劉益成

摘 要：垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)是實(shí)現(xiàn)城市生活垃圾無害化和資源合理利用非常重要的手段。本研究通過對燃燒控制對策的總結(jié)，并對性能測試結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)燃燒控制對垃圾焚燒發(fā)電廠的重要性。

關(guān)鍵詞：垃圾焚燒發(fā)電廠；燃燒控制；性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.163

1 垃圾焚燒技術(shù)

在對垃圾進(jìn)行焚燒和處理的過程中，其會(huì)產(chǎn)生大量的有毒有害氣體，這就需要通過高溫?zé)峄瘜W(xué)方式來有效分解處理氣體，使得他們能夠?qū)崿F(xiàn)有效分解，同時(shí)在對垃圾進(jìn)行燃燒處理時(shí)，其所產(chǎn)生的熱量也能夠再次得到合理運(yùn)用，并將其用于發(fā)電處理，使得垃圾能夠變廢為寶，實(shí)現(xiàn)資源再利用，最后再將這些性質(zhì)較為穩(wěn)定的殘?jiān)M(jìn)行綜合利用或者填埋處理。在對垃圾焚燒期間，其產(chǎn)生的大量有毒有害氣體，在經(jīng)過一定的處理之后，當(dāng)其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)之后即可對其進(jìn)行排放處理。

2 垃圾焚燒爐燃燒控制

2.1 垃圾焚燒過程

首先由垃圾車將收集到的垃圾運(yùn)送到垃圾焚燒發(fā)電廠的垃圾儲(chǔ)坑，通常垃圾在儲(chǔ)坑里存放5～7天進(jìn)行發(fā)酵，之后通過垃圾吊車將垃圾送至焚燒爐的料斗。當(dāng)給料擋板打開時(shí)，料斗中的垃圾充滿進(jìn)料斜槽，進(jìn)料斜槽的底部是推料器。

焚燒爐運(yùn)行時(shí)，首先是由燃燒器燃油或燃?xì)?，將爐膛溫度加熱至850℃以上，然后通過推料器源源不斷地將垃圾送入焚燒爐，在爐排上垃圾依次經(jīng)過干燥、燃燒以及燃燼三個(gè)階段。燃燼后的爐渣通過出渣機(jī)冷卻后排出送至渣坑儲(chǔ)存。經(jīng)過高溫燃燒后的爐渣屬于無害品，可以作為建筑材料進(jìn)行綜合利用。垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣溫度高達(dá)1000℃以上，高溫?zé)煔馔ㄟ^余熱鍋爐進(jìn)行熱交換后溫度降至200℃左右，然后通過尾氣處理系統(tǒng)對有害氣體進(jìn)行去除，達(dá)標(biāo)后排入大氣。

在焚燒系統(tǒng)中，爐排上料層布置均均勻、焚燒溫度、過量空氣系統(tǒng)以及煙氣850℃以上停留2S以上是4個(gè)非常關(guān)鍵的操作參數(shù)和設(shè)計(jì)元素。其中煙氣停留時(shí)間主要受燃燒空氣速率、燃燒室?guī)缀涡螤钜约盁煔饬魉俚闹苯佑绊?；一、二次量配比以及壓力大小又?huì)對燃燒室中的流場混合程度和溫度造成影響，從而致使垃圾焚燒的效率因此發(fā)生相應(yīng)的改變；過量空氣系數(shù)與爐排運(yùn)行速度、燃燒空氣流速、垃圾成份多種因素的影響。

爐排上料層布置均均勻、焚燒溫度、過量空氣系統(tǒng)以及煙氣850℃以上停留2S以上等4大焚燒控制參數(shù)之間相互影響，生活垃圾在爐內(nèi)所停留的時(shí)間與其焚燒溫度、煙氣流速存在著密切的關(guān)系，若停留的時(shí)間較長，那么其焚燒的溫度則應(yīng)當(dāng)相對較低，而停留時(shí)間相對較短的情況時(shí)，則需要將焚燒溫度保持在較高狀態(tài)下。

