摘要：垃圾发电厂引进自动燃烧控制系统可以提高垃圾处理效果，有利于环保。因此，分析了垃圾发电厂自动燃烧控制系统的组成及运作方式，介绍了垃圾发电厂自动燃烧控制系统的重要性及其主要的控制子系统。
关键词：自动燃烧控制系统；垃圾发电厂；技术工艺
引言：进入20世纪70年代后，由于垃圾可燃物的增加，工业技术水平的不断提高，使得垃圾焚烧技术迅速发展，焚烧处理技术日趋成熟。当前国内外垃圾焚烧处理以炉排炉焚烧方式最为普遍，而且使用时间最长，设备技术较为成熟。国外的焚烧炉是根据国外的生活垃圾的品质及燃料特性进行设计的，而我国的垃圾品质和燃料特性与国外垃圾存在着很大差异。还存在垃圾焚烧不完全、运行不稳定、排放不易全部达标等问题。
1、垃圾发电厂自动燃烧控制系统的重要性
垃圾发电厂自动燃烧控制有以下作用：
（１）减少环境污染，确保垃圾处理无害化。例如：烟气在炉膛中的温度低于正常值，导致垃圾焚烧不完全，垃圾中含硫化物、二英等有害成分不能充分分解，会随着烟气释放到大气中，严重污染环境；另外，未完全燃烧的物质会堵塞排渣系统；烟气在炉膛中的温度高于正常值，会影响锅炉的钢结构寿命，同时因为锅炉蓄热能力是一定的，炉膛烟气温度越高，炉膛出口烟气温度也会跟着变高，这样会降低烟气处理效率，损坏烟气处理设备和过多消耗石灰浆等。所以，垃圾发电厂自动燃烧控制系统首先需要减少垃圾焚烧后的物质的危害程度到零，其次保证设备安全运行和人员身体健康。
（２）减少人工手动操作，提高垃圾燃烧自动化程度，尽量完全用计算机控制整个过程，不要人工干预。然而我国垃圾发电厂目前的燃烧自动控制技术仍然无法实现全自动。优化垃圾发电厂焚烧自动控制系统，提高设备焚烧安全系数，简化手动操作方式和次数，完善由于各操作人员方式和习惯不同而产生的焚烧效果，目前意义重大。
（３）引进先进的焚烧工艺技术，结合我国垃圾成分实际情况，优化垃圾焚烧控制策略，改善垃圾焚烧工艺流程，提高生产效率，降低垃圾焚烧成本，美化城市环境。
2、炉排垃圾焚烧炉的技术工艺
垃圾在炉排中的焚烧是一个复合过程，包括多个相互关联、互相影响和前后重叠的过程组成：干燥--热分解--点燃--汽化--燃烧--燃烬，这个过程是多成分、高水分固体燃料的完整燃烧过程。炉排燃烧技术，为使垃圾燃烧过程稳定，层状燃烧关键是炉排。垃圾在炉排上通过三个区段：预热干燥段、燃烧段和燃烬段。垃圾在炉排上着火，热量不仅来自上方的辐射和烟气的对流，还来自垃圾层内部。在炉排上已着火的垃圾在炉排的特殊作用下，使垃圾层强烈地翻动和搅动，不断地推动下落，引起垃圾底部也开始着火，连续的翻转和搅动，使垃圾层松动，透气性加强，有助于垃圾的着火和燃烧。炉拱形状设计要考虑烟气流畅有利于热烟气对新入垃圾的热辐射预热干燥和燃烬区垃圾的燃烬。配风设计要确保空气在炉排上垃圾层分布最佳，并合理使用一、二次风。
为了垃圾的松散及搅拌，有效地设置了2个落差段。通过剪切刀的作用，可以破碎块状垃圾和搅动垃圾，使垃圾层均匀。炉排炉的燃烧方式层状燃烧，为保证垃圾的完全燃烧，有三个关键性的要求要满足：燃料与氧充分混合。配风的原则是按需分配，即干燥、燃烧、燃烬各区域需要多少空气量就配多少风量，既不能多也不能少。垃圾料层的充分燃烧，在炉排上的垃圾经搅拌、翻动与混合后，达到尽可能均匀的燃烧特性。燃烧室的设计要满足烟气中可燃成分充分燃烬的要求，这不但设计燃烧效率的问题，更主要的是为了保证烟气排放中污染物原始浓度。
3、环境影响分析
