生活垃圾焚燒發(fā)電機(jī)組燃燒器控制方式的改進(jìn)

羅棟

（上海電力建設(shè)啟動(dòng)調(diào)整試驗(yàn)所有限公司，上海200031）

1 引言

洛陽(yáng)市生活垃圾處置園區(qū)生活垃圾焚燒發(fā)電工程（3×500 t/d 焚燒爐+2×15 MW）和上海天馬再生能源工程（4×500 t/d 焚燒爐+2×20 MW），采用相似的鍋爐設(shè)計(jì)。兩個(gè)項(xiàng)目都是單鍋筒中壓自然循環(huán)水管鍋爐，下部是垃圾爐排和絕熱爐膛，絕熱爐膛上方為余熱鍋爐[1]。垃圾焚燒爐都采用日本荏原往復(fù)式機(jī)械爐排爐，單臺(tái)焚燒爐處理量為500 t/d[2]。

爐膛溫度與給料量、一次風(fēng)率和一次風(fēng)溫有關(guān)[3]。燃燒器主要用途在于鍋爐啟動(dòng)升溫階段，尤其是調(diào)試階段的烘煮爐期間以及商業(yè)運(yùn)營(yíng)階段的鍋爐啟動(dòng)階段。主要目的是在鍋爐升溫同時(shí)，使焚燒爐爐內(nèi)耐火澆注料中的水分緩慢蒸發(fā)、逸出，防止溫度驟升驟降導(dǎo)致澆注料甚至爐墻裂縫、凸起、錯(cuò)位、脫落等異常狀況，從而保持爐墻的嚴(yán)密性。

根據(jù)上海天馬項(xiàng)目的實(shí)際調(diào)試情況和建議，洛陽(yáng)項(xiàng)目對(duì)燃燒器分別做了兩方面的改進(jìn)：邏輯保護(hù)控制更加嚴(yán)密、自動(dòng)控制要求更高。

2 洛陽(yáng)項(xiàng)目燃燒器控制的改進(jìn)

洛陽(yáng)項(xiàng)目的點(diǎn)火系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 洛陽(yáng)項(xiàng)目的點(diǎn)火系統(tǒng)示意圖

上海天馬項(xiàng)目的4個(gè)燃燒器共用1個(gè)燃燒器風(fēng)機(jī)，該燃燒器風(fēng)機(jī)為工頻工作模式，風(fēng)壓不可調(diào)，并通過(guò)風(fēng)道將風(fēng)量平均分給4個(gè)燃燒器，因此，燃燒器風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)和出口風(fēng)壓沒(méi)有納入“點(diǎn)火系統(tǒng)”畫(huà)面的監(jiān)視內(nèi)容。在該項(xiàng)目調(diào)試結(jié)束后，為了更好地進(jìn)行燃燒器控制，建議增加對(duì)燃燒器的風(fēng)壓控制。如圖1 所示，洛陽(yáng)項(xiàng)目將燃燒器風(fēng)機(jī)增加到4個(gè)，且每個(gè)燃燒器風(fēng)機(jī)與燃燒器一一對(duì)應(yīng)。每個(gè)燃燒器風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)2個(gè)調(diào)門(mén)，其中“燃燒器風(fēng)機(jī)的入口調(diào)門(mén)”控制風(fēng)壓并且由DCS 控制，“燃燒器的入口調(diào)門(mén)”控制風(fēng)量并且依然由就地PLC 柜控制。這種設(shè)計(jì)雖然增加了建設(shè)成本，但是更好地實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)壓和風(fēng)量的控制，讓每個(gè)燃燒器都處于較好的工作狀態(tài)，而且每個(gè)燃燒器之間互不影響，只由爐膛溫度決定。此外，中控室在觀察燃燒器負(fù)荷、工業(yè)電視的火焰情況基礎(chǔ)上，還可進(jìn)一步觀測(cè)并控制各燃燒器的風(fēng)壓，提升可操作性。

2.1 邏輯保護(hù)的改進(jìn)

上海天馬項(xiàng)目中，燃燒器風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)停止完全由中控的運(yùn)行人員決定。燃燒器風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行后，風(fēng)壓沒(méi)有變化。只有在燃燒器風(fēng)機(jī)自身發(fā)生故障或者鍋爐MFT 時(shí)，才會(huì)聯(lián)鎖停止燃燒器風(fēng)機(jī)。因?yàn)槿紵黠L(fēng)機(jī)平均分配風(fēng)量給4個(gè)燃燒器，所以燃燒器的邏輯保護(hù)只需要“燃燒器風(fēng)機(jī)跳閘聯(lián)鎖停止4個(gè)燃燒器”。

