爐排式垃圾焚燒爐ACC自動(dòng)燃燒技術(shù)

1、爐排式垃圾焚燒爐 ACC自動(dòng)燃燒技術(shù)賈勛慧，許潤，魯勛，陳亮（浙江中控技術(shù)股份有限公司， 杭州 310053 ）摘要 ：本文根據(jù)爐排式垃圾焚燒爐的工藝特點(diǎn)，分析控制特性及難點(diǎn)，提出了符合垃圾爐 特有工況的燃燒自動(dòng)控制策略， 在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)了通過控制給料、 爐排速度、 燃燒用風(fēng) 量的自動(dòng)控制， 取得了良好的控制效果， 將燃燒室溫度和熱灼減率控制在要求范圍內(nèi)， 同時(shí) 保證環(huán)保要求和垃圾焚燒運(yùn)行的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性。關(guān)鍵詞： 垃圾焚燒爐、自動(dòng)燃燒控制、爐排、推料器、一次風(fēng)、引風(fēng)ACC Automatic technology for garbage incinerator gratecombusti

2、onJIA Xunhui ，XU Run，LU Xun ，CHEN Liang（ Zhejiang SUPCON Co., Ltd., Hangzhou, Zhejiang, 310053 ）Abstract : Based on the stoker-type waste incineration furnace technology features, analysis control characteristics and difficulties, made eligible for garbage furnace combustion conditions specific to a

3、utomatic control strategy, implemented in the actual field operation by controlling the feed rate of the combustion grate with the air flow automatically control, and achieved good control effect, will reduce combustion chamber temperatures and hot burning rate control within the requirements, while

4、 ensuring environmental protection requirements and the stability of waste incineration operation, economy.Keywords: waste incineration furnace, automatic combustion control, grate, push feeder, primary air, induced draft前言利用城市生活垃圾發(fā)電、 供熱實(shí)現(xiàn)了城市垃圾減量化、 無害化和資源化利用的目的， 取 得很高的社會(huì)價(jià)值與經(jīng)濟(jì)價(jià)值，是解決城市生活垃圾問題的理想方法之一。目前

5、垃圾焚燒主要是有采用三種爐型： 爐排式垃圾焚燒爐、 流化床垃圾焚燒爐、 回轉(zhuǎn)窯焚燒爐。其中爐排式垃圾焚燒爐與流化床垃圾焚燒爐主要用于處理城市生活垃圾，控制設(shè)計(jì)自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)（Auto combustion control ，簡稱 ACC的目的就是控制垃圾的燃燒過程， 使垃圾能夠充分燃燒并對(duì)余熱鍋爐提供熱量以適應(yīng)鍋爐輸出的蒸汽負(fù)荷、爐膛溫度在850 C以上、保證煙氣在爐膛的停留時(shí)間不少于2s、充分分解有害氣體。目前單爐處理容量大的先進(jìn)焚燒工藝與控制技術(shù)均掌握在三菱馬丁、西格斯等國外公司手中， 即使是國內(nèi)生產(chǎn)， 每生產(chǎn)一臺(tái)也要向國外公司交納數(shù)額巨大的技術(shù)使用費(fèi)， 尤其是 垃圾焚燒控制技術(shù)，國外公

6、司更是嚴(yán)格保密，他們通常隨設(shè)備配套 PLC所有控制算法程序都封裝在PLC中，形成一個(gè)黑匣子。同時(shí)由于國外的控制算法搬到國內(nèi)后不適應(yīng)國內(nèi)垃圾水分 高熱值變化大的特點(diǎn)，往往水土不服，控制效果也不盡理想。 因此，開發(fā)適應(yīng)中國垃圾特點(diǎn) 的垃圾焚燒控制算法， 擺脫國外對(duì)這一領(lǐng)域的壟斷與控制，是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模垃圾焚燒設(shè)備國產(chǎn)化的關(guān)鍵。 浙江中控技術(shù)股份有限公司依托 JX-300XP 控制平臺(tái)， 成功開發(fā)了自動(dòng)燃燒控制， 并在創(chuàng)冠環(huán)保晉江公司鍋爐燃燒優(yōu)化項(xiàng)目的應(yīng)用中取得了良好效果。1. 典型的垃圾焚燒爐工藝簡介爐排型垃圾焚燒鍋爐由于具有運(yùn)行成本低、 垃圾縮容比大、 不需要預(yù)處理設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)， 在垃圾熱電廠是主要候

