爐排式垃圾焚燒爐ACC自動燃燒技術

1、爐排式垃圾焚燒爐 ACC自動燃燒技術賈勛慧，許潤，魯勛，陳亮（浙江中控技術股份有限公司， 杭州 310053 ）摘要 ：本文根據(jù)爐排式垃圾焚燒爐的工藝特點，分析控制特性及難點，提出了符合垃圾爐 特有工況的燃燒自動控制策略， 在實際現(xiàn)場運行實現(xiàn)了通過控制給料、 爐排速度、 燃燒用風 量的自動控制， 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， 同時 保證環(huán)保要求和垃圾焚燒運行的穩(wěn)定性、經濟性。關鍵詞： 垃圾焚燒爐、自動燃燒控制、爐排、推料器、一次風、引風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 得很高的社會價值與經濟價值，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，控制設計自動燃燒控制系統(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余熱鍋爐提供熱量以適應鍋爐輸出的蒸汽負荷、爐膛溫度在850 C以上、保證煙氣在爐膛的停留時間不少于2s、充分分解有害氣體。目前單爐處理容量大的先進焚燒工藝與控制技術均掌握在三菱馬丁、西格斯等國外公司手中， 即使是國內生產， 每生產一臺也要向國外公司交納數(shù)額巨大的技術使用費， 尤其是 垃圾焚燒控制技術，國外公

6、司更是嚴格保密，他們通常隨設備配套 PLC所有控制算法程序都封裝在PLC中，形成一個黑匣子。同時由于國外的控制算法搬到國內后不適應國內垃圾水分 高熱值變化大的特點，往往水土不服，控制效果也不盡理想。 因此，開發(fā)適應中國垃圾特點 的垃圾焚燒控制算法， 擺脫國外對這一領域的壟斷與控制，是實現(xiàn)大規(guī)模垃圾焚燒設備國產化的關鍵。 浙江中控技術股份有限公司依托 JX-300XP 控制平臺， 成功開發(fā)了自動燃燒控制， 并在創(chuàng)冠環(huán)保晉江公司鍋爐燃燒優(yōu)化項目的應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行成本低、 垃圾縮容比大、 不需要預處理設備等優(yōu)點， 在垃圾熱電廠是主要候

7、選設備之一。 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抓斗提升至進料口上方預熱t(yī)進料斗t給料機推至爐排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t刮板機t撈渣機t運渣車運走b. 風煙系統(tǒng)冷風T風機T空預器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引風機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經汽機做功后至凝汽器T冷凝塔凝結成水nsi環(huán)901S0LL-O&-22 LTjLS主掃Xi主融特尊風啊4

8、71 9 T?*12-21：耳阪力配 6 t /h a<5 t/hDkOd?=如巾耳機0135 KF=a坪那圧m主補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-=<魅鍋爐風煙據(jù)統(tǒng)54a.<rv2E.0t?-雷財 133ATRO-SA <，w m- & 疋 h 界 w E料僵hitL 訓*: 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自動燃燒控制系統(tǒng)設計 2.1垃圾焚燒爐控制的特點及難點分析（1）由于國內垃圾的成份復雜，沒有分揀工藝、熱值變化大，這樣導致進入爐內的熱量不 斷變化，進而引起鍋爐負荷的波動幅度增大。（2） 燃燒過程的大時滯，從垃圾給料改變到燃料燃盡出渣，大約需要60分鐘。（3）清灰風機對燃燒的擾動影響，垃圾爐需要定期清灰，鍋爐清灰一般都采用冷風清灰，清灰周期為約40分鐘，清灰進行時間約 5分鐘，清灰期間對鍋爐燃燒工況造成較大沖擊性 擾動，爐溫、爐膛壓力都會產生劇烈的波動。

10、（4）鍋爐料層的不均勻，鍋爐給料設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及現(xiàn)場監(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及現(xiàn)場監(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多變量、大滯后、突變因數(shù)多、參考參數(shù) 不全面的特點，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 ACC自動系統(tǒng)投入率不高，一般都處于手動操作狀態(tài)。不利于鍋爐的安全、 穩(wěn)定、高效運行。2.2 燃燒自動

11、系統(tǒng)框圖見圖 2，詳細解析如下：（1）熱值計算 : 單位垃圾熱值的計算采用一個全行程內垃圾內產生的熱負荷均值信號。熱負荷信號可 以較為準確的反映鍋爐的內擾信號。（2）給料的自動控制： 給料的控制包括推料及逆推的停留時間的控制，通過停留時間的調整，改變循環(huán)周期 及每個小時的循環(huán)次數(shù)，由于每個行程的垃圾量的值基本上是固定的，因此停留時間 的改變實際上就是給料量的改變。垃圾量控制信號主要由運行人員設定的每班垃圾量信號，根據(jù)爐溫熱值的變化折線函 數(shù)修改垃圾量的定值。（3）一次風電機轉速自動 : 串級加前饋控制。控制及限制信號為熱負荷、爐膛出口溫度、風量、氧量信號等，根 據(jù)垃圾燃燒時的特點，一次風控制采

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、時滯大、燃燒變化大、穩(wěn)定性差、可采集的控制參數(shù) 難于準確反應燃燒狀況特點；風量控制的主要任務是維持主要采用了根據(jù)風量比信號 調整風量，因此，加入風量比前饋信號，正常調整時料層后時加風，料層薄時減風； 另外在料層出現(xiàn)將要或者已經出現(xiàn)異常時，結合煙氣氧量信號及風量比信號的變化， 判斷鍋爐是否有料層過厚或過薄的情況，啟用閉鎖增減或強增減風量的控制邏輯。（4）爐膛負壓自動 : 前饋及反饋控制，控制相關信號為爐膛負壓、一次風機電流、二次風機電流、清灰風 機啟停等信號的自動控制?？刂茖ο筇匦暂^為簡單，系統(tǒng)響應較快，主要是清灰風機 啟停

