本發明屬于節能環保,具體涉及異味處理成套設備數字化集成系統。
背景技術:
1、在傳統異味處理(除臭)領域,一般采用芳香氣體掩蔽法、高空排放稀釋擴散法、熱力(催化)燃燒法、水吸收法、藥液吸收法、吸附劑吸附法、生物法、曝氣式活性污泥脫臭法、三相多介質催化氧化工藝、低溫等離子體技術,同時輔助異味氣源加蓋的方式進行脫臭處理。但普遍存在以下問題:
2、大部分異味(惡臭)氣體還存在有毒有害成分,在設備的運行過程中存在運行工況復雜、維護專業性要求高、設備故障率較高、設備檢修困難、隱形故障排查率低諸多問題;
3、在傳統異味處理(除臭)領域,普遍存在設備部件較多,水、電、氣、藥(化學藥品)附屬設施設計復雜、工況惡劣的問題,并因此帶來人工維護對駐廠技術人員要求極高、維護成本極高的問題;比如:
4、(1)芳香氣體掩蔽法、高空排放稀釋擴散法等處理方式,并未真正意義消除異味成分,僅僅是排放方式的改變,卻很容易受到氣象條件等因素的影響;
5、(2)熱力(催化)燃燒法等方法擁有凈化效率高、惡臭物質被徹底氧化分解的優勢,但存在處理成本較高、能耗很大,容易造成二次污染的弊端;
6、(3)單一的水吸收法、藥液吸收法、吸附劑吸附法,則存在凈化效率低,難以實現對成分復雜的異味氣源實現異味消除等問題;
7、(4)其他單一的異味處理技術也大都存在設備占地面積較大、操作復雜、投藥量難以控制、一次性投資較高等多種不利因素;
8、(6)政府職能部門對異味(惡臭)氣體存在監控難度大、成本高、數據存在多種因素造成的誤差等實際問題。
技術實現思路
1、本發明的目的在于提供一種對對異味處理效率高、成本低且可實現遠程監控、遠程維護、遠程修復的異味處理成套設備集成及數字化管理系統。
2、本發明提供的基于5g通信的異味處理成套設備數字化集成系統,其結構包括異味處理子站、基于5g公共網絡的通訊系統、數據處理中心及沉浸式展示及交互系統,共四大部分(參見附圖1);其中:
3、(一)所述異味處理子站,為分布式節點設計,每個分布式節點(即子站)包括緩沖預洗裝置、氧化塔、洗滌塔、生物濾池、dbd反應器、催化氧化塔、離心風機、數據采集系統、控制裝置、邊緣計算系統(分布式節點運維管理系統)。上述各部件按照一定邏輯關系組裝適配,可以在無人值守、自動報警、自主維護的條件下,遠程實現對企業生產車間、垃圾處理廠等異味氣源進行除臭、除味處理(參見附圖2);其中:
4、(1)所述緩沖預洗裝置,其結構參見附圖3,包括水泵、噴淋裝置、風量、流量數據采集裝置及其連接管道。噴淋裝置分為上、下兩套噴淋頭、過濾層組成的淋洗層,最下面是水池;水池的水經過水泵通過管道泵入兩套噴淋頭、過濾層;廢氣經過管道送入噴淋裝置下部,經過二層淋洗,從噴淋裝置上部出口排出;水泵管路上設置流量數據采集裝置,廢氣入口和氣體出口分別設有風量數據采集裝置。
5、異味氣源首先被收集輸送到緩沖預洗裝置,通過噴淋清水消除塵埃及易溶于水的異味成分,并減少后續處理工序的雜質積塵等問題。風量和流量數據采集裝置(即風量計和流速計和),將實時測量數據以時間為紐帶進行歸集,形成完整的時間數據序列,上傳給邊緣計算系統預處理后,通過基于5g公共網絡的通訊系統實時傳輸到數據處理中心。
