DCS系統在新世紀二段往復式垃圾焚燒爐中的應用

蘇志輝

摘 要：文章介紹了和利時公司DCS系統在新世紀二段往復式垃圾焚燒爐中的應用，分別對新世紀二段往復式垃圾焚燒爐的工藝結構特點、過程控制DCS系統、焚燒爐自動燃燒控制策略的實現方法進行分析。

關鍵詞：二段往復式垃圾焚燒爐；DCS；自動燃燒控制技術

1 概述

垃圾焚燒發電是通過垃圾干燥、燃燒和燃燼三個階段，讓垃圾在850℃至1100℃的高溫下充分燃燒。燃燒中，可通過DCS自動控制系統即時監控和調整焚燒爐內垃圾的燃燒工況，及時調節推料器及爐排運行速度和燃燒風量。焚燒垃圾產生的高溫煙氣在余熱鍋爐中進行熱交換，產生過熱蒸汽，推動汽輪發電機組產生電能。電能通過電網，輸送到各地，實現了垃圾減量化、資源化、無害化處理。

2 新世紀二段往復式垃圾焚燒爐的工藝結構特點

新世紀公司二段往復式垃圾焚燒爐是在日本三菱馬丁型垃圾焚燒爐基礎上發展起來的。早期的日本三菱馬丁型垃圾爐兩列逆推式爐排采用一對液壓油缸來驅動；干燥段、燃燒段、燃燼段的逆推爐排運動速度是相同的。由于逆動爐排的作用，使爐排上的垃圾得到均勻的、充分的攪動和翻轉，對燃燒時產生表面固化的垃圾團還有破碎作用，讓垃圾得到足夠的空氣進行燃燒。而在實際運行過程中，干燥段、燃燒段、燃燼段爐排的運動速度要求是不相同的：干燥段、燃燼段爐排速度應當比較慢；而燃燒段爐排運動速度應當比較快。而早期日本三菱的馬丁型垃圾焚燒爐，三段爐排共用一對液壓油缸來驅動，三段爐排的運動速度是一致的，三段爐排運動速度以滿足燃燒段的需求為主。由于燃燒段逆推爐排運動速度比較快，從而導致垃圾往往在干燥段及燃燼段爐排上向前運動過快，還沒有充分燒透就掉落到垃圾渣坑里去了。針對這個問題，新世紀公司作了重大改進，在原有的逆推爐排下方，增設了順推爐排。

新世紀二段往復式（逆推+順推）垃圾焚燒爐排的主要特點是：二段往復式逆推爐排由1對油缸驅動；爐排有一定傾斜度，通常有14級；垃圾進入爐膛在傾斜的逆推爐排上不斷翻滾攪拌、干燥著火、燃燒。順推爐排位于逆推爐排下方；通常有6級；延長了垃圾在燃燼段的停留時間，垃圾基本上是在順推爐排的床面上充分燃燼的。

二段往復式垃圾焚燒爐在逆推爐排床面上有一個較長的干燥區，從而使得即使是含水量高達50%的低熱值垃圾，在二段往復式垃圾焚燒爐內也能燃燒。通常，垃圾經過進料漏斗，由DCS控制系統調節垃圾給料器的給料量；同時把垃圾推入爐排干燥段。在由DCS控制系統調節控制下，先后使垃圾依次通過干燥段、燃燒段（逆推爐排）；然后再進入燃燼段（順推爐排），最后燃燼的爐渣在順推爐排作用下，落入爐渣儲坑。

3 DCS系統對新世紀二段往復式垃圾焚燒爐過程控制

和利時公司DCS系統對垃圾焚燒爐的控制積累了比較豐富的工程經驗，并針對新世紀二段往復式垃圾焚燒爐開發了一系列控制算法塊，如料層控制、推料機控制、爐排控制、出渣機控制、料斗門控制等算法功能塊，簡單易學；針對焚燒爐行業垃圾成分復雜、熱值不均、焚燒爐經常偏離最佳燃燒工況等特點，在鍋爐蒸發量控制、逆推爐排尾部料層調節控制、順推爐排風門控制、液壓站控制等做了優化控制方案，更有效的提高全廠自動化控制水平，從而減少運行、檢修人員的工作強度和工作時間，提高了生產效率，降低了整體運營成本。以下介紹由和利時DCS實現的四川內江生活垃圾焚燒發電廠項目的新世紀垃圾焚燒爐的應用案例。

新世紀垃圾焚燒爐項目全廠DCS系統網絡結構圖如圖1所示。

DCS系統配置7個過程控制站，分別為：ACC系統控制站、余熱鍋爐控制站、煙氣凈化控制站、汽機控制站、DEH系統控制站、公共系統控制站和化水系統控制站，完成對整個垃圾焚燒發電項目各系統的監視和控制。

