大型焚燒爐自動(dòng)燃燒與一次風(fēng)獨(dú)立布風(fēng)聯(lián)鎖控制的探討

王高尚

（上?？岛悱h(huán)境股份有限公司，上海 201703）

隨著生活垃圾焚燒逐漸大型化（單爐處理能力750 t/d）、精細(xì)化管理的要求及生活垃圾焚燒行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)日益完善，焚燒爐自動(dòng)燃燒控制能否穩(wěn)定運(yùn)行也越來越受到行業(yè)重視。焚燒爐燃燒的自動(dòng)控制主要是通過調(diào)節(jié)一次風(fēng)的配風(fēng)比例、推料器以及各段爐排的速度、二次風(fēng)的流量等主要參數(shù)，控制鍋爐蒸汽流量穩(wěn)定在設(shè)定值、溫度保持穩(wěn)定、熱灼減率最小化、減少污染物的產(chǎn)生。要實(shí)現(xiàn)以上各項(xiàng)性能指標(biāo)，焚燒爐自動(dòng)燃燒能否穩(wěn)定地控制尤為關(guān)鍵，具有決定性作用［1］。筆者重點(diǎn)探討大型爐排（750 t/d）獨(dú)立布風(fēng)，即使在低熱值垃圾情況下，根據(jù)區(qū)域范圍燃燒狀況（即溫度分布情況），針對性調(diào)整相關(guān)區(qū)域的一次風(fēng)調(diào)節(jié)風(fēng)門，促使有效且及時(shí)的燃燒狀況調(diào)整。

1 垃圾焚燒爐一次風(fēng)布風(fēng)與控制的現(xiàn)狀及項(xiàng)目情況

目前垃圾焚燒爐一次風(fēng)布置方式大多為母管制，從每段爐排的一次風(fēng)母管進(jìn)行分支，通過分支管路將一次風(fēng)送到爐排下部風(fēng)室（每段爐排一次風(fēng)母管設(shè)置調(diào)節(jié)型風(fēng)門）；通過判斷焚燒爐內(nèi)部燃燒狀況，調(diào)節(jié)一次風(fēng)調(diào)節(jié)型風(fēng)門，改變一次風(fēng)入爐量，從而改變?nèi)紵隣顩r。這種母管制布風(fēng)調(diào)整在小型焚燒爐調(diào)整效果非常好，在以往的焚燒爐中應(yīng)用也具有較好的效果。但對于大型爐排750 t/d以上的單爐處理能力，由于爐排結(jié)構(gòu)尺寸較寬，爐排下部一次風(fēng)室并列3個(gè)以上（目前600 t/d爐排下部風(fēng)室為2個(gè)），隨著處理能力的增加爐膛寬度逐漸變寬，即燃燒區(qū)域面積變大；受此母管制布風(fēng)結(jié)構(gòu)的限制，對于區(qū)域化燃燒狀況調(diào)整影響較大，調(diào)整也異常艱難。故針對這一狀況，為了使大型爐排焚燒狀況得到有效的區(qū)域性調(diào)整，保證良好的燃燒效果，配合上?？岛憧萍脊煞萦邢薰咀詣?dòng)燃燒控制（ACC-上海康恒科技股份有限公司獨(dú)有發(fā)明專利，專利號CN102927573）更好地運(yùn)用。