6、(2)所述氧化塔,具體為循環噴淋系統,其結構參見圖4所示,包括水泵、布液裝置;布液裝置分為上、下兩套噴淋頭層、過濾層,最下面是水池;噴淋頭為螺旋噴嘴;水泵管路上設置流量和ph值數據采集裝置,廢氣入口和氣體出口分別設有風量數據采集裝置。水泵設置有閥門及控制裝置,水泵還依次連接攪拌及停啟裝置、加藥及停啟裝置、堿片計數裝置;氧化塔中,水泵將氧化液以及堿液泵入氧化塔頂部,通過螺旋噴嘴,使氧化液能達到均勻噴灑狀態;廢氣通過風機從氧化塔下部送入,并向上,從氧化塔頂部出口排出;塔內布液裝置使吸收液均勻向下噴淋,形成逆流吸收異味氣源中的異味成分,并通過堿性氧化液與部分特定異味成分發生反應,從而去除異味。
7、所述各種啟停裝置根據邊緣計算系統的指令進行啟停控制操作;數據采集裝置配置將實時測量數據以時間為紐帶進行歸集,形成完整的時間數據序列,上傳邊緣計算系統作為實時監測數據及進行預處理的源數據;相關啟停裝置由邊緣計算系統根據監測數據,通過設定程序計算后發出啟停控制操作指令;邊緣計算系統收集的采集信息及發出的預處理信息,通過5g公共網絡實時傳輸到數據處理中心。
8、(3)所述洗滌塔,也可以稱為二級氧化池,其結構與所述氧化塔基本相同;其結構參見圖5所示,包括水泵、布液裝置;布液裝置分為上、下兩套噴淋頭層、過濾層,最下面是水池;噴淋頭為螺旋噴嘴;水泵管路上設置流量和ph值數據采集裝置,廢氣入口和氣體出口分別設有風量數據采集裝置。水泵設置有閥門及控制裝置,水泵還依次連接攪拌及停啟裝置、加藥及停啟裝置、堿片計數裝置;氧化塔中,水泵將氧化液以及堿液泵入氧化塔頂部,通過螺旋噴嘴,使氧化液能達到均勻噴灑狀態;廢氣通過風機從氧化塔下部送入,并向上,從氧化塔頂部出口排出;塔內布液裝置使吸收液均勻向下噴淋,形成逆流吸收異味氣源中的異味成分,并通過堿性氧化液與部分特定異味成分發生反應,從而去除異味。
9、所述各種啟停裝置根據邊緣計算系統的指令進行啟停控制操作;數據采集裝置配置將實時測量數據以時間為紐帶進行歸集,形成完整的時間數據序列,上傳邊緣計算系統作為實時監測數據及進行預處理的源數據;相關啟停裝置由邊緣計算系統根據監測數據,通過設定程序計算后發出啟停控制操作指令;邊緣計算系統收集的采集信息及發出的預處理信息,通過5g公共網絡實時傳輸到數據處理中心。
10、(4)所述生物濾池,分為預洗段、生物段和除水段;參見圖6所示;預洗段中設置有多面空心球為填料,生物段中設置有由火山巖、竹炭和聚酯保濕材料組成的復合型填料,除水段采用鮑爾填料填充;廢氣從預洗段上部進入,經預洗后從底部隔板處通入生物段,在生物填料的作用下,廢氣得到生物凈化,最后通過除水段進入下一個凈化單元;生物濾池微生物馴化、填料更換按照操作規范手動進行;
11、生物濾池還包括噴淋裝置、填料補充裝置、加藥裝置、預洗段循環裝置、生物段循環裝置、出風管路、內部支撐加強裝置和進排水裝置等;還配置有填料補充控制以及南循環水泵、北循環水泵啟停控制裝置,相關啟停及控制參數根據邊緣計算系統的指令進行啟停與控制操作,南循環水泵、北循環水泵每隔2~4小時啟動一次,每次運行2~3分鐘;生物濾池還配置有流量、風量、ph值、加藥稱重計量數據采集裝置;數據采集裝置配置為將實時測量數據以時間為紐帶進行歸集,形成完整的時間數據序列,上傳邊緣計算系統作為實時監測數據及進行預處理的源數據,相關啟停裝置由邊緣計算系統根據監測數據,通過設定程序計算后發出啟停控制操作指令;邊緣計算系統收集的采集信息及發出的預處理信息,通過基于5g公共網絡的通訊系統實時傳輸到數據處理中心。
