多目標(biāo)量智能垃圾焚燒控制方法研究

趙正萍

【摘 要】目前城市生活垃圾焚燒發(fā)電是實現(xiàn)了垃圾減量化、無害化和資源化利用最有效的處理手段，已取得很高的社會價值與經(jīng)濟(jì)價值。而焚燒發(fā)電廠運(yùn)行水平、控制技術(shù)又是整個電廠工藝環(huán)節(jié)中最為重要的一環(huán)，事關(guān)整個電廠工藝設(shè)備連續(xù)、安全穩(wěn)定、高效運(yùn)營。

由于垃圾焚燒發(fā)電廠的環(huán)境條件較差，盡量采用質(zhì)量好可靠性高的設(shè)備，并適宜地采用智能控制，減少不必要的人工投入。

隨著垃圾焚燒發(fā)電工藝技術(shù)進(jìn)步和土地資源越來越珍貴，機(jī)械爐排式垃圾焚燒爐將朝著大型化、智能化和高效化的方向發(fā)展。同時，智能垃圾焚燒控制技術(shù)是“十二五”科技支撐計劃課題《大型（700t/d）垃圾智能化焚燒成套裝備研發(fā)與示范》項目的重要組成部分。

多目標(biāo)量智能垃圾焚燒控制方法包括熱工檢測、報警、保護(hù)、控制系統(tǒng)等，多采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計、典型設(shè)計和通用設(shè)計，目的就是智能化控制垃圾的燃燒過程，可根據(jù)不同工況，實時自動調(diào)節(jié)和遠(yuǎn)程控制多個變量，使垃圾能夠充分燃燒、鍋爐蒸發(fā)量達(dá)設(shè)計值、爐渣熱灼減率達(dá)標(biāo)、保證第一煙道煙氣在溫度大于850℃時停留時間大于2s、煙氣中酸性氣體、二噁英、顆粒物等有害氣體滿足國家要求。

1 研究對象及方法介紹

垃圾焚燒爐智能化燃燒控制對象主要有垃圾熱值、鍋爐出口煙氣含氧量、鍋爐蒸發(fā)量、垃圾層厚（推料器運(yùn)動速度、爐排運(yùn)動速度）、第一煙道煙氣溫度等。研究方法調(diào)節(jié)控制參數(shù)為垃圾進(jìn)料量、一次風(fēng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、二次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、推料器和爐排的運(yùn)行停頓時間、輔助燃燒器啟停等。

多目標(biāo)量智能垃圾焚燒控制方法可以根據(jù)不同工況針對不同熱值、不同組分的垃圾，采用不同燃燒控制策略同時控制推料器和爐排的運(yùn)行及停頓時間、一次風(fēng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、二次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，由此實現(xiàn)熱負(fù)荷垃圾層厚度、鍋爐蒸發(fā)量、爐膛溫度和負(fù)壓、保證第一煙道煙氣溫度在850℃以上、停留時間不少于2s、熱灼減率、煙氣中氧含量的穩(wěn)定，確保垃圾焚燒發(fā)電廠高效運(yùn)行、污染物焚燒徹底、煙氣指標(biāo)達(dá)標(biāo)排放。控制方法示意圖如下：

控制方法包括以下步驟：

1）垃圾焚燒爐進(jìn)爐垃圾熱值判斷根據(jù)一段時間內(nèi)鍋爐產(chǎn)生的蒸汽質(zhì)量與鍋爐垃圾焚燒量比值和建立模糊控制模型來實時判斷垃圾熱值類型；

2）建立不同垃圾熱值類型的一次風(fēng)溫度、分配比例、額定蒸汽流量、二次風(fēng)量、額定垃圾量、爐排各區(qū)運(yùn)動周期的控制器并根據(jù)第一步判斷出的垃圾熱值類型實時選擇對應(yīng)的控制策略；

3）根據(jù)鍋爐蒸發(fā)量設(shè)定值和實際值計算出一次風(fēng)量和垃圾給料量；

4）根據(jù)控制器建立的策略，通過PID算法對一次風(fēng)機(jī)風(fēng)量、爐排運(yùn)動速度相關(guān)因素進(jìn)行控制，使其達(dá)到控制器要求的目標(biāo)值；

5）在整個運(yùn)行周期，通過輔助燃燒器確保第一煙道煙氣溫度在850℃以上、煙氣停留時間不少于2s，保證二噁英完全分解，減少污染的產(chǎn)生。

2 具體研究內(nèi)容

2.1垃圾熱值

生活垃圾熱值受垃圾的物理與化學(xué)成分的影響，當(dāng)進(jìn)料量一定而垃圾熱值發(fā)生變化時，也會引起焚燒過程偏離正常操作工況。

因此，首先我們要判斷垃圾熱值的類型，對不同熱值、組分的垃圾采用不同的燃燒控制策略。

垃圾熱值類型實時判斷采用一段時間內(nèi)的蒸汽質(zhì)量與鍋爐垃圾焚燒量兩個參數(shù)，并計算其比值，根據(jù)模塊化比值來制定垃圾熱值對照表，通過對照表來確定垃圾熱值類型：Pw=Ptf.m/Wpf.m