上?？岛憧萍脊煞萦邢薰具M(jìn)行了大量的工藝設(shè)計(jì)分析，并實(shí)際作出了舉措。在海口二期擴(kuò)建項(xiàng)目（2×600 t/d） 中，為更好實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒的效果，在原有一次風(fēng)室風(fēng)管的基礎(chǔ)上，根據(jù)干燥爐排、燃燒爐排三段、燃燼爐排兩段左右2個(gè)風(fēng)室排列特點(diǎn)，單獨(dú)設(shè)置支路管道送風(fēng)，且在每個(gè)風(fēng)室的送風(fēng)管道上設(shè)置調(diào)節(jié)擋板及流量測量裝置（數(shù)量為傳統(tǒng)母管制布風(fēng)數(shù)量的2倍），根據(jù)燃燒狀況，將左右兩側(cè)風(fēng)室調(diào)節(jié)擋板連鎖并單獨(dú)控制各風(fēng)室的調(diào)節(jié)擋板，這樣可有效避免焚燒爐左右側(cè)偏火、燃燒調(diào)整困難的現(xiàn)象，這樣進(jìn)一步提高了垃圾焚燒自動(dòng)燃燒控制的穩(wěn)定運(yùn)行。項(xiàng)目自2016年6月運(yùn)行至今，一次風(fēng)獨(dú)立布風(fēng)的效果顯著，配合ACC自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)，能夠及時(shí)迅速有效地調(diào)整區(qū)域燃燒狀況，焚燒能夠穩(wěn)定運(yùn)行，各指標(biāo)參數(shù)穩(wěn)定，同時(shí)ACC自動(dòng)燃燒控制運(yùn)行大幅降低運(yùn)行人員的工作強(qiáng)度。

通過?？诙?×600 t/d項(xiàng)目一次風(fēng)布風(fēng)方式的改進(jìn)，一次風(fēng)獨(dú)立送風(fēng)的控制方式的實(shí)際應(yīng)用效果良好，并得到了業(yè)主的絕對認(rèn)可。在此基礎(chǔ)上，針對上?？岛憧萍脊煞萦邢薰?50 t/d及以上大型爐排的一次風(fēng)布風(fēng)問題，采用一次風(fēng)獨(dú)立布風(fēng)結(jié)構(gòu)，確保燃燒狀況的有效調(diào)整，促使自動(dòng)燃燒控制穩(wěn)定運(yùn)行。

2 一次風(fēng)獨(dú)立布風(fēng)的型式與自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)（ACC） 聯(lián)鎖控制的介紹

圖1為750 t/d布風(fēng)示意。750 t/d機(jī)械爐排爐在寬度上為3個(gè)單元模塊，即爐排下部有3個(gè)一次風(fēng)風(fēng)室。其特點(diǎn)是每個(gè)風(fēng)室設(shè)置1個(gè)風(fēng)門擋板、1個(gè)風(fēng)量流量計(jì)，通過每個(gè)風(fēng)室的風(fēng)門擋板，可以獨(dú)立調(diào)整進(jìn)入風(fēng)室的一次風(fēng)量。作為自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)手段——調(diào)整一次風(fēng)風(fēng)量具有區(qū)域靈活性，大大提高可控性能。

圖1 750 t/d布風(fēng)示意

自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)（ACC）主要功能為：自動(dòng)控制使鍋爐主蒸汽流量保持穩(wěn)定；能夠穩(wěn)定地供應(yīng)垃圾，使焚燒爐穩(wěn)定焚燒、穩(wěn)定運(yùn)行；熱灼減量最小化，低污染物排放，防止公害。其中分項(xiàng)為：鍋爐主蒸汽流控制；垃圾層厚控制；垃圾燃燒位置控制（即熱灼減量最小化控制）；爐膛溫度控制；煙氣氧氣濃度控制。根據(jù)自動(dòng)燃燒控制的特點(diǎn)，層層閉環(huán)聯(lián)鎖控制，其中爐排下部一次風(fēng)的控制最為重要。

2.1 垃圾層厚控制與一次風(fēng)的關(guān)系

垃圾層厚控制（料層厚度測量見圖2）作為燃燒控制的重要點(diǎn)之一，主要通過爐內(nèi)負(fù)壓與一次風(fēng)室正壓通過差壓的方式進(jìn)行垃圾層厚度的測量，即垃圾層的一次風(fēng)通風(fēng)率，該數(shù)值受到垃圾的熱值高低以及濕度等因素的影響。單就垃圾層厚度這一環(huán)控制來講，若是垃圾濕度較大，即便很薄的一層也會(huì)使垃圾層厚度（通風(fēng)率）數(shù)值很大，則會(huì)加大一次風(fēng)量；若是垃圾干燥且整體體積密度小，即便實(shí)際上鋪很厚的料該垃圾層厚度（通風(fēng)率）數(shù)值也會(huì)很小，則會(huì)減少一次風(fēng)量。自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定參數(shù)值，為維持合理的垃圾料層厚度，根據(jù)實(shí)際燃燒狀況，區(qū)域性進(jìn)行垃圾溫度控制進(jìn)行一次風(fēng)量的控制。此時(shí)較之前的母管制布風(fēng)的特點(diǎn)一次風(fēng)獨(dú)立布風(fēng)的優(yōu)勢凸顯出來，在保證穩(wěn)定蒸發(fā)量的情況下能夠有效及時(shí)地進(jìn)行區(qū)域性調(diào)整一次風(fēng)量［2］。