与普通的电厂相比，垃圾焚烧电厂的环境危害具有其特殊性。垃圾焚烧过程不仅产生二氧化硫、氮氧化物、烟尘等常规污染物，还产生酸性气体（HCl，HF）、二噁英(TEQ)、重金属等；而且，垃圾焚烧电厂还会产生垃圾渗滤液、恶臭气体等。
二噁英产生的主要原因是垃圾燃烧不充分；其次是垃圾中含有的塑料、橡胶在焚烧过程中形成氯苯、氯酚、聚氯酚类物质（PCBs）等前驱物，再在重金属的催化下转化成二噁英。二噁英被称为“地球上毒性最强的毒物”，其毒性相当于氰化钾的100倍以上、马钱子碱500倍以上。动物实验证明：二噁英能使动物患病毒性肝炎、甲状腺肿瘤、肝癌、皮肤癌等，使鼠类产生唇裂及水肾症等畸型，使免疫力下降。二噁英对生物酶有极强的诱变作用，具有“三致”作用。
垃圾焚烧烟气中的重金属主要有汞（Hg）、镉（Cd）、铅（Pb）等及其化合物。大部分来源于废旧电池、日光灯管、电子元件、涂料以及温度计等。在焚烧过程中，因高温气化或形成氧化物、卤化物挥发进入烟气。重金属易在人体内蓄积，导致慢性中毒，如慢性甲级汞中毒、慢性铅中毒、骨痛病（慢性镉中毒）等。无机汞在机体内可使肾脏、脑细胞受损害，使中枢神经系统发生障碍，也可导致畸胎、死胎。镉中毒会导致动脉硬化，肾萎缩或慢性球体肾炎、骨骼软化、变形等。铅会引起中枢神经系统损伤，出现疲惫、头疼、痉挛、精神障碍等。
国内生活垃圾的特点是水份高、热值低；为保证垃圾的充分燃烧，国内生活垃圾焚烧电厂均把垃圾在垃圾仓中存放5--7d，排除部分水份，使垃圾热值相应提高后再送入炉内焚烧。因此，在垃圾仓中会产生垃圾渗滤液。垃圾渗滤液是较难处理的有机废水之一，COD，BOD5，氨氮质量浓度分别可达90000mg/L，38000mg/L，1700mg/L，甚至更高。
此外，垃圾储运、装卸系统、渗沥储坑等部位会产生恶臭气体。
4、自动燃烧控制系统分析
垃圾发电厂的首要工作是确保垃圾焚烧量符合要求，炉膛温度维持在正常范围内，尽可能提升发电功率。影响炉膛内垃圾焚烧稳定性的因素有很多，包括各风室风量、进料速度、炉排速度、料层厚度等。自动燃烧控制系统主要有以下几种子系统控制：汽包主蒸汽流量控制、料层厚度控制、炉膛温度调节、热灼减量最小化控制、氧气浓度调节。其中过热器主蒸汽流量是核心子系统控制。
调节炉排一次风风量，稳定过热器主蒸汽流量参数。垃圾焚烧量和空气量等参数的计算可以参考过热器主蒸汽流量控制器中的设定值。自动燃烧控制系统中主蒸汽流量输出是通过调节炉排的空气流量，控制器输出反馈到炉排标态空气流量信号。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆控制回路中主蒸汽流量最大值限制和最小值限制功能能够杜绝助燃空气供应过大或不足。
4.1 垃圾料层厚度控制
垃圾料层厚度的测量是通过检测燃烧炉排上部垃圾和炉排下部空气压力之间的差值。通过调节推料器、干燥炉排和燃烧炉排等设备的运行速度，保证燃烧炉排上的垃圾层厚度均匀。炉膛温度受垃圾供应量的影响，垃圾供应量应该在某一个范围内保持稳定，过多或不足都可能引起炉膛温度降低。控制逻辑避免了风量对炉排上下部之间压差的测量波动，推料器的速度直接由垃圾层厚度值控制，垃圾层的漏风情况可以通过百分比如实反映出来。
4.2 垃圾燃烧位置的控制
炉膛内温度和垃圾燃烧位置有一定的关系，当垃圾热值含量低时，将垃圾燃烧位置移动到后侧；当垃圾热值含量高时，将垃圾燃烧位置靠前移动。垃圾燃烧位置的控制辅助炉膛温度控制调节。
4.3 热灼减量最小化控制
