垃圾焚燒控制技術國產化的一些經驗

內容提供：英維思過程系統(中國)

1、概述

在當今世界上，環境與發展問題已經成為全球普遍關注的焦點問題。環境保護已成為可持續發展進程的一個重要組成部分。在我國，隨著經濟的持續高速增長，人民生活水平迅速提高，城市化進程也在不斷加快。但同時也面臨著日趨嚴重的環境問題，特別是垃圾的處理。利用垃圾焚化爐所產生的熱來發電，是垃圾處理的重要方向。發達國家普遍采用垃圾發電形式來處理垃圾。我國的垃圾發電技術的發展還剛剛起步，基本上是成套引進國外技術，成本極高。為了滿足國內垃圾處理迫切的需求和廣闊的市場，實現垃圾焚燒技術的國產化勢在必行。本文結合深圳市南山垃圾發電廠的工程應用實例，簡單介紹了爐排垃圾焚燒爐這一垃圾焚燒爐的特點。同時對采用美國foxboro公司ia系統實現的dcs系統的設計和工程應用作了簡單介紹。深圳市南山垃圾發電廠的成功投運為實現垃圾焚燒技術的國產化積累了經驗。

2、爐排爐的構成及特點

焚燒處理垃圾主要優點是垃圾減量效果最佳，無害化徹底，以焚燒垃圾發電處理垃圾是現有垃圾處理方法中占地較小，效果較好的方法。另外，建立垃圾焚燒發電廠，可解決垃圾滲瀝液污染地下水的問題。

垃圾焚燒技術在世界上已經有了幾十年的應用和發展，主要形成了回轉型焚燒爐、流化床焚燒爐和機械爐排焚燒爐等幾種方式。回轉型焚燒爐垃圾處理量不大，飛灰處理難，燃燒不易控制，不適合我國的垃圾處理。流化床焚燒爐燃燒充分，燃燒控制好，對污染物的生成有較好的抑制作用，但容量較小，煙氣中灰塵量大，操作復雜，運行費用高，并且由于其對垃圾的粒度和均勻性要求高，也不大適合我國的垃圾處理。機械爐排焚燒爐技術成熟，運行可靠性高，容量大，對垃圾的適應性較強，可燃燒低熱值高水分的垃圾，是當今世界垃圾焚燒的主導性產品，占世界垃圾焚燒市場份額的80％以上，比較適合我國的垃圾處理。本文所述深圳市南山垃圾發電廠即為全套引進比利時seghers的多級帶攪動型爐排爐。

深圳市南山垃圾發電廠垃圾焚燒系統的工藝流程為：首先由垃圾吊將垃圾投入給料斗，垃圾通過水冷式給料斜槽進入焚燒爐，給料爐排定量的向燃燒爐排供應垃圾。燃燒爐排是整個燃燒設備的核心，它用來支持水平燃燒過程，由四個標準單元和一個較長的末端燃盡區單元組成。每個標準單元由兩排攪動爐排片，兩排平移爐排片和兩排固定爐排片組成。平移爐排片產生水平的往復運動，推動垃圾床層向排渣口移動，攪動爐排片產生翻轉運動，實現垃圾撥火作用。輔助和啟動燃燒器用以保證爐溫在啟停時，維持在850℃以上至少2秒以上，防止垃圾低溫燃燒時產生有害氣體。一、二次風在空氣預熱器中由汽機抽汽加熱。加熱的一次風供應到干燥區和燃燒區爐排下。末級爐排是燃盡區，不需要預熱空氣。二次風在第一煙道的前后墻同一高度上噴入，以使助燃空氣和煙氣充分混合并充分燃燒。爐渣通過除渣設備送至爐渣處理系統。燃燒后的煙氣通過余熱鍋爐的受熱面，產生過熱蒸汽，來驅動蒸汽輪機發電。同時，冷卻的煙氣經過凈化處理后排出。

3、工程應用情況介紹

垃圾焚燒控制技術國產化的一些經驗

深圳市南山垃圾發電廠配置兩臺400噸/日焚燒爐，一臺12兆瓦凝汽式汽輪發電機組，母管制。全廠設置一套分散控制系統（dcs），硬件采用美國福克斯波羅公司的i/a series 系統。其監視控制范圍涉及：垃圾焚燒爐輔助部分、余熱鍋爐部分、煙氣處理輔助部分、汽輪機及輔機系統、電氣系統。完成數據采集（das）、模擬量控制（mcs）、順序控制（scs）和聯鎖保護（pro）等系統功能。本系統共配置有1臺工程師工作站（aw5100）、一臺值長站(aw7004)、3臺操作員工作站（wp5101、2、3）、6對控制器（cp60ft）、4臺打印機,系統配置圖如下圖示。整個dcs系統的總成、設計、組態及調試指導由國電熱工研究院承擔。