圖2 垃圾料層厚度測量

2.2 一次風(fēng)調(diào)節(jié)在燃燒位置控制中的作用

垃圾燃燒位置控制（即熱灼減量最小化控制，控制原理見圖3）作為燃燒控制的重點(diǎn)之一，主要是通過在燃燼段兩側(cè)設(shè)置熱電偶進(jìn)行溫度測量，或設(shè)置溫度場控制系統(tǒng)，對燃燼段焚燒區(qū)域進(jìn)行溫度場區(qū)域劃分（共6個(gè)風(fēng)室），保證排出渣的熱灼減率在規(guī)定的數(shù)值以內(nèi)，不大于3%。根據(jù)圖3所示，燃燼爐排上部溫度高于設(shè)定值時(shí)，通過ACC自動(dòng)燃燒控制程序判斷，控制相關(guān)區(qū)域的一次風(fēng)門擋板開度增大，增大一次風(fēng)進(jìn)入該風(fēng)室，促使燃燼爐排上部垃圾充分燃燒（確保垃圾可燃物燃燼），燃燼爐排上部溫度下降；燃燼爐排上部溫度低于設(shè)定值時(shí)，通過ACC自動(dòng)燃燒控制程序判斷，控制相關(guān)區(qū)域的一次風(fēng)門擋板開度減小，較少一次風(fēng)進(jìn)入該風(fēng)室，最終穩(wěn)定燃燒爐排上部溫度不高于設(shè)定值，確保一次風(fēng)在其他爐排區(qū)域充分發(fā)揮作用［2］。

圖3 熱灼減量原理示意

2.3 一次風(fēng)調(diào)整對主蒸汽流量的影響

鍋爐主蒸汽流量的流量穩(wěn)定是保證垃圾焚燒發(fā)電廠的效益重中之重，能夠穩(wěn)定地控制蒸發(fā)量也是垃圾焚燒發(fā)電廠的重要目標(biāo)。在ACC自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)原理中，同樣將主蒸汽流量作為控制目標(biāo)進(jìn)行控制（主蒸汽流量關(guān)系示意見圖4）。

圖4 主蒸汽控制關(guān)系示意

由圖4可以看出，主蒸汽作為第一控制目標(biāo)，它的變化直接引起一次風(fēng)的風(fēng)量變化（風(fēng)門擋板開度變化），繼而引起垃圾層厚、爐膛溫度的變化，從而確保主蒸汽流量的穩(wěn)定，整個(gè)控制形成閉環(huán)聯(lián)鎖，最終的作用為一次風(fēng)的調(diào)節(jié)［2］。故此一次風(fēng)能否精確控制，對區(qū)域燃燒狀況進(jìn)行有效及時(shí)的控制至關(guān)重要，尤其大型爐排750 t/d，燃燒爐排面積較大，傳統(tǒng)意義的一次風(fēng)母管制受限較多，凸顯了獨(dú)立布風(fēng)的重要性。

3 一次風(fēng)獨(dú)立布風(fēng)與自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)的控制特點(diǎn)

3.1 自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)的控制特點(diǎn)

①鍋爐主蒸汽流控制；②垃圾層厚控制；③垃圾燃燒位置控制（即熱灼減量最小化控制）；④爐膛溫度控制；⑤煙氣氧氣濃度控制。自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)主要是減少人工干預(yù)焚燒調(diào)整，及時(shí)有效穩(wěn)定地自行調(diào)整燃燒工況，達(dá)到以上①②③④⑤的穩(wěn)定控制，減少并控制污染物排放，確保清潔焚燒［3-4］。

3.2 一次風(fēng)獨(dú)立布風(fēng)的特點(diǎn)

