大型焚烧炉自动燃烧与一次风独立布风联锁控制的探讨

王高尚

（上海康恒环境股份有限公司，上海 201703）

随着生活垃圾焚烧逐渐大型化（单炉处理能力750 t/d）、精细化管理的要求及生活垃圾焚烧行业规范标准日益完善，焚烧炉自动燃烧控制能否稳定运行也越来越受到行业重视。焚烧炉燃烧的自动控制主要是通过调节一次风的配风比例、推料器以及各段炉排的速度、二次风的流量等主要参数，控制锅炉蒸汽流量稳定在设定值、温度保持稳定、热灼减率最小化、减少污染物的产生。要实现以上各项性能指标，焚烧炉自动燃烧能否稳定地控制尤为关键，具有决定性作用［1］。笔者重点探讨大型炉排（750 t/d）独立布风，即使在低热值垃圾情况下，根据区域范围燃烧状况（即温度分布情况），针对性调整相关区域的一次风调节风门，促使有效且及时的燃烧状况调整。

1 垃圾焚烧炉一次风布风与控制的现状及项目情况

目前垃圾焚烧炉一次风布置方式大多为母管制，从每段炉排的一次风母管进行分支，通过分支管路将一次风送到炉排下部风室（每段炉排一次风母管设置调节型风门）；通过判断焚烧炉内部燃烧状况，调节一次风调节型风门，改变一次风入炉量，从而改变燃烧状况。这种母管制布风调整在小型焚烧炉调整效果非常好，在以往的焚烧炉中应用也具有较好的效果。但对于大型炉排750 t/d以上的单炉处理能力，由于炉排结构尺寸较宽，炉排下部一次风室并列3个以上（目前600 t/d炉排下部风室为2个），随着处理能力的增加炉膛宽度逐渐变宽，即燃烧区域面积变大；受此母管制布风结构的限制，对于区域化燃烧状况调整影响较大，调整也异常艰难。故针对这一状况，为了使大型炉排焚烧状况得到有效的区域性调整，保证良好的燃烧效果，配合上海康恒科技股份有限公司自动燃烧控制（ACC-上海康恒科技股份有限公司独有发明专利，专利号CN102927573）更好地运用。

上海康恒科技股份有限公司进行了大量的工艺设计分析，并实际作出了举措。在海口二期扩建项目（2×600 t/d） 中，为更好实现稳定燃烧的效果，在原有一次风室风管的基础上，根据干燥炉排、燃烧炉排三段、燃烬炉排两段左右2个风室排列特点，单独设置支路管道送风，且在每个风室的送风管道上设置调节挡板及流量测量装置（数量为传统母管制布风数量的2倍），根据燃烧状况，将左右两侧风室调节挡板连锁并单独控制各风室的调节挡板，这样可有效避免焚烧炉左右侧偏火、燃烧调整困难的现象，这样进一步提高了垃圾焚烧自动燃烧控制的稳定运行。项目自2016年6月运行至今，一次风独立布风的效果显著，配合ACC自动燃烧控制系统，能够及时迅速有效地调整区域燃烧状况，焚烧能够稳定运行，各指标参数稳定，同时ACC自动燃烧控制运行大幅降低运行人员的工作强度。

通过海口二期2×600 t/d项目一次风布风方式的改进，一次风独立送风的控制方式的实际应用效果良好，并得到了业主的绝对认可。在此基础上，针对上海康恒科技股份有限公司750 t/d及以上大型炉排的一次风布风问题，采用一次风独立布风结构，确保燃烧状况的有效调整，促使自动燃烧控制稳定运行。

2 一次风独立布风的型式与自动燃烧控制系统（ACC） 联锁控制的介绍

图1为750 t/d布风示意。750 t/d机械炉排炉在宽度上为3个单元模块，即炉排下部有3个一次风风室。其特点是每个风室设置1个风门挡板、1个风量流量计，通过每个风室的风门挡板，可以独立调整进入风室的一次风量。作为自动燃烧控制系统的调节手段——调整一次风风量具有区域灵活性，大大提高可控性能。

图1 750 t/d布风示意

自动燃烧控制系统（ACC）主要功能为：自动控制使锅炉主蒸汽流量保持稳定；能够稳定地供应垃圾，使焚烧炉稳定焚烧、稳定运行；热灼减量最小化，低污染物排放，防止公害。其中分项为：锅炉主蒸汽流控制；垃圾层厚控制；垃圾燃烧位置控制（即热灼减量最小化控制）；炉膛温度控制；烟气氧气浓度控制。根据自动燃烧控制的特点，层层闭环联锁控制，其中炉排下部一次风的控制最为重要。

2.1 垃圾层厚控制与一次风的关系

垃圾层厚控制（料层厚度测量见图2）作为燃烧控制的重要点之一，主要通过炉内负压与一次风室正压通过差压的方式进行垃圾层厚度的测量，即垃圾层的一次风通风率，该数值受到垃圾的热值高低以及湿度等因素的影响。单就垃圾层厚度这一环控制来讲，若是垃圾湿度较大，即便很薄的一层也会使垃圾层厚度（通风率）数值很大，则会加大一次风量；若是垃圾干燥且整体体积密度小，即便实际上铺很厚的料该垃圾层厚度（通风率）数值也会很小，则会减少一次风量。自动燃烧控制系统根据设定参数值，为维持合理的垃圾料层厚度，根据实际燃烧状况，区域性进行垃圾温度控制进行一次风量的控制。此时较之前的母管制布风的特点一次风独立布风的优势凸显出来，在保证稳定蒸发量的情况下能够有效及时地进行区域性调整一次风量［2］。

