与社会经济协调发展。因此，处理城市垃圾已成为日益迫切的城市基础设施建设任务之一。因此垃圾发电也就在这样的环境下随之产生了。垃圾焚烧发电是当前世界上普遍采用的垃圾处理方法。1.1 国的情况 我国是一个发展中国家，改革开放后城市发展迅速，但是我国的城市基础设施的建设相对一些发达的国家来说还是比较薄弱，城市垃圾已成为城市环境污染源之一。中国的人多地少，人们对生活环境要求越来越高。随着中国城市化进程的加快，而垃圾污染也日益严重。对垃圾处理不当，可能会造成严重的大气、水和土壤污染，并将占用大量土地，从而制约城市的生存与发展。早期的垃圾填埋也不再适合我国国情。结合我国国情分析，焚烧处理垃圾利用其余热发电或供热是城市垃圾处理无害化、减量化和资源化的最有前途的方法，更适合中国国情。目前，国一些城市采用国外技术或国自行开发技术建设和正在建设一批垃圾发电厂，已开始取得一些较好的社会效益。随着国家环保政策的实施和城市基础建设的加快，垃圾发电在我国将会得到迅速发展，也必将成为我国极有发展前途的一种产业。1.2 国外的情况 国外一些发达国家的垃圾发电比我国发展的早很多年，现在已经形成了许多先进成熟的技术，并在国外得到很好应用与发展。国外在垃圾分拣方面也做得很好，什么样的垃圾该放哪里都有相关的法律明确规定，这对垃圾发电技术的发展也起到一定的促进作用。 由东北电力之川先生编写国外垃圾发电技术与开发现状对现在国外的垃圾发电的相关技术做了比较详细的介绍。将本文垃圾发电方式主要有一般垃圾发电、RDF发电和MEET综合发电三种。摘要如下：一般垃圾发电。利用城市一般垃圾当作燃料，采用能燃烧一般垃圾、树皮等低温热值的循环流化床锅炉进行发电。日本目前以一般垃圾发电为主，全国约有180座，其中50MW、10MW以上有15座，其余均为10MW以下，装机总量近800MW。RDF发电。RDF(Refuse Derived Fuel)燃料是由制造厂从一般垃圾中分拣出废塑料、废料渣、木屑等，经过破碎、干燥、压形、固化，制造过程严防二氧化物的发生，制成无害固体燃料，即RDF燃料。然后将RDF燃料运到电厂进行发电。RDF制造厂可因地分散建立，就地制成RDF燃料，它为粉笔形状，直径15mm，长度50mm，发热量为1459520016kJ/kg，在制造过程中灭菌，故可运到RDF燃料集中点进行RDF发电。美国芝加哥郊外的伊利诺斯洲的Robbins是首次使用循环流化床锅炉的50000kV的大型RDF发电站，由世界水平的流化床锅炉厂家Foster Wheeler公司制造，在1997年开始运行；日本1995年在群马等四县与宇都兴产等地实施RDF发电，发电规模为1030MW，19961997年在其他各地相继实施。MEET综合发电。在制造厂设置可处理和提取能源的设备，将生产各阶段的垃圾所具有的热能提取的技术称为MEET(Multi-Staged Enthalphy Extraction)工程。该技术可就地处理垃圾，并利用垃圾具有的热能将灰分溶解，固化为无害，加工成建筑材料，并回收铁、铜、铝、矿渣等资源，同时还进行发电。其电力作为本制造厂的动力，多余出售，既提高制造厂综合经济效益，又保护了环境。一般垃圾发电站建设在城市，垃圾充足的地方；RDF发电站，可由各分散点的RDF燃料制造点运输到RDF发电厂进行发电，供电给人口疏稀的广区，是极为有利的方式；一般垃圾发电几乎为空冷，少数为水冷，而RDF发电为水冷；一般垃圾发电用锅炉效率不超过70%，而RDF流化床锅炉可达9091.5%；RDF流化床锅炉与一般垃圾发电的锅炉相比，前者燃烧后的灰含量较少，为9%左右，且灰里没有溶渣，是疏散粒状，装卸方便，灰处理与用费较少，而一般垃圾发电的灰含量较多，为1415%。从环保考虑RDF发电是今后发展的方向，适用于人口在3040万、日处理一般垃圾400t、安装10MW机组。目前，我国不断加强城市环保工作，特别对大气、水、垃圾和噪声污染的综合治理作为重点。根据统计，我国城市生活垃圾的年产量约为一亿吨以上且每年以8%速度递增。因此，城市生活的有效处理垃圾已迫在眉睫。解决办法可首先在大、中城市边缘地点建设一般垃圾发电站；在工业区，各制造厂设立RDF燃料厂，将RDF燃料运到RDF发电厂进行发电；由于MEET综合发电处于研究开发阶段，有待我们去开发利用。1.3 垃圾发电的意义随着现代化进程的加快，工业垃圾与生活垃圾等的大量增加，而填埋等传统垃圾处理方法使得土地资源减少和环境污染。因为大量的垃圾填埋需要占用很多的土地资源，而垃圾中有很多有害的物资。