生活垃圾逆推式爐排爐自動燃燒控制系統(tǒng)設計

代江燕

（同方環(huán)境股份有限公司，北京 100083）

引言

我國的生活垃圾成分復雜、熱值低、含水量和含灰量高[1]，逆推式爐排爐針對中國垃圾的特征對爐排級數(shù)、寬度、布風系統(tǒng)等進行了優(yōu)化，并在李坑、佛山南海、臺灣等地區(qū)的生活垃圾焚燒項目中運行良好。在逆推式爐排爐的實際運行中，當垃圾的組成（尤其是低位熱值）與垃圾焚燒量發(fā)生變化時，鍋爐的蒸發(fā)量、煙氣溫度、煙氣排放量和其他條件也會隨之發(fā)生波動。為了保持系統(tǒng)穩(wěn)定運行，有必要對垃圾焚燒量進行控制。自動燃燒控制系統(tǒng)的運行是為了維持垃圾的平穩(wěn)、持續(xù)和高效燃燒，使鍋爐蒸發(fā)量、煙氣溫度、煙氣排放量等參數(shù)穩(wěn)定化，爐渣熱灼減率最小化，盡可能地降低污染物的排放[2]。穩(wěn)定的蒸發(fā)量，最大限度地回收熱能；3）維持爐膛溫度，減少耐火材料的損傷；4）減少CO、NOx和二 英的產生；5）減小爐渣熱灼減率；6）減少操作人員。

自動燃燒控制系統(tǒng)邏輯見圖1，其中“SV”表示設定值；“PV”表示運行值。

圖1 自動燃燒控制系統(tǒng)邏輯圖

1 系統(tǒng)概述

自動燃燒控制系統(tǒng)通過液壓傳動控制垃圾給料器、爐排、除渣系統(tǒng)的動作，同時，通過控制風門開度調整燃燒空氣和輔助燃燒系統(tǒng)，維持焚燒系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。需要達成的控制目標包括：1）達到預期的垃圾處理量；2）維持

2 系統(tǒng)構成

當鍋爐蒸發(fā)量高時，進料和爐排連鎖關閉，爐排爐內燃燒受到抑制，焚燒溫度降低，蒸發(fā)量減少，煙氣中的氧含量增高，整個控制流程見圖2；反之，當鍋爐蒸發(fā)量低時，進料器和爐排連鎖運行，爐排爐內燃燒加速，焚燒溫度增高，蒸發(fā)量增加，煙氣中的氧含量降低。上述系統(tǒng)構成主要包括鍋爐蒸發(fā)量調節(jié)回路設定、給料器和爐排運行控制及助燃空氣控制等。

圖2 自動燃燒控制流程圖（條件為蒸發(fā)量高時）

2.1 鍋爐蒸發(fā)量調節(jié)回路設定

鍋爐蒸汽蒸發(fā)量控制是主要的燃燒自動控制回路，根據(jù)蒸發(fā)量的運行值（PV）與設定值（SV）之間的偏差來設定出上限值和下限值，用設定的界限值控制進料器和爐排的運行，從而保持來自鍋爐的蒸發(fā)量為給定的設定值（SV）。

2.2 給料器和爐排運行控制

當蒸發(fā)量在上升方向越過設定的下限值時，將停止（OFF）給料器和爐排的運行，蒸發(fā)量會隨之下降。當蒸發(fā)量在下降方向越過設定的上限值時，將啟動（ON）給料器和爐排的運行，蒸發(fā)量則隨之上升。另一方面，蒸發(fā)量在上升方向越過設定的上限值時，也會發(fā)出停止（OFF）信號；蒸發(fā)量在下降方向越過設定的下限值，也會發(fā)出啟動（ON）信號。給料器和爐排運行控制見圖3。

通過設置蒸發(fā)量的上、下限值控制給料器和爐排的啟動（ON）和停止（OFF），可以維持焚燒處于穩(wěn)定狀態(tài)。鍋爐蒸發(fā)量控制回路在焚燒項目中應用并達到了預期的效果，項目運行中的回路控制能力見圖4。