本機組中，一些大型設備的控制系統是隨主設備采購的，未直接納入dcs控制范圍。主要有焚燒爐爐排控制系統、煙氣處理控制系統、垃圾抓斗控制系統、除渣除灰部分、化水處理控制系統，根據各控制系統所采用硬件的特點，采用不同的網絡結構，建立了以dcs系統為主體的全廠通訊網絡。從而使運行人員可以在dcs系統上監控到全廠的主要設備信息。

4、工程設計過程的一些經驗

垃圾焚燒發電的過程與常規火電機組發電有著很大不同。因此如何很好的實現對垃圾焚燒過程的自動控制是一個全新的課題，國電熱工研究院依靠在dcs系統設計方面的豐富經驗，詳細研究了南山電廠兩臺爐排爐的工藝特點，對一些獨特的自動控制系統設計了專門的控制方案。

4.1 爐膛負壓控制

由于爐排爐在垃圾焚燒時爐排不停翻動，每當爐排翻動時，進入爐膛的一次風量就會瞬間大量增加，從而導致由變送器測量過來的爐膛負壓值瞬間變化很大。如果按照常規思路設計爐膛負壓控制系統的話，根本不能實現穩定控制。

結合工程實際，熱工院采用了對爐膛負壓信號進行濾波處理的方案，處理要求是削峰平谷，即將瞬間變化的信號切除；具體為設置一個濾波時間的參數，在變送器測量來的信號變化過程中，使濾波處理后的輸出在濾波時間達到輸入的63%。將處理后的信號作為過程參數。這樣就避免了因爐膛負壓信號的瞬間劇烈變化而導致爐膛負壓控制系統的不穩定。實踐證明熱工院設計的爐膛負壓的控制完全達到了機組的正常運行要求。

4.2 瀝濾液回噴流量控制

垃圾瀝濾液能否安全無害處理是垃圾發電廠避免二次污染的一個重要環節，南山垃圾發電廠采用瀝濾液回噴到爐膛的方式進行處理。由于瀝濾液噴入爐膛會對垃圾焚燒產生影響，且隨著垃圾成分的變化，爐膛溫度也會產生較大變化。因此瀝濾液回噴流量就必須根據爐膛內燃燒情況進行動態調整，否則不可能滿足機組的正常運行。
結合工程實際，并參考國外經驗，熱工院采用了瀝濾液回噴流量的設定值根據爐膛燃燒情況自動調整以適應爐膛燃燒的方案。當爐膛溫度高于瀝濾液回噴流量控制系統啟動溫度時，瀝濾液回噴流量控制系統啟動，設定值自動設為最小設定值；在投入一段時間后，如果爐膛溫度依然高于啟動溫度，則設定值自動階梯增大，如果爐膛溫度低于啟動溫度，則設定值自動階梯減小，每次增大或減小的值和間隔時間可由運行人員設置，系統還設定了最大設定值和最小設定值，避免投運過程中設定值過高或過小；當爐膛溫度低于瀝濾液回噴流量控制系統停止溫度時，瀝濾液回噴流量控制系統停止。實踐證明熱工院設計的瀝濾液回噴流量控制系統的控制完全達到了機組的正常運行要求。

由于采用了合理的控制策略，深圳市南山垃圾發電廠dcs系統有效的保證了機組的安全穩定運行。深圳市南山垃圾發電廠經過調試，于2003年12月正式并網發電， dcs系統運行良好、穩定可靠。實踐證明，該機組的dcs控制系統完全滿足垃圾焚燒發電廠的控制要求。

5、結束語

目前垃圾已成為現代城市的一大公害，采用垃圾焚燒發電的方式即可以有效的解決垃圾污染問題同時實現了能源再生，而可靠有效的自動化控制系統將為垃圾焚燒發電廠的安全穩定運行提供保證。深圳市南山垃圾發電廠的成功投運為最終實現垃圾焚燒技術的國產化積累了經驗。