由于长期的填埋这些有害物资中的毒素将会下渗到地下水，经过长时间的不断积累，它将会污染地下水，那必将会造成很大的影响，亦将会影响我们的子后代。考虑到这些垃圾填埋的方法已不再适应现代社会发展的要求。而垃圾焚烧发电随着技术的不断进步，它不但可以节约出大量的占用土地，而且把污染环境的垃圾变废为宝，使资源得到可持续发展，把危害人类的垃圾变成服务人类社会的资源。垃圾焚烧发电是目前处理垃圾最快捷的也是最有效的技术方法，它有下列优点。垃圾焚烧后，体积可以减少90%以上，质量减少75%以上，可以减少土地资源的浪费。高温焚烧后，能消除垃圾中的大量的有害细菌和有害物资，有效地控制二次污染。实现了能源的综合利用，焚烧产生的热能可以用于发电供热。因此，对于我们这样人口众多，资源紧的国家，利用垃圾焚烧发电技术，比较适应我国的国情。这样高新环保产业必将得到加快发展。在不久的未来，垃圾发电将会变成最主要的垃圾处理方式。垃圾并不是百无一用的废物，它只是被放错地方的资源，只要科学地加以利用，它就会成为地球上唯一可以不断增长的可再生资源。第二章 垃圾焚烧发电的原理与工艺流程垃圾焚烧发电已有一百多年的历史。垃圾焚烧发电供热就是利用垃圾在垃圾焚烧炉燃烧产生的热量加热给水，使水转变成蒸汽送入汽轮机带动发电机发电（或者直接供热）。垃圾焚烧发电（供热）真正体现了垃圾处理的减量化、资源化、无害化的原则，从而也成为21世纪垃圾处理的一个发展方向。2.1 焚烧垃圾发电原理垃圾发电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。从能量转换的角度来说就是，把垃圾中的物资能经过转化燃烧变成热能，再由热能转化为蒸汽，蒸汽推动涡轮机转动转化为机械能，涡轮机带动发电转动发电产生电能。发电机输送出来的电能经过一定的处理后，就可以输送到电网中，电能通过电网， 输送到各地，实现了垃圾处理的资源化。为生活和工业供电，为人类社会服务。2.2垃圾发电的工艺流程垃圾发电的原理基本上都是一样的，就是在工艺上有所区别。而垃圾焚烧发电工艺的主要区别在于采用何种焚烧炉。选用不同的炉构成不同的燃烧系统。西方一些发达的国家目前通用的垃圾焚烧系统主要有以下几类： （1）垃圾层燃焚烧系统，如采用滚动炉排、水平往复推饲炉排和倾斜往复炉排(包括顺推和逆推倾斜往复炉排)等。层燃焚烧方式的主要特点是垃圾无需严格的预处理。滚动炉排和往复炉排的拨火作用强，比较适用于低热值、高灰分的城市垃圾的焚烧； （2）流化床式焚烧系统，垃圾的悬浮燃烧，空气与垃圾充分接触，燃烧效果好。但是流化床燃烧需要颗粒大小较均匀的燃料，同时也要求燃料给料均匀，故一般难以焚烧大块垃圾，因此流化床式焚烧系统对垃圾的预处理要求严格，由此限制了其在工业废弃物和城市垃圾焚烧领域的发展。其特点是：流化床燃烧充分，炉燃烧控制较好，但烟气中灰尘量大，操作复杂，运行费用较高，对燃料粒度均匀性要求较高，需大功率的破碎装置，石英砂对设备磨损严重，设备维护量大。该工艺比较适合我国的国情，燃烧比较复杂、水分比较多的垃圾也能够把垃圾燃烧彻底，温度也比较高，投资也比较低，是适合中国国情的工艺流程。（3） 旋转筒式焚烧炉系统其工作原理是将垃圾投入连续、缓慢转动的筒体焚烧，炉体水平放置并略为倾斜。通过炉身的不停运转，使炉体的垃圾充分燃烧，同时向炉体倾斜的方向移动，直至燃尽并排出炉体。故能够实现垃圾与空气的良好接触和均匀充分的燃烧。西方国家多将该类焚烧炉用于有毒、有害工业垃圾的处理。特点是设备利用率高，灰渣中含碳量低，过剩空气量低，有害气体排放量低。但燃烧不易控制，垃圾热值低时燃烧困难。该工艺对于垃圾量比较少的地区可以采用该工艺。（4） 脉冲抛式炉排焚烧炉系统其工作原理：垃圾经自动给料单元送入焚烧炉的干燥床干燥，然后送入第一级炉排，在炉排上经高温挥发、裂解，炉排在脉冲空气动力装置的推动下抛动，将垃圾逐级抛入下一级炉排，此时高分子物质进行裂解、其它物质进行燃烧。如此下去，直至最后燃尽后进入灰渣坑，由自动除渣装置排出。助燃空气由炉排上的气孔喷入并与垃圾混合燃烧，同时使垃圾悬浮在空中。挥发和裂解出来的物质进入第二级燃烧室，进行进一步的裂解和燃烧，未燃尽的烟气进入第三级燃烧室进行完全燃烧；高温烟气通过锅炉受热面加热蒸汽，同时烟气经冷却后排出。其优点是：1）处理垃圾围广泛 能够处理工业垃圾、生活垃圾、医院垃圾废弃物、废弃橡胶轮胎等。2）燃烧热效率高 正常燃烧热效率80%以上，即使水分含量较高的生活垃圾，燃烧热效率也可以达到70%以上。3）运行维护费用低 由于采用了许多特殊的设计以与较高的自动化控制水平，因此所需的运行人员较少（包括除灰渣人员在一台炉仅需两人），维护工作量也较少。