水泥窑垃圾协同处置自动燃烧控制系统的应用

水泥窑垃圾协同处置自动燃烧控制系统的应用

陈西栓

南京凯盛开能环保能源有限公司，江苏 南京， 210019

摘要：本文根据水泥窑垃圾协同处置的工艺特点，着重解决垃圾燃烧控制的难点。通过理论结合实际，将科远ACC算法模块应用在了焚烧炉自动燃烧控制策略中，为实现给料器与燃烧炉排的自动控制以及一次风风量的自动调节打下了基础。同时在烟气处理达到环保要求前提下，实现了垃圾协同处置的经济性。

Abstract：According to the process characteristics of waste co-disposal with kiln, this paper focus on solving the difficulties of waste combustion control. combine theory with practice, Sciyon acc algorithm modules are applied to the automatic combustion control strategy of the grate furnace, in order to realize the automatic control of the feeder and grate and the automatic adjustment of primary air volume for combustion. At the same time, on the premise that the flue gas treatment meets the requirements of environmental protection, the economy of waste co-disposal with kiln are realized.

关键词：垃圾协同处置、焚烧炉、自动燃烧控制、ACC。

Keywords：waste co-disposal, grate furnace, automatic combustion control, acc.

1. 项目概述

广西天等垃圾协同处置项目日处理垃圾量为200t/d，采用了先进成熟的NKK2500型机械往复式逆推炉排炉技术，本项目依托水泥厂新型干法预分解生产中的高温煅烧工艺系统进行处理生活垃圾，充分发挥新型干法水泥窑在“资源化、减量化、无害化”以及全面处理生活垃圾的专业优势，通过技术创新，促进当地水泥行业的技术进步。

本项目在借鉴、吸收国内外先进焚烧工艺基础上，结合我国城市生活垃圾低位热值、高水分特点，优化了水泥窑垃圾协同处置的焚烧工艺。其控制系统采用了先进的NT6000平台，对工艺过程和运行管理实施计算机集中控制。通过深入分析水泥窑垃圾协同处置的特性，提出了焚烧炉的自动燃烧控制方案，确保垃圾协同处置安全、稳定、经济的运行。

2. 工艺流程

垃圾在垃圾储坑中存放3～5天脱除一定的渗滤液水分后，热值得以提高。垃圾吊将脱水后的垃圾送至焚烧炉的给料斗及斜槽后，给料平台上的给料器将垃圾推到逆推式机械炉排上进行干燥、燃烧、燃尽及冷却，垃圾在炉排上的停留时间约为1.5～2.5小时。

一次风经过空气预热器后加热到最高220℃，从炉排下风室送风。当垃圾热值较高，炉膛温度较高时，调整一部分空气到再循环风喷嘴，减少炉排的负荷。一次风风量根据垃圾性质及其在焚烧炉内的实际燃烧情况通过调节各个风室进口风阀进行调节，保证垃圾的完全燃烧。再循环风自焚烧炉出口引出，从焚烧炉的前后拱喷入以加强烟气的扰动，使空气与烟气充分混合，一方面保证垃圾燃烧更彻底，另一方面可以调整炉膛负荷和避免炉膛温度过高。

3. 自动燃烧系统

为开发适应焚烧炉自动燃烧控制的需求，本项目的厂家研发小组采用了模块化设计，将一系列繁琐复杂的控制算法封装成为一个个专用模块，并定义好模块控制流之间的接口。DCS工程师只需理解模块的实现机制后，即可从工具箱里取出模块搭出所需的逻辑从而实现焚烧炉自动燃烧控制的目的。主要控制目标有：

维持炉排上的垃圾稳定燃烧以及将空气污染物排放在限值以下，以及达到热灼率等控制目标。为实现上述目标，结合水泥窑垃圾协同处置的燃烧特点，焚烧炉ACC由垃圾低位发热量计算模块、料层厚度分析模块、燃烧优化控制模块、热灼减率控制、一次风优化模块、氧量修正模块6个部分组成。同时焚烧炉ACC采用开环控制与闭环控制相结合的调节方式，以开环控制为基础，采用闭环控制对开环控制做动态修正，达到快速响应，解决垃圾焚烧控制的大滞后性难题。

