炉排式垃圾焚烧炉ACC自动燃烧技术

炉排式垃圾焚烧炉ACC自动燃烧技术贾勋慧，许润，鲁勋，陈亮（浙江中控技术股份有限公司，杭州310053）摘要：本文根据炉排式垃圾焚烧炉的工艺特点，分析控制特性及难点，提出了符合垃圾炉特有工况的燃烧自动控制策略，在实际现场运行实现了通过控制给料、炉排速度、燃烧用风量的自动控制，取得了良好的控制效果，将燃烧室温度和热灼减率控制在要求范围内，同时保证环保要求和垃圾焚烧运行的稳定性、经济性。关键词：垃圾焚烧炉、自动燃烧控制、炉排、推料器、一次风、引风ACCAutomatictechnologyforgarbageincineratorgratecombustionJIAXunhui，XURun，LUXun，CHENLiang（ZhejiangSUPCONCo.,Ltd.,Hangzhou,Zhejiang,310053）Abstract:Basedonthestoker-typewasteincinerationfurnacetechnologyfeatures,analysiscontrolcharacteristicsanddifficulties,madeeligibleforgarbagefurnacecombustionconditionsspecifictoautomaticcontrolstrategy,implementedintheactualfieldoperationbycontrollingthefeedrateofthecombustiongratewiththeairflowautomaticallycontrol,andachievedgoodcontroleffect,willreducecombustionchambertemperaturesandhotburningratecontrolwithintherequirements,whileensuringenvironmentalprotectionrequirementsandthestabilityofwasteincinerationoperation,economy.Keywords:wasteincinerationfurnace,automaticcombustioncontrol,grate,pushfeeder,primaryair,induceddraft前言利用城市生活垃圾发电、供热实现了城市垃圾减量化、无害化和资源化利用的目的，取得很高的社会价值与经济价值，是解决城市生活垃圾问题的理想方法之一。目前垃圾焚烧主要是有采用三种炉型：炉排式垃圾焚烧炉、流化床垃圾焚烧炉、回转窑焚烧炉。其中炉排式垃圾焚烧炉与流化床垃圾焚烧炉主要用于处理城市生活垃圾，设计自动燃烧控制系统（Autocombustioncontrol，简称ACC）的目的就是控制垃圾的燃烧过程，使垃圾能够充分燃烧并对余热锅炉提供热量以适应锅炉输出的蒸汽负荷、控制炉膛温度在850℃以上、保证烟气在炉膛的停留时间不少于2s、充分分解有害气体。目前单炉处理容量大的先进焚烧工艺与控制技术均掌握在三菱－马丁、西格斯等国外公司手中，即使是国内生产，每生产一台也要向国外公司交纳数额巨大的技术使用费，尤其是垃圾焚烧控制技术，国外公司更是严格保密，他们通常随设备配套PLC所有控制算法程序都封装在PLC中，形成一个黑匣子。同时由于国外的控制算法搬到国内后不适应国内垃圾水分高热值变化大的特点，往往水土不服，控制效果也不尽理想。因此，开发适应中国垃圾特点的垃圾焚烧控制算法，摆脱国外对这一领域的垄断与控制，是实现大规模垃圾焚烧设备国产化的关键。浙江中控技术股份有限公司依托JX-300XP控制平台，成功开发了自动燃烧控制，并在创冠环保晋江公司锅炉燃烧优化项目的应用中取得了良好效果。1.典型的垃圾焚烧炉工艺简介炉排型垃圾焚烧锅炉由于具有运行成本低、垃圾缩容比大、不需要预处理设备等优点，在垃圾热电厂是主要候选设备之一。