垃圾焚燒控制技術(shù)國(guó)產(chǎn)化的一些經(jīng)驗(yàn)
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1、概述
在當(dāng)今世界上，環(huán)境與發(fā)展問(wèn)題已經(jīng)成為全球普遍關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。環(huán)境保護(hù)已成為可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程的一個(gè)重要組成部分。在我國(guó)，隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速增長(zhǎng)，人民生活水平迅速提高，城市化進(jìn)程也在不斷加快。但同時(shí)也面臨著日趨嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，特別是垃圾的處理。利用垃圾焚化爐所產(chǎn)生的熱來(lái)發(fā)電，是垃圾處理的重要方向。發(fā)達(dá)國(guó)家普遍采用垃圾發(fā)電形式來(lái)處理垃圾。我國(guó)的垃圾發(fā)電技術(shù)的發(fā)展還剛剛起步，基本上是成套引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，成本極高。為了滿足國(guó)內(nèi)垃圾處理迫切的需求和廣闊的市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)垃圾焚燒技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化勢(shì)在必行。本文結(jié)合深圳市南山垃圾發(fā)電廠的工程應(yīng)用實(shí)例，簡(jiǎn)單介紹了爐排垃圾焚燒爐這一垃圾焚燒爐的特點(diǎn)。同時(shí)對(duì)采用美國(guó)FOXBORO公司IA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的DCS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用作了簡(jiǎn)單介紹。深圳市南山垃圾發(fā)電廠的成功投運(yùn)為實(shí)現(xiàn)垃圾焚燒技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化積累了經(jīng)驗(yàn)。
2、爐排爐的構(gòu)成及特點(diǎn)
焚燒處理垃圾主要優(yōu)點(diǎn)是垃圾減量效果最佳，無(wú)害化徹底，以焚燒垃圾發(fā)電處理垃圾是現(xiàn)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(fā)電廠，可解決垃圾滲瀝液污染地下水的問(wèn)題。
垃圾焚燒技術(shù)在世界上已經(jīng)有了幾十年的應(yīng)用和發(fā)展，主要形成了回轉(zhuǎn)型焚燒爐、流化床焚燒爐和機(jī)械爐排焚燒爐等幾種方式。回轉(zhuǎn)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(guó)的垃圾處理。流化床焚燒爐燃燒充分，燃燒控制好，對(duì)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(fù)雜，運(yùn)行費(fèi)用高，并且由于其對(duì)垃圾的粒度和均勻性要求高，也不大適合我國(guó)的垃圾處理。機(jī)械爐排焚燒爐技術(shù)成熟，運(yùn)行可靠性高，容量大，對(duì)垃圾的適應(yīng)性較強(qiáng)，可燃燒低熱值高水分的垃圾，是當(dāng)今世界垃圾焚燒的主導(dǎo)性產(chǎn)品，占世界垃圾焚燒市場(chǎng)份額的80％以上，比較適合我國(guó)的垃圾處理。本文所述深圳市南山垃圾發(fā)電廠即為全套引進(jìn)比利時(shí)SEGHERS的多級(jí)帶攪動(dòng)型爐排爐。
深圳市南山垃圾發(fā)電廠垃圾焚燒系統(tǒng)的工藝流程為：首先由垃圾吊將垃圾投入給料斗，垃圾通過(guò)水冷式給料斜槽進(jìn)入焚燒爐，給料爐排定量的向燃燒爐排供應(yīng)垃圾。燃燒爐排是整個(gè)燃燒設(shè)備的核心，它用來(lái)支持水平燃燒過(guò)程，由四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元和一個(gè)較長(zhǎng)的末端燃盡區(qū)單元組成。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元由兩排攪動(dòng)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(chǎn)生水平的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)垃圾床層向排渣口移動(dòng)，攪動(dòng)爐排片產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)垃圾撥火作用。輔助和啟動(dòng)燃燒器用以保證爐溫在啟停時(shí)，維持在850℃以上至少2秒以上，防止垃圾低溫燃燒時(shí)產(chǎn)生有害氣體。一、二次風(fēng)在空氣預(yù)熱器中由汽機(jī)抽汽加熱。加熱的一次風(fēng)供應(yīng)到干燥區(qū)和燃燒區(qū)爐排下。末級(jí)爐排是燃盡區(qū)，不需要預(yù)熱空氣。二次風(fēng)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(guò)除渣設(shè)備送至爐渣處理系統(tǒng)。燃燒后的煙氣通過(guò)余熱鍋爐的受熱面，產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽，來(lái)驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電。同時(shí)，冷卻的煙氣經(jīng)過(guò)凈化處理后排出。
3、工程應(yīng)用情況介紹
垃圾焚燒控制技術(shù)國(guó)產(chǎn)化的一些經(jīng)驗(yàn)
深圳市南山垃圾發(fā)電廠配置兩臺(tái)400噸/日焚燒爐，一臺(tái)12兆瓦凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，母管制。全廠設(shè)置一套分散控制系統(tǒng)（DCS），硬件采用美國(guó)福克斯波羅公司的I/A Series 系統(tǒng)。其監(jiān)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(jī)及輔機(jī)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)。完成數(shù)據(jù)采集（DAS）、模擬量控制（MCS）、順序控制（SCS）和聯(lián)鎖保護(hù)（PRO）等系統(tǒng)功能。本系統(tǒng)共配置有1臺(tái)工程師工作站（AW5100）、一臺(tái)值長(zhǎng)站(AW7004)、3臺(tái)操作員工作站（WP5101、2、3）、6對(duì)控制器（CP60FT）、4臺(tái)打印機(jī),系統(tǒng)配置圖如下圖示。整個(gè)DCS系統(tǒng)的總成、設(shè)計(jì)、組態(tài)及調(diào)試指導(dǎo)由國(guó)電熱工研究院承擔(dān)。
