垃圾焚燒發(fā)電廠自動燃燒控制系統(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）

垃圾焚燒發(fā)電廠自動燃燒控制系統(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）

城市化進程的加快，致使城市固體廢棄物的產生也日益增長。因此，對固體廢棄物的處理成了城市工作中的一大難題。對于垃圾的處理傳統(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。面對這種情況，應該采用先進的垃圾焚燒發(fā)電技術，對垃圾進行無害處理以及實現(xiàn)資源的再次利用。本文介紹了垃圾焚燒爐的焚燒過程，并說明了自動燃燒控制系統(tǒng)進行分析。

垃圾焚燒發(fā)電廠；燃燒控制；控制策略；循環(huán)

1 引言

我國長期以來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，但是處理不當就會產生有害氣體，危害人們的身體健康。科技的進步使得對垃圾進行無害處理成為人們最為關注的焦點問題，利用自動燃燒控制系統(tǒng)有利于實現(xiàn)垃圾的資源化、減量化和無害化處理。

2 垃圾電廠的自動焚燒控制的重要性

垃圾電廠的自動焚燒控制，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，排放的煙氣和爐渣中含有有毒物質，嚴重污染環(huán)境，另外，爐渣中含有未燃燼物，堵塞出渣設備；爐膛煙氣溫度過高，會影響焚燒爐的鋼結構安全，同時由于鍋爐的熱能轉化能力有限，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，造成煙氣處理設備損壞和石灰漿等耗材的浪費。因此，保證垃圾無害化處理充分，確保設備和人員安全，是研究焚燒控制系統(tǒng)的首要任務。②減少人工干預，提高自動化水平所有自動控制系統(tǒng)，其最終目的都是代替人工操作，解放勞動力。然而在焚燒處理工藝相對成熟的今天，垃圾焚燒的自動控制仍然無法實現(xiàn)全自動，無法完全替代操作人員的經驗。研究對焚燒控制系統(tǒng)進行優(yōu)化，如何在保證焚燒安全進行的前提下，減少操作人員的調整操作強度和頻率，縮小由于各個操作人員水平差距或操作習慣不同而引起垃圾焚燒效果的差異，具有迫切的現(xiàn)實意義。③優(yōu)化焚燒控制，改進焚燒工藝國內使用的大多數自動焚燒控制系統(tǒng)采用引進自發(fā)達國家的焚燒控制技術，而國內的實際情況與發(fā)達國家存在較大的的差異，如垃圾成分、操作人員的操作習慣都有所不同，因此必須研究焚燒控制系統(tǒng)的應用情況，針對國內的實際情況進行優(yōu)化，改進控制策略和焚燒工藝，有利于提高生產效率，減低垃圾無害化處理的成本，對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意義。

3 自動焚燒控制系統(tǒng)概述

簡單來說，生活垃圾焚燒處理的基本流程如下：垃圾進入焚燒爐，在爐體的高溫熱輻射和加溫后的助燃風作用下，經過干燥、燃燒、燃燼三大過程，使垃圾中含有的有機物在高溫作用下轉化成為氣體無機物并釋放熱量，同時在高溫焚燒處理下殺滅病毒、細菌等病原性生物，如圖1所示。垃圾由專用壓縮收集車運輸到垃圾焚燒廠，經過地磅稱重后，從垃圾協(xié)門傾倒至垃圾貯坑。利用吊車抓斗對于貯坑內的垃圾進行充分混合、堆放，垃圾中含有的微生物會自行發(fā)酵、脫水，其固體部分的熱值將提高約30%，此過程通常歷時7d。垃圾吊將完成發(fā)酵的垃圾吊起，送入進料斗，滑落至進料槽，進入焚燒爐內，受到爐拱的熱輻射以及預熱后一次風的吹烘，被干燥、焚燒處理。另一方面，在焚燒過程中需要加入燃燒風提供焚燒所需的氧氣。有些焚燒方式還需要介質幫助燃燒。經過數小時的高溫焚燒，垃圾中的可燃成分完全燃燒，產生熱量，不可燃的固體灰渣通過出渣機的推動作用推出爐膛。垃圾發(fā)電廠對環(huán)境指標也有著非常嚴格的要求，垃圾燃燒轉化為高溫煙氣，依次通過鍋爐各受熱面，被鍋爐吸熱降溫后，原本含有有毒物質和重金屬的煙氣經過脫硝、脫硫、除塵、灰渣收集等處理系統(tǒng)，成為合乎標準的無害氣體，由引風機抽取，經煙囪排入大氣。同時，余熱鍋爐中的去離子水吸收焚燒時產生的熱量，轉化為高溫蒸汽，氣體膨脹產生動力驅動汽輪機運行，帶動發(fā)電機組產生電力。垃圾焚燒發(fā)電廠的自動焚燒控制系統(tǒng)簡稱ACC系統(tǒng)，控制過程主要指垃圾從進入焚燒爐進料斗，在爐膛內進行燃燒，到燃燼成為爐渣的過程。控制對象為垃圾進料擋板、推料器、爐排或流化床、一次風機及風門擋板、二次風機及風門擋板、出渣機等等設備及其液壓動力裝置。與傳統(tǒng)燃煤電廠相比，垃圾焚燒處理以對垃圾進行焚燒無害化處理為主，發(fā)電或產熱為輔。通常情況下，垃圾電廠的汽輪-發(fā)電機的發(fā)電量跟隨焚燒爐的狀態(tài)，外網的電網調度不限制垃圾焚燒電廠的發(fā)電機功率。

