大型焚燒爐自動燃燒與一次風獨立布風聯鎖控制的探討

王高尚

（上海康恒環境股份有限公司，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）、精細化管理的要求及生活垃圾焚燒行業規范標準日益完善，焚燒爐自動燃燒控制能否穩定運行也越來越受到行業重視。焚燒爐燃燒的自動控制主要是通過調節一次風的配風比例、推料器以及各段爐排的速度、二次風的流量等主要參數，控制鍋爐蒸汽流量穩定在設定值、溫度保持穩定、熱灼減率最小化、減少污染物的產生。要實現以上各項性能指標，焚燒爐自動燃燒能否穩定地控制尤為關鍵，具有決定性作用［1］。筆者重點探討大型爐排（750 t/d）獨立布風，即使在低熱值垃圾情況下，根據區域范圍燃燒狀況（即溫度分布情況），針對性調整相關區域的一次風調節風門，促使有效且及時的燃燒狀況調整。

1 垃圾焚燒爐一次風布風與控制的現狀及項目情況

目前垃圾焚燒爐一次風布置方式大多為母管制，從每段爐排的一次風母管進行分支，通過分支管路將一次風送到爐排下部風室（每段爐排一次風母管設置調節型風門）；通過判斷焚燒爐內部燃燒狀況，調節一次風調節型風門，改變一次風入爐量，從而改變燃燒狀況。這種母管制布風調整在小型焚燒爐調整效果非常好，在以往的焚燒爐中應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，由于爐排結構尺寸較寬，爐排下部一次風室并列3個以上（目前600 t/d爐排下部風室為2個），隨著處理能力的增加爐膛寬度逐漸變寬，即燃燒區域面積變大；受此母管制布風結構的限制，對于區域化燃燒狀況調整影響較大，調整也異常艱難。故針對這一狀況，為了使大型爐排焚燒狀況得到有效的區域性調整，保證良好的燃燒效果，配合上海康恒科技股份有限公司自動燃燒控制（ACC-上海康恒科技股份有限公司獨有發明專利，專利號CN102927573）更好地運用。

上海康恒科技股份有限公司進行了大量的工藝設計分析，并實際作出了舉措。在海口二期擴建項目（2×600 t/d） 中，為更好實現穩定燃燒的效果，在原有一次風室風管的基礎上，根據干燥爐排、燃燒爐排三段、燃燼爐排兩段左右2個風室排列特點，單獨設置支路管道送風，且在每個風室的送風管道上設置調節擋板及流量測量裝置（數量為傳統母管制布風數量的2倍），根據燃燒狀況，將左右兩側風室調節擋板連鎖并單獨控制各風室的調節擋板，這樣可有效避免焚燒爐左右側偏火、燃燒調整困難的現象，這樣進一步提高了垃圾焚燒自動燃燒控制的穩定運行。項目自2016年6月運行至今，一次風獨立布風的效果顯著，配合ACC自動燃燒控制系統，能夠及時迅速有效地調整區域燃燒狀況，焚燒能夠穩定運行，各指標參數穩定，同時ACC自動燃燒控制運行大幅降低運行人員的工作強度。

通過海口二期2×600 t/d項目一次風布風方式的改進，一次風獨立送風的控制方式的實際應用效果良好，并得到了業主的絕對認可。在此基礎上，針對上海康恒科技股份有限公司750 t/d及以上大型爐排的一次風布風問題，采用一次風獨立布風結構，確保燃燒狀況的有效調整，促使自動燃燒控制穩定運行。

2 一次風獨立布風的型式與自動燃燒控制系統（ACC） 聯鎖控制的介紹

圖1為750 t/d布風示意。750 t/d機械爐排爐在寬度上為3個單元模塊，即爐排下部有3個一次風風室。其特點是每個風室設置1個風門擋板、1個風量流量計，通過每個風室的風門擋板，可以獨立調整進入風室的一次風量。作為自動燃燒控制系統的調節手段——調整一次風風量具有區域靈活性，大大提高可控性能。

圖1 750 t/d布風示意

自動燃燒控制系統（ACC）主要功能為：自動控制使鍋爐主蒸汽流量保持穩定；能夠穩定地供應垃圾，使焚燒爐穩定焚燒、穩定運行；熱灼減量最小化，低污染物排放，防止公害。其中分項為：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。根據自動燃燒控制的特點，層層閉環聯鎖控制，其中爐排下部一次風的控制最為重要。

