李俊

（重慶同興垃圾處理有限公司 重慶市北碚區(qū) 400709）

垃圾焚燒發(fā)電廠自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)分析

李俊

（重慶同興垃圾處理有限公司 重慶市北碚區(qū) 400709）

城市化進(jìn)程的加快，致使城市固體廢棄物的產(chǎn)生也日益增長(zhǎng)。因此，對(duì)固體廢棄物的處理成了城市工作中的一大難題。對(duì)于垃圾的處理傳統(tǒng)的焚燒和填埋不僅污染了環(huán)境而且占用了城市大量土地資源。面對(duì)這種情況，應(yīng)該采用先進(jìn)的垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)，對(duì)垃圾進(jìn)行無(wú)害處理以及實(shí)現(xiàn)資源的再次利用。本文介紹了垃圾焚燒爐的焚燒過(guò)程，并說(shuō)明了自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)進(jìn)行分析。

垃圾焚燒發(fā)電廠；燃燒控制；控制策略；循環(huán)

1 引言

我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)處理垃圾以露天焚燒和填埋為主，這種垃圾處理方式不僅污染了環(huán)境而且占用了大量土地資源。垃圾焚燒是一種最為直接的處理方式，但是處理不當(dāng)就會(huì)產(chǎn)生有害氣體，危害人們的身體健康?？萍嫉倪M(jìn)步使得對(duì)垃圾進(jìn)行無(wú)害處理成為人們最為關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題，利用自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)有利于實(shí)現(xiàn)垃圾的資源化、減量化和無(wú)害化處理。

2 垃圾電廠的自動(dòng)焚燒控制的重要性

垃圾電廠的自動(dòng)焚燒控制，具有以下作用：①保證垃圾處理效果，減少污染物排放垃圾焚燒處理的最主要目的是無(wú)害、安全地處理垃圾，其核心焚燒控制系統(tǒng)效果好壞將直接影響垃圾處理的效果。例如：爐膛煙氣溫度過(guò)低，造成垃圾燃燒不充分，不能完全分解含硫物、氮氧化物、硫化氫、二惡英等有害物質(zhì)，排放的煙氣和爐渣中含有有毒物質(zhì)，嚴(yán)重污染環(huán)境，另外，爐渣中含有未燃燼物，堵塞出渣設(shè)備；爐膛煙氣溫度過(guò)高，會(huì)影響焚燒爐的鋼結(jié)構(gòu)安全，同時(shí)由于鍋爐的熱能轉(zhuǎn)化能力有限，爐膛出口煙氣溫度隨爐膛溫度提高而提高，影響后續(xù)煙氣處理的效率，造成煙氣處理設(shè)備損壞和石灰漿等耗材的浪費(fèi)。因此，保證垃圾無(wú)害化處理充分，確保設(shè)備和人員安全，是研究焚燒控制系統(tǒng)的首要任務(wù)。②減少人工干預(yù)，提高自動(dòng)化水平所有自動(dòng)控制系統(tǒng)，其最終目的都是代替人工操作，解放勞動(dòng)力。然而在焚燒處理工藝相對(duì)成熟的今天，垃圾焚燒的自動(dòng)控制仍然無(wú)法實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)，無(wú)法完全替代操作人員的經(jīng)驗(yàn)。研究對(duì)焚燒控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，如何在保證焚燒安全進(jìn)行的前提下，減少操作人員的調(diào)整操作強(qiáng)度和頻率，縮小由于各個(gè)操作人員水平差距或操作習(xí)慣不同而引起垃圾焚燒效果的差異，具有迫切的現(xiàn)實(shí)意義。③優(yōu)化焚燒控制，改進(jìn)焚燒工藝國(guó)內(nèi)使用的大多數(shù)自動(dòng)焚燒控制系統(tǒng)采用引進(jìn)自發(fā)達(dá)國(guó)家的焚燒控制技術(shù)，而國(guó)內(nèi)的實(shí)際情況與發(fā)達(dá)國(guó)家存在較大的的差異，如垃圾成分、操作人員的操作習(xí)慣都有所不同，因此必須研究焚燒控制系統(tǒng)的應(yīng)用情況，針對(duì)國(guó)內(nèi)的實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化，改進(jìn)控制策略和焚燒工藝，有利于提高生產(chǎn)效率，減低垃圾無(wú)害化處理的成本，對(duì)普及垃圾焚燒處理方式，改善城市環(huán)境狀況有著積極的推動(dòng)意義。