4）其可靠性高 经过近国部分垃圾发电厂多年运行表明，此焚烧炉故障率非常低，年运行8000小时以上，一般利用率可达95%以上。5）排放物控制水平高 由于采用二级烟气再燃烧和先进的烟气处理设备，使烟气得到了充分的处理。经长期测试，烟气排放物中CO含量110 PPM，HC含量23 PPM，NOx含量35 PPM，完全符合欧美排放标准。烟气在二、三级燃烧室燃烧时温度达1000，并且停留时间达2秒以上，可使二恶英基本分解，烟气中二恶英的含量为0.04 ng/m3，远低于欧美标准0.1 ng/m3。6）炉排在压缩空气的吹扫下，有自清洁功能。在西方经济发达的国家，其城市垃圾推积的密度较小，分类收集，热值高而且灰分与水分较低。我国的垃圾在垃圾分类收集这方面做得还不够好，许多各类的垃圾都推积在一起，而且垃圾的热值较低，水分含量又相对较高。结合我国的国情借鉴国外的技术，经过引进与改造，我国某些城市也设计出一些适合我国国情的垃圾焚烧系统。 垃圾焚烧发电厂主要由垃圾传送、垃圾焚烧、余热利用、烟气处理排放、污水处理、灰渣处置和电气与仪表自控等系统组成。垃圾池的垃圾由设在垃圾池上方的抓斗吊车送入垃圾料斗， 再经喂料器送入焚烧炉的炉排进行燃烧。垃圾与炉排片上的均匀气孔喷出的助燃空气混合燃烧， 燃烧产生的热量进入余热锅炉， 将锅炉给水加热到压力约3.9Mpa ， 温度390左右的蒸汽， 再推动汽机发电机组发电。由主燃烧室挥发和裂解出来的烟气经烟气处理设备和静电除尘器处理合格后排入大气， 主要工艺流程如图2-1所示。 图2-1 垃圾焚烧发电工艺流程图图2-2 垃圾焚烧发电流程图首先垃圾经过收集，经破碎、滚动筛与手拣等初处理后，由垃圾车运送倒到垃圾存储坑。再由垃圾坑上方的移动吊车把垃圾放入垃圾分配装置输送到焚烧炉燃烧。与此同时，有鼓风机把空气送入焚烧炉中以提供燃烧所需的氧气。燃烧产生的热量加热锅炉使水变成水蒸汽，水蒸气经管道输送到汽轮发电机组带动发电机转动发电，由发电机产生的电能经处理后输送到电网。燃烧生成的烟气由管道输送经过热交换器给一次空气进行预热，再经过一定的降温处理，然后送入半干式中和反应塔进行脱硫处理。再经过袋式除尘器进行飞灰处理，经检验输送出符合国家排放标准的气体后，再由风机送到烟囱，有烟囱排放到空气中。焚烧后产生的废渣与不燃物下排后由转送带送出，再经过磁选器选出可以回收利用的铁金属进行回收利用如卖给钢铁厂。废渣与飞灰可以进行合理利用，如果不能再利用的或有毒的可以进行固化后在进行填埋，这样就大大减少造成污染的可能性。第三章 垃圾发电的主要技术垃圾发电涉与的技术有很多，也是多方面的。如垃圾的分拣、设备的选择、二次污染的控制还有尾气的处理等等。在此主要介绍垃圾发电中的部分关键技术。即垃圾的分拣与回收技术、垃圾焚烧中二次污染的防治技术与其垃圾焚烧烟气的处理技术。3.1 垃圾分拣与回收 由于西方一些发达的国家，在垃圾的收集存放方面都有比较完善的规定。德国在这方面做得比较好。德国不仅十分重视环境保护，在垃圾分类处理方面也有许多独到之处。例如，人们倒垃圾时须将各种垃圾装入不同颜色的垃圾桶，白色和大型垃圾须在规定的日子堆放到规定的地点统一处理目前，许多国家正在效仿德国的这种做法，以求找到一条垃圾处理的规出路。采用垃圾分类收集，因此在垃圾分拣方面也就容易得多了。 而我国在这方面还做得不够好，城市垃圾一般都是集中收集。想把一些资源回收利用也就相对困难了。况且我们知道，日常垃圾中有很多可利用的资源，如不加处理进行焚烧，不但会给环境带来危害，而且又浪费掉了宝贵的资源。为解决这一问题，目前所有垃圾在焚烧前均以手工方式从垃圾堆里分拣出有用物质，如各种金属罐头盒、塑料瓶等。长期以来，这项工作完全靠工人手工完成的。大多数都是由人工分拣。因而在一些大城市也就出现了这么一群人构成的垃圾回收网络，主要是靠人们手工拣然后卖给回收站，再由回收站集中卖给加工厂进行资源回收利用。但是这个群体主要收集的对象是一些价值比较大形状不是很大的也不是很脏的东西，这就具有了一定的局限性。因为这样一来，那些比较重的体积的，价值不是很大的又比较脏的，但是又还有利用价值的资源就有可能被丢弃或遗漏。这样就会使得原本可以回收利用的资源浪费掉。使资源得不到充分利用。而用机器分拣不仅速度快，而且分拣彻底，它们既不嫌工作脏累，可以长时间的工作效率又高。目前国外还没有比较一种完善的垃圾自动破碎分拣系统，他应该可以在杂乱的垃圾中分拣出各种金属、玻璃、塑料等，如铁、铝、铜、玻璃、塑料、有机物等分开收集。