趙巧榮

(重慶豐盛環(huán)保發(fā)電有限公司,重慶 400084)

垃圾焚燒發(fā)電廠自動燃燒控制方案應(yīng)用研究

趙巧榮

(重慶豐盛環(huán)保發(fā)電有限公司,重慶 400084)

相對于其他生活垃圾處理技術(shù),垃圾焚燒發(fā)電處理技術(shù)比較復(fù)雜,成本比較昂貴。所以,無論是垃圾焚燒技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀還是發(fā)展源流,都是日本、歐美等發(fā)達(dá)國家最具有代表性。本文分析了垃圾焚燒發(fā)電廠自動燃燒控制系統(tǒng)的性能要求和功能特點(diǎn),提出了垃圾焚燒過程中爐排控制以及對燃燒風(fēng)量控制的具體方案,以供參考。

垃圾焚燒 燃燒 控制方案 研究

1 垃圾焚燒發(fā)電廠自動燃燒控制系統(tǒng)的性能要求和功能特點(diǎn)

垃圾焚燒過程控制系統(tǒng)由自動控制算法實(shí)現(xiàn),ACC與DCS系統(tǒng)采用OPC協(xié)議通訊,完成數(shù)據(jù)的采集和控制。通過調(diào)試達(dá)到爐排速度自動控制(包括逆,順推爐排的控制)、蒸汽流量自動控制、燃燒風(fēng)量自動控制等的及時(shí)性和可靠性。其余部分采用模擬信號引入ACC自動控制系統(tǒng),成為一套完整的控制體系。能實(shí)現(xiàn)手動、自動、自動燃燒控制模式自由轉(zhuǎn)換。ACC系統(tǒng)主要通過調(diào)節(jié)燃燒空氣和控制爐排速度實(shí)現(xiàn)自動燃燒的目的。自動燃燒控制系統(tǒng)的各種控制和算法的主要目的是為了保證爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定的進(jìn)行,并實(shí)現(xiàn)每天的焚燒目標(biāo)。

2 垃圾焚燒過程中的爐排控制

2.1 對爐排周期的控制

焚燒爐內(nèi)垃圾的投入通過改變垃圾給料器以及各爐排的運(yùn)行周期實(shí)現(xiàn)。所謂周期即給料器及爐排完成一次動作循環(huán)的時(shí)間。縮短周期則各段爐排、給料器動作頻率加快,增長周期則各段爐排、給料器動作頻率減緩。爐排控制即爐排速度控制,分為現(xiàn)場和主控兩種操作模式,當(dāng)選擇現(xiàn)場操作時(shí)只能通過現(xiàn)場的爐排控制柜對爐排進(jìn)行操作。

2.2 主控操作的模式

當(dāng)選擇主控操作時(shí)又提供了三種操作模式,分別為：手動模式：可對各段爐排進(jìn)行前進(jìn)和后退的人工操作。自動模式：各段爐排可根據(jù)運(yùn)行人員預(yù)設(shè)的爐排運(yùn)轉(zhuǎn)周期自動動作。ACC模式：根據(jù)垃圾焚燒量、垃圾發(fā)熱量和垃圾層厚的演算結(jié)果判斷,經(jīng)綜合運(yùn)算給出各段爐排的動作周期,各段爐排根據(jù)演算給定周期進(jìn)行動作。自動操作和ACC模式操作相互切換時(shí),動作周期是類似于無擾切換的。當(dāng)從自動模式切換到ACC模式時(shí),ACC模式下的動作周期初始值為切換前自動模式周期,切換完成后根據(jù)ACC的運(yùn)算結(jié)果逐步調(diào)整動作周期;當(dāng)從ACC模式切換到自動模式下時(shí),切換前的周期將作為自動模式的預(yù)設(shè)周期,切換后爐排按此周期繼續(xù)動作。

2.3 垃圾焚燒量計(jì)算、偏差演算及控制

2.3.1 焚燒量計(jì)算

焚燒量演算是根據(jù)對垃圾料斗和垃圾吊車投入垃圾的重量和次數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣并保存,在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)對所保存的數(shù)據(jù)進(jìn)行一次分析,計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)垃圾的焚燒量。同時(shí)依據(jù)這些數(shù)據(jù)還可計(jì)算出所焚燒垃圾的體積,因此可計(jì)算出垃圾的密度。以上計(jì)算在每次垃圾投料時(shí)進(jìn)行一次。

2.3.2 焚燒偏差演算

通過垃圾焚燒量偏差演算可以判斷當(dāng)前的焚燒量跟焚燒目標(biāo)之間的偏差,其判斷結(jié)果將指導(dǎo)爐排進(jìn)行速度調(diào)節(jié)以保證實(shí)現(xiàn)每日的焚燒量目標(biāo)。焚燒量與目標(biāo)焚燒量的偏差高于垃圾焚燒量的允許偏差(正偏差)時(shí),當(dāng)前焚燒量過多;焚燒量與目標(biāo)焚燒量的偏差低于垃圾焚燒量的允許偏差(負(fù)偏差)時(shí),當(dāng)前焚燒量過少;焚燒量與目標(biāo)焚燒量的偏差介于垃圾焚燒量的允許偏差之內(nèi)(正負(fù)偏差之間)時(shí),當(dāng)前焚燒量適當(dāng)。