7、選設(shè)備之一。 典型的爐排式垃圾焚燒爐見圖1 ，主要有以下系統(tǒng)組成：a. 垃圾輸送與灰渣系統(tǒng)垃圾車t垃圾坑發(fā)酵一周t抓斗提升至進(jìn)料口上方預(yù)熱t(yī)進(jìn)料斗t給料機(jī)推至爐排t爐排干燥區(qū)t爐排焚燒區(qū)t爐排燃盡區(qū)t螺旋輸灰機(jī)t刮板機(jī)t撈渣機(jī)t運(yùn)渣車運(yùn)走b. 風(fēng)煙系統(tǒng)冷風(fēng)T風(fēng)機(jī)T空預(yù)器T爐膛T濃煙T高溫過熱器T低溫過熱器T省煤器T石灰漿活性炭處理T布袋除塵T引風(fēng)機(jī)T煙囪c. 汽水系統(tǒng)除鹽水T除氧器T給水泵T省煤器T汽包T水冷壁（爐內(nèi)受熱面）T汽包T飽和蒸汽T低溫過熱器T減溫器T高溫過熱器T過熱蒸汽T經(jīng)汽機(jī)做功后至凝汽器T冷凝塔凝結(jié)成水nsi環(huán)901S0LL-O&-22 LTjLS主掃Xi主融特尊風(fēng)啊4

8、71 9 T?*12-21：耳阪力配 6 t /h a<5 t/hDkOd?=如巾耳機(jī)0135 KF=a坪那圧m主補(bǔ)i誑林艮n Ks切屈 ms力wn vpb hh4<* 1 KI EisdKhw跡姑和I匾E 詢刨B3探litm. ElSr:孫EI3M DDtt 明臨桑也 e gftgijTrJ1-=<魅鍋爐風(fēng)煙據(jù)統(tǒng)54a.<rv2E.0t?-雷財(cái) 133ATRO-SA <，w m- & 疋 h 界 w E料僵hitL 訓(xùn)*: IDEII 0 " MB 創(chuàng)硝生0 WM» 癟叵蛙藺逮 I.LOT IFk 0瓶匡站韻總詼 0逐Efll.： 1

9、Lji tw-i os m EMfa t'l-T-LJjl llHDI3J AMLflV -莎:圖1爐排垃圾焚燒爐工藝流程2. ACC自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1垃圾焚燒爐控制的特點(diǎn)及難點(diǎn)分析（1）由于國內(nèi)垃圾的成份復(fù)雜，沒有分揀工藝、熱值變化大，這樣導(dǎo)致進(jìn)入爐內(nèi)的熱量不 斷變化，進(jìn)而引起鍋爐負(fù)荷的波動(dòng)幅度增大。（2） 燃燒過程的大時(shí)滯，從垃圾給料改變到燃料燃盡出渣，大約需要60分鐘。（3）清灰風(fēng)機(jī)對(duì)燃燒的擾動(dòng)影響，垃圾爐需要定期清灰，鍋爐清灰一般都采用冷風(fēng)清灰，清灰周期為約40分鐘，清灰進(jìn)行時(shí)間約 5分鐘，清灰期間對(duì)鍋爐燃燒工況造成較大沖擊性 擾動(dòng)，爐溫、爐膛壓力都會(huì)產(chǎn)生劇烈的波動(dòng)。