圖1 焚燒工藝流程簡圖

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

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

垃圾焚燒廠的主要任務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并盡可能地提高發(fā)電功率。垃圾進爐后的穩(wěn)定燃燒還與各風室風量、料層厚度、給料速度、給料形成、爐排速度等諸多因素有關。自動燃燒控制ACC包括下列七個主要控制：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）、焚燒爐內溫度控制、焚燒爐內溫度控制（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，能夠定量的供應垃圾至燃燒爐排上，是通過主蒸汽流量控制達到最佳狀態(tài)。對燃燒爐排的一次風風量進行調整，而使主蒸汽流量穩(wěn)定化。鍋爐主蒸汽的流量設定值是用于計算垃圾焚燒量、標準空氣量等的主要數據。ACC計算根據鍋爐主蒸汽控制的PV設定燃燒爐排的基本空氣流量，此回路通過調節(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準空氣流量信號中。為避免鍋爐主蒸汽流量控制導致燃燒空氣供應過量或不足，提供最大值限制和最小值限制。

4.1 垃圾層厚的控制

對垃圾層厚度的計算主要是通過燃燒爐排上的垃圾和燃燒爐排下方的空氣壓力差異實現(xiàn)的。為了實現(xiàn)燃燒爐排上垃圾層厚的穩(wěn)定化，需要對推料器、干燥爐排和燃燒爐排的速度進行調整。垃圾穩(wěn)定地供應，為防止因垃圾供應不足或過剩而引起的爐內溫度降低。料層厚度直接來控制推料器的速度，在邏輯中克服了風量大小對壓差的影響，從而使百分比能真實的反映垃圾的透風性。

4.2 垃圾燃燒位置的控制

依據垃圾質量的變化，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，垃圾的燃燒位置就可以向后側移動。垃圾燃燒位置的控制對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

對燃燒爐排速度的調整可以將燃燒和燃燼位置控制在允許范圍內。燃燼爐排上部的溫度是一個關鍵的參考標準，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有溫度的測試點，可以通過測得的數據判斷燃燒爐內的燃燒情況。該回路也可以通過監(jiān)測燃燼爐排和燃燼爐排上部位置的溫度，調節(jié)燃燒路牌的速度，調控垃圾燃燒的位置，調節(jié)燃燼爐排的空氣流量，有效控制熱酌減。

4.4 焚燒爐內溫度的控制

爐內溫度控制的實現(xiàn)可以保證二次風風量溫度的穩(wěn)定。如果爐內溫度比較高，其原因為垃圾量過多。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。這種調整方式的實施不會對負荷造成較大影響，在經過調整之后，需要持續(xù)觀察，尤其是爐溫和負荷變化情況。

4.5 焚燒爐內溫度控制

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

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聯(lián)。當空氣含量不足時，一氧化碳的濃度就會不斷上升，而氧氣濃度就會下降。這時可以通過對爐子的二次風流速以及燃燼爐空氣的排除速度的控制實現(xiàn)對省煤器出口的氧氣的濃度。焚燒爐上需要安裝兩臺氧氣分析儀，一個安裝在省煤器的出口，另外一臺安裝在煙囪上。二次風的溫度控制在22020℃左右，煙氣含氧量控制在6～8%范圍內。

5 結束語

城市化進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。國家大力倡導節(jié)能減排，城市在處理垃圾的過程中，要采用先進的垃圾處理技術，而自動燃燒控制系統(tǒng)有利于提高垃圾的燃燒程度，使其完全燃燒，達到國家相關排放標準，并且改善了燃燒控制工藝，增加燃燒控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)垃圾焚燒發(fā)電良好的環(huán)保效益、社會效益和經濟效益。

[1]姚志強.城市生活垃圾焚燒發(fā)電廠自動控制系統(tǒng)概述[J].華東科技：學術版，2014（7）：422.

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[3]毛龍祥.分散控制系統(tǒng)在垃圾焚燒發(fā)電廠的應用[J].科技風，2012（10）：95.

X705

A

1004-7344（2016）10-0333-02

2016-3-18

李俊（1981-），男，助理工程師，本科，主要從事垃圾焚燒發(fā)電，儀表及自動化控制方面的工作。