2.3.3 焚燒控制

為了實(shí)現(xiàn)每天的焚燒目標(biāo),根據(jù)當(dāng)前的焚燒量以及垃圾熱值和垃圾層厚的偏差進(jìn)行綜合判斷,通過調(diào)節(jié)垃圾給料器、干燥段、燃燒段、燃盡段的周期時(shí)間來進(jìn)行控制。其中主要的控制對象是垃圾給料器、干燥段、燃燒段、燃盡段。在焚燒控制時(shí)要在操作監(jiān)視畫面上將垃圾給料器、干燥段、燃燒段、燃盡段切換到自動模式并按下ACCON按鈕。最終達(dá)到比垃圾焚燒量目標(biāo)值小的時(shí)候周期減少,比目標(biāo)值大的時(shí)候周期增加的效果。

2.4 垃圾發(fā)熱量計(jì)算和偏差演算

2.4.1 發(fā)熱量計(jì)算

垃圾發(fā)熱量的演算是根據(jù)過程工藝參數(shù)分別計(jì)算出入熱和出熱值得出的,也就是通常所說的反平衡計(jì)算法。包括垃圾入熱量計(jì)算、垃圾出熱量計(jì)算、垃圾發(fā)熱量計(jì)算三個步驟。垃圾入熱量包括一次風(fēng)熱量和燃燒器熱量。垃圾出熱量包括排煙熱量,產(chǎn)生蒸汽熱量,鍋爐排污熱量。垃圾發(fā)熱量根據(jù)垃圾入熱量和出熱量計(jì)算出臨時(shí)值,經(jīng)過適當(dāng)?shù)男拚笞罱K取其平均值作為計(jì)算用的垃圾發(fā)熱量。

2.4.2 發(fā)熱量的偏差演算

通過垃圾發(fā)熱量偏差演算可以判斷當(dāng)前的垃圾發(fā)熱量跟設(shè)定值之間的偏差,其判斷結(jié)果將指導(dǎo)爐排進(jìn)行速度調(diào)節(jié)以保證發(fā)熱量的穩(wěn)定。垃圾發(fā)熱量高于高質(zhì)垃圾發(fā)熱量的設(shè)定值時(shí),當(dāng)前垃圾發(fā)熱量過高;垃圾發(fā)熱量低于低質(zhì)垃圾發(fā)熱量的設(shè)定值時(shí),當(dāng)前垃圾發(fā)熱量過低;垃圾發(fā)熱量介于高質(zhì)垃圾發(fā)熱量和低質(zhì)垃圾發(fā)熱量的設(shè)定值之間時(shí),當(dāng)前垃圾發(fā)熱量適當(dāng)。

2.5 垃圾層厚演算及控制

2.5.1 垃圾層厚演算

垃圾層厚的計(jì)算較為特殊,需在指定條件下測試干燥段風(fēng)壓值,在焚燒爐運(yùn)行時(shí)根據(jù)實(shí)際的干燥段風(fēng)壓和風(fēng)溫,計(jì)算出的層厚結(jié)果是一個無量綱的值,它不能直接指示垃圾的層厚。要根據(jù)爐底風(fēng)壓、一次風(fēng)流量、爐內(nèi)壓力等計(jì)算出干燥帶的垃圾層厚,并判斷其厚度是否合適。

2.5.2 垃圾層厚控制

為了保證爐排干燥段上面的垃圾層厚的穩(wěn)定,根據(jù)當(dāng)前的垃圾層厚以及垃圾熱值和焚燒量的偏差進(jìn)行綜合判斷,通過調(diào)節(jié)爐排干燥段和燃燒段的周期時(shí)間來進(jìn)行控制?？刂茖ο蟀ǜ稍锒?、燃燒段。控制過程中在操作監(jiān)視畫面上將干燥段、燃燒段打到自動模式并按下ACCON按鈕。最終達(dá)到比垃圾層厚設(shè)定值厚的時(shí)候周期減少,比設(shè)定值薄的時(shí)候周期增加的效果。由于垃圾質(zhì)量的變動,爐內(nèi)垃圾量發(fā)生劇烈變化的時(shí)候請通過手動控制進(jìn)行干預(yù)。

2.6 垃圾料斗搭橋判斷

根據(jù)垃圾料斗內(nèi)料位的變化可以判斷是否發(fā)生搭橋,當(dāng)系統(tǒng)正在運(yùn)行而料位在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)沒有變化或變化為小則判定為搭橋。搭橋信號將發(fā)送到DCS啟動自動破橋程序,破橋成功后搭橋信號自動消失。

