垃圾焚烧控制技术国产化的一些经验
内容提供：英维思过程系统(中国)
1、概述
在当今世界上，环境与发展问题已经成为全球普遍关注的焦点问题。环境保护已成为可持续发展进程的一个重要组成部分。在我国，随着经济的持续高速增长，人民生活水平迅速提高，城市化进程也在不断加快。但同时也面临着日趋严重的环境问题，特别是垃圾的处理。利用垃圾焚化炉所产生的热来发电，是垃圾处理的重要方向。发达国家普遍采用垃圾发电形式来处理垃圾。我国的垃圾发电技术的发展还刚刚起步，基本上是成套引进国外技术，成本极高。为了满足国内垃圾处理迫切的需求和广阔的市场，实现垃圾焚烧技术的国产化势在必行。本文结合深圳市南山垃圾发电厂的工程应用实例，简单介绍了炉排垃圾焚烧炉这一垃圾焚烧炉的特点。同时对采用美国FOXBORO公司IA系统实现的DCS系统的设计和工程应用作了简单介绍。深圳市南山垃圾发电厂的成功投运为实现垃圾焚烧技术的国产化积累了经验。
2、炉排炉的构成及特点
焚烧处理垃圾主要优点是垃圾减量效果最佳，无害化彻底，以焚烧垃圾发电处理垃圾是现有垃圾处理方法中占地较小，效果较好的方法。另外，建立垃圾焚烧发电厂，可解决垃圾渗沥液污染地下水的问题。
垃圾焚烧技术在世界上已经有了几十年的应用和发展，主要形成了回转型焚烧炉、流化床焚烧炉和机械炉排焚烧炉等几种方式。回转型焚烧炉垃圾处理量不大，飞灰处理难，燃烧不易控制，不适合我国的垃圾处理。流化床焚烧炉燃烧充分，燃烧控制好，对污染物的生成有较好的抑制作用，但容量较小，烟气中灰尘量大，操作复杂，运行费用高，并且由于其对垃圾的粒度和均匀性要求高，也不大适合我国的垃圾处理。机械炉排焚烧炉技术成熟，运行可靠性高，容量大，对垃圾的适应性较强，可燃烧低热值高水分的垃圾，是当今世界垃圾焚烧的主导性产品，占世界垃圾焚烧市场份额的80％以上，比较适合我国的垃圾处理。本文所述深圳市南山垃圾发电厂即为全套引进比利时SEGHERS的多级带搅动型炉排炉。
深圳市南山垃圾发电厂垃圾焚烧系统的工艺流程为：首先由垃圾吊将垃圾投入给料斗，垃圾通过水冷式给料斜槽进入焚烧炉，给料炉排定量的向燃烧炉排供应垃圾。燃烧炉排是整个燃烧设备的核心，它用来支持水平燃烧过程，由四个标准单元和一个较长的末端燃尽区单元组成。每个标准单元由两排搅动炉排片，两排平移炉排片和两排固定炉排片组成。平移炉排片产生水平的往复运动，推动垃圾床层向排渣口移动，搅动炉排片产生翻转运动，实现垃圾拨火作用。辅助和启动燃烧器用以保证炉温在启停时，维持在850℃以上至少2秒以上，防止垃圾低温燃烧时产生有害气体。一、二次风在空气预热器中由汽机抽汽加热。加热的一次风供应到干燥区和燃烧区炉排下。末级炉排是燃尽区，不需要预热空气。二次风在第一烟道的前后墙同一高度上喷入，以使助燃空气和烟气充分混合并充分燃烧。炉渣通过除渣设备送至炉渣处理系统。燃烧后的烟气通过余热锅炉的受热面，产生过热蒸汽，来驱动蒸汽轮机发电。同时，冷却的烟气经过净化处理后排出。
3、工程应用情况介绍
垃圾焚烧控制技术国产化的一些经验
深圳市南山垃圾发电厂配置两台400吨/日焚烧炉，一台12兆瓦凝汽式汽轮发电机组，母管制。全厂设置一套分散控制系统（DCS），硬件采用美国福克斯波罗公司的I/A Series 系统。其监视控制范围涉及：垃圾焚烧炉辅助部分、余热锅炉部分、烟气处理辅助部分、汽轮机及辅机系统、电气系统。完成数据采集（DAS）、模拟量控制（MCS）、顺序控制（SCS）和联锁保护（PRO）等系统功能。本系统共配置有1台工程师工作站（AW5100）、一台值长站(AW7004)、3台操作员工作站（WP5101、2、3）、6对控制器（CP60FT）、4台打印机,系统配置图如下图示。整个DCS系统的总成、设计、组态及调试指导由国电热工研究院承担。