本项目模块化设计让燃烧控制更加灵活便捷，在垃圾满足额定热值的情况下，以炉膛温度与炉膛负压为控制目标，通过调节炉排速度和一次风风量，使得炉排上的垃圾充分燃烧，同时炉膛温度也控制在850度以上、且高温烟气在进入窑分解炉之前的停留时间已大于2秒，有害气体在进入窑分解炉前已彻底分解。

3.1垃圾低位发热量计算模块

根据入炉垃圾的情况，对垃圾低位发热量进行动态修正。LHV为操作员根据每天的垃圾热值检测值后的预估值（为手动输入）。根据当前热值的大小，ACC基值计算模块计算出对应的给料速度、炉排速度和一次风量等参数。由于考虑到环境因素对垃圾发酵的影响，在模块中引入修正系数这一参数，以增加模块的适应性。

3.2料层厚度分析模块

由于焚烧炉内的垃圾料层厚度分布不均匀的情况较频繁，在线测量结果与实际数据会有一定的偏差，所以在料层厚度检测的基础上，还需要对料层厚度进行模糊化处理(需结合焚烧炉的实际运行数据)。当出现“料层厚”时，减少给料器与燃烧炉排速度，并增加燃烬炉排速度；当出现“料层薄”时，增加给料器与燃烧炉排速度，并减少燃烬炉排速度等。

3.3燃烧优化控制模块

通过分析炉膛温度及其变化率等数据，采用燃烧状态模糊判断来实时修正所需的料层厚度和一次风总风量，修正值限制在30%范围内。

3.4热灼减率控制

燃烬炉排上部温度主要监视垃圾燃烧的热灼减率。当燃烬炉排上有还未燃烧的垃圾时温度将上升。热灼减率优化模块根据燃烬炉排上部温度的高低来调节进入燃烬炉排的空气流量与燃烬炉排速度以获得燃尽所需足够的时间。燃烬炉排上部温度的设定值SV是关于垃圾低位热值LHV的关系函数。同时可通过燃烬炉排上部温度的变化来实时判断燃尽点所处的位置，也可通过动态修正“热灼减率优化模块”参数，控制燃烬炉排上的垃圾燃尽点。

3.5一次风优化模块

根据所需的标准垃圾量和标准一次风量，结合空气平衡比率计算出各个风室所需的标准风量，并通过实时修正干燥段、燃烧段和燃烬段的一次风量，调节垃圾的燃烧速率，平衡烟气温度的变化，以满足炉膛燃烧的需求。

3.6氧量优化模块

烟气氧含量反映的是垃圾(包括垃圾中挥发出的可燃性气体)燃烧所消耗的空气量，直接反映了炉膛内垃圾燃烧的状况。当燃烧状况好、炉膛温度高的情况下，耗氧量也会高，送至窑分解炉的烟气氧含量就会低。当燃烧状况差、炉膛温度低的情况下，耗氧量也会低，送至窑分解炉的烟气氧含量就会高。通过调节炉内“料/风”的配比，既可以保证垃圾的充分燃烧，又不会因为过量的风量，增加炉膛内部的热损失，降低焚烧炉的热效率。炉膛内的烟气氧含量控制目标一般在5%～8%之间。

本项目的自动燃烧系统采用了科远NT6000系统，通过分析水泥窑垃圾协同处置的燃烧特性，本项目的自动燃烧控制策略采用了模块化设计，有效提高了水泥窑垃圾协同处置的自动化水平。与传统焚烧炉相比，在运行效率、管理水平以及经济性等方面都有明显的优势。

参考文献：

1. 垃圾炉自动焚烧控制系统的控制方案和应用；张运生，孔忠利。电源技术应用，2013.3

2. 200T/D垃圾焚烧炉设计说明书（A版）；南京凯盛开能环保能源有限公司， 2019.12。