3 自動(dòng)焚燒控制系統(tǒng)概述

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，生活垃圾焚燒處理的基本流程如下：垃圾進(jìn)入焚燒爐，在爐體的高溫?zé)彷椛浜图訙睾蟮闹硷L(fēng)作用下，經(jīng)過(guò)干燥、燃燒、燃燼三大過(guò)程，使垃圾中含有的有機(jī)物在高溫作用下轉(zhuǎn)化成為氣體無(wú)機(jī)物并釋放熱量，同時(shí)在高溫焚燒處理下殺滅病毒、細(xì)菌等病原性生物，如圖1所示。垃圾由專用壓縮收集車運(yùn)輸?shù)嚼贌龔S，經(jīng)過(guò)地磅稱重后，從垃圾協(xié)門(mén)傾倒至垃圾貯坑。利用吊車抓斗對(duì)于貯坑內(nèi)的垃圾進(jìn)行充分混合、堆放，垃圾中含有的微生物會(huì)自行發(fā)酵、脫水，其固體部分的熱值將提高約30%，此過(guò)程通常歷時(shí)7d。垃圾吊將完成發(fā)酵的垃圾吊起，送入進(jìn)料斗，滑落至進(jìn)料槽，進(jìn)入焚燒爐內(nèi)，受到爐拱的熱輻射以及預(yù)熱后一次風(fēng)的吹烘，被干燥、焚燒處理。另一方面，在焚燒過(guò)程中需要加入燃燒風(fēng)提供焚燒所需的氧氣。有些焚燒方式還需要介質(zhì)幫助燃燒。經(jīng)過(guò)數(shù)小時(shí)的高溫焚燒，垃圾中的可燃成分完全燃燒，產(chǎn)生熱量，不可燃的固體灰渣通過(guò)出渣機(jī)的推動(dòng)作用推出爐膛。垃圾發(fā)電廠對(duì)環(huán)境指標(biāo)也有著非常嚴(yán)格的要求，垃圾燃燒轉(zhuǎn)化為高溫?zé)煔?，依次通過(guò)鍋爐各受熱面，被鍋爐吸熱降溫后，原本含有有毒物質(zhì)和重金屬的煙氣經(jīng)過(guò)脫硝、脫硫、除塵、灰渣收集等處理系統(tǒng)，成為合乎標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)害氣體，由引風(fēng)機(jī)抽取，經(jīng)煙囪排入大氣。同時(shí)，余熱鍋爐中的去離子水吸收焚燒時(shí)產(chǎn)生的熱量，轉(zhuǎn)化為高溫蒸汽，氣體膨脹產(chǎn)生動(dòng)力驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)運(yùn)行，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生電力。垃圾焚燒發(fā)電廠的自動(dòng)焚燒控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱ACC系統(tǒng)，控制過(guò)程主要指垃圾從進(jìn)入焚燒爐進(jìn)料斗，在爐膛內(nèi)進(jìn)行燃燒，到燃燼成為爐渣的過(guò)程?？刂茖?duì)象為垃圾進(jìn)料擋板、推料器、爐排或流化床、一次風(fēng)機(jī)及風(fēng)門(mén)擋板、二次風(fēng)機(jī)及風(fēng)門(mén)擋板、出渣機(jī)等等設(shè)備及其液壓動(dòng)力裝置。與傳統(tǒng)燃煤電廠相比，垃圾焚燒處理以對(duì)垃圾進(jìn)行焚燒無(wú)害化處理為主，發(fā)電或產(chǎn)熱為輔。通常情況下，垃圾電廠的汽輪-發(fā)電機(jī)的發(fā)電量跟隨焚燒爐的狀態(tài)，外網(wǎng)的電網(wǎng)調(diào)度不限制垃圾焚燒電廠的發(fā)電機(jī)功率。