10、（4）鍋爐料層的不均勻，鍋爐給料設(shè)備分別由三列推料及三列爐排組成，推料及爐排的同 步性偏差會(huì)造成鍋爐料層的不均勻，影響鍋爐的燃燒狀況。（5 ）燃燒狀況沒有直接的參數(shù)反映，操作員只能參考爐膛火焰信號(hào)及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)火人孔檢查燃燒狀況。（6）鍋爐料層厚度沒有直接的參數(shù)反映，同樣操作員只能參考爐膛火焰信號(hào)及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)火人 孔檢查燃燒狀況。綜上所述，爐排式垃圾爐的燃燒特性具有一個(gè)多變量、大滯后、突變因數(shù)多、參考參數(shù) 不全面的特點(diǎn)，一般在其他煤粉鍋爐或者流化床鍋爐上的控制策略往往不能取得良好的控制 效果，在行業(yè)內(nèi) ACC自動(dòng)系統(tǒng)投入率不高，一般都處于手動(dòng)操作狀態(tài)。不利于鍋爐的安全、 穩(wěn)定、高效運(yùn)行。2.2 燃燒自動(dòng)

11、系統(tǒng)框圖見圖 2，詳細(xì)解析如下：（1）熱值計(jì)算 : 單位垃圾熱值的計(jì)算采用一個(gè)全行程內(nèi)垃圾內(nèi)產(chǎn)生的熱負(fù)荷均值信號(hào)。熱負(fù)荷信號(hào)可 以較為準(zhǔn)確的反映鍋爐的內(nèi)擾信號(hào)。（2）給料的自動(dòng)控制： 給料的控制包括推料及逆推的停留時(shí)間的控制，通過停留時(shí)間的調(diào)整，改變循環(huán)周期 及每個(gè)小時(shí)的循環(huán)次數(shù)，由于每個(gè)行程的垃圾量的值基本上是固定的，因此停留時(shí)間 的改變實(shí)際上就是給料量的改變。垃圾量控制信號(hào)主要由運(yùn)行人員設(shè)定的每班垃圾量信號(hào)，根據(jù)爐溫?zé)嶂档淖兓劬€函 數(shù)修改垃圾量的定值。（3）一次風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng) : 串級(jí)加前饋控制?？刂萍跋拗菩盘?hào)為熱負(fù)荷、爐膛出口溫度、風(fēng)量、氧量信號(hào)等，根 據(jù)垃圾燃燒時(shí)的特點(diǎn)，一次風(fēng)控制采

12、用了非線性控制、梯形積分分離等控制方法。根 據(jù)垃圾焚燒爐垃圾熱值變化大、時(shí)滯大、燃燒變化大、穩(wěn)定性差、可采集的控制參數(shù) 難于準(zhǔn)確反應(yīng)燃燒狀況特點(diǎn)；風(fēng)量控制的主要任務(wù)是維持主要采用了根據(jù)風(fēng)量比信號(hào) 調(diào)整風(fēng)量，因此，加入風(fēng)量比前饋信號(hào)，正常調(diào)整時(shí)料層后時(shí)加風(fēng)，料層薄時(shí)減風(fēng)； 另外在料層出現(xiàn)將要或者已經(jīng)出現(xiàn)異常時(shí)，結(jié)合煙氣氧量信號(hào)及風(fēng)量比信號(hào)的變化， 判斷鍋爐是否有料層過厚或過薄的情況，啟用閉鎖增減或強(qiáng)增減風(fēng)量的控制邏輯。（4）爐膛負(fù)壓自動(dòng) : 前饋及反饋控制，控制相關(guān)信號(hào)為爐膛負(fù)壓、一次風(fēng)機(jī)電流、二次風(fēng)機(jī)電流、清灰風(fēng) 機(jī)啟停等信號(hào)的自動(dòng)控制。控制對(duì)象特性較為簡單，系統(tǒng)響應(yīng)較快，主要是清灰風(fēng)機(jī) 啟停

