垃圾焚燒發(fā)電廠自動燃燒控制方案應用研究

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,垃圾焚燒發(fā)電處理技術比較復雜,成本比較昂貴。所以,無論是垃圾焚燒技術的應用現(xiàn)狀還是發(fā)展源流,都是日本、歐美等發(fā)達國家最具有代表性。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,提出了垃圾焚燒過程中爐排控制以及對燃燒風量控制的具體方案,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

垃圾焚燒過程控制系統(tǒng)由自動控制算法實現(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、燃燒風量自動控制等的及時性和可靠性。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。能實現(xiàn)手動、自動、自動燃燒控制模式自由轉換。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)定的進行,并實現(xiàn)每天的焚燒目標。

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行周期實現(xiàn)。所謂周期即給料器及爐排完成一次動作循環(huán)的時間。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,當選擇現(xiàn)場操作時只能通過現(xiàn)場的爐排控制柜對爐排進行操作。

2.2 主控操作的模式

當選擇主控操作時又提供了三種操作模式,分別為：手動模式：可對各段爐排進行前進和后退的人工操作。自動模式：各段爐排可根據(jù)運行人員預設的爐排運轉周期自動動作。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果判斷,經(jīng)綜合運算給出各段爐排的動作周期,各段爐排根據(jù)演算給定周期進行動作。自動操作和ACC模式操作相互切換時,動作周期是類似于無擾切換的。當從自動模式切換到ACC模式時,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的運算結果逐步調(diào)整動作周期;當從ACC模式切換到自動模式下時,切換前的周期將作為自動模式的預設周期,切換后爐排按此周期繼續(xù)動作。

2.3 垃圾焚燒量計算、偏差演算及控制

2.3.1 焚燒量計算

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)進行數(shù)據(jù)采樣并保存,在規(guī)定的時間內(nèi)對所保存的數(shù)據(jù)進行一次分析,計算出單位時間內(nèi)垃圾的焚燒量。同時依據(jù)這些數(shù)據(jù)還可計算出所焚燒垃圾的體積,因此可計算出垃圾的密度。以上計算在每次垃圾投料時進行一次。

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前的焚燒量跟焚燒目標之間的偏差,其判斷結果將指導爐排進行速度調(diào)節(jié)以保證實現(xiàn)每日的焚燒量目標。焚燒量與目標焚燒量的偏差高于垃圾焚燒量的允許偏差(正偏差)時,當前焚燒量過多;焚燒量與目標焚燒量的偏差低于垃圾焚燒量的允許偏差(負偏差)時,當前焚燒量過少;焚燒量與目標焚燒量的偏差介于垃圾焚燒量的允許偏差之內(nèi)(正負偏差之間)時,當前焚燒量適當。

2.3.3 焚燒控制

為了實現(xiàn)每天的焚燒目標,根據(jù)當前的焚燒量以及垃圾熱值和垃圾層厚的偏差進行綜合判斷,通過調(diào)節(jié)垃圾給料器、干燥段、燃燒段、燃盡段的周期時間來進行控制。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。最終達到比垃圾焚燒量目標值小的時候周期減少,比目標值大的時候周期增加的效果。

2.4 垃圾發(fā)熱量計算和偏差演算

2.4.1 發(fā)熱量計算

垃圾發(fā)熱量的演算是根據(jù)過程工藝參數(shù)分別計算出入熱和出熱值得出的,也就是通常所說的反平衡計算法。包括垃圾入熱量計算、垃圾出熱量計算、垃圾發(fā)熱量計算三個步驟。垃圾入熱量包括一次風熱量和燃燒器熱量。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算出臨時值,經(jīng)過適當?shù)男拚笞罱K取其平均值作為計算用的垃圾發(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前的垃圾發(fā)熱量跟設定值之間的偏差,其判斷結果將指導爐排進行速度調(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)熱量的設定值時,當前垃圾發(fā)熱量過高;垃圾發(fā)熱量低于低質(zhì)垃圾發(fā)熱量的設定值時,當前垃圾發(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)熱量的設定值之間時,當前垃圾發(fā)熱量適當。

2.5 垃圾層厚演算及控制

2.5.1 垃圾層厚演算

垃圾層厚的計算較為特殊,需在指定條件下測試干燥段風壓值,在焚燒爐運行時根據(jù)實際的干燥段風壓和風溫,計算出的層厚結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)爐底風壓、一次風流量、爐內(nèi)壓力等計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)當前的垃圾層厚以及垃圾熱值和焚燒量的偏差進行綜合判斷,通過調(diào)節(jié)爐排干燥段和燃燒段的周期時間來進行控制。控制對象包括干燥段、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。最終達到比垃圾層厚設定值厚的時候周期減少,比設定值薄的時候周期增加的效果。由于垃圾質(zhì)量的變動,爐內(nèi)垃圾量發(fā)生劇烈變化的時候請通過手動控制進行干預。

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,當系統(tǒng)正在運行而料位在設定的時間內(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臺一次風機,采用變頻調(diào)節(jié)。二次燃燒空氣經(jīng)二次風機抽吸,送至二次燃燒室。每臺爐配1臺二次風機,采用變頻調(diào)節(jié)。一次燃燒空氣控制包括一次風機控制和每個爐排風門的控制。二次燃燒空氣控制僅是二次風機控制。其中一次風機和二次風機采用變頻控制 ,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濃度低時稍微增加空氣量。相反,爐膛溫度低,O2濃度較高時則減少空氣量。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,需保持爐膛溫度達到850℃以上。如果爐膛溫度達到1000℃以上并持續(xù)燃燒,爐壁會附著形成燒結塊,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置氧量計,只能在省煤器出口設置,因此這里所說的焚燒爐膛煙氣含氧量是根據(jù)省煤器出口氧量計的值推算出來的計算值。

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)視畫面和運轉設定畫面。通過這些畫面,可以實時監(jiān)視爐排的運轉狀況并可以對其進行相應的遠程操作。對于運行過程中需要根據(jù)工況進行設置的一些參數(shù)也可以通過設定畫面來進行修改。在運轉設定畫面上,操作員可以根據(jù)每日焚燒量情況以及垃圾質(zhì)量的當前狀況對垃圾演算過程中的一些參數(shù)進行設置。進行手動操作的時候,先確定要操作的爐排段,然后將其“手動”按鈕按下,這時“手動”按鈕將會點亮提示可以進行手動操作了。接下來便可以通過各自的“前進” “后退”按鈕進行相應的手動操作了,操作的同時需要觀察相應的位置指示燈以了解爐排的運行情況。進行自動操作的時候,首先將所有的爐排段都打到“自動”的位置,當所有的“自動”按鈕點亮時,便可以進行自動操作了。這時,只需要按下畫面上的“自動啟動”按鈕,爐排各段將按照設定的周期自動運轉。同時,監(jiān)視畫面上的“自動運轉中”指示燈被點亮,提示當前的運行狀態(tài)。如果想要將自動運轉中的爐排全部停止,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)。控制功能的算法實現(xiàn)可根據(jù)現(xiàn)場已具備的條件做適當?shù)恼{(diào)整。ACC調(diào)試階段,需保證生產(chǎn)的正常運行,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→一次風流量ACC控制→二次風流量ACC控制→一次風溫度ACC控制

[1]李為民.城市生活垃圾分類評價、收費標準與衛(wèi)生處理技術規(guī)范實用手冊[M]北京：北京電子出版種,2005．

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