2.2 垃圾焚燒策略

2.2.1 推料器控制

推料器的位置信號(hào)經(jīng)過微分功能塊和低通濾波器計(jì)算得出推料器的運(yùn)行速度。僅在進(jìn)料沖程時(shí)進(jìn)行速度值計(jì)算，而在壓縮沖程和返回沖程時(shí)速度值將保持。

每個(gè)推料器有一個(gè)速度調(diào)節(jié)器，每個(gè)推料器的計(jì)算速度作為相應(yīng)推料器速度調(diào)節(jié)器的過程值。調(diào)節(jié)器輸出范圍是0-100，0%，控制液壓比例閥在推料器前進(jìn)過程中為相應(yīng)液壓缸提供液壓油。

在推料器在每個(gè)運(yùn)行周期中有三個(gè)過程：壓縮過程、進(jìn)料過程和返回過程，每個(gè)過程的控制要求如下：

壓縮過程：是推料器向前移動(dòng)的第一個(gè)階段，推料器以高速向前移動(dòng)，由液壓比例閥控制。

進(jìn)料沖程：是推料器向前移動(dòng)的第二個(gè)階段，在這個(gè)階段速度控制器的指令控制液壓比例閥，使得推料器向前移動(dòng)。

返回沖程：在這個(gè)階段推料器以高速返回，由液壓開/關(guān)閥控制。

推料器速度調(diào)節(jié)器的速度設(shè)定點(diǎn)來自主蒸汽流量設(shè)定點(diǎn)的換算值，經(jīng)過氧量調(diào)節(jié)器調(diào)整后，再由爐排垃圾床層調(diào)節(jié)器做進(jìn)一步調(diào)整得到。當(dāng)所有推料器停止時(shí)，推料器速度調(diào)節(jié)器輸出跟蹤為最小值0，00。

2.2.2 自動(dòng)燃燒控制

自動(dòng)燃燒控制可分為蒸汽流量控制與爐膛溫度控制兩種控制模式，當(dāng)焚燒處于正常運(yùn)行狀態(tài)下，通常采取蒸汽流量控制，而在對鍋爐停止或者啟動(dòng)的過程中，則通常采取爐膛溫度控制模式，即在對鍋爐進(jìn)行啟動(dòng)或者停止時(shí)，其階段控制會(huì)根據(jù)設(shè)定的參數(shù)提供一定的爐膛溫度，當(dāng)鍋爐達(dá)到正常運(yùn)行狀態(tài)后，此時(shí)給定值則會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橹髡羝髁俊?/p>

操作人員在對燃燒進(jìn)行自動(dòng)化控制的過程中，可通過操作面板來對控制模式進(jìn)行相互切換。若操作人員選取流量方式，此時(shí)蒸汽流量調(diào)節(jié)器則會(huì)保持在AUTO的模式下，操作人員即可根據(jù)需要確定相應(yīng)的設(shè)定值，通過這種方式對焚燒爐的投料量進(jìn)行合理的確定。

在實(shí)際操作過程中，通常需要將蒸發(fā)量的波動(dòng)控制在35-48t/h范圍內(nèi)，同時(shí)結(jié)合實(shí)際需要，進(jìn)行蒸發(fā)量的設(shè)定，使其在燃燒過程中，能夠達(dá)到有效調(diào)節(jié)負(fù)荷波動(dòng)量的效果。在對焚燒爐啟動(dòng)或者停止過程中，通常采用爐膛溫度控制模式，此時(shí)濾波運(yùn)算以及二選器的爐膛溫度信號(hào)和操作人員設(shè)定值之間的偏差在經(jīng)過PID的運(yùn)算處理之后，其會(huì)對焚燒爐的投料量進(jìn)行合理控制[1]。在垃圾焚燒的整個(gè)過程中，溫度是相對比較穩(wěn)定的指標(biāo)，在停止以及啟動(dòng)的過程中，其工況會(huì)發(fā)生比較劇烈的變化。