13、信號(hào)會(huì)形成突變的影響，加上合適的前饋可穩(wěn)定的長期投入。給定參數(shù)每班垃圾量設(shè)定熱值計(jì)算熱值變化對(duì)應(yīng)給料量垃圾量對(duì)應(yīng)熱負(fù)荷根據(jù)氧量、風(fēng)量等修正推料器一次風(fēng)量根據(jù)推料多少調(diào)整逆推影響引風(fēng)量直接調(diào)節(jié)逆推爐排爐膛負(fù)壓圖2 ACC自動(dòng)控制原理圖2.3垃圾焚燒爐燃燒自動(dòng)控制方案創(chuàng)冠環(huán)保集團(tuán)晉江垃圾焚燒有限公司二期裝置為二條400t/d的焚燒線，配一臺(tái) 12MW純凝汽輪發(fā)電機(jī)組，采用國產(chǎn)杭州新世紀(jì)往復(fù)逆推爐排焚燒技術(shù)。該廠的控制系統(tǒng)采用的是浙江中控的JX-300XP分散控制系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)全廠生產(chǎn)過程監(jiān)控、并負(fù)責(zé)與各個(gè)子系統(tǒng)的 PLC 通訊。通過對(duì)爐排式垃圾焚燒爐燃燒特性的分析， 本文提出了針對(duì)垃圾爐特性的 AC

14、C自動(dòng)燃燒 控制方案，在浙江中控DCS軟硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)上， 開發(fā)ACC專用控制軟件，以實(shí)現(xiàn)鍋爐燃盡 垃圾、穩(wěn)定鍋爐負(fù)荷、鍋爐爐溫、穩(wěn)定鍋爐爐膛壓力的自動(dòng)調(diào)節(jié)。ACC控制功能框圖見圖3，其主要自動(dòng)控制回路如下 ：（1） 順控推料：全行程分步順控推料，實(shí)現(xiàn)給料設(shè)備的同步性，是均勻給料的基礎(chǔ)（2）給料自動(dòng)控制：包括推料與逆推的控制，主要按計(jì)劃由運(yùn)行人員設(shè)定每班垃圾量，并 在不同的垃圾熱值下進(jìn)行燃燒相應(yīng)的垃圾量的調(diào)整（3） 一次風(fēng)自動(dòng)控制：根據(jù)運(yùn)行參數(shù)利用軟測(cè)量判斷料層厚度、氧量進(jìn)行相應(yīng)的風(fēng)量調(diào)整，在料層合適的情況下進(jìn)行通過調(diào)節(jié)一次風(fēng)量進(jìn)行負(fù)荷的調(diào)整(4) 引風(fēng)自動(dòng)控制：在各種運(yùn)行擾動(dòng)下保證爐膛負(fù)壓的

15、穩(wěn)定圖3 ACC自動(dòng)控制功能圖2.4 ACC燃燒自動(dòng)效果(1) 推料順控實(shí)施的效果：從圖4、圖5看出順控模式對(duì)燃燒狀況的改善情況，從畫面比 較看：手動(dòng)推料方式下，料層均勻性較差，影響穩(wěn)定燃燒順控推料方式下，料層均勻性較好,燃燒穩(wěn)定圖4手動(dòng)推料效果圖圖5自動(dòng)順控推料效果圖(2) 自動(dòng)控制投入的效果：參考圖6燃燒自動(dòng)主監(jiān)控畫面及圖 7主要參數(shù)趨勢(shì)圖可以看出自動(dòng)投入具有的良好的調(diào)節(jié)效果，給料、一次風(fēng)、引風(fēng)自動(dòng)投入后，鍋爐主要參數(shù)包括負(fù)荷、爐溫、爐膛負(fù)壓的波動(dòng)偏差小于手動(dòng)操作偏差；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)用戶數(shù)據(jù)的分析，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備完好條件正常的情況下，清灰風(fēng)機(jī)啟停的劇烈擾動(dòng)可以通過自動(dòng)快速有效調(diào)整，爐膛壓力的偏差從手