图2 垃圾料层厚度测量

2.2 一次风调节在燃烧位置控制中的作用

垃圾燃烧位置控制（即热灼减量最小化控制，控制原理见图3）作为燃烧控制的重点之一，主要是通过在燃烬段两侧设置热电偶进行温度测量，或设置温度场控制系统，对燃烬段焚烧区域进行温度场区域划分（共6个风室），保证排出渣的热灼减率在规定的数值以内，不大于3%。根据图3所示，燃烬炉排上部温度高于设定值时，通过ACC自动燃烧控制程序判断，控制相关区域的一次风门挡板开度增大，增大一次风进入该风室，促使燃烬炉排上部垃圾充分燃烧（确保垃圾可燃物燃烬），燃烬炉排上部温度下降；燃烬炉排上部温度低于设定值时，通过ACC自动燃烧控制程序判断，控制相关区域的一次风门挡板开度减小，较少一次风进入该风室，最终稳定燃烧炉排上部温度不高于设定值，确保一次风在其他炉排区域充分发挥作用［2］。

图3 热灼减量原理示意

2.3 一次风调整对主蒸汽流量的影响

锅炉主蒸汽流量的流量稳定是保证垃圾焚烧发电厂的效益重中之重，能够稳定地控制蒸发量也是垃圾焚烧发电厂的重要目标。在ACC自动燃烧控制系统原理中，同样将主蒸汽流量作为控制目标进行控制（主蒸汽流量关系示意见图4）。

图4 主蒸汽控制关系示意

由图4可以看出，主蒸汽作为第一控制目标，它的变化直接引起一次风的风量变化（风门挡板开度变化），继而引起垃圾层厚、炉膛温度的变化，从而确保主蒸汽流量的稳定，整个控制形成闭环联锁，最终的作用为一次风的调节［2］。故此一次风能否精确控制，对区域燃烧状况进行有效及时的控制至关重要，尤其大型炉排750 t/d，燃烧炉排面积较大，传统意义的一次风母管制受限较多，凸显了独立布风的重要性。

3 一次风独立布风与自动燃烧控制系统的控制特点

3.1 自动燃烧控制系统的控制特点

①锅炉主蒸汽流控制；②垃圾层厚控制；③垃圾燃烧位置控制（即热灼减量最小化控制）；④炉膛温度控制；⑤烟气氧气浓度控制。自动燃烧控制系统主要是减少人工干预焚烧调整，及时有效稳定地自行调整燃烧工况，达到以上①②③④⑤的稳定控制，减少并控制污染物排放，确保清洁焚烧［3-4］。

3.2 一次风独立布风的特点

①根据炉排风室设置独立风门挡板；②每个独立风管增加流量计；③调整灵活性（可根据区域燃烧状况进行区域性独立控制）；④调整及时性。

3.3 一次风独立布风与自动燃烧控制联锁控制的要点

①控制目的明确（自动燃烧控制各个环节目的明确，在某一环需要调整时，能够有效地发出命令，闭环控制达到一次风量的控制）；②控制区域针对性较强（根据实际燃烧状况进行区域分块，各块的燃烧状况明显，直接调整对应的区域相对应的一次风室进风，布风能够根据区域燃烧状况进行功能性调整）；③控制及时性较强（出现燃烧偏差，或各个控制量出现问题时，能够及时有效地调整）。

4 一次风独立布风与自动燃烧控制系统的联锁控制应用

中节能石家庄项目1×820 t/d，炉排为3列单元模块进行拼装（即总共18个风室），按照燃烧区域划分为18个区域。设计理念重点控制18个燃烧区域。项目设计及实施情况：工艺布置上一次风布风为独立布风型式，每个风室一次风管路设置风门调节挡板，设置一次风流量计。ACC通过DCS收集所有控制所需要的工艺参数进行相关逻辑运算，根据实际燃烧工况针对性区域性进行控制各个挡板，有效且及时地调整燃烧状况。石家庄项目自2016年10月3日（72+24） h运行合格结束后至今，随着运行人员对独立布风结构的摸索及熟悉，一次风独立布风的效果越来越明显。目前运行状况良好，各控制参数均达到设计值，主蒸汽参数能够控制在±5%以内，炉膛温度在850℃以上。

从实际运行情况来看，一次风独立布风型式更能适合ACC的功能应用，调整响应迅速，效果明显。

5 结束语

目前上海康恒科技股份有限公司多个大型炉排750 t/d及以上均使用一次风独立布风型式，随着上海康恒科技股份有限公司第二代ACC系统的逐渐投用，根据燃烧状况，区域性燃烧调整能更迅速，更有效，更及时。

［1］ 白良成.生活垃圾焚烧处理工程技术［M］.北京：中国建筑工业出版社，2009.

［2］ 胡寿松.自动控制原理［M］.5版.北京：科学出版社，2007.

［3］ 生活垃圾焚烧处理工程技术规范：CJJ 90—2009［S］.

［4］ 生活垃圾焚烧厂评价标准：CJJ/T 137—2010［S］.