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本機(jī)組中，一些大型設(shè)備的控制系統(tǒng)是隨主設(shè)備采購(gòu)的，未直接納入DCS控制范圍。主要有焚燒爐爐排控制系統(tǒng)、煙氣處理控制系統(tǒng)、垃圾抓斗控制系統(tǒng)、除渣除灰部分、化水處理控制系統(tǒng)，根據(jù)各控制系統(tǒng)所采用硬件的特點(diǎn)，采用不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，建立了以DCS系統(tǒng)為主體的全廠通訊網(wǎng)絡(luò)。從而使運(yùn)行人員可以在DCS系統(tǒng)上監(jiān)控到全廠的主要設(shè)備信息。
4、工程設(shè)計(jì)過(guò)程的一些經(jīng)驗(yàn)
垃圾焚燒發(fā)電的過(guò)程與常規(guī)火電機(jī)組發(fā)電有著很大不同。因此如何很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)垃圾焚燒過(guò)程的自動(dòng)控制是一個(gè)全新的課題，國(guó)電熱工研究院依靠在DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的豐富經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)研究了南山電廠兩臺(tái)爐排爐的工藝特點(diǎn)，對(duì)一些獨(dú)特的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了專門的控制方案。
4.1 爐膛負(fù)壓控制
由于爐排爐在垃圾焚燒時(shí)爐排不停翻動(dòng)，每當(dāng)爐排翻動(dòng)時(shí)，進(jìn)入爐膛的一次風(fēng)量就會(huì)瞬間大量增加，從而導(dǎo)致由變送器測(cè)量過(guò)來(lái)的爐膛負(fù)壓值瞬間變化很大。如果按照常規(guī)思路設(shè)計(jì)爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)的話，根本不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制。
結(jié)合工程實(shí)際，熱工院采用了對(duì)爐膛負(fù)壓信號(hào)進(jìn)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(hào)切除；具體為設(shè)置一個(gè)濾波時(shí)間的參數(shù)，在變送器測(cè)量來(lái)的信號(hào)變化過(guò)程中，使濾波處理后的輸出在濾波時(shí)間達(dá)到輸入的63%。將處理后的信號(hào)作為過(guò)程參數(shù)。這樣就避免了因爐膛負(fù)壓信號(hào)的瞬間劇烈變化而導(dǎo)致?tīng)t膛負(fù)壓控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定。實(shí)踐證明熱工院設(shè)計(jì)的爐膛負(fù)壓的控制完全達(dá)到了機(jī)組的正常運(yùn)行要求。
4.2 瀝濾液回噴流量控制
垃圾瀝濾液能否安全無(wú)害處理是垃圾發(fā)電廠避免二次污染的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，南山垃圾發(fā)電廠采用瀝濾液回噴到爐膛的方式進(jìn)行處理。由于瀝濾液噴入爐膛會(huì)對(duì)垃圾焚燒產(chǎn)生影響，且隨著垃圾成分的變化，爐膛溫度也會(huì)產(chǎn)生較大變化。因此瀝濾液回噴流量就必須根據(jù)爐膛內(nèi)燃燒情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，否則不可能滿足機(jī)組的正常運(yùn)行。
結(jié)合工程實(shí)際，并參考國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，熱工院采用了瀝濾液回噴流量的設(shè)定值根據(jù)爐膛燃燒情況自動(dòng)調(diào)整以適應(yīng)爐膛燃燒的方案。當(dāng)爐膛溫度高于瀝濾液回噴流量控制系統(tǒng)啟動(dòng)溫度時(shí)，瀝濾液回噴流量控制系統(tǒng)啟動(dòng)，設(shè)定值自動(dòng)設(shè)為最小設(shè)定值；在投入一段時(shí)間后，如果爐膛溫度依然高于啟動(dòng)溫度，則設(shè)定值自動(dòng)階梯增大，如果爐膛溫度低于啟動(dòng)溫度，則設(shè)定值自動(dòng)階梯減小，每次增大或減小的值和間隔時(shí)間可由運(yùn)行人員設(shè)置，系統(tǒng)還設(shè)定了最大設(shè)定值和最小設(shè)定值，避免投運(yùn)過(guò)程中設(shè)定值過(guò)高或過(guò)小；當(dāng)爐膛溫度低于瀝濾液回噴流量控制系統(tǒng)停止溫度時(shí)，瀝濾液回噴流量控制系統(tǒng)停止。實(shí)踐證明熱工院設(shè)計(jì)的瀝濾液回噴流量控制系統(tǒng)的控制完全達(dá)到了機(jī)組的正常運(yùn)行要求。
由于采用了合理的控制策略，深圳市南山垃圾發(fā)電廠DCS系統(tǒng)有效的保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。深圳市南山垃圾發(fā)電廠經(jīng)過(guò)調(diào)試，于2003年12月正式并網(wǎng)發(fā)電， DCS系統(tǒng)運(yùn)行良好、穩(wěn)定可靠。實(shí)踐證明，該機(jī)組的DCS控制系統(tǒng)完全滿足垃圾焚燒發(fā)電廠的控制要求。
5、結(jié)束語(yǔ)
目前垃圾已成為現(xiàn)代城市的一大公害，采用垃圾焚燒發(fā)電的方式即可以有效的解決垃圾污染問(wèn)題同時(shí)實(shí)現(xiàn)了能源再生，而可靠有效的自動(dòng)化控制系統(tǒng)將為垃圾焚燒發(fā)電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保證。深圳市南山垃圾發(fā)電廠的成功投運(yùn)為最終實(shí)現(xiàn)垃圾焚燒技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化積累了經(jīng)驗(yàn)。
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