12、(5)所述dbd反應器,其結構參見圖7所示;dbd反應器配置有dbd電源及啟停裝置、電流調節裝置,相關啟停及運行參數根據邊緣計算系統的指令進行啟停控制操作;dbd反應器還配置有電壓、電流、磁通量采集裝置,風量采集裝置,以及放電體接地數據采集裝置;各種數據采集裝置配置為將實時測量數據以時間為紐帶進行歸集,形成完整的時間數據序列,上傳邊緣計算系統作為實時監測數據及進行預處理的源數據;相關啟停裝置及運行參數由邊緣計算系統根據監測數據,通過設定程序計算后發出啟停控制操作指令,邊緣計算系統收集的采集信息及發出的預處理信息,通過基于5g公共網絡的通訊系統實時傳輸到數據處理中心。
13、當有廢氣流經db反應器時,dbd電源啟動,放電極開始放電,利用所產生的高能電子、自由基等活性粒子去激活、電離、裂解廢氣中的各組分,使之發生分解、氧化,從而達到凈化廢氣的目的。反應器運行7天左右時間(如6-8天),開啟冷卻水進水口,對放電極表面進行清洗,清潔表面沉積的膠狀物。
14、(6)所述催化氧化塔,其結構參見圖8所示,為一循環噴淋系統,催化氧化塔內自上而下設置有由螺旋噴嘴、加藥裝置、催化板組成的兩個催化氧化單元;所述催化板表面配制有催化劑;所述加藥裝置用于對催化板加藥;催化氧化塔下部為水池;水泵通過管道與上下兩層催化氧化單元中螺旋噴嘴連接,該管道上設置有流量數據采集裝置;水泵設置有閥門、水泵控制裝置;所述加藥裝置與加藥稱重裝置連接,用于控制加藥量;廢氣從催化氧化塔下部通過管道進入塔內,經過催化氧化單元,從催化氧化塔頂部出口排出;廢氣進口管道和氣體出口管道處分別設置有風量數據采集裝置。其中,催化板材料采用聚氨基陶瓷,并負載二氧化錳、氧化鐵催化劑,總負載量1~5%,二氧化錳與氧化鐵使用比在(3~5):1。當廢氣進入催化氧化塔時,與淋洗在催化板的氧化劑進行充分接觸,并在催化劑的促進作用下,發生分解反應,實現異味深度凈化。
15、其中,各種數據采集裝置配置為將實時測量數據以時間為紐帶進行歸集,形成完整的時間數據序列,上傳邊緣計算系統做為實時監測數據及進行預處理的源數據,相關啟停裝置由邊緣計算系統根據監測數據,通過設定程序計算后發出啟停控制操作指令;邊緣計算系統收集的采集信息及發出的預處理信息,通過基于5g公共網絡的通訊系統實時傳輸到數據處理中心。
16、所使用氧化劑可選用雙氧水、過硫酸鈉等,使用比例在1~5%,每隔4-6小時,開啟水泵,對催化板進行淋洗,每次淋洗時間1~2分鐘。
17、(7)所述離心風機,是外部采購的標準化設備,用來提高氣體壓力并排送氣體的機械裝置,氣體經過離心風機葉輪后其速度能(動能)和壓力能都得到增加。為了確保風機的正常運轉,性能滿足要求,系統必須對風機的重要參數做到實時監控;因此離心風機還要配置有風量、風壓、轉數、軸溫、電流、電壓、震動這些數據采集裝置;數據采集裝置配置為將實時測量數據以時間為紐帶進行歸集,形成完整的時間數據序列,上傳邊緣計算系統做為實時監測數據;邊緣計算系統收集的采集信息及發出的預處理信息,通過基于5g公共網絡的通訊系統傳輸到數據處理中心。
18、(8)所述數據采集系統,包含以上各部分配置測量傳感器及接口,數據采集系統配置為通過所述測量傳感器接口獲取整個系統的實時測量數據,用于滿足預報警狀態/報警狀態的計算、預處理源數據、耗材使用壽命等的需求。根據具體分布式節點工況要求差異,通過確定評價指標、確定指標權重、確定指標評價等級及范圍、建立綜合評價模型、評價結果分析幾個步驟,來具體確定具體分布式節點的數據采集傳感器種類與數量。