垃圾燃烧位置可以通过燃烧炉排的运转速度来进行调整，在燃尽炉排上部安装有热电阻或热电偶温度测点，可以通过检测的温度值调整垃圾燃烧的位置，减少燃烬炉排上的热灼减量。也可以通过检测的温度值调整燃烧炉排的运行速度，从而调节垃圾燃烧的位置，检测的温度值影响燃烬炉排空气流量，保持热灼减量最小化。
4.4 焚烧炉内温度的控制
二次风风量的温度受焚烧炉内温度影响。如果垃圾料层厚度高会引起炉内温度高。增加炉排速度可以减少垃圾层料厚，着火面积减少。这种调整方法的优点是不会影响负荷波动，调整完后继续留意炉温和锅炉负荷参数变化。
确保烟气温度控制在850℃及以上，烟气流速不能过快，完全穿过炉膛时间不能少于2s。为了满足以上要求，逻辑要求炉膛温度信号连锁燃烧器运行或停止。
4.5 浓度控制
烟气中一氧化碳浓度和氧气浓度成反方向变化，当一氧化碳浓度升高时，氧气浓度会降低。通常可以调节炉膛二次风流动速度和燃烬炉空气流动速度，来维持省煤器出口氧气浓度在合适范围。二次风温度控制在220℃，烟气中氧气含量要求6%--8%。氧化锆分别安装在锅炉省煤器出口和烟囱中。
5、垃圾燃烧突然变化，负荷下降的调整解决方法
5.1 将蒸汽流量设定值设定成和现在的蒸发量相同值，但是蒸汽量设定值的变化幅度不应太大。适当调整退料器、干燥炉排、燃烧炉排速度的配比，配比差大了炉排上的垃圾薄，可能造成着火点靠后，影响锅炉负荷。如配比差较小，垃圾变厚，在燃烧炉排上没有完全燃烧的垃圾会拉到燃烬炉排上，调整不好可能跑生料。
3.2 低热值垃圾因为着火点向燃尽段推移，所以在燃烧炉排的中间段附近着火，燃尽段炉排的前侧为垃圾燃尽位置。控制燃尽炉排速度，防止垃圾不好时在燃烬炉排根部料层变厚，不容易着火，在炉渣中间可能会出生料，所以发现垃圾不好燃烬炉排速度应适当增加使堆积的垃圾变薄尽快燃烧，防止垃圾出生料。
5.2 垃圾发生变化时，在控制好着火位置的前提下，防止部分垃圾没有完全燃烧，把没有燃烧的垃圾拉到燃烬炉排，可以适当的停止燃烬、燃烧、干燥炉排，最好在退料器后退时，如没有变化可以停止退料器，在垃圾着火正常时应注意防止着火位置靠后。炉排上垃圾未完全燃烧时，炉排上的垃圾变厚，差压显示高，这时应适当减少差压的设定值，防止未燃烧的垃圾推到燃烬炉排上跑生料。
5.3 在正常运行时风压应设定为2.0KPa，在垃圾发生变化时应适当增加风压，并注意引风机、一次风机的变频。为了保证满足炉排下部当板风量，必须保证一次风量压力为2KPA，可采取一定措施提高一次风风温，有助于垃圾的干燥和燃烧。停留2秒温度下降时，二次风没有减到最小，应手动减到最小，注意二次风温度会上涨，如涨的太高，可以适当调整变频。垃圾不好时应提高干燥炉排的风量，一般应保持在8--10KNm3/h，在垃圾燃烧不好时，各段需要的风量都比较大，在这时应注意一次风量可能达不到要求，可以关闭燃烬二段的风门，尽量保证燃烧的风量。
6、结语
由于城市的快速发展会导致垃圾处理量越来越大，垃圾处理后的废气及废物排放要求也越来越严格。我们研究先进的垃圾处理技术，提高垃圾处理效果，确保垃圾燃烧充分，达到国家环境排放要求，从而改善社会效益和经济效益。
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论文作者:张高峰
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/16
标签：垃圾论文; 烟气论文; 炉膛论文; 垃圾焚烧论文; 温度论文; 发电厂论文; 风量论文; 《电力设备》2019年第6期论文;