3 對燃燒風(fēng)量的控制

3.1 燃燒空氣的種類

燃燒空氣分為兩種,即是一次燃燒空氣(自爐下風(fēng)箱吹入的空氣)和二次燃燒空氣(從干燥段上方吹入的空氣)。一次燃燒空氣在蒸汽-空氣預(yù)熱器中加熱后,送至干燥段、燃燒段、燃盡段爐排。每臺爐配1臺一次風(fēng)機(jī),采用變頻調(diào)節(jié)。二次燃燒空氣經(jīng)二次風(fēng)機(jī)抽吸,送至二次燃燒室。每臺爐配1臺二次風(fēng)機(jī),采用變頻調(diào)節(jié)。一次燃燒空氣控制包括一次風(fēng)機(jī)控制和每個爐排風(fēng)門的控制。二次燃燒空氣控制僅是二次風(fēng)機(jī)控制。其中一次風(fēng)機(jī)和二次風(fēng)機(jī)采用變頻控制 ,以保證燃燒室供氣的最大靈活性和可利用性,同時(shí)將能耗降低到最低程度。

3.2 一次燃燒空氣的概述及其控制

垃圾在燃盡段未燃盡的情況下,稍微增加空氣量。爐膛溫度較高,O2濃度低時(shí)稍微增加空氣量。相反,爐膛溫度低,O2濃度較高時(shí)則減少空氣量。一次燃燒空氣爐膛溫度管理值為850~1000℃。為了抑制二噁英的生成,需保持爐膛溫度達(dá)到850℃以上。如果爐膛溫度達(dá)到1000℃以上并持續(xù)燃燒,爐壁會附著形成燒結(jié)塊,將會阻礙燃燒損壞耐火材料,且易產(chǎn)生NOx。由于垃圾質(zhì)量原因會有暫時(shí)超過1000℃的情況發(fā)生,但最好盡量保持在1000℃以下。對燃燒空氣進(jìn)行控制一次空氣量是按照焚燒爐膛煙氣含O2量來控制的,但是由于受焚燒爐膛區(qū)域的溫度和粉塵濃度的影響,無法在焚燒爐爐膛設(shè)置氧量計(jì),只能在省煤器出口設(shè)置,因此這里所說的焚燒爐膛煙氣含氧量是根據(jù)省煤器出口氧量計(jì)的值推算出來的計(jì)算值。

4 垃圾焚燒電廠燃燒自動控制系統(tǒng)畫面及控制啟動順序

4.1 垃圾焚燒電廠燃燒自動控制系統(tǒng)畫面

垃圾焚燒電廠燃燒自動控制系統(tǒng)的畫面共包括操作監(jiān)視畫面和運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)定畫面。通過這些畫面,可以實(shí)時(shí)監(jiān)視爐排的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況并可以對其進(jìn)行相應(yīng)的遠(yuǎn)程操作。對于運(yùn)行過程中需要根據(jù)工況進(jìn)行設(shè)置的一些參數(shù)也可以通過設(shè)定畫面來進(jìn)行修改。在運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)定畫面上,操作員可以根據(jù)每日焚燒量情況以及垃圾質(zhì)量的當(dāng)前狀況對垃圾演算過程中的一些參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。進(jìn)行手動操作的時(shí)候,先確定要操作的爐排段,然后將其“手動”按鈕按下,這時(shí)“手動”按鈕將會點(diǎn)亮提示可以進(jìn)行手動操作了。接下來便可以通過各自的“前進(jìn)” “后退”按鈕進(jìn)行相應(yīng)的手動操作了,操作的同時(shí)需要觀察相應(yīng)的位置指示燈以了解爐排的運(yùn)行情況。進(jìn)行自動操作的時(shí)候,首先將所有的爐排段都打到“自動”的位置,當(dāng)所有的“自動”按鈕點(diǎn)亮?xí)r,便可以進(jìn)行自動操作了。這時(shí),只需要按下畫面上的“自動啟動”按鈕,爐排各段將按照設(shè)定的周期自動運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí),監(jiān)視畫面上的“自動運(yùn)轉(zhuǎn)中”指示燈被點(diǎn)亮,提示當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)。如果想要將自動運(yùn)轉(zhuǎn)中的爐排全部停止,只需要按下“自動停止”按鈕。

4.2 垃圾焚燒電廠燃燒自動控制系統(tǒng)的控制啟動順序

根據(jù)下面的操作流程,在DCS畫面上順序啟動垃圾焚燒電廠燃燒自動控制系統(tǒng)。控制功能的算法實(shí)現(xiàn)可根據(jù)現(xiàn)場已具備的條件做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。ACC調(diào)試階段,需保證生產(chǎn)的正常運(yùn)行,不能影響生產(chǎn)。

確定保持穩(wěn)定燃燒→ACC控制操作順序→爐排控制ACC控制→一次風(fēng)流量ACC控制→二次風(fēng)流量ACC控制→一次風(fēng)溫度ACC控制

[1]李為民.城市生活垃圾分類評價(jià)、收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)與衛(wèi)生處理技術(shù)規(guī)范實(shí)用手冊[M]北京：北京電子出版種,2005．

[2]建設(shè)部,國家環(huán)境保護(hù)總局,科技部．城市生活垃圾處理及污染防治技術(shù)政策[J]．環(huán)境保護(hù),2002(9)：10-11．