洛陽(yáng)項(xiàng)目中，每個(gè)燃燒器對(duì)應(yīng)1個(gè)燃燒器風(fēng)機(jī)和2個(gè)調(diào)門(mén)，就要求具有類似燃煤機(jī)組中油槍的3 種程序控制：正常點(diǎn)火程控、正常停止程控、吹掃程控。因?yàn)榫偷豍LC 已具有燃燒器和風(fēng)量調(diào)門(mén)的啟動(dòng)程控、停止程控、吹掃程控；所以DCS 需要對(duì)PLC 柜的功能進(jìn)行補(bǔ)充，增加3 種程控中“燃燒器風(fēng)機(jī)”“燃燒器風(fēng)機(jī)入口調(diào)門(mén)”的部分。

這些邏輯保護(hù)的改進(jìn)不但簡(jiǎn)化了中控運(yùn)行人員的監(jiān)盤(pán)和操作負(fù)擔(dān)，也增加了DCS 歷史曲線的調(diào)查和歷史時(shí)間的分析功能。

2.2 自動(dòng)控制的改進(jìn)

當(dāng)燃燒器正常運(yùn)行時(shí)，對(duì)應(yīng)的2個(gè)調(diào)門(mén)要投入自動(dòng)控制（燃燒器風(fēng)機(jī)入口調(diào)門(mén)由DCS 控制風(fēng)壓，風(fēng)量調(diào)門(mén)由就地PLC 柜控制風(fēng)量），但是2個(gè)調(diào)門(mén)之間的距離不超過(guò)8 m，互相干擾較為嚴(yán)重。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，在調(diào)試過(guò)程中，將DCS控制的風(fēng)壓調(diào)門(mén)視為主調(diào)，將就地PLC 柜控制的風(fēng)量調(diào)門(mén)視為輔調(diào)。首先將風(fēng)量調(diào)門(mén)全開(kāi)，視為管道暢通，觀察風(fēng)壓調(diào)門(mén)和風(fēng)壓的有效線性區(qū)間，加入風(fēng)壓自動(dòng)目標(biāo)值3 kPa、輸入量（風(fēng)壓）上限下限、輸出量（風(fēng)壓調(diào)門(mén)）上限下限、風(fēng)壓死區(qū)、比例值、積分值，投入風(fēng)壓自動(dòng)控制。然后，視管道風(fēng)壓恒定為3 kPa，開(kāi)始觀察風(fēng)量調(diào)門(mén)和風(fēng)量的有效線性區(qū)間，PLC 再根據(jù)風(fēng)油比投入風(fēng)量自動(dòng)控制。此時(shí)，2個(gè)調(diào)門(mén)都投入自動(dòng)運(yùn)行，風(fēng)壓和風(fēng)量都得到有效控制，且中控室可以更全面地掌握燃燒器的工況。DCS 側(cè)燃燒器風(fēng)機(jī)入口調(diào)門(mén)的自動(dòng)參數(shù)如表1 所示。

表1 燃燒器風(fēng)機(jī)入口調(diào)門(mén)的自動(dòng)調(diào)節(jié)參數(shù)（洛陽(yáng)）

烘煮爐期間，焚燒爐有多次升溫，其中一次升溫曲線如圖2 所示。燃燒器負(fù)荷上升，對(duì)應(yīng)的燃燒器風(fēng)機(jī)入口調(diào)門(mén)開(kāi)度加大，然后焚燒爐出口溫度開(kāi)始上升。當(dāng)焚燒爐出口溫度達(dá)到目標(biāo)值后，燃燒器負(fù)荷開(kāi)始下降，對(duì)應(yīng)的燃燒器風(fēng)機(jī)入口調(diào)門(mén)開(kāi)度降低，最后達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)。在此過(guò)程中，燃燒器風(fēng)機(jī)出口壓力始終保持在3 kPa 左右。

圖2 焚燒爐某次升溫前后各項(xiàng)參數(shù)變化

3 結(jié)論

經(jīng)過(guò)調(diào)試，爐膛溫度、澆注料溫度均滿足鍋爐升溫曲線要求。鍋爐升溫期間，燃燒器風(fēng)機(jī)入口調(diào)門(mén)開(kāi)度與燃燒器負(fù)荷的變化趨勢(shì)一致，以滿足燃燒時(shí)的風(fēng)供給要求；同時(shí)，燃燒器正常工作時(shí)，風(fēng)壓一直保持在3 kPa。

經(jīng)過(guò)洛陽(yáng)項(xiàng)目改進(jìn)，燃燒器控制有了更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嫳Ｗo(hù)、風(fēng)壓有了更完善的自動(dòng)控制、中控室有了更具體的畫(huà)面監(jiān)控。洛陽(yáng)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)營(yíng)后，此優(yōu)點(diǎn)被推廣到其他垃圾焚燒發(fā)電機(jī)組，控制方式的自動(dòng)化程度將進(jìn)一步提升。