13、信號會形成突變的影響，加上合適的前饋可穩(wěn)定的長期投入。給定參數(shù)每班垃圾量設定熱值計算熱值變化對應給料量垃圾量對應熱負荷根據(jù)氧量、風量等修正推料器一次風量根據(jù)推料多少調整逆推影響引風量直接調節(jié)逆推爐排爐膛負壓圖2 ACC自動控制原理圖2.3垃圾焚燒爐燃燒自動控制方案創(chuàng)冠環(huán)保集團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 12MW純凝汽輪發(fā)電機組，采用國產杭州新世紀往復逆推爐排焚燒技術。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)，來實現(xiàn)全廠生產過程監(jiān)控、并負責與各個子系統(tǒng)的 PLC 通訊。通過對爐排式垃圾焚燒爐燃燒特性的分析， 本文提出了針對垃圾爐特性的 AC

14、C自動燃燒 控制方案，在浙江中控DCS軟硬件平臺的基礎上， 開發(fā)ACC專用控制軟件，以實現(xiàn)鍋爐燃盡 垃圾、穩(wěn)定鍋爐負荷、鍋爐爐溫、穩(wěn)定鍋爐爐膛壓力的自動調節(jié)。ACC控制功能框圖見圖3，其主要自動控制回路如下 ：（1） 順控推料：全行程分步順控推料，實現(xiàn)給料設備的同步性，是均勻給料的基礎（2）給料自動控制：包括推料與逆推的控制，主要按計劃由運行人員設定每班垃圾量，并 在不同的垃圾熱值下進行燃燒相應的垃圾量的調整（3） 一次風自動控制：根據(jù)運行參數(shù)利用軟測量判斷料層厚度、氧量進行相應的風量調整，在料層合適的情況下進行通過調節(jié)一次風量進行負荷的調整(4) 引風自動控制：在各種運行擾動下保證爐膛負壓的

15、穩(wěn)定圖3 ACC自動控制功能圖2.4 ACC燃燒自動效果(1) 推料順控實施的效果：從圖4、圖5看出順控模式對燃燒狀況的改善情況，從畫面比 較看：手動推料方式下，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手動推料效果圖圖5自動順控推料效果圖(2) 自動控制投入的效果：參考圖6燃燒自動主監(jiān)控畫面及圖 7主要參數(shù)趨勢圖可以看出自動投入具有的良好的調節(jié)效果，給料、一次風、引風自動投入后，鍋爐主要參數(shù)包括負荷、爐溫、爐膛負壓的波動偏差小于手動操作偏差；根據(jù)現(xiàn)場用戶數(shù)據(jù)的分析，在現(xiàn)場設備完好條件正常的情況下，清灰風機啟停的劇烈擾動可以通過自動快速有效調整，爐膛壓力的偏差從手

16、動時超過+100Pa,自動投入后小于+40a，爐溫偏差手動時超過+70C,自動投入 后小于+40C，氧含量也保持在經濟燃燒的設計值范圍6%-10%之間，自動控制可以實現(xiàn)鍋爐安全、穩(wěn)定、優(yōu)化運行。.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貝湮白對西遏LOLl D V世料目咄擔嗣侯站自對1理也更白制控制芽熬36E.2T2 -ISJ Fa/主腔陰勢欣：31MM辻遠右I正爭過澤it"空血機CC KPa外審伍機0.4L KPh.0.00 KPa即

17、爸旺力宙空址機0.00酒業(yè)0.肚日刖価崔：2535-ihiiM r a.'X'iiMLiXilC自動名稱方式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個調2?. 6 fs毋止跑ts開盼艮停於理QP1CL 70莊庖出圖6 ACC燃燒自動控制主要操作畫面圖7 ACC燃燒自動控制主要參數(shù)趨勢圖3.結束語燃燒自動控制系統(tǒng)主要能實現(xiàn)以下幾項功能：控制爐膛溫度保持在要求值內(850 C-1050 C)；給料機給料由系統(tǒng)結合實際燃燒工況進行給料和調整；逆推爐排根據(jù)爐膛內燃燒狀況對爐排速度進行調整；為了滿足蒸發(fā)量要求和以及燃料的充分利用對一次風量的調整； 根據(jù)環(huán)保

19、要求爐膛負壓維持自動化等。ACC自動燃燒控制系統(tǒng)與完全依靠運行人員的經驗和感覺而進行的傳統(tǒng)操作相比，在確保運行的協(xié)調性、提高運行管理水平和設備檢修效率、降低運營成本，保證穩(wěn)定的焚燒量、 蒸發(fā)量、爐渣的熱灼減率、排氣標準等方面有明顯的優(yōu)勢，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滿足國家標準的前提下，實現(xiàn)了長周期自動投運，該系統(tǒng)使晉江垃圾焚燒有限公司的自動化水平得到有效提升，從環(huán)保及經濟運行的意義上具有極大的推廣價值，對爐排型垃圾焚燒發(fā)電廠的節(jié)能減排具有重要的推廣價值。參考文獻1 刑培生.鍋爐設備運行及事故處理M.化學工業(yè)出版社.2006, 162.2 白國亮.鍋爐設備運行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資料Z.晉江垃圾焚燒股份有