因为垃圾中常常会遇到这一种情况，各种垃圾缠绕在一起，塑料中包着金属，瓶罐中还有水之类的。德国在这方面走在世界的前列，据了解：最近，德国埃森市RWE环保公司（德国最大的垃圾处理公司）正在试验一套价值450万欧元的垃圾分拣系统，工人将垃圾倾倒在垃圾传送带上后，设备会将各种有用物质，如罐头盒、包装纸盒、各种塑料制品等自动分拣干净，完全满足法律制定者们的要求。据生产这套设备的公司负责人称，实验结果甚至超出人们的预料。目前，在德国东部城市莱比锡有一套处理“黄口袋”垃圾的先进系统已经投入使用，其巨大的涡轮杆像绞肉机那样吃进一个个黄口袋，振动筛将垃圾振动开，一根吸管首先将垃圾中的塑料薄膜吸掉，然后磁铁将垃圾中的金属吸走。设备在工作时人们还可以听到如给汽车轮胎打气的嘶嘶声，这种声音是设备控制系统为设备引路，将其导向主要的工作点。这种近红外控制技术是最近两年刚开发出来的新技术。高技术分拣系统分拣垃圾时采用了光学技术。用光源照射垃圾，由传感器记录下垃圾的反射光谱，计算机根据光谱来确定以哪种方式处理这种垃圾，由计算机控制安装在传送带上的喷嘴，靠高压气体将传送带上的各种有用物质吹到传送带旁安放的收集容器。这一过程十分迅速，因为传送带的工作速度达每秒2.7米。不过，有时如果许多垃圾缠在一起或饮料瓶的饮料没有喝完，计算机也会感到迷茫，不能与时控制喷嘴，从而出现喷嘴喷气迟缓现象。尽管有这样或那样的小问题，该系统还是能够区分出各种物质，如PET、硬泡沫塑料聚苯乙烯等材料。分拣后的剩余垃圾再送往垃圾焚烧厂焚烧。自动化分拣设备的分拣速度明显高于人工，每套系统每小时可以分拣14吨垃圾，人工每小时最多只能分拣3吨。此外，自动化分拣设备分拣出的各种材料纯度高，很受那些负责处理这些可再生材料的企业的欢迎。当然，德国要想马上用自动化垃圾分拣系统取代现有系统还无法实现，目前也只能作为现有垃圾处理设备的补充，因为德国还有许多地方的设备还不能满足日益增多的生活垃圾的分类和处理。根据德国市政管理部门计算，德国至少还缺少100套垃圾分拣设备，预计需投资10亿欧元。目前，德国高技术垃圾分拣设备生产公司的目标是，从垃圾中分拣出所有可再利用的材料。此外，通过干净的分拣，德国无需建造新的焚烧设施，可使处理垃圾的价格保持稳定。3.2 垃圾焚烧过程中如何防止二恶英产生的控制技术二恶英(Dioxin)，又称二氧杂芑，是一种无色无味、毒性严重的脂溶性物质，二恶英实际上是二恶英类（Dioxins）一个简称，它指的并不是一种单一物质，而是结构和性质都很相似的包含众多同类物或异构体的两大类有机化合物。这类物质非常稳定，熔点较高，极难溶于水，可以溶于大部分有机溶剂，是无色无味的脂溶性物质，所以非常容易在生物体积累。自然界的微生物和水解作用对二恶英的分子结构影响较小，因此，环境中的二恶英很难自然降解消除。它包括210种化合物。它的毒性十分大，是氰化物的130倍、砒霜的900倍，有“世纪之毒”之称。国际癌症研究中心已将其列为人类一级致癌物。环保专家称，“二恶英”，常以微小的颗粒存在于大气、土壤和水中，主要的污染源是化工冶金工业、垃圾焚烧、造纸以与生产杀虫剂等产业。日常生活所用的胶袋，PVC（聚氯乙烯）软胶等物都含有氯，燃烧这些物品时便会释放出二恶英，悬浮于空气中。城市工业垃圾焚烧过程中二恶英的形成机制仍在研究之中。目前认为主要有三种途径：1.在对氯乙烯等含氯塑料的焚烧过程中，焚烧温度低于800，含氯垃圾不完全燃烧，极易生成二恶英。燃烧后形成氯苯，后者成为二恶英合成的前体；2.其他含氯、含碳物质如纸、木制品、食物残渣等经过铜、钴等金属离子的催化作用不经氯苯生成二恶英。3.在制造包括农药在的化学物质，尤其是氯系化学物质，像杀虫剂、除草剂、木材防腐剂、落叶剂（美军用于越战）、多氯联苯等产品的过程中派生。 我们采用垃圾焚烧发电的一个目的就是为了解决垃圾给环境带来的污染问题，为此我们要防止垃圾在焚烧过程中二恶英的产生。主要解决办法如下：（1）采用“三T”控制法 即焚烧炉应具有二燃室，提高焚烧炉的燃烧温度使其(850C)；在二燃室送入二次空气，充分搅拌缓和增强湍流度；延长烟气在二燃室的停留时间，烟气在炉膛与二燃室停留的时间不少于2秒；再者就是选用合适的炉膛和炉排结构改善燃烧状况使垃圾在焚烧炉中完全燃烧。缩短烟气在处理和排放过程中处于300-500C温域的时间，控制余热锅炉的排烟温度不超过250C左右。（2）选用新型袋式除尘器，控制除尘器入口处的烟气温度低于200，并在进入袋式除尘器的烟道上设置活性炭等反应剂的喷射装置，进一步吸附二恶英。（3）在生活垃圾焚烧厂中设置先进、完善和可靠的全套自动控制系统，使焚烧和净化工艺得以良好执行。