2.1 垃圾層厚控制與一次風的關系

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之一，主要通過爐內負壓與一次風室正壓通過差壓的方式進行垃圾層厚度的測量，即垃圾層的一次風通風率，該數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控制來講，若是垃圾濕度較大，即便很薄的一層也會使垃圾層厚度（通風率）數值很大，則會加大一次風量；若是垃圾干燥且整體體積密度小，即便實際上鋪很厚的料該垃圾層厚度（通風率）數值也會很小，則會減少一次風量。自動燃燒控制系統根據設定參數值，為維持合理的垃圾料層厚度，根據實際燃燒狀況，區域性進行垃圾溫度控制進行一次風量的控制。此時較之前的母管制布風的特點一次風獨立布風的優勢凸顯出來，在保證穩定蒸發量的情況下能夠有效及時地進行區域性調整一次風量［2］。

圖2 垃圾料層厚度測量

2.2 一次風調節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之一，主要是通過在燃燼段兩側設置熱電偶進行溫度測量，或設置溫度場控制系統，對燃燼段焚燒區域進行溫度場區域劃分（共6個風室），保證排出渣的熱灼減率在規定的數值以內，不大于3%。根據圖3所示，燃燼爐排上部溫度高于設定值時，通過ACC自動燃燒控制程序判斷，控制相關區域的一次風門擋板開度增大，增大一次風進入該風室，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定值時，通過ACC自動燃燒控制程序判斷，控制相關區域的一次風門擋板開度減小，較少一次風進入該風室，最終穩定燃燒爐排上部溫度不高于設定值，確保一次風在其他爐排區域充分發揮作用［2］。

圖3 熱灼減量原理示意

2.3 一次風調整對主蒸汽流量的影響

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

圖4 主蒸汽控制關系示意

由圖4可以看出，主蒸汽作為第一控制目標，它的變化直接引起一次風的風量變化（風門擋板開度變化），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定，整個控制形成閉環聯鎖，最終的作用為一次風的調節［2］。故此一次風能否精確控制，對區域燃燒狀況進行有效及時的控制至關重要，尤其大型爐排750 t/d，燃燒爐排面積較大，傳統意義的一次風母管制受限較多，凸顯了獨立布風的重要性。

3 一次風獨立布風與自動燃燒控制系統的控制特點

3.1 自動燃燒控制系統的控制特點

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。自動燃燒控制系統主要是減少人工干預焚燒調整，及時有效穩定地自行調整燃燒工況，達到以上①②③④⑤的穩定控制，減少并控制污染物排放，確保清潔焚燒［3-4］。

3.2 一次風獨立布風的特點

①根據爐排風室設置獨立風門擋板；②每個獨立風管增加流量計；③調整靈活性（可根據區域燃燒狀況進行區域性獨立控制）；④調整及時性。

3.3 一次風獨立布風與自動燃燒控制聯鎖控制的要點

①控制目的明確（自動燃燒控制各個環節目的明確，在某一環需要調整時，能夠有效地發出命令，閉環控制達到一次風量的控制）；②控制區域針對性較強（根據實際燃燒狀況進行區域分塊，各塊的燃燒狀況明顯，直接調整對應的區域相對應的一次風室進風，布風能夠根據區域燃燒狀況進行功能性調整）；③控制及時性較強（出現燃燒偏差，或各個控制量出現問題時，能夠及時有效地調整）。

4 一次風獨立布風與自動燃燒控制系統的聯鎖控制應用

中節能石家莊項目1×820 t/d，爐排為3列單元模塊進行拼裝（即總共18個風室），按照燃燒區域劃分為18個區域。設計理念重點控制18個燃燒區域。項目設計及實施情況：工藝布置上一次風布風為獨立布風型式，每個風室一次風管路設置風門調節擋板，設置一次風流量計。ACC通過DCS收集所有控制所需要的工藝參數進行相關邏輯運算，根據實際燃燒工況針對性區域性進行控制各個擋板，有效且及時地調整燃燒狀況。石家莊項目自2016年10月3日（72+24） h運行合格結束后至今，隨著運行人員對獨立布風結構的摸索及熟悉，一次風獨立布風的效果越來越明顯。目前運行狀況良好，各控制參數均達到設計值，主蒸汽參數能夠控制在±5%以內，爐膛溫度在850℃以上。

從實際運行情況來看，一次風獨立布風型式更能適合ACC的功能應用，調整響應迅速，效果明顯。

5 結束語

目前上海康恒科技股份有限公司多個大型爐排750 t/d及以上均使用一次風獨立布風型式，隨著上海康恒科技股份有限公司第二代ACC系統的逐漸投用，根據燃燒狀況，區域性燃燒調整能更迅速，更有效，更及時。

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

［2］ 胡壽松.自動控制原理［M］.5版.北京：科學出版社，2007.

［3］ 生活垃圾焚燒處理工程技術規范：CJJ 90—2009［S］.

［4］ 生活垃圾焚燒廠評價標準：CJJ/T 137—2010［S］.