采用人工控制與自動穩定控制的垃圾焚燒爐燃燒過程對比分析研究

摘 要:分析人工控制與自動穩定控制的垃圾焚燒爐燃燒過程的特點，以深圳市市政環衛綜合處理廠為實例來對后者優點進行重點分析。總結自動穩定控制系統的特點，展望其發展趨勢。

關鍵詞:燃燒控制模糊控制策略燃燒穩定性

中圖分類號:X701.2文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(c)-0006-01

1 研究背景

隨著我國城市化進程的加快，人們生活水平不斷提高，每天源源不斷大量產生的城市生活垃圾，已成為一個污染環境、影響生活的社會問題。為了貫徹可持續發展戰略，必須對城市生活垃圾進行資源化、減量化、無害化處理。

我國垃圾焚燒技術經歷了從無到有，從有到現今日益壯大的過程，由此可見人們對環保要求也越來越高。為更好地符合環保部門提出對垃圾焚燒溫度、煙氣排放污染物含量及灰渣熱灼減率等一系列新標準，在運行上要求我們有著更科學更準確的判斷與操作。但事實上，由于操作人員的工作量較大，過多人為操作，可能帶來的操作失誤也較多，一般垃圾焚燒廠的垃圾焚燒鍋爐爐膛溫度一般只能控制在800℃±150℃范圍內，而燃燒過程的不穩定容易造成二次污染物的產生及鍋爐受熱面的腐蝕問題。

與人工控制系統相比較，自動化系統對于控制燃燒穩定性，減輕工人勞動強度以及進一步降低二次污染和減弱高溫腐蝕是否有著優勢？

針對上述問題，本文以深圳市市政環衛綜合處理廠為實例，對采用人工控制與自動穩定控制的垃圾焚燒爐燃燒過程進行對比分析研究。

2 原有燃燒控制系統狀況及自動穩定系統改造設想

目前，燃燒控制主要由人工進行，根據人工控制過程來看，在有經驗的鍋爐操作工運行下，采用間斷給料的方法，垃圾焚燒爐的運行效果較好，爐溫控制對垃圾熱值變化的適應性也較傳統的PID控制好，在一段時間內垃圾熱值比較穩定的情況下，爐溫波動范圍可以大大減小。但仍存在著燃燒不穩定等情況。

由于垃圾焚燒爐的燃燒過程是強耦合的多輸入多輸出非線性系統，其動態特性隨著運行工況的變化而大幅度變化，且各環節的動態特性差異很大，存在慣性、滯后、非線性、時變、工作環境和干擾的不確定性，很難獲得精確的數學模型，即使獲得精確的數學模型，必須提出并遵循一些比較苛刻的假設，而在應用中這些假設往往與實際不符，故使得傳統的控制理論在焚燒爐的燃燒過程中無法收到良好的控制效果。但是熟練的操作工人往往可以對焚燒爐燃燒過程進行有效的控制。操作者對被控對象進行控制時主要是通過不斷學習，積累操作經驗。這些經驗包括他對被控對象特性的了解及在各種情況下的控制策略、性能指標判據。然后根據這些經驗建立起一組用自然語言形式表達的具有模糊性的行之有效的控制規則，來對被控對象進行控制，這就是所謂的模糊控制策略。它不要求已知受控對象的數學模型，卻能很好地解決了大量常規控制難以解決的控制難題，這已在不同領域的自動控制系統中得以成功應用。

綜上，基于操作人員經驗進行控制其效果要遠遠好于按照經典控制理論的自動控制系統，因此作為此次燃燒穩定性控制研究也拋棄了傳統的PID控制策略，改用基于人類經驗的智能控制方式——模糊控制。通過軟件的方式生成模糊控制器作為爐溫模糊控制系統的核心。模糊控制器的控制規律由計算機的程序實現。通過改進焚燒控制方式，實現較為穩定的垃圾燃燒過程、縮小溫度波動范圍、減輕工人勞動強度以及為進一步降低二次污染和減弱高溫腐蝕奠定基礎。

3 運行結果與分析

進行垃圾焚燒爐燃燒穩定性自動控制72小時試運行。從溫度波動范圍、系統運行的穩定性、灰渣熱灼減率等幾個方面對系統進行測試。

由運行中得到的數據進行統計，可以明顯看出鍋爐72小時試運行中超過70%的時間運行于850～950℃的溫度范圍內，800℃以上的運行時間超過了85%。同時由的灰渣熱灼減率可以看出基本滿足了控制指標。經過統計計算，72小時試運行期間自動控制系統的投運率達到了95.7%，符合自動控制系統的驗收標準。

為更有效的說明經過自動控制系統改造后燃燒工況的改善情況，我們截取靠近試運行中的三天的人工控制的數據進行比較說明，由于截取的是臨近數日的數據，因此可以認為燃料的情況比較接近，具有較高的可比性。

從手工控制和自動控制的對比中可以看出，經過自動控制改造后，垃圾焚燒爐的燃燒工況從燃燒溫度水平、燃燒的平穩以及相應的灰渣熱灼減率達標等方面取得了不同程度的改善和提高。

4 總結和展望

(1)在原有計算機監控系統的基礎上，改變了原有燃燒自動控制系統的傳統PID調節算法，采用模糊控制策略，使燃燒自動控制系統投入運行，并使自動控制的效果相對于原有的PID調節得到了較大改善，使燃燒自動控制系統由人工經驗給料方式轉變為根據燃燒狀態和變化趨勢進行給料，從而使焚燒爐爐膛溫度穩定性得到提高。通過現場驗證，改進后爐溫波動明顯減少，波動在850℃到950℃范圍內的占70%，平均溫度提高到875℃。

(2)經過燃燒自動控制改造后，由于系統中增加了風壓參數，在一定的配風條件下可以較好地反映料層的厚度，因此能在一定程度上解決燃燼狀況無法及時判斷的問題。

(30加入溫度變化率控制參數，由它和風壓參數一起對垃圾熱值情況進行綜合判斷，可以減少一般情況下的垃圾熱值變化對爐溫穩定的不良影響，經過運行試驗，在垃圾成分處于系統的變化范圍時，爐溫模糊控制系統可將爐溫基本穩定。

(4)在保證爐溫穩定的前提下，使熱灼減率達到國家環保總局頒布的《生活垃圾焚燒污染控制標準》的標準。

(5)通過現場試驗，燃燒自動控制系統運行穩定，一直保持有95%以上的投運率，從而很好地降低了工人的勞動強度。

在將來，我們將就下列問題對本項目進行進一步的深化研究:

(1)增加能夠更加準確的表征燃料燃燼率和入爐垃圾熱值情況的參數，該參數的獲得可考慮從兩個方面獲得，一是增加可以檢測以上參數的儀表設備，二是從現有參數中通過神經網絡和回歸算法等數學方法提煉出所需的參數。其中的關鍵問題是保證參數的準確性。

(2)在運行過程中會出現架空導致無法下料等意外情況，因此還可以考慮增加與加料系統聯鎖的機械振打裝置減少架空等出現的幾率。同時改善垃圾池排水系也可客觀上起到穩定燃燒的作用。

(3)設計一種改進了的模糊控制器。這種模糊控制器是基于仿人工智能控制的思想，分析和識別系統的輸出狀態，動態地獨立地對量化因子和比例因子進行在線修正，以調整整個控制過程中不同階段上的控制特性。

總而言之，隨著我國城市生活垃圾焚燒處理產業的進一步發展，垃圾焚燒爐自動穩定控制系統將有著更廣泛的應用。

參考文獻

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