（4）通过分类收集或预分拣，控制生活垃圾中氯和重金属含量高的物质进入垃圾焚烧厂。（5）由于二恶英可以在飞灰上被吸附或生成，所以对飞灰应用专门容器收集后作为有毒有害物质送安全填埋场进行无害化处置，有条件时可以对飞灰进行低温（300400）加热脱氯处理，或熔融固化处理后再送安全填埋场处置，以有效地减少飞灰中二恶英的排放。（6）采用“二恶英”实时在线检测系统，“二恶英”实时在线检测系统是世界上首次推出的利用极微量实时检测技术来检测垃圾焚烧设备中二恶英的含量的仪器，它可以连续检测垃圾焚烧系统所排出烟气中含有的生成二恶英类物质的重要中间体氯苯酚的含量，从而可以判断出烟气中的二恶英类物质的含量。利用它可以实时连续地检测排放的烟气，能够把握每一时刻的垃圾焚烧系统和烟气处理系统的运行状态。综上所述，二恶英是很可怕的，垃圾焚烧发电烟气中的二恶英也是是客观存在的，但对此产生盲目的恐慌，是完全没必要的。我们应该科学的看待并用先进的科学手段去处理防止其产生。我国生活垃圾中含氯化合物和重金属含量相对较少，只要严格采取上述相关控制措施，垃圾焚烧发电排放的二恶英浓度是可以有效控制的，一般是不会超过环保标准。3.3 垃圾焚烧烟气净化理技术垃圾焚烧烟气净化处理的方法主要有干法尾气净化处理和半干法尾气净化处理。（1）干法工艺，即“综合反应器+布袋除尘”烟气治理工艺。此法是在垃圾焚烧锅炉的出口设置急冷反应塔，使尾气温度迅速降至170左右，抑制二恶英的再生成，然后将Ca(OH)2干粉和特殊反应助剂经定量供给装置，由鼓风机喷射进急冷反应塔和布袋反应器之间的烟道，Ca(OH)2粉体和特殊反应助剂与尾气中的酸性气体发生如下中和反应：Ca(OH)2+2HClCaCl2+2H2O 式（3-1） Ca(OH)2+SO2CaSO3+H2O 式（3-2）2CaSO3+1O22CaSO4式（3-3）同时特殊反应助剂与尾气中的重金属与二恶英发生吸附反应，去除部分包括粉尘、酸性气体、重金属和二恶英在的有害物质。反应生成物（CaCl2，CaSO4）、未完全反应的消石灰与反应助剂将进入并附着在布袋反应器的滤布上，并在滤布上形成一层网状结构膜（称之为反应膜），故布袋反应器的系统阻力降低，大大增加了反应的比表面和反应时间。在烟道中未反应的酸性气体以与未完全被吸附的重金属和二恶英，在通过此反应膜时，最终将被中和或被吸附掉，从而达到高效率的去除效果。（2） 半干法处理工艺来自锅炉的烟气大部分由反应塔下部通过布风装置进入反应塔。雾化水由反应塔喉部的双流体雾化喷嘴喷入反应塔，以很高的传质速率在反应塔中与烟气混合，烟气中小液滴与氢氧化钙颗粒以很高的传质速率与烟气中的SO2等酸性物质进行混合反应，生成CaSO4、CaSO3和CaCl2等反应产物。这些干态产物小部分从反应塔塔底排灰口排出，大部分随烟气经烟道进入和布袋除尘器除尘。消石灰与石灰浆贮槽中的水混合，形成一定浓度的石灰浆。通过石灰浆泵将石灰浆输送到安装在反应塔顶部的雾化器。在反应塔石灰浆被雾化，雾化后的石灰浆在反应塔与烟道和布袋除尘器中与烟气里所含的有害物质进行中和反应。2HCl+Ca(OH)2CaCl2+2H2O 式（3-4）（气相）（液相）石灰浆与反应生成物在反应器里与烟气接触，水分受热蒸发而成为干粉，小部分落到反应器底部被排出，大部分随烟气流入布袋除尘器最终被滤除。石灰浆的加入量由调节阀进行控制，多余的石灰浆经旁路回到石灰浆贮槽，形成连续的循环流动，以避免石灰浆在管线停留而造成堵塞。控制布袋除尘器入口温度的冷却水与石灰浆同时喷入雾化。3.4 垃圾焚烧炉干法尾气净化工艺与优点干法系统所收集的飞灰容易处理，解决了湿法、半干法飞灰二次处理的难题。干法系统采用石灰粉和化学助剂来去除有害气体，不再采用价格昂贵的活性炭，再加上减少了制浆所需电耗和水，从而可大大降低运行成本。布袋反应器在事先设定好的压力损失数值或时间条件下，通过高压空气使滤布膨胀变形，从而清除掉滤布上的粉尘与反应生成物，进行脉冲洗；被清除下来的粉尘与反应生成物被送到粉尘处理装置进行处理。其辅助设备少，如石灰喷吹风机、可控配粉设备，维护容易。其工艺如下所示：图3-1 垃圾焚烧炉干法尾气净化工艺少一个流程图！第四章 单片机在垃圾发电控制系统中的应用单片微型计算机是随着超大规模集成电路技术的发展而诞生的，因为单片机具有体积小、功能强、性价比高等特点，所以广泛应用于电子仪表、家用电器、节能装置、军事装置、机器人、工业控制等诸多领域，使产品小型化、智能化，既提高了产品的功能和质量，又降低了成本，简化了设计。本文主要介绍单片机在垃圾发电测控中的应用。