16、動(dòng)時(shí)超過+100Pa,自動(dòng)投入后小于+40a，爐溫偏差手動(dòng)時(shí)超過+70C,自動(dòng)投入 后小于+40C，氧含量也保持在經(jīng)濟(jì)燃燒的設(shè)計(jì)值范圍6%-10%之間，自動(dòng)控制可以實(shí)現(xiàn)鍋爐安全、穩(wěn)定、優(yōu)化運(yùn)行。.旳尋顯(ftfjs鬲is a iij 4-*-缶h"鈾豈皐坯亍2Dlt-O5-2J 91'T+1-utaf.bHVXS±*ilmi413.5 r_I“warpit貝湮白對(duì)西遏LOLl D V世料目咄擔(dān)嗣侯站自對(duì)1理也更白制控制芽熬36E.2T2 -ISJ Fa/主腔陰勢(shì)欣：31MM辻遠(yuǎn)右I正爭(zhēng)過澤it"空血機(jī)CC KPa外審伍機(jī)0.4L KPh.0.00 KPa即

17、爸旺力宙空址機(jī)0.00酒業(yè)0.肚日刖価崔：2535-ihiiM r a.'X'iiMLiXilC自動(dòng)名稱方式PJB忍度自詰竝制捲nH In比vwLOO 殆創(chuàng)嵋出陽5怕博丙的比駅-| R兀國抑R咆 F=峑壓力0 Pa1 F'a7 PaM斯 卩”七躋ii龍噩小 卡啟水謎眩賣訕ESS C 4£KIFJj mUll'H30. B t/hp：-.:M. D!H0.00 KPa0.0(0. 02 V；：K :|at血T豪意上躍嗚理H «-' Luw #> i «' 恥肌二器”L曲I 思：胡 氏:心W13欝SSWHEE1 乎

18、訪 JWgEEl匕斷( 61£；EiBB_苦行根 ®E£LJ.MiL-p. Emb.r<« 燈;06畔百 tg；4i； 翅ILOlflUki 住EZD個(gè)調(diào)2?. 6 fs毋止跑ts開盼艮停於理QP1CL 70莊庖出圖6 ACC燃燒自動(dòng)控制主要操作畫面圖7 ACC燃燒自動(dòng)控制主要參數(shù)趨勢(shì)圖3.結(jié)束語燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)主要能實(shí)現(xiàn)以下幾項(xiàng)功能：控制爐膛溫度保持在要求值內(nèi)(850 C-1050 C)；給料機(jī)給料由系統(tǒng)結(jié)合實(shí)際燃燒工況進(jìn)行給料和調(diào)整；逆推爐排根據(jù)爐膛內(nèi)燃燒狀況對(duì)爐排速度進(jìn)行調(diào)整；為了滿足蒸發(fā)量要求和以及燃料的充分利用對(duì)一次風(fēng)量的調(diào)整； 根據(jù)環(huán)保

19、要求爐膛負(fù)壓維持自動(dòng)化等。ACC自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)與完全依靠運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn)和感覺而進(jìn)行的傳統(tǒng)操作相比，在確保運(yùn)行的協(xié)調(diào)性、提高運(yùn)行管理水平和設(shè)備檢修效率、降低運(yùn)營成本，保證穩(wěn)定的焚燒量、 蒸發(fā)量、爐渣的熱灼減率、排氣標(biāo)準(zhǔn)等方面有明顯的優(yōu)勢(shì)，正越來越受到業(yè)界的重視。中控的燃燒控制系統(tǒng)在保證垃圾焚燒灼減率以及煙氣排放指標(biāo)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的前提下，實(shí)現(xiàn)了長周期自動(dòng)投運(yùn)，該系統(tǒng)使晉江垃圾焚燒有限公司的自動(dòng)化水平得到有效提升，從環(huán)保及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的意義上具有極大的推廣價(jià)值，對(duì)爐排型垃圾焚燒發(fā)電廠的節(jié)能減排具有重要的推廣價(jià)值。參考文獻(xiàn)1 刑培生.鍋爐設(shè)備運(yùn)行及事故處理M.化學(xué)工業(yè)出版社.2006, 162.2 白國亮.鍋爐設(shè)備運(yùn)行M.中國電力出版社，2004, 281.3 AdvanTrol Pro 2.65軟件說明書Z.浙江中控，2010, 74.晉江垃圾焚燒股份有限公司技術(shù)資料Z.晉江垃圾焚燒股份有