建立不同垃圾熱值類型的控制器包括根據(jù)垃圾熱值類型分別制定一次風(fēng)溫度、分配比例、煙道溫度、各段燃燒爐排垃圾停留時間的工況參數(shù)，并建立查詢表，在實時控制過程中根據(jù)實時判斷的垃圾熱值類型查詢表中相應(yīng)參數(shù)輸出PID控制，下表為查詢表：

2.2鍋爐出口煙氣含氧量控制

合理的控制鍋爐出口煙氣中的氧濃度，不僅能使燃燒處于良好的工況，降低CO的含量，而且合適的過量空氣系數(shù)，也有利于燃燒過程中二惡英的控制。煙氣中氧含量，主要關(guān)聯(lián)一次風(fēng)量C2和給料爐排前進(jìn)速度C1因子，通過調(diào)整燃燒爐排的一次風(fēng)量、給料爐排前進(jìn)速度，來使得煙氣氧濃度處于設(shè)計值（6%～8%）。確保煙氣氧濃度處于設(shè)計值（5.5%～8.5%），計算方法如下：

5.5%≤M≤8.5% C1=C2=0

M<5.5% C1=A×（MV-5.5%） C2=C×（MV-5.5%）

MV>8.5% C1=B×（8.5%-MV） C2=D×（8.5%-MV）

MV——鍋爐出口氧含量

A、B——給料爐排前進(jìn)速度系數(shù)，單位mm/s

C、D——一次風(fēng)風(fēng)量，單位Nm3/h

C1——給料爐排前進(jìn)速度影響因子

C2 ——一次風(fēng)風(fēng)量影響因子。

3 研究結(jié)果：

多目標(biāo)量的智能垃圾焚燒控制方法的研究目標(biāo)就是在不改變或少量變動爐膛及設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)情況下，通過調(diào)整鍋爐運(yùn)行中部分可控參數(shù)，如垃圾進(jìn)料量、焚燒爐一次風(fēng)量、二次風(fēng)量、推料器和爐排的停頓時間等方面，研究這些可控參數(shù)在一定波動范圍內(nèi)對垃圾焚燒爐燃燒工況的影響程度，從而對焚燒工況進(jìn)行智能聯(lián)鎖控制，提升了燃燒控制水平。

智能垃圾焚燒控制方法可根據(jù)一段時間內(nèi)的蒸汽質(zhì)量與鍋爐垃圾焚燒量自動進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，判斷熱值情況，選擇相應(yīng)的控制策略。

系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)定和實測蒸汽流量來計算出一次風(fēng)量，使鍋爐主蒸汽流量穩(wěn)定在設(shè)定值，保證發(fā)電量，提高電廠年產(chǎn)值。

系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)定蒸汽量計算出給料爐排運(yùn)動速度，使鍋爐出口煙氣中氧濃度控制在5.5%～8.5%之間，保證垃圾完全燃燒。避免了含氧量過低，引起的不完全燃燒；氧濃度過高，產(chǎn)生大量的氮氧化物，同時煙氣會帶走大量熱量，造成不必要的浪費(fèi)；最終保證煙氣達(dá)標(biāo)排放。

通過智能垃圾焚燒控制方法，自動控制調(diào)節(jié)推料爐排、干燥爐排和燃燒爐排運(yùn)動速度，使垃圾料層控制在0.6m-1m之間，實現(xiàn)在生活垃圾熱值偏低，熱值變化時焚燒爐能夠自動調(diào)節(jié)并穩(wěn)定運(yùn)行。

總之，垃圾電廠垃圾進(jìn)料量、一次風(fēng)量、二次風(fēng)量、推料器和爐排的停頓時間等變量參數(shù)的調(diào)節(jié)控制是相互影響的，各被控制對象之間構(gòu)成繁冗復(fù)雜的多回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，需要在多次調(diào)試運(yùn)行過程中進(jìn)行反復(fù)取值調(diào)試，才能使得智能控制系統(tǒng)連續(xù)、穩(wěn)定、達(dá)標(biāo)運(yùn)行。

智能控制方法在電廠熱工自動化中的應(yīng)用是電廠的必然發(fā)展趨勢，該方法的應(yīng)用可以有效解決傳統(tǒng)電廠熱工控制的問題， 全面提升垃圾電廠自動燃燒控制水平，避免運(yùn)行操作中人為因素引起的不穩(wěn)定性，使得多變量下焚燒爐持續(xù)穩(wěn)定、高效運(yùn)行，煙氣各項指標(biāo)排放。

（作者單位：江蘇天楹環(huán)保能源成套設(shè)備有限公司）