①根據(jù)爐排風(fēng)室設(shè)置獨(dú)立風(fēng)門擋板；②每個(gè)獨(dú)立風(fēng)管增加流量計(jì)；③調(diào)整靈活性（可根據(jù)區(qū)域燃燒狀況進(jìn)行區(qū)域性獨(dú)立控制）；④調(diào)整及時(shí)性。

3.3 一次風(fēng)獨(dú)立布風(fēng)與自動(dòng)燃燒控制聯(lián)鎖控制的要點(diǎn)

①控制目的明確（自動(dòng)燃燒控制各個(gè)環(huán)節(jié)目的明確，在某一環(huán)需要調(diào)整時(shí)，能夠有效地發(fā)出命令，閉環(huán)控制達(dá)到一次風(fēng)量的控制）；②控制區(qū)域針對性較強(qiáng)（根據(jù)實(shí)際燃燒狀況進(jìn)行區(qū)域分塊，各塊的燃燒狀況明顯，直接調(diào)整對應(yīng)的區(qū)域相對應(yīng)的一次風(fēng)室進(jìn)風(fēng)，布風(fēng)能夠根據(jù)區(qū)域燃燒狀況進(jìn)行功能性調(diào)整）；③控制及時(shí)性較強(qiáng)（出現(xiàn)燃燒偏差，或各個(gè)控制量出現(xiàn)問題時(shí)，能夠及時(shí)有效地調(diào)整）。

4 一次風(fēng)獨(dú)立布風(fēng)與自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制應(yīng)用

中節(jié)能石家莊項(xiàng)目1×820 t/d，爐排為3列單元模塊進(jìn)行拼裝（即總共18個(gè)風(fēng)室），按照燃燒區(qū)域劃分為18個(gè)區(qū)域。設(shè)計(jì)理念重點(diǎn)控制18個(gè)燃燒區(qū)域。項(xiàng)目設(shè)計(jì)及實(shí)施情況：工藝布置上一次風(fēng)布風(fēng)為獨(dú)立布風(fēng)型式，每個(gè)風(fēng)室一次風(fēng)管路設(shè)置風(fēng)門調(diào)節(jié)擋板，設(shè)置一次風(fēng)流量計(jì)。ACC通過DCS收集所有控制所需要的工藝參數(shù)進(jìn)行相關(guān)邏輯運(yùn)算，根據(jù)實(shí)際燃燒工況針對性區(qū)域性進(jìn)行控制各個(gè)擋板，有效且及時(shí)地調(diào)整燃燒狀況。石家莊項(xiàng)目自2016年10月3日（72+24） h運(yùn)行合格結(jié)束后至今，隨著運(yùn)行人員對獨(dú)立布風(fēng)結(jié)構(gòu)的摸索及熟悉，一次風(fēng)獨(dú)立布風(fēng)的效果越來越明顯。目前運(yùn)行狀況良好，各控制參數(shù)均達(dá)到設(shè)計(jì)值，主蒸汽參數(shù)能夠控制在±5%以內(nèi)，爐膛溫度在850℃以上。

從實(shí)際運(yùn)行情況來看，一次風(fēng)獨(dú)立布風(fēng)型式更能適合ACC的功能應(yīng)用，調(diào)整響應(yīng)迅速，效果明顯。

5 結(jié)束語

目前上?？岛憧萍脊煞萦邢薰径鄠€(gè)大型爐排750 t/d及以上均使用一次風(fēng)獨(dú)立布風(fēng)型式，隨著上?？岛憧萍脊煞萦邢薰镜诙鶤CC系統(tǒng)的逐漸投用，根據(jù)燃燒狀況，區(qū)域性燃燒調(diào)整能更迅速，更有效，更及時(shí)。

［1］ 白良成.生活垃圾焚燒處理工程技術(shù)［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［2］ 胡壽松.自動(dòng)控制原理［M］.5版.北京：科學(xué)出版社，2007.

［3］ 生活垃圾焚燒處理工程技術(shù)規(guī)范：CJJ 90—2009［S］.

［4］ 生活垃圾焚燒廠評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：CJJ/T 137—2010［S］.