生活垃圾焚燒發電機組燃燒器控制方式的改進

羅棟

（上海電力建設啟動調整試驗所有限公司，上海200031）

1 引言

洛陽市生活垃圾處置園區生活垃圾焚燒發電工程（3×500 t/d 焚燒爐+2×15 MW）和上海天馬再生能源工程（4×500 t/d 焚燒爐+2×20 MW），采用相似的鍋爐設計。兩個項目都是單鍋筒中壓自然循環水管鍋爐，下部是垃圾爐排和絕熱爐膛，絕熱爐膛上方為余熱鍋爐[1]。垃圾焚燒爐都采用日本荏原往復式機械爐排爐，單臺焚燒爐處理量為500 t/d[2]。

爐膛溫度與給料量、一次風率和一次風溫有關[3]。燃燒器主要用途在于鍋爐啟動升溫階段，尤其是調試階段的烘煮爐期間以及商業運營階段的鍋爐啟動階段。主要目的是在鍋爐升溫同時，使焚燒爐爐內耐火澆注料中的水分緩慢蒸發、逸出，防止溫度驟升驟降導致澆注料甚至爐墻裂縫、凸起、錯位、脫落等異常狀況，從而保持爐墻的嚴密性。

根據上海天馬項目的實際調試情況和建議，洛陽項目對燃燒器分別做了兩方面的改進：邏輯保護控制更加嚴密、自動控制要求更高。

2 洛陽項目燃燒器控制的改進

洛陽項目的點火系統如圖1 所示。

圖1 洛陽項目的點火系統示意圖

上海天馬項目的4個燃燒器共用1個燃燒器風機，該燃燒器風機為工頻工作模式，風壓不可調，并通過風道將風量平均分給4個燃燒器，因此，燃燒器風機的工作狀態和出口風壓沒有納入“點火系統”畫面的監視內容。在該項目調試結束后，為了更好地進行燃燒器控制，建議增加對燃燒器的風壓控制。如圖1 所示，洛陽項目將燃燒器風機增加到4個，且每個燃燒器風機與燃燒器一一對應。每個燃燒器風機對應2個調門，其中“燃燒器風機的入口調門”控制風壓并且由DCS 控制，“燃燒器的入口調門”控制風量并且依然由就地PLC 柜控制。這種設計雖然增加了建設成本，但是更好地實現了對風壓和風量的控制，讓每個燃燒器都處于較好的工作狀態，而且每個燃燒器之間互不影響，只由爐膛溫度決定。此外，中控室在觀察燃燒器負荷、工業電視的火焰情況基礎上，還可進一步觀測并控制各燃燒器的風壓，提升可操作性。

2.1 邏輯保護的改進

上海天馬項目中，燃燒器風機的啟動停止完全由中控的運行人員決定。燃燒器風機正常運行后，風壓沒有變化。只有在燃燒器風機自身發生故障或者鍋爐MFT 時，才會聯鎖停止燃燒器風機。因為燃燒器風機平均分配風量給4個燃燒器，所以燃燒器的邏輯保護只需要“燃燒器風機跳閘聯鎖停止4個燃燒器”。

洛陽項目中，每個燃燒器對應1個燃燒器風機和2個調門，就要求具有類似燃煤機組中油槍的3 種程序控制：正常點火程控、正常停止程控、吹掃程控。因為就地PLC 已具有燃燒器和風量調門的啟動程控、停止程控、吹掃程控；所以DCS 需要對PLC 柜的功能進行補充，增加3 種程控中“燃燒器風機”“燃燒器風機入口調門”的部分。

這些邏輯保護的改進不但簡化了中控運行人員的監盤和操作負擔，也增加了DCS 歷史曲線的調查和歷史時間的分析功能。

2.2 自動控制的改進

當燃燒器正常運行時，對應的2個調門要投入自動控制（燃燒器風機入口調門由DCS 控制風壓，風量調門由就地PLC 柜控制風量），但是2個調門之間的距離不超過8 m，互相干擾較為嚴重。針對這個問題，在調試過程中，將DCS控制的風壓調門視為主調，將就地PLC 柜控制的風量調門視為輔調。首先將風量調門全開，視為管道暢通，觀察風壓調門和風壓的有效線性區間，加入風壓自動目標值3 kPa、輸入量（風壓）上限下限、輸出量（風壓調門）上限下限、風壓死區、比例值、積分值，投入風壓自動控制。然后，視管道風壓恒定為3 kPa，開始觀察風量調門和風量的有效線性區間，PLC 再根據風油比投入風量自動控制。此時，2個調門都投入自動運行，風壓和風量都得到有效控制，且中控室可以更全面地掌握燃燒器的工況。DCS 側燃燒器風機入口調門的自動參數如表1 所示。

表1 燃燒器風機入口調門的自動調節參數（洛陽）

烘煮爐期間，焚燒爐有多次升溫，其中一次升溫曲線如圖2 所示。燃燒器負荷上升，對應的燃燒器風機入口調門開度加大，然后焚燒爐出口溫度開始上升。當焚燒爐出口溫度達到目標值后，燃燒器負荷開始下降，對應的燃燒器風機入口調門開度降低，最后達到一個新的平衡狀態。在此過程中，燃燒器風機出口壓力始終保持在3 kPa 左右。

圖2 焚燒爐某次升溫前后各項參數變化

3 結論

經過調試，爐膛溫度、澆注料溫度均滿足鍋爐升溫曲線要求。鍋爐升溫期間，燃燒器風機入口調門開度與燃燒器負荷的變化趨勢一致，以滿足燃燒時的風供給要求；同時，燃燒器正常工作時，風壓一直保持在3 kPa。

經過洛陽項目改進，燃燒器控制有了更嚴謹的邏輯保護、風壓有了更完善的自動控制、中控室有了更具體的畫面監控。洛陽項目實現商業運營后，此優點被推廣到其他垃圾焚燒發電機組，控制方式的自動化程度將進一步提升。