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本机组中，一些大型设备的控制系统是随主设备采购的，未直接纳入DCS控制范围。主要有焚烧炉炉排控制系统、烟气处理控制系统、垃圾抓斗控制系统、除渣除灰部分、化水处理控制系统，根据各控制系统所采用硬件的特点，采用不同的网络结构，建立了以DCS系统为主体的全厂通讯网络。从而使运行人员可以在DCS系统上监控到全厂的主要设备信息。
4、工程设计过程的一些经验
垃圾焚烧发电的过程与常规火电机组发电有着很大不同。因此如何很好的实现对垃圾焚烧过程的自动控制是一个全新的课题，国电热工研究院依靠在DCS系统设计方面的丰富经验，详细研究了南山电厂两台炉排炉的工艺特点，对一些独特的自动控制系统设计了专门的控制方案。
4.1 炉膛负压控制
由于炉排炉在垃圾焚烧时炉排不停翻动，每当炉排翻动时，进入炉膛的一次风量就会瞬间大量增加，从而导致由变送器测量过来的炉膛负压值瞬间变化很大。如果按照常规思路设计炉膛负压控制系统的话，根本不能实现稳定控制。
结合工程实际，热工院采用了对炉膛负压信号进行滤波处理的方案，处理要求是削峰平谷，即将瞬间变化的信号切除；具体为设置一个滤波时间的参数，在变送器测量来的信号变化过程中，使滤波处理后的输出在滤波时间达到输入的63%。将处理后的信号作为过程参数。这样就避免了因炉膛负压信号的瞬间剧烈变化而导致炉膛负压控制系统的不稳定。实践证明热工院设计的炉膛负压的控制完全达到了机组的正常运行要求。
4.2 沥滤液回喷流量控制
垃圾沥滤液能否安全无害处理是垃圾发电厂避免二次污染的一个重要环节，南山垃圾发电厂采用沥滤液回喷到炉膛的方式进行处理。由于沥滤液喷入炉膛会对垃圾焚烧产生影响，且随着垃圾成分的变化，炉膛温度也会产生较大变化。因此沥滤液回喷流量就必须根据炉膛内燃烧情况进行动态调整，否则不可能满足机组的正常运行。
结合工程实际，并参考国外经验，热工院采用了沥滤液回喷流量的设定值根据炉膛燃烧情况自动调整以适应炉膛燃烧的方案。当炉膛温度高于沥滤液回喷流量控制系统启动温度时，沥滤液回喷流量控制系统启动，设定值自动设为最小设定值；在投入一段时间后，如果炉膛温度依然高于启动温度，则设定值自动阶梯增大，如果炉膛温度低于启动温度，则设定值自动阶梯减小，每次增大或减小的值和间隔时间可由运行人员设置，系统还设定了最大设定值和最小设定值，避免投运过程中设定值过高或过小；当炉膛温度低于沥滤液回喷流量控制系统停止温度时，沥滤液回喷流量控制系统停止。实践证明热工院设计的沥滤液回喷流量控制系统的控制完全达到了机组的正常运行要求。
由于采用了合理的控制策略，深圳市南山垃圾发电厂DCS系统有效的保证了机组的安全稳定运行。深圳市南山垃圾发电厂经过调试，于2003年12月正式并网发电， DCS系统运行良好、稳定可靠。实践证明，该机组的DCS控制系统完全满足垃圾焚烧发电厂的控制要求。
5、结束语
目前垃圾已成为现代城市的一大公害，采用垃圾焚烧发电的方式即可以有效的解决垃圾污染问题同时实现了能源再生，而可靠有效的自动化控制系统将为垃圾焚烧发电厂的安全稳定运行提供保证。深圳市南山垃圾发电厂的成功投运为最终实现垃圾焚烧技术的国产化积累了经验。
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