19、(9)所述邊緣計算系統,負責分布式節點數字化運維管理系統的運行。異味處理分布式節點數據采集模組(測量傳感器)采取直聯方式與邊緣計算系統進行通訊,通過處理特定請求減少數據處理中心的工作量,并通過分散式網絡模型提供更高的安全性。通過邊緣計算系統對實時測量數據進行預處理并實時輸出預處理結果,實現統一量綱、數據格式標準化、數據合法性校驗及處理和/或無效數據處理。邊緣計算系統的優點在于,可以減少數據傳輸延遲、提高數據安全性和隱私保護、降低系統能耗和成本。
20、(二)所述基于5g網絡的通訊系統,包括傳感器數字接口、有線網絡和5g公共通訊模塊。坐標、壓力、風量、風壓、電壓、電流、震動、氣體流量、遠紅外線溫度等多種傳感器接口,配置為將實時測量數據以時間為紐帶進行歸集,形成完整的時間數據序列,上傳邊緣計算系統預處理后,通過基于5g公共網絡的通訊系統實時傳輸到數據處理中心。
21、(三)所述數據處理中心,包括服務器、數據庫、存儲、平臺、架構及應用等方面的內容,通過對各個分布式異味處理子站上傳數據的處理,以實現模型交互、數據采集、數據存儲、實時監控、流程管理、智能分析、自動預測、智能決策、智能管理,以及故障檢測、遠程報警、采購提醒各項功能。
22、(四)所述沉浸式展示及交互系統,用于實現現實場景數字化,同時在中控大屏上進行沉浸式展示,為此,需要完成與分布式異味處理子站及運行環境相匹配的數字孿生虛擬模型三維場景搭建。虛擬場景在展示系統中得以實現,展示系統通過數字孿生技術和虛擬現實技術,將現實場景數字化并在中控大屏上進行沉浸式展示,可以讓管理者(以及參觀者)在數字世界中身臨其境地觀察異味處理子站設備結構、建設材質、工藝流程,以及設備運行中的各種參數、報表的統計情況,將現實場景中的數據實時采集、處理和分析,構建出高精度的數字模型,從而實現對現實場景的數字化映射,具有更高的互動性和個性化服務。同時,沉浸式展示及交互系統還可以通過聲、光、電等多媒體手段實現重要數據的報警提示,讓管理者及時發現異常數據進行人工干預。每一個分布式異味處理子站,以及數據處理中心均配置展示及交互系統,分布式異味處理子站的展示及交互系統由邊緣計算系統控制,展示本子站的設備運行情況及現場場景,數據處理中心展示與交互系統與數據處理中心直接連接,展示所有子站及整套異味處理成套設備數字化集成系統的設備運行及實時數據情況,也可以切換到某一具體子站的設備運行及實時數據。
23、本發明系統的技術特點和功能優勢:
24、本發明系統通過模塊化集成,以及數字化管理和運營維護,可以針對性有效解決上述問題并實現:
25、(1)無人值守。徹底消弭異味處理設備人工駐廠監管維護存在的弊端(專業性要求高、人工費用高、效率低、隱形故障排查率低),無需(或有效減少)專業人員現場值守,實現遠程監控、遠程維護、遠程修復;
26、(2)維護便捷。通過預先設定標準處理方案的維護提示,非專業人員也可以處理需要人工干預的故障及問題;
27、(3)故障預警。通過故障預警避免設備故障造成企業停工、設備無效運轉的問題;
28、(4)模塊實施。可以根據用戶方異味來源、異味成分等客觀問題,實現可以滿足個性化需求的模塊設計、模塊施工、模塊維護。
29、(5)沉浸體驗。沉浸式體驗無需進入作業現場,即可全面展示整體設備的結構、布局、材料、功能和各種運行參數,向新的潛在客戶進行推銷,立體成像異味處理解決方案供應商的品牌價值;
30、(6)設計優化。能夠根據實際工況和設備運行情況,通過數據分析科學、合理、經濟地對原設計方案進行進一步優化;
31、(7)固定數據。輔以區塊鏈技術完善數據檔案建設,數據自動上報環保部門的監管平臺,同時為應用客戶的節能減排及雙碳交易提供可以信賴的數據依據。