圖3 給料器和爐排運行控制圖

圖4 鍋爐蒸發(fā)量回路控制能力

2.3 助燃空氣控制

助燃空氣控制包括一次風和二次風。助燃空氣的流量直接影響垃圾釋放的熱量和垃圾燃燒的程度，而分配助燃風的多少，直接影響到煙氣含氧量和爐內溫度。因此通過煙氣含氧量與鍋爐蒸汽蒸發(fā)量偏差的計算，將空氣按一定比例分配到爐排爐的各個進氣口[3]。

2.4 關鍵參數(shù)說明

自動燃燒控制系統(tǒng)中包括蒸發(fā)量、進料器速度、爐排速度、一次風及二次風流量和溫度等關鍵參數(shù)，下表為上述關鍵參數(shù)的設定及控制說明。

關鍵參數(shù)設定及控制說明表

2.5 前饋控制

逆推式爐排爐自動控制燃燒系統(tǒng)的核心控制特征是前饋控制。工業(yè)生產過程中控制對象總是存在慣性和純滯后，從擾動作用到系統(tǒng)上，使被控量偏離給定值需要一定的時間，而從控制量變化到被控量發(fā)生變化，也需要一定的時間，傳統(tǒng)的燃燒控制反饋控制見圖5，當受控對象受到擾動作用，被控量偏離給定值時，調節(jié)器才會起作用，改變對象的輸出，從而補償擾動的影響，這種靠偏差來消除擾動影響的負反饋控制系統(tǒng)，控制作用總是滯后于擾動的作用[4]。逆推式爐排爐的控制采用的前饋控制見圖6。

圖5 傳統(tǒng)反饋調節(jié)原理圖

圖6 前饋調節(jié)原理圖

自動燃燒控制系統(tǒng)通過蒸發(fā)量的運行值（PV）與設定值（SV）之間的差（DV）的微分量來確定超前相位。鍋爐蒸發(fā)量經修定后，對爐排和給料器的運行進行前饋控制調節(jié)，焚燒爐溫度和蒸發(fā)量的波動幅度和頻率明顯降低，保證了焚燒工況的穩(wěn)定。前饋調節(jié)控制見圖7。

3 結語

自動燃燒控制系統(tǒng)在生活垃圾焚燒爐的運行中起著至關重要的作用。鍋爐蒸發(fā)量控制是主要的燃燒控制回路，通過給料器及爐排的運行保證蒸發(fā)量處于穩(wěn)定值，從而保證燃燒平穩(wěn)、持續(xù)、高效地進行。前饋控制是自動燃燒控制系統(tǒng)的核心特征，能明顯降低焚燒爐溫度和蒸發(fā)量的波動幅度和頻率。

我國生活垃圾產生量和處置量逐年增加，成分復雜、熱值低、含水量和含灰量高等特征使垃圾焚燒的處置難度和風險增高。為了更科學、更合理、更有效地焚燒處置生活垃圾，提高焚燒處置項目的技術效益和經濟效益，自動燃燒控制系統(tǒng)還需要在實踐運行中不斷優(yōu)化和完善，充分發(fā)揮其智能、高效的控制作用。

圖7 前饋調節(jié)控制圖

[1]毛庚仁，張涌新，等.我國城市生活垃圾處理現(xiàn)狀及焚燒法的可行性分析[J].城市發(fā)展研究，2010，17（9）：12-16.

[2]孫曉軍，肖正，等.生活垃圾焚燒廠自動燃燒控制系統(tǒng)的原理與應用[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2009，17（4）：20-23.

[3]孫應淳，陳楊.垃圾焚燒的優(yōu)化自動燃燒控制[J].自動化與儀器儀表，2012（3）：121-122.

[4]張燕，于志詳，等.中型加熱爐爐壓前饋控制功能研究與實現(xiàn)[J].可編程自動器與工廠自動化，2006（3）：92-93.