圖1 焚燒工藝流程簡(jiǎn)圖

因此，自動(dòng)焚燒控制系統(tǒng)的首要控制目標(biāo)是垃圾穩(wěn)定燃燒，使鍋爐主蒸汽產(chǎn)生量和垃圾供應(yīng)的穩(wěn)定化、爐渣熱灼減率最小化，盡可能地降低污染物的排放。主要有兩個(gè)部分：①爐膛溫度控制，保證爐膛溫度足夠高，使?fàn)t膛內(nèi)煙氣在850℃下停留2s以上，充分焚燒，消除二惡英等劇毒物質(zhì)。②蒸汽量流量控制，保證垃圾穩(wěn)定地焚燒，產(chǎn)生所需數(shù)量的蒸汽，保持發(fā)電機(jī)性能良好，提高生產(chǎn)效率。

4 自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)分析——以爐排垃圾焚燒爐自動(dòng)控制系統(tǒng)為例

垃圾焚燒廠的主要任務(wù)是在保證垃圾處理量的前提下，保持爐膛溫度在允許范圍內(nèi)并盡可能地提高發(fā)電功率。垃圾進(jìn)爐后的穩(wěn)定燃燒還與各風(fēng)室風(fēng)量、料層厚度、給料速度、給料形成、爐排速度等諸多因素有關(guān)。自動(dòng)燃燒控制ACC包括下列七個(gè)主要控制：鍋爐主蒸汽流量控制、垃圾層厚控制、垃圾燃燒位置控制、熱灼減量最小化控制（燃燼爐排上不溫度控制）、焚燒爐內(nèi)溫度控制、焚燒爐內(nèi)溫度控制（煙氣在爐膛850℃里停留2s）、煙氣氧氣濃度控制。鍋爐主蒸汽流量控制是自動(dòng)燃燒控制ACC的主要控制回路。

利用垃圾層厚控制，能夠定量的供應(yīng)垃圾至燃燒爐排上，是通過(guò)主蒸汽流量控制達(dá)到最佳狀態(tài)。對(duì)燃燒爐排的一次風(fēng)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整，而使主蒸汽流量穩(wěn)定化。鍋爐主蒸汽的流量設(shè)定值是用于計(jì)算垃圾焚燒量、標(biāo)準(zhǔn)空氣量等的主要數(shù)據(jù)。ACC計(jì)算根據(jù)鍋爐主蒸汽控制的PV設(shè)定燃燒爐排的基本空氣流量，此回路通過(guò)調(diào)節(jié)輸往燃燒爐排的空氣流量而控制鍋爐的蒸汽輸出，控制器輸出加入燃燒爐排標(biāo)準(zhǔn)空氣流量信號(hào)中。為避免鍋爐主蒸汽流量控制導(dǎo)致燃燒空氣供應(yīng)過(guò)量或不足，提供最大值限制和最小值限制。

4.1 垃圾層厚的控制

對(duì)垃圾層厚度的計(jì)算主要是通過(guò)燃燒爐排上的垃圾和燃燒爐排下方的空氣壓力差異實(shí)現(xiàn)的。為了實(shí)現(xiàn)燃燒爐排上垃圾層厚的穩(wěn)定化，需要對(duì)推料器、干燥爐排和燃燒爐排的速度進(jìn)行調(diào)整。垃圾穩(wěn)定地供應(yīng)，為防止因垃圾供應(yīng)不足或過(guò)剩而引起的爐內(nèi)溫度降低。料層厚度直接來(lái)控制推料器的速度，在邏輯中克服了風(fēng)量大小對(duì)壓差的影響，從而使百分比能真實(shí)的反映垃圾的透風(fēng)性。