首先，通過精確控制爐內(nèi)溫度能夠更好的促使垃圾的干燥、充分完全燃燒等，從而實(shí)現(xiàn)對垃圾燃盡程度的有效提升；其次，通過將爐溫控制在合適的范圍內(nèi)，還可避免大量有毒有害物質(zhì)的產(chǎn)生，減少二次污染。

圖1是某焚燒爐持續(xù)運(yùn)行4h，煙氣溫度、主蒸汽溫度、煙氣流量以及主蒸汽流量變化見圖1，曲線1、2、3、4。根據(jù)該結(jié)果可發(fā)現(xiàn)通過這種方式的控制，可促使垃圾燃燒、轉(zhuǎn)移以及相適應(yīng)的配風(fēng)均能夠保證蒸汽負(fù)荷控制在設(shè)定范圍內(nèi)。

2.2.3 風(fēng)室擋板和氧量控制

垃圾燃燒完全程度和釋放的熱量主要受燃燒空氣量的直接影響，而燃燒空氣量的多少則通常經(jīng)由目標(biāo)蒸汽設(shè)定量、爐膛壓力、爐膛溫度、爐排料層厚度等因素決定，通過綜合考慮相關(guān)因素，分配進(jìn)入各個(gè)風(fēng)室的風(fēng)量。煙氣含氧量以及垃圾熱值的高低對二次風(fēng)量的供應(yīng)及二次風(fēng)門檔板的開啟起著決定作用。

操作人員還可根據(jù)實(shí)際情況通過手動(dòng)操作的方式對二次風(fēng)門擋板進(jìn)行偏置設(shè)定。在對氧量進(jìn)行修正處理后，可通過煙氣含氧量設(shè)定值范圍以及間隔控制，使其能夠保持在8%-13%范圍內(nèi)，而當(dāng)二次風(fēng)箱擋板的開度達(dá)到30%-70%時(shí)，氧量值每間隔30min即可進(jìn)行1次采樣，運(yùn)行人員所給定的實(shí)際煙氣含氧量、氧量設(shè)定值在進(jìn)行對比之后，其差值在經(jīng)過氧量的修正回路的運(yùn)行處理之后，若氧量修正回路的輸出值未達(dá)到-2%時(shí)，那么主回路控制器給定值則應(yīng)當(dāng)相應(yīng)的減少3%；若輸出的值能夠超過2%，那么主回路控制器給定值則會(huì)增加到3%[2]。

3 性能測試

某垃圾焚燒發(fā)電廠一期工程設(shè)置了450t/d垃圾焚燒爐2臺(tái)，同時(shí)配置了21MW汽輪發(fā)電機(jī)組1臺(tái)，47.46t/h余熱鍋爐2臺(tái)。在該發(fā)電廠投入運(yùn)行之后，地方研究所對機(jī)組性能進(jìn)行了測試，測試結(jié)果見表1，發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)測試結(jié)果除爐膛溫度相對較低之外，均超標(biāo)或者達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

伴隨著不可再生能源的不斷減少，能源價(jià)格的持續(xù)增長，以及在國家將節(jié)能減排作為基本國策的大環(huán)境下，加大節(jié)能減排力度，推動(dòng)垃圾焚燒技術(shù)的成熟成為了近年來發(fā)展的重點(diǎn)，為此，積極改進(jìn)垃圾燃燒控制策略，推動(dòng)垃圾焚燒發(fā)電廠幫助其擴(kuò)大市場非常關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡興武.垃圾焚燒發(fā)電廠燃燒智能控制系統(tǒng)的研究[D].華北電力大學(xué)（北京），2011.

[2]滕剛，司朝陽.垃圾焚燒發(fā)電廠自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)分析[J].黑龍江科技信息，2015（18）：68-69.