在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用AVR单片机来对温度进行控制，不仅AVR单片机具有很高的性价比，可以使工程控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度等参数的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。 4.1温度的监控（1）现场温度采集的实现 现场温度的采集有温度传感器采集获得。根据垃圾发电工艺要求，所采集的温度较高。在本系统中，温度传感器选用热电偶温度传感器铂铑-铂热电偶，其分度号为S，温度围为0到1300摄氏度，其结构简单，适用测量温度围广，线性度大，使用方便，承受热、机械冲击能力强以与响应速度快。由于其输出信号较小，可先经过变送器进行放大与线性化处理，是输出4mA20mA的标准直流信号，在通过150欧姆高精度金属膜电阻转化为0.6V3V直流电压信号。此模拟电压信号符合ATmega16自带A/D转化器输入要求，连接到ATmega16的PC0即可进行A/D转换。下图为热电偶：图4-1 WRP铂铑热电偶 图4-2 热电偶 表4-1-1 热电偶分度表规格与特性表热电偶名称分度号温度围()热点特性曲线图铂铑30-铂铑6B01600铂铑10-铂S01300铂铑13-铂R01300镍铬-镍硅K01200镍铬-铜镍（康铜）E0750铁-铜镍（康铜）J0750铜-铜镍（康铜T-200350镍铬硅-镍硅镁N01200钨 铼WRe3Wre2502300WRe5Wre26（2）温度的控制原理图，如下图4-3所示：图4-3 温度控制结构框图表4-1-2 热电偶温度传感允差分度号允差/温度围（）级级S+1/01100+1.5/0600R+ 1+0.003(t-1100)/11001600+0.5%t/6001600B-/-+0.5%t/6001600K+1.5/-40375+2.5/-40333N+0.4%t/3751000+0.75%t/3331200E+1.5/-40375+2.5/-40333+0.4%t/375800+0.75%t/333900J+1.5/-40375+2.5/-40333+0.4%t/375750+0.75%t/333750T+0.5/-40125+1/-40333+0.4%t/125250+0.75%t/133350WRe+1%t 其热电偶的温度采样电路如下图所示：图4-4 热电偶采样放大电路图4-5 采样信号经模数转换送入单片机与温度报警电路也可选用Pt1000 温度传感器，它是一种具有高精度、体积小、稳定性好、可靠性强、寿命长等特点。在测量烟气与锅炉的温度时，因为烟气的温度与锅炉的温度的相对于锅炉的温度围较小，固可以选用Pt100温度传感器来测量。其的测量电路如图4-1-7。其测温探头电路如下图所示，传感器在不同的温度下其电阻阻值也会发生相应的变化，则其电阻上的压差也会随之改变，该电压经过放大电路放大成单片机适合的输入电压后再有单片的I/O口读取，最后经模数转换成相应的温度的二进制值输送到上位机显示。图4-6 Pt1000 其测温探头电路如下：图4-7 Pt100测温探头电路 4.2压力的监控 在垃圾发电中炉膛负压的稳定与否影响垃圾燃烧的稳定性， 此外， 炉膛一旦出现正压， 就会使烟气和臭气外泄污染环境， 这是绝对不允许的。影响炉膛负压的因素除一、二次风量的扰动外， 还有炉排与推灰器的动作等， 由于炉排和推灰器的动作是非连续的过程， 其扰动量难以引入调节回路， 因此炉膛负压与进风量间采用前馈调节方式。 因为炉膛的温度较高可选用超高温压力传感器来采集炉压力。PT750超高温压力传感器采用特殊进口材质、隔离式膜片设计、高温测压水冷却时可达1200，适用于发动机燃气和超高温的压力测量与控制。超高温压力传感器-PT750如图4-2-1所示。图4-8 超高温压力传感器-PT750其性能参数如表4-2-1所示。表4-2-1量程02-200MPa综合精度0.2FS；0.5FS；1.0FS输出1mVV；1.5mVV；2mVV工作温度0125C；01200C供电电压10（612）V长期稳定性0.25FS年输入阻抗350，1000绝缘电阻大于500M100VDC振动影响对于20HZ-1KHZ的机械振动输出变化小于0.1FS密封等级Ip65螺纹连接通用M161.5其它螺纹可依客户要求设计 由表4-2-1中的各组数据可知，感器-PT750的信号采样放大调理电路设计如下图4-2-2所示：图4-9 压力传感器信号采样放大调理电路4.3液位的监控 在垃圾发电中，锅炉的水位也是必须关注的被控量。