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(rùn)，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)ACCAutomatictechnologyforgarbageincineratorgratecombustionJIAXunhui,XURunLUXu

2、n,CHENLiang（ZhejiangSUPCONCo.,Ltd.,Hangzhou,Zhejiang,310053）Abstract:Basedonthestoker-typewasteincinerationfurnacetechnologyfeatures,analysiscontrolcharacteristicsanddifficulties,madeeligibleforgarbagefurnacecombustionconditionsspecifictoautomaticcontrolstrategy,implementedintheactualfieldoperationb

3、ycontrollingthefeedrateofthecombustiongratewiththeairflowautomaticallycontrol,andachievedgoodcontroleffect,willreducecombustionchambertemperaturesandhotburningratecontrolwithintherequirements,whileensuringenvironmentalprotectionrequirementsandthestabilityofwasteincinerationoperation,economy.Keywords

4、:wasteincinerationfurnace,automaticcombustioncontrol,grate,pushfeeder,primaryair,induceddraft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，設(shè)計(jì)自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)（Autocombustioncontrol,簡(jiǎn)稱ACC的目的就是控制垃圾控制的燃燒過程，使垃圾能夠

5、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850c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

6、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。.典型的垃圾焚燒爐工藝簡(jiǎn)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-垃圾坑發(fā)酵一周-抓斗提升至進(jìn)料口上方預(yù)熱-進(jìn)料斗-給料機(jī)推至爐排-爐排干燥區(qū)f爐排焚燒區(qū)-爐排燃盡區(qū)-螺旋輸灰機(jī)-刮板機(jī)-撈渣機(jī)-運(yùn)渣車運(yùn)走b.風(fēng)煙系統(tǒng)冷風(fēng)-風(fēng)機(jī)-空預(yù)器-爐膛-濃煙-高溫過熱器-低溫過熱器-省煤器-石灰漿活性

7、炭處理-布袋除塵-引風(fēng)機(jī)-煙囪c.汽水系統(tǒng)除鹽水-除氧器-給水泵-省煤器-汽包-水冷壁（爐內(nèi)受熱面）-汽包-飽和蒸汽-低溫過熱器-減溫器-高溫過熱器-過熱蒸汽-經(jīng)汽機(jī)做功后至凝汽器-冷凝塔凝結(jié)成水圖1爐排垃圾焚燒爐工藝流程.ACC自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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

8、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)。(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

9、作狀態(tài)。不利于鍋爐的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。燃燒自動(dòng)系統(tǒng)框圖見圖2,詳細(xì)解析如下：(1)熱值計(jì)算：?jiǎn)挝焕鵁嶂档挠?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。一次風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)：串級(jí)加前饋控制。控制及限制信號(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

10、時(shí)的特點(diǎn)，一次風(fēng)控制采用了非線性控制、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?？刂茖?duì)象特性較為簡(jiǎn)單，系統(tǒng)響應(yīng)較快，主要是清灰風(fēng)機(jī)

11、啟停信號(hào)會(huì)形成突變的影響，加上合適的前饋可穩(wěn)定的長(zhǎng)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)量等修正推料器根據(jù)推料多少調(diào)整逆推引風(fēng)量直接調(diào)節(jié)圖2ACC自動(dòng)控制原理圖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ACC自動(dòng)燃燒控制方案，在浙江中控DCSa硬件

12、平臺(tái)的基礎(chǔ)上，開發(fā)ACC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)壓的穩(wěn)定圖3ACC自動(dòng)控制功能圖2.4ACC燃燒自動(dòng)效果(1)推

13、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

14、,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炕間，自動(dòng)控制可以實(shí)現(xiàn)鍋爐安全、穩(wěn)定、優(yōu)化運(yùn)行。PH由基汽旗鼻SEMSi/h由的水注鼻遇11%冬：汽度口垂C由汽Jfijj幽E小汽也事由汽日片痢3*皆有型K則蜀匕爐“度而即：知,6t/h小nnp:'.row413.5r由；及*；U3,IIHNI二?？贗許忖曲總下白相厘電LOL1DVa*汽包不忖自熟也制比構(gòu)自動(dòng)把網(wǎng)西國a自必注.息康白劃控制第做3K.2T2-J8JFa/2?.6f團(tuán)：首氏力般!三電目市：小4旭調(diào)節(jié)集商建iiFJiw/i謔山d-田之湖ta.'X"11MLMtMM1LSSWB國手時(shí)Jftg

15、BEIQOraeinaEMsaa長(zhǎng)行程fSBirRR2M2VXE:|4-K機(jī)調(diào)，-*LUI*t/盧就丁常ap.WjWbCM1完06-簿國；察;坤0R更豆菱上二事通生壓力0F51Pa7F'a醫(yī)行&3涉.停止2W脛一開濘限停臥坦LJ.llTiL爐H負(fù)汗IL£J£9Uki工EEZD由'官動(dòng)名稱方式?HiA晚自小丑璃主校回岳并跳：31用弓小霞以由25時(shí)層田更良定35才九rn”嚅歌QPa增叫Hkn電eLOO泊用看出用5爐府門刖氐創(chuàng)370出用由球USS1IS以空任前OLBKFel0.00KPa0.00其中正班0.4LKPa0.00KPa0.01-i>0.4

16、LKPa山加的iU.M圖6ACC燃燒自動(dòng)控制主要操作畫面圖7ACC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)(850c-1050C);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

17、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(zhǎng)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，2004,281.3AdvanTrolPro2.65軟件說明書Z,浙江中控，2010,74.4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限公司，2010,31.5陳亮.引進(jìn)的600t/d垃圾焚燒電站DCS系統(tǒng)及其才$制方案J.熱力發(fā)電，2006,35,4.作者簡(jiǎn)介：賈勛慧,1973年出生，男，浙江金華人，1996年畢業(yè)于清華大學(xué)工程物理系核電子學(xué)專業(yè)，學(xué)士學(xué)位，工程師，從事工業(yè)自動(dòng)化及企業(yè)管理工作。通訊地址：浙江杭州市濱江區(qū)六和路309號(hào)B座3樓郵政編碼：310053聯(lián)系電話：0子郵箱：jiaxh。許潤(rùn),1968年出生，男，廣西北流人，1990年畢業(yè)于山東大學(xué)計(jì)算數(shù)學(xué)及其應(yīng)用軟件專業(yè)，學(xué)士學(xué)位，高級(jí)工程師，從事熱工自動(dòng)化技術(shù)工作。通訊地址：浙江杭州市濱江區(qū)六和路309號(hào)A座3樓。郵