垃圾焚燒發(fā)電廠垃圾料層厚度控制探討

吳斯鵬，張會(huì)妍，王 濤

（上?？岛悱h(huán)境股份有限公司，上海 201703）

1 引言

由于垃圾成分復(fù)雜，含水率高且垃圾特性隨季節(jié)變化［1］，垃圾低位熱值（LHV） 經(jīng)常發(fā)生改變。各垃圾焚燒發(fā)電廠在進(jìn)行垃圾焚燒爐自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)（ACC） 調(diào)試運(yùn)行時(shí)，垃圾料層厚度控制經(jīng)常采用單一的調(diào)整方式，且隨著LHV 的變化和影響，焚燒爐在運(yùn)行過程中，經(jīng)常出現(xiàn)間歇式供料，導(dǎo)致垃圾在爐排上分布不均勻，焚燒爐運(yùn)行過程中焚燒的工況和負(fù)荷也隨之波動(dòng)，影響生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。采用復(fù)合方式的垃圾料層厚度控制，保持推料的平穩(wěn)性在焚燒爐自動(dòng)運(yùn)行控制中顯得尤為重要。

2 垃圾料層厚度控制

在自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)中，通過測(cè)量經(jīng)過差壓變送器后的爐排上垃圾上方和爐排下一次風(fēng)的供應(yīng)氣流的壓力差，可以得到垃圾料層的厚度。如圖1 所示，垃圾料層厚度控制通過自動(dòng)調(diào)節(jié)推料器的速度和爐排的運(yùn)行周期來實(shí)現(xiàn)，通過余熱鍋爐主汽量的設(shè)定值、LHV、垃圾比重等參數(shù)來協(xié)調(diào)控制焚燒爐的給料系統(tǒng)以保證垃圾料層厚度趨于平穩(wěn)。在調(diào)試ACC 時(shí)，利用監(jiān)測(cè)到的一次風(fēng)風(fēng)量、二次風(fēng)風(fēng)量、燃燒器系統(tǒng)的輕柴油流量、垃圾處理量以及主蒸汽流量、煙囪處煙氣流量等，結(jié)合工藝設(shè)計(jì)參數(shù)，計(jì)算出一段時(shí)間內(nèi)垃圾的平均低位熱值，再根據(jù)設(shè)定好的主蒸汽流量，得到每天垃圾預(yù)處理量以及推料器、爐排等的運(yùn)行速度和周期［2］，此信號(hào)經(jīng)推料器和爐排邏輯計(jì)算后發(fā)送給推料器和爐排所搭載的液壓系統(tǒng)來控制焚燒爐的給料系統(tǒng)。

推料器的速度主要由放大器和比例流量閥來控制，控制原理如圖2 所示。給料器運(yùn)動(dòng)周期（速度） 的控制是垃圾料層厚度控制最核心最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，2 臺(tái)給料器具有相同的運(yùn)動(dòng)行程（現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)按照工藝要求規(guī)范調(diào)整），且都安裝了測(cè)量給料器實(shí)時(shí)位移的位移傳感器儀表，根據(jù)ACC 系統(tǒng)計(jì)算給出的平均給料速度，結(jié)合位移傳感器測(cè)量的給料器位移，經(jīng)PID 計(jì)算，推料器各自會(huì)得到一個(gè)不斷修正的運(yùn)行速度，此信號(hào)傳輸給放大器，經(jīng)比例流量閥后控制推料器的運(yùn)行速度［3］。由于得到的是同一個(gè)運(yùn)行速度，2 臺(tái)給料器同步運(yùn)行（誤差≤3 mm），保證給料的平穩(wěn)均勻。

圖1 垃圾料層厚度測(cè)量

圖2 推料器控制原理

3 不同垃圾料層厚度的控制方式

目前各項(xiàng)目在進(jìn)行自動(dòng)燃燒控制調(diào)整時(shí)，垃圾料層厚度基本采用單一的控制方式，使垃圾在爐排上形成波浪狀，料層起伏不定，焚燒工況經(jīng)常出現(xiàn)波動(dòng)。

3.1 單一控制方式

推料器在焚燒爐運(yùn)行過程中做前進(jìn)、后退往復(fù)周期運(yùn)動(dòng)以持續(xù)為焚燒爐提供垃圾。在焚燒爐正常運(yùn)行過程中，左、右側(cè)推料器會(huì)得到同一個(gè)運(yùn)行速度，行程和時(shí)間消耗也一樣，如圖3 所示。即使在焚燒爐工況發(fā)生變化時(shí)，2 列推料器的速度也是同時(shí)變化（同時(shí)加快或者變慢），左右側(cè)推料器一致保持同步運(yùn)行，在焚燒爐內(nèi)所推垃圾形成的料層厚度左右側(cè)也保持一致［4］。但此控制方式較單一，在推料器后退時(shí)無垃圾推入，同時(shí)干燥爐排在周期性前進(jìn)，造成斷料現(xiàn)象（間歇式供料），形成波浪狀的料層，如圖4 所示。