監控操作站的配置：DCS系統共配置5個操作員站（分別為：鍋爐OS1、鍋爐OS2、汽機OS3、汽機OS4、公用OS5）、1個工程師站、兩臺歷史數據服務器。

全廠DCS系統控制范圍：垃圾運輸的稱重汽車衡系統，焚燒爐輔機及ACC系統，余熱鍋爐，煙氣凈化系統，汽機本體、輔機及DEH系統，化水系統，全廠公用系統。

4 關鍵過程控制

新世紀二段往復式垃圾焚燒爐的自動燃燒控制技術采用了鍋爐蒸發量和爐溫穩定控制原理，以保證焚燒爐根據設定的數值實現穩定、可靠的運行。其自動燃燒控制策略所有環節均由DCS控制，如：鍋爐蒸發量控制策略、焚燒爐料層厚度控制策略、爐膛溫度控制策略、煙氣含氧量控制策略等。

4.1 鍋爐蒸發量控制策略

新世紀爐排自動燃燒控制技術中，主要是依靠控制逆推爐排下的一次風量和給料器速度來調節控制垃圾焚燒爐的蒸汽蒸發量。具體來說，新世紀軟件的設計思想是優先考慮調節逆推爐排下面四個段一次風的風量來調節控制蒸汽量。實際上，一次風量增加，垃圾焚燒加快，垃圾厚度自然下降，這時自然就需要增加垃圾給料量。所以，新世紀在自動燃燒控制技術中，采用這樣的控制策略就成功避免了其他垃圾焚燒爐由于給料量增加太多，燒不透的現象。

一次風溫度通過一次風蒸預器來控制，通過自動控制來調節風門的開度來控制一次風溫度，一次風溫度一般控制在250℃～270℃，公共風室風壓一般控制在2500pa以上，各風室（一次空氣室）風壓一般控制在1500pa以上。

4.2 焚燒爐料層厚度控制策略

垃圾層厚度控制系統監控爐排上垃圾層厚度，根據監測到的料層厚度調節推料器速度和干燥爐排速度以保持料層厚度給定的設定值，同時，輔助調節燃燒爐排速度和燃燼爐排速度。控制料層維持在一定范圍內，確保垃圾料層過厚而導致燃燒不充分。（如圖2）

4.3 爐膛溫度控制策略

控制爐內溫度能保持爐內的溫度穩定，以維持鍋爐負荷和減少煙氣中污染物排放。為了控制爐內溫度，由測量所得的爐內溫度T1、爐頂部煙氣溫度T2和煙氣流量Fg，經過運算公式運算得出爐膛溫度。控制爐溫維持在一定范圍內。實現二惡因產生的最小化控制。（如圖3）

焚燒爐正常運行時，爐膛溫度聯動輔助燃燒器的啟停：（1）TR<855℃（立即啟動輔助燃燒器）、TR<865℃（持續10min）啟動輔助燃燒器；（2）TR>880℃（持續10min）停止輔助燃燒器。

4.4 煙氣含氧量控制策略

煙氣中一氧化碳與氧氣的濃度和爐溫密切相關。當供風不足或過量會導致低爐溫下燃燒不充分，一氧化碳濃度就上升，氧氣濃度下降，通過調節二次空氣流量以保持氧氣濃度高于給定SV時的濃度，確保焚燒爐燃燒充分，降低煙氣中一氧化碳濃度。（如圖4）

5結束語

新世紀二段往復式垃圾焚燒爐針對國內城市生活垃圾低熱值、高水分的特點而設計（適應垃圾低位熱值：4000～7500kJ/kg），進料垃圾不需要預處理；生活垃圾可經料斗和推料器直接送進爐膛內連續焚燒；不需要經常起爐或停爐。其技術成熟，設備可靠，具有適應熱值范圍廣、負荷調節能力大、可操縱性好和自動化程度高等特點。其控制系統采用和利時公司的DCS系統，通過DCS系統配置的專業算法和優化方案，更有利于焚燒爐自動燃燒管理的實現，降低操作人員勞動強度，確保焚燒爐穩定、完全燃燒。通過四川內江等多個項目的成功應用，將垃圾焚燒技術減容減量、資源化、無害化的優勢體現出來，對垃圾焚燒發電技術產生了積極的影響。

參考文獻

[1]丁歷威，李鳳瑞.城市垃圾焚燒發電技術介紹及其污染物控制策略分析[A].2009年電力工業節能減排學術研討會論文集[C].

[2]王常力，等.分布式控制系統（DCS）設計與應用實例[M].電子工業出版社，2010.