典型的炉排式垃圾焚烧炉见图1，主要有以下系统组成：a.垃圾输送与灰渣系统垃圾车→垃圾坑发酵一周→抓斗提升至进料口上方预热→进料斗→给料机推至炉排→炉排干燥区→炉排焚烧区→炉排燃尽区→螺旋输灰机→刮板机→捞渣机→运渣车运走b.风烟系统冷风→风机→空预器→炉膛→浓烟→高温过热器→低温过热器→省煤器→石灰浆活性炭处理→布袋除尘→引风机→烟囱c.汽水系统除盐水→除氧器→给水泵→省煤器→汽包→水冷壁（炉内受热面）→汽包→饱和蒸汽→低温过热器→减温器→高温过热器→过热蒸汽→经汽机做功后至凝汽器→冷凝塔凝结成水图1炉排垃圾焚烧炉工艺流程2.ACC自动燃烧控制系统设计2.1垃圾焚烧炉控制的特点及难点分析(1)由于国内垃圾的成份复杂，没有分拣工艺、热值变化大，这样导致进入炉内的热量不断变化，进而引起锅炉负荷的波动幅度增大。（2）燃烧过程的大时滞，从垃圾给料改变到燃料燃尽出渣，大约需要60分钟。（3）清灰风机对燃烧的扰动影响，垃圾炉需要定期清灰，锅炉清灰一般都采用冷风清灰，清灰周期为约40分钟，清灰进行时间约5分钟，清灰期间对锅炉燃烧工况造成较大冲击性扰动，炉温、炉膛压力都会产生剧烈的波动。（4）锅炉料层的不均匀，锅炉给料设备分别由三列推料及三列炉排组成，推料及炉排的同步性偏差会造成锅炉料层的不均匀，影响锅炉的燃烧状况。（5）燃烧状况没有直接的参数反映，操作员只能参考炉膛火焰信号及现场监火人孔检查燃烧状况。（6）锅炉料层厚度没有直接的参数反映，同样操作员只能参考炉膛火焰信号及现场监火人孔检查燃烧状况。综上所述，炉排式垃圾炉的燃烧特性具有一个多变量、大滞后、突变因数多、参考参数不全面的特点，一般在其他煤粉锅炉或者流化床锅炉上的控制策略往往不能取得良好的控制效果，在行业内ACC自动系统投入率不高，一般都处于手动操作状态。不利于锅炉的安全、稳定、高效运行。2.2燃烧自动系统框图见图2，详细解析如下：（1）热值计算:单位垃圾热值的计算采用一个全行程内垃圾内产生的热负荷均值信号。热负荷信号可以较为准确的反映锅炉的内扰信号。（2）给料的自动控制：给料的控制包括推料及逆推的停留时间的控制，通过停留时间的调整，改变循环周期及每个小时的循环次数，由于每个行程的垃圾量的值基本上是固定的，因此停留时间的改变实际上就是给料量的改变。垃圾量控制信号主要由运行人员设定的每班垃圾量信号，根据炉温热值的变化折线函数修改垃圾量的定值。（3）一次风电机转速自动:串级加前馈控制。控制及限制信号为热负荷、炉膛出口温度、风量、氧量信号等，根据垃圾燃烧时的特点，一次风控制采用了非线性控制、梯形积分分离等控制方法。根据垃圾焚烧炉垃圾热值变化大、时滞大、燃烧变化大、稳定性差、可采集的控制参数难于准确反应燃烧状况特点；风量控制的主要任务是维持主要采用了根据风量比信号调整风量，因此，加入风量比前馈信号，正常调整时料层后时加风，料层薄时减风；另外在料层出现将要或者已经出现异常时，结合烟气氧量信号及风量比信号的变化，判断锅炉是否有料层过厚或过薄的情况，启用闭锁增减或强增减风量的控制逻辑。（4）炉膛负压自动:前馈及反馈控制，控制相关信号为炉膛负压、一次风机电流、二次风机电流、清灰风机启停等信号的自动控制。控制对象特性较为简单，系统响应较快，主要是清灰风机启停信号会形成突变的影响，加上合适的前馈可稳定的长期投入。图2ACC自动控制原理图2.3垃圾焚烧炉燃烧自动控制方案创冠环保集团晋江垃圾焚烧有限公司二期装置为二条400t/d的焚烧线，配一台12MW纯凝汽轮发电机组，采用国产杭州新世纪往复逆推炉排焚烧技术。该厂的控制系统采用的是浙江中控的JX-300XP分散控制系统，来实现全厂生产过程监控、并负责与各个子系统的PLC通讯。通过对炉排式垃圾焚烧炉燃烧特性的分析，本文提出了针对垃圾炉特性的ACC自动燃烧控制方案，在浙江中控DCS软硬件平台的基础上，开发ACC专用控制软件，以实现锅炉燃尽垃圾、稳定锅炉负荷、锅炉炉温、稳定锅炉炉膛压力的自动调节。