圖3 單一料層厚度控制的原理

圖4 單一料層厚度控制的料層結(jié)果

3.2 快速后退方式

推料器在前進(jìn)后退過程中所消耗的時(shí)間一致，根據(jù)3.1 的弊端，為了減少推料器后退的時(shí)間，盡量消除垃圾料層的斷料現(xiàn)象，推料器采用快速后退方式進(jìn)行控制，如圖5 所示：推料器在前進(jìn)后退過程中所需的總時(shí)間T 為定值（此數(shù)值由自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)計(jì)算而得），推料器的行程為L(zhǎng)（調(diào)試過程中設(shè)定，正常運(yùn)行過程中此數(shù)值保持不變），前進(jìn)的時(shí)間為t1，速度為v1，后退的時(shí)間為t2，速度為v2。根據(jù)工藝特性和運(yùn)動(dòng)學(xué)原理可得：t1+t2=T，v1t1+v2t2=2L；推料器采用快速后退即推料器后退過程中采用推料器最大速度v2（比例流量閥處于全開狀態(tài)） 以節(jié)約時(shí)間，并測(cè)量所消耗的時(shí)間t2，則：

可得

由于v2處于最大速度，減少了后退時(shí)間，縮短了斷料時(shí)間，同時(shí)減慢了前進(jìn)推料v1速度，使整個(gè)推料器絕大部分時(shí)間都處于前進(jìn)推料狀態(tài)，垃圾料層厚度的波谷更小、更短，如圖6 所示。從而垃圾料層厚度趨于比較平穩(wěn)的狀態(tài)，有利于保持焚燒爐工況趨于穩(wěn)定。

圖5 推料器快速后退控制原理

圖6 推料器快速后退形成的垃圾料層厚度

3.3 復(fù)合運(yùn)行方式

結(jié)合3.1、3.2 中垃圾料層厚度控制的方式，推料器采用快速后退方式依舊不能避免推料器后退過程中出現(xiàn)斷料的情況，并且兩側(cè)推料器依舊處于同時(shí)前進(jìn)、后退模式，左右兩側(cè)爐排上所形成的波谷和波峰一致。針對(duì)配有2 個(gè)或者2 個(gè)以上的推料器焚燒爐系統(tǒng)，采用推料器復(fù)合控制方式能夠?qū)崿F(xiàn)垃圾料層厚度的有效控制。復(fù)合控制方式原理如圖7 所示，推料器在前進(jìn)后退往復(fù)運(yùn)行過程中采用快速后退的方式以減小垃圾在焚燒爐內(nèi)形成的波谷，2 列推料器啟動(dòng)時(shí)間相差t3，2列推料器所推垃圾在焚燒爐內(nèi)所形成的垃圾料層厚度如圖8 所示，從左右兩側(cè)看，垃圾料層厚度依舊存在小段的波谷，但是整個(gè)焚燒爐內(nèi)左右側(cè)波谷交叉分布，垃圾料層厚度分布更加均勻，焚燒爐能夠更加穩(wěn)定地燃燒。

圖7 復(fù)合控制方式控制原理

圖8 復(fù)合控制方式形成的垃圾料層厚度

以江蘇某垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目焚燒爐為600 t/d 的額定處理量，設(shè)置了3 個(gè)推料器，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)，比例流量閥及放大器調(diào)試完成后，推料器的運(yùn)動(dòng)行程設(shè)置為600 mm。垃圾料層厚度控制采用復(fù)合控制方式，以推料器某次運(yùn)行循環(huán)周期為例：3 列推料器A、B、C 在比例閥全開時(shí)，后退的時(shí)間t2分別為48、47、48 s，在推料器啟動(dòng)時(shí)，3 列推料器分別滯后10 s，推料器運(yùn)行過程中的進(jìn)度如圖9 所示，圖中的數(shù)據(jù)503、378、219為推料器位移編碼器實(shí)測(cè)值。3 列推料器分別按照快速后退模式運(yùn)行，焚燒爐內(nèi)垃圾料層厚度如圖10 所示，焚燒狀況趨于穩(wěn)定。

圖9 復(fù)合運(yùn)行方式推料器實(shí)際運(yùn)行進(jìn)度顯示

圖10 爐膛火焰狀況

本項(xiàng)目調(diào)試完成后，復(fù)合控制方式使焚燒爐爐排上垃圾料層左中右3 列波谷交叉錯(cuò)開，推料器采用快速后退方式縮短出現(xiàn)波谷的時(shí)間，垃圾料層厚度得到了較好控制，焚燒爐運(yùn)行溫度穩(wěn)定。

4 結(jié)論

1） 針對(duì)含有2 列或者2 列以上推料器的垃圾焚燒爐，在進(jìn)行自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，垃圾料層厚度控制建議采用復(fù)合控制方式；

2） 在焚燒爐推料器側(cè)裝設(shè)位移傳感器，以方便進(jìn)行推料器的運(yùn)行進(jìn)度監(jiān)視，同時(shí)所測(cè)位移用于邏輯計(jì)算和控制；

3） 單個(gè)推料器采用快速后退的運(yùn)行模式，以縮短推料器后退運(yùn)行時(shí)間，減小焚燒爐內(nèi)單側(cè)垃圾料層厚度形成的波谷，使單側(cè)推料更平穩(wěn)；

4） 采用復(fù)合控制方式，調(diào)整焚燒爐爐排上波谷的形成位置，使每列的波谷錯(cuò)開，均勻分布，有利于焚燒爐燃燒控制。