多目标量智能垃圾焚烧控制方法研究

赵正萍

【摘 要】目前城市生活垃圾焚烧发电是实现了垃圾减量化、无害化和资源化利用最有效的处理手段，已取得很高的社会价值与经济价值。而焚烧发电厂运行水平、控制技术又是整个电厂工艺环节中最为重要的一环，事关整个电厂工艺设备连续、安全稳定、高效运营。

由于垃圾焚烧发电厂的环境条件较差，尽量采用质量好可靠性高的设备，并适宜地采用智能控制，减少不必要的人工投入。

随着垃圾焚烧发电工艺技术进步和土地资源越来越珍贵，机械炉排式垃圾焚烧炉将朝着大型化、智能化和高效化的方向发展。同时，智能垃圾焚烧控制技术是“十二五”科技支撑计划课题《大型（700t/d）垃圾智能化焚烧成套装备研发与示范》项目的重要组成部分。

多目标量智能垃圾焚烧控制方法包括热工检测、报警、保护、控制系统等，多采用标准设计、典型设计和通用设计，目的就是智能化控制垃圾的燃烧过程，可根据不同工况，实时自动调节和远程控制多个变量，使垃圾能够充分燃烧、锅炉蒸发量达设计值、炉渣热灼减率达标、保证第一烟道烟气在温度大于850℃时停留时间大于2s、烟气中酸性气体、二噁英、颗粒物等有害气体满足国家要求。

1 研究对象及方法介绍

垃圾焚烧炉智能化燃烧控制对象主要有垃圾热值、锅炉出口烟气含氧量、锅炉蒸发量、垃圾层厚（推料器运动速度、炉排运动速度）、第一烟道烟气温度等。研究方法调节控制参数为垃圾进料量、一次风风机转速、二次风机转速、推料器和炉排的运行停顿时间、辅助燃烧器启停等。

多目标量智能垃圾焚烧控制方法可以根据不同工况针对不同热值、不同组分的垃圾，采用不同燃烧控制策略同时控制推料器和炉排的运行及停顿时间、一次风风机转速、二次风机转速，由此实现热负荷垃圾层厚度、锅炉蒸发量、炉膛温度和负压、保证第一烟道烟气温度在850℃以上、停留时间不少于2s、热灼减率、烟气中氧含量的稳定，确保垃圾焚烧发电厂高效运行、污染物焚烧彻底、烟气指标达标排放。控制方法示意图如下：

控制方法包括以下步骤：

1）垃圾焚烧炉进炉垃圾热值判断根据一段时间内锅炉产生的蒸汽质量与锅炉垃圾焚烧量比值和建立模糊控制模型来实时判断垃圾热值类型；

2）建立不同垃圾热值类型的一次风温度、分配比例、额定蒸汽流量、二次风量、额定垃圾量、炉排各区运动周期的控制器并根据第一步判断出的垃圾热值类型实时选择对应的控制策略；

3）根据锅炉蒸发量设定值和实际值计算出一次风量和垃圾给料量；

4）根据控制器建立的策略，通过PID算法对一次風机风量、炉排运动速度相关因素进行控制，使其达到控制器要求的目标值；

5）在整个运行周期，通过辅助燃烧器确保第一烟道烟气温度在850℃以上、烟气停留时间不少于2s，保证二噁英完全分解，减少污染的产生。

2 具体研究内容

2.1垃圾热值

生活垃圾热值受垃圾的物理与化学成分的影响，当进料量一定而垃圾热值发生变化时，也会引起焚烧过程偏离正常操作工况。

因此，首先我们要判断垃圾热值的类型，对不同热值、组分的垃圾采用不同的燃烧控制策略。

垃圾热值类型实时判断采用一段时间内的蒸汽质量与锅炉垃圾焚烧量两个参数，并计算其比值，根据模块化比值来制定垃圾热值对照表，通过对照表来确定垃圾热值类型：Pw=Ptf.m/Wpf.m

建立不同垃圾热值类型的控制器包括根据垃圾热值类型分别制定一次风温度、分配比例、烟道温度、各段燃烧炉排垃圾停留时间的工况参数，并建立查询表，在实时控制过程中根据实时判断的垃圾热值类型查询表中相应参数输出PID控制，下表为查询表：

2.2锅炉出口烟气含氧量控制

合理的控制锅炉出口烟气中的氧浓度，不仅能使燃烧处于良好的工况，降低CO的含量，而且合适的过量空气系数，也有利于燃烧过程中二恶英的控制。烟气中氧含量，主要关联一次风量C2和给料炉排前进速度C1因子，通过调整燃烧炉排的一次风量、给料炉排前进速度，来使得烟气氧浓度处于设计值（6%～8%）。确保烟气氧浓度处于设计值（5.5%～8.5%），计算方法如下：

5.5%≤M≤8.5% C1=C2=0

M<5.5% C1=A×（MV-5.5%） C2=C×（MV-5.5%）

MV>8.5% C1=B×（8.5%-MV） C2=D×（8.5%-MV）

MV——锅炉出口氧含量

A、B——给料炉排前进速度系数，单位mm/s

C、D——一次风风量，单位Nm3/h

C1——给料炉排前进速度影响因子

C2 ——一次风风量影响因子。

3 研究结果：

多目标量的智能垃圾焚烧控制方法的研究目标就是在不改变或少量变动炉膛及设备的主要结构情况下，通过调整锅炉运行中部分可控参数，如垃圾进料量、焚烧炉一次风量、二次风量、推料器和炉排的停顿时间等方面，研究这些可控参数在一定波动范围内对垃圾焚烧炉燃烧工况的影响程度，从而对焚烧工况进行智能联锁控制，提升了燃烧控制水平。

智能垃圾焚烧控制方法可根据一段时间内的蒸汽质量与锅炉垃圾焚烧量自动进行数据采集，判断热值情况，选择相应的控制策略。

系统可根据设定和实测蒸汽流量来计算出一次风量，使锅炉主蒸汽流量稳定在设定值，保证发电量，提高电厂年产值。

系统可根据设定蒸汽量计算出给料炉排运动速度，使锅炉出口烟气中氧浓度控制在5.5%～8.5%之间，保证垃圾完全燃烧。避免了含氧量过低，引起的不完全燃烧；氧浓度过高，产生大量的氮氧化物，同时烟气会带走大量热量，造成不必要的浪费；最终保证烟气达标排放。

通过智能垃圾焚烧控制方法，自动控制调节推料炉排、干燥炉排和燃烧炉排运动速度，使垃圾料层控制在0.6m-1m之间，实现在生活垃圾热值偏低，热值变化时焚烧炉能够自动调节并稳定运行。

总之，垃圾电厂垃圾进料量、一次风量、二次风量、推料器和炉排的停顿时间等变量参数的调节控制是相互影响的，各被控制对象之间构成繁冗复杂的多回路调节系统，需要在多次调试运行过程中进行反复取值调试，才能使得智能控制系统连续、稳定、达标运行。

智能控制方法在电厂热工自动化中的应用是电厂的必然发展趋势，该方法的应用可以有效解决传统电厂热工控制的问题， 全面提升垃圾电厂自动燃烧控制水平，避免运行操作中人为因素引起的不稳定性，使得多变量下焚烧炉持续稳定、高效运行，烟气各项指标排放。

（作者单位：江苏天楹环保能源成套设备有限公司）