本系统中可选用电极式水位传感器。UDG-系列电极式液位传感器，产品执行标准为GB/T13638-92，它是工业锅炉实现液位自动控制必不可少的一次仪表。它与其他液位传感器相比的突出特点是：结构简单，质量可靠，使用、维护方便，深受国外司炉工的欢迎。它与UDZ-141-G系列电极式锅炉水位自动控制报警器配套使用可实现，水位自动控制、锅炉水位显示，高水位、低水位报警以与锅炉缺水、蒸汽超压自动联锁停止鼓风、引风、炉排等燃烧系统，确保锅炉安全运行。 图4-10 液位传感器 可由传感器检测到的信号传给控制器，再由控制器控制变频器给锅炉供水。由于垃圾热值变化大， 导致锅炉蒸汽流量波动较大， 为了克服负荷波动造成的虚假水位影响， 可设置根据液位、蒸汽流和给水流量进行控制的三冲量串级水位调节回路。 利用水的导电性、电极式传感器的水位变化，使得与之相应的简电极棒与筒体导通，仪表控制线路对被导通的交流20V进行整流、滤波，将此脉动直流电压输入比较器，输出高电平，使相应的继电器动作完成相应的工作，方框图如下：图4-11 电极式液位传感器原理方框图其硬件电路图的如下图所示：图4-12 单片机控制变频器控制液位电路图 在系统中，由电极式液位传感器检测出当前的锅炉水位，把信号传入单片机进行相应的控制。当水位低于设定水位时，由单片机驱动变频器控制水泵给锅炉送水，保证锅炉的水位不低于一定的设定值。如果水位过高，则由单片机驱动变频器控制水泵给锅炉停止送水，并控制相应的显示灯点亮。如果水位低于危低水位设定值，则单片机由单片机控制报警铃鸣响直到水位高于危低水位设定值。4.4气流的监控 在垃圾发电控制系统中我们需要检测很多气流的流速，如由鼓风机送入的一次风与二次风，还有烟气管道中烟气的流速与由锅炉排出供给发电机组的蒸汽气流流速等。LUGB型涡街流量计（图4-4-1）是利用流体振动原理而开发的一种新型流量计，广泛应用于石油、化工、冶金、造纸等行业流体的计量，该流量计无可动部件，可靠性强、精度高、寿命长，可在很宽的流量围精确测量液体的瞬时流量和累计流量。其不受介质温度、压力、粘度与成分的影响，同时不堵、不卡、不易结垢、耐高温、高压，安全防爆，适用于恶劣环境。流量计分一体化显示和远传显示，并可输出脉冲信号与微机联网。其应用说明参数如表4-4-1所示。图4-13 LUGB型涡街流量计由下表中数据我们可以知道LUGB型涡街流量计输出信号类型为脉冲频率、420mAC的电流信。因为传感器采样的信号较小，因此需要经过信号放大电路进行放大成05V的电压信号，然后才能送入单片机由ATmega16的置A/D模数转换成数字信号。再由单片机的串行通信方式经过RS-485传送到上位机进行实时显示。上位机得到信号后发出相应的控制信号控制现场的执行器运行在不同的状态下，如控制鼓风机的转速，调节阀门的开度等。由此达到自动控制的目的，使设备工作正在最佳的状态，从而保证了焚烧炉的有效燃烧。表4-4-1公称通径151200mm测量介质液体、气体、蒸汽介质温度-40350连接方式法兰卡装式、法兰式、插入式公称压力2.5MPa、4.0MPa、6.9MPa25MPa精度等级1.0级、1.5级、2.5级重 复 性0.3%、0.5%、1.0本体材质不锈钢304、不锈钢316L负载电阻750W供电电源24VDC、3.6V锂电池输出信号脉冲频率、420mAC、RS485流速围液体0.56m/s 气体560m/s防爆等级ExiaCT1-T6本安型 (与齐纳安全栅配套使用）防护等级IP65、IP67、IP68结构型式普通型、智能型（带现场显示表头）其中传感器的信号放大处理电路如图4-4-2所示。图4-14 LUGB型涡街流量计信号放大处理电路图该电路为RCV420的典型应用电路。它采用+15V双电源供电。C1和C2为正、负电源的退藕电容，需采用1F钽电容并且在安装时要尽量靠近RCV420的电源引脚。CT端、RCV COM端和REF COM端必须单点接地并使接地电阻为最小，以免形成地线回路而引起转换误差。C3为降噪电容，取C3=0.1F时，可将基准电压输入端的噪声电压降低到25V(峰-峰值)，减小50。当II=420mA时，Uo=0+5V。此信号可送入ATmega16由其置A/D模数转换成数字信号。4.5气体氧气含量的测控在检测炉氧气含量时选用MESA含氧量传感器。而德国梅莎MESA含氧量传感器主要分为两种： 第一种是:直插式（型号:MF160.39.09.0），是将氧化锆直接插入高温被测气体，直接检测气体中的氧含量.