ACC控制功能框图见图3，其主要自动控制回路如下：（1）顺控推料：全行程分步顺控推料，实现给料设备的同步性，是均匀给料的基础（2）给料自动控制：包括推料与逆推的控制，主要按计划由运行人员设定每班垃圾量，并在不同的垃圾热值下进行燃烧相应的垃圾量的调整（3）一次风自动控制：根据运行参数利用软测量判断料层厚度、氧量进行相应的风量调整,热值计算每班垃圾量设定一次风量推料器逆推炉排给定参数热值变化对应给料量根据推料多少调整逆推速度反映引风量垃圾量对应热负荷根据氧量、风量等修正风料量影响炉膛负压直接调节在料层合适的情况下进行通过调节一次风量进行负荷的调整.（4）引风自动控制：在各种运行扰动下保证炉膛负压的稳定图3ACC自动控制功能图2.4ACC燃烧自动效果（1）推料顺控实施的效果：从图4、图5看出顺控模式对燃烧状况的改善情况，从画面比较看：手动推料方式下，料层均匀性较差，影响稳定燃烧顺控推料方式下，料层均匀性较好，燃烧稳定图4手动推料效果图锅炉推料顺序控制软件包锅炉给料自动控制球磨机温度压力合控制软件DCS系统现场调试、自动控制投入中控DCS软硬件平台锅炉一次风自动控制球磨机温度压力合控制软件锅炉引风自动控制球磨机温度压力合控制软件图5自动顺控推料效果图（2）自动控制投入的效果：参考图6燃烧自动主监控画面及图7主要参数趋势图可以看出自动投入具有的良好的调节效果，给料、一次风、引风自动投入后，锅炉主要参数包括负荷、炉温、炉膛负压的波动偏差小于手动操作偏差；根据现场用户数据的分析，在现场设备完好条件正常的情况下，清灰风机启停的剧烈扰动可以通过自动快速有效调整，炉膛压力的偏差从手动时超过+100Pa,自动投入后小于+40a，炉温偏差手动时超过+70℃,自动投入后小于+40℃，氧含量也保持在经济燃烧的设计值范围6%-10%之间，自动控制可以实现锅炉安全、稳定、优化运行。图6ACC燃烧自动控制主要操作画面图7ACC燃烧自动控制主要参数趋势图3.结束语燃烧自动控制系统主要能实现以下几项功能：控制炉膛温度保持在要求值内（850℃-1050℃）；给料机给料由系统结合实际燃烧工况进行给料和调整；逆推炉排根据炉膛内燃烧状况对炉排速度进行调整；为了满足蒸发量要求和以及燃料的充分利用对一次风量的调整；根据环保要求炉膛负压维持自动化等。ACC自动燃烧控制系统与完全依靠运行人员的经验和感觉而进行的传统操作相比，在确保运行的协调性、提高运行管理水平和设备检修效率、降低运营成本，保证稳定的焚烧量、蒸发量、炉渣的热灼减率、排气标准等方面有明显的优势，正越来越受到业界的重视。中控的燃烧控制系统在保证垃圾焚烧灼减率以及烟气排放指标满足国家标准的前提下，实现了长周期自动投运，该系统使晋江垃圾焚烧有限公司的自动化水平得到有效提升，从环保及经济运行的意义上具有极大的推广价值，对炉排型垃圾焚烧发电厂的节能减排具有重要的推广价值。参考文献[1]刑培生．锅炉设备运行及事故处理[M]．化学工业出版社．2006，162．[2]白国亮．锅炉设备运行[M]．中国电力出版社，2004，281．[3]AdvanTrolPro2.65软件说明书[Z]．浙江中控，2010，74．[4]晋江垃圾焚烧股份有限公司技术资料[Z]．晋江垃圾焚烧股份有限公司，2010，31．[5]陈亮．引进的600t/d垃圾焚烧电站DCS系统及其控制方案[J]．热力发电，2006，35，4．作者简介：贾勋慧,1973年出生，男，浙江金华人，1996年毕业于清华大学工程物理系核电子学专业，学士学位，工程师，从事工业自动化及企业管理工作。通讯地址：浙江杭州市滨江区六和路309号B座3楼邮政编码：310053联系电话：[phone]电子邮箱：[e-mail]。许润,1968年出生，男，广西北流人，1990年毕业于山东大学计算数学及其应用软件专业，学士学位，高级工程师，从事热工自动化技术工作。通讯地址：浙江杭州市滨江区六和路309号A座3楼。邮政编码：310053联系电话：[phone]