4.2 垃圾燃燒位置的控制

依據(jù)垃圾質(zhì)量的變化，在爐排上垃圾燃燒的位置可以隨意變化。如垃圾的LHV降低時(shí)，垃圾的燃燒位置就可以向后側(cè)移動(dòng)。垃圾燃燒位置的控制對(duì)爐排上的垃圾燃燒控制有輔助作用。

4.3 熱灼減量最小化控制

對(duì)燃燒爐排速度的調(diào)整可以將燃燒和燃燼位置控制在允許范圍內(nèi)。燃燼爐排上部的溫度是一個(gè)關(guān)鍵的參考標(biāo)準(zhǔn)，可以有效控制垃圾的燃燒位置，降低燃燼爐排上的熱酌減，在燃燼爐排的上部，接近燃燒段的燃燼爐排上部會(huì)有溫度的測(cè)試點(diǎn)，可以通過(guò)測(cè)得的數(shù)據(jù)判斷燃燒爐內(nèi)的燃燒情況。該回路也可以通過(guò)監(jiān)測(cè)燃燼爐排和燃燼爐排上部位置的溫度，調(diào)節(jié)燃燒路牌的速度，調(diào)控垃圾燃燒的位置，調(diào)節(jié)燃燼爐排的空氣流量，有效控制熱酌減。

4.4 焚燒爐內(nèi)溫度的控制

爐內(nèi)溫度控制的實(shí)現(xiàn)可以保證二次風(fēng)風(fēng)量溫度的穩(wěn)定。如果爐內(nèi)溫度比較高，其原因?yàn)槔窟^(guò)多。垃圾厚度的減少就能夠有效降低爐排的速度，縮小著火面積。這種調(diào)整方式的實(shí)施不會(huì)對(duì)負(fù)荷造成較大影響，在經(jīng)過(guò)調(diào)整之后，需要持續(xù)觀察，尤其是爐溫和負(fù)荷變化情況。

4.5 焚燒爐內(nèi)溫度控制

為了降低爐子中二英的生產(chǎn)量，需要保證煙氣需要停留在850℃或者以上溫度以上停留2s。為了達(dá)到改效果，爐膛溫度控制可以自動(dòng)啟動(dòng)或者是關(guān)閉燃燒器。

4.6 煙氣氧氣濃度的控制

煙氣中的一氧化碳濃度和煙氣中的氧氣有著密切的關(guān)聯(lián)。當(dāng)空氣含量不足時(shí)，一氧化碳的濃度就會(huì)不斷上升，而氧氣濃度就會(huì)下降。這時(shí)可以通過(guò)對(duì)爐子的二次風(fēng)流速以及燃燼爐空氣的排除速度的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)省煤器出口的氧氣的濃度。焚燒爐上需要安裝兩臺(tái)氧氣分析儀，一個(gè)安裝在省煤器的出口，另外一臺(tái)安裝在煙囪上。二次風(fēng)的溫度控制在22020℃左右，煙氣含氧量控制在6～8%范圍內(nèi)。

5 結(jié)束語(yǔ)

城市化進(jìn)程地加快使得城市垃圾處理成為城市發(fā)展中的一大難題。國(guó)家大力倡導(dǎo)節(jié)能減排，城市在處理垃圾的過(guò)程中，要采用先進(jìn)的垃圾處理技術(shù)，而自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)有利于提高垃圾的燃燒程度，使其完全燃燒，達(dá)到國(guó)家相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)，并且改善了燃燒控制工藝，增加燃燒控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)垃圾焚燒發(fā)電良好的環(huán)保效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

[1]姚志強(qiáng).城市生活垃圾焚燒發(fā)電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)概述[J].華東科技：學(xué)術(shù)版，2014（7）：422.

[2]趙巧榮，戴勇進(jìn).垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣處理自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2013（6）：70.

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A

1004-7344（2016）10-0333-02

2016-3-18

李?。?981-），男，助理工程師，本科，主要從事垃圾焚燒發(fā)電，儀表及自動(dòng)化控制方面的工作。