这种检测方式应用在被检测气氛温度700-1050，利用被测气氛的高温使氧化锆达到工作温度，不另外用加热器.检测精度高，反应速度快，维护量较小.另外MESA采用国际上最先进的连接方式，即将氧化锆与氧化铝管永久的焊接在一起，成功解决了瓷材料的高温密封问题，从而可以实现极佳的密封性能. 第二种是:采样式（型号:MF060），是通过导引管，将被测气体导入氧化锆检测室（型号MK1）.检测室通过加热元件把氧化锆加热到工作温度（750以上）之后输出信号.其检测方式灵活，寿命长达5-7年，维护时只需更换Lambda探头大大节省成本和时间.而且，MESA公司采用了冷却罩的设计理念，突破了传感器对炉温度的限制，使传感器可以对1200-2000高温气氛进行取样测量. 本系统选用德国MESA直插式含氧量传感器（氧化锆，氧探）。专用于热处理设备，对炉燃烧过程中或燃烧后排出气体中的氧含量进行测量。直接安装在炉气体中，性能非常稳定，工作运行无需维护。探头采用世界一流的氧化锆元件，长度从600-1200mm不等，对于氧气的反应时间仅为1秒。可在1050温度环境下工作。图4-15 德国MESA直插式含氧量传感器(若采用其专利产品气体取样器与相关配置，甚至可耐受1250以上高温)。该探头具有超强的抗老化性能，使用寿命可达3-5年。如上图4-15所示。 由传感器检测炉中氧气的含量把它传给系统，由系统显示分析。当氧气含量超过设定值时，则给焚烧炉配风过量，氧气传感器将信号传给控制器进行比较、运算或是处理后传送给调速器，将鼓风机组的转速降低，即减风，直到所配的风合适；反之，如果氧气传感器测得炉烟气的含氧量低于设定值时，即配风不足，调速起将鼓风机组的转速提高，即给炉加风，直到配给的风合适，确保炉的空气消耗充分合理。这样一来不仅可以提高炉燃烧的质量为用户创造更好的经济效益，还可以大幅度的降低氮氧化合物或一氧化碳的排放量，减少废气对空气污染度。在本系统中由含氧量传感器检测炉膛的氧含量，经过信号处理后送入单片机处理，并通过总线传输到上位机进行实时显示，也可有单片机控制数码管显示当前氧含量。当炉膛的氧气含量不足时，由单片机控制变频器增加鼓风机的速度，从而达到增加炉膛氧气含量的目的，保证垃圾在焚烧炉充分燃烧。其信号处理电路可也用RCV420的典型信号处理电路如图（图 4-2）所示。4.6电机运行状态的控制 本系统中才用的控制算法为增量型PID控制算法，采用脉宽调制（PWM）控制。PWM方波的占空比由算法求得，由单片机输出控制驱动电路。其中增量型PID算法的输出为： 式（4-1）其中Kp、Ki、Kd分别为比例系数、积分系数和微分系数。e（n）、e（n-1）、e（n-2）分别是第n次、第n-1次、第n-2次与设定值的偏差值。采样时间为T。 单片机每隔固定的时间T将现场的温度与用户设定的目标温度的差值带入上面给出的增量型PID算法公式，通过单片机运算得出输出控制量进而决定PWM方波的占空比，根据占空比决定加热控制电路的运行状态与加热功率。若现场采样得到的温度与目标温度偏差大则输出的占空比大，加热电路的加热功率也就大，这样就可以使温度实测值与设定值的偏差迅速变小；反之，二者的温度偏差小则占空比也减小，加热电路的功率也会减小，直至目标温度与实测值相等，从而达到自控控制燃烧炉中温度的目的。其中PID参数选择的好坏对系统也有很大的影响。比例系数P对系统性能的影响：比例系数加大，使系统的动作灵敏，速度加快，稳态误差减小；P偏大，振荡次数加多，调节时间加长；P太大时，系统会趋于不稳定；P太小，又会使系统的动作缓慢。P可以选负数，这主要是由执行机构、传感器以与控制对象的特性决定的。如果P的符号选择不当对象测量值就会离控制目标的设定值越来越远，如果出现这样的情况P的符号就一定要取反。积分控制I对系统性能的影响：积分作用使系统的稳定性下降，I小（积分作用强）会使系统不稳定，但能消除稳态误差，提高系统的控制精度。微分控制D对系统性能的影响：微分作用可以改善动态特性，D偏大时，超调量较大，调节时间较短；D偏小时，超调量也较大，调节时间也较长；只有D合适，才能使超调量较小，减短调节时间。也可以通过变频器控制电机，从而控制水泵，鼓风机的运行，以达到控制一次风，二次风与锅炉液位的增减。其系统结构如下：图4-16 单片机驱动变频器控制电机的运行状态结构图4.7被控参量的显示 垃圾焚烧过程中炉中的温度其被控对象的实际温度、用户设定的温度等参量可以通过数码管显示电路实时显示。也可以通过总线送到上位机上进行组态并显示与参数设置。