垃圾焚烧炉自动燃烧控制系统

摘要：本文主要介绍机械炉排垃圾焚烧炉ACC自动燃烧控制技术的控制原理和控制对象应用，对自动燃烧控制系统中空气量及垃圾进料量的控制方式和系统参数进行了详细验算，为大型机械炉排垃圾焚烧炉配套的ACC自动燃烧控制技术的开发及应用提供重要参考。

关键词：炉排；垃圾焚烧炉；自动燃烧控制

一、垃圾焚烧发电厂自动燃烧控制系统简介

（Auto Combustion Control，简称ACC）

1.1ACC燃烧空气量的控制方式

影响燃烧空气量的因素有四个，其中焚化量与垃圾热值为相依关系，焚化量的多寡，随垃圾热值的高低而变动，因炉体本身设计容量为定值，且实际操作时，垃圾热值不稳定，所以此两大因素无法列入公式计算。

前面已经提到：“蒸汽蒸发量”为炉体最重要的控制目的之一。也就是说：虽然垃圾热值与焚化量时时刻刻都在变动，但可由控制炉床速度和调整燃烧空气量的交相配合，使其达到稳定的蒸汽产量。

在燃烧理论中，燃烧时所需的空气量，可以考虑为燃烧所生热量的函数，在安装有余热锅炉的焚烧炉场合，燃烧热量可置换为余热锅炉的蒸汽蒸发量（Qb），而空气燃烧后的残余氧浓度，也可真实的反应其燃烧状态，因此燃烧所需的空气量（F）可使用下列经验公式：

F=1000×a×Qb×[21/（21-O2）]+b-F2 公式（1-1）

Qb：蒸汽蒸发量

O2：烟气含氧量

系数a为燃烧空气量与蒸发量的比例关系，其值是根据该区域垃圾性质、炉体特性而决定。

b、F2二系数为ACC计算机面盘的微调值，经过一段相当时间实地运作调整后决定。

1.2燃烧空气比率演算

求得送入炉内的燃烧总空气量（F）后，接着就要把空气以不同的比例分配到炉体个进气口，此项运算动作成为“比率演算”。

1.3ACC运算结果与现场硬件设备的连线

经过ACC运算完成的结果，可视为：“炉体为达到理想燃烧状态，对各控制元件下达的设定值（SV）”，此运算结果必须经过全厂DCS控制中心，作统筹的指令调整和必要的信号转换后，再传送至现场的各个设备。同样的，由现场传回的回馈信号也必须透过DCS再送回ACC作必要的调整和补正动作，所以DCS在此扮演着ACC与现场控制设备两者之间的连接口。

1.4干燥段进气量DCS控制流程

此阶段控制流程为接受来自ACC的运算结果，透过DCS的控制接口，将设定值经过风量调整器校正后，再将信号通过电流定位器，转换成现场风门控制电动机可以接受的电流信号，后燃烧段进气量DCS控制流程与干燥段相同。

为使整个控制系统更有弹性、提高操控的简便，并允许操作者可以根据实地的炉体状况，作必要的实时调整，以充分符合垃圾焚化炉的操作特性。系统于DCS中提供了多种控制模式的切换设计。可选择使用ACC的计算值或由操作者于DCS内强制的设定值，可选用自动模式或手动模式，由操作者随时依炉体状况改变操作值。

1.5氧量修正

当总风量恒定的时候，氧量的变化比蒸汽量的变化能够更快反映垃圾热值的变化。如果氧量大于基本值，意味着燃料量不够，产生的蒸汽量也就太低，则燃烧必须加强，给料和炉排速度加快，反之亦然。

二、ACC燃料进料量的控制方式

2.1炉床速度控制

垃圾由进料口投入，经过各段炉床的推动，逐段燃烧，各炉床由个别之油压肛推动（由比例电磁阀控制），所以调整油压肛的推进速度，能使控制垃圾的进料量，进而控制炉内燃烧状况。

图2-2各段炉床速度关系示意图

图2-3各段炉床速度比率演算流程图

如图2-2，2-3所示：燃烧段：X=30.8% 燃烧段炉床速度

干燥段：Y=30.8%×150%=46.25% 干燥段炉床速度

供给段：Z=46.25%×25%=11.56% 供给段炉床速度

以上各段炉床速度的演算，皆不计炉床垃圾层高度的修正值，正常ACC计算炉床速率时会将垃圾层高度的修正运算计入炉床速度演算中。

2.3垃圾层高度修正炉床速度演算位于干燥段及燃烧段两段炉床的上方，设有垃圾层高度传感器，该传感器由位于炉体侧边的送波器发射微波至另一端的受波器所组成，炉床上堆积之垃圾将微波遮盖时，便有信号发生（信号值为1）

2.4炉床油压缸比例电磁阀

炉床速度值可使用前述ACC的计算值（AUTO）或切换至手动控制MV，经过DCS内的比例电磁阀控制器，转换成电流信号后再传至现场油压缸电磁阀，调整油压缸油压流量，改变炉床的推进速度，进而控制垃圾进料量的大小。

三、炉排控制系统

炉排炉大体可分为三段：干燥段、燃烧段、燃尽段。各段的供应空气量和运行速度可以调节。

1.干燥段。垃圾的干燥包括：炉内高温燃烧空气、炉侧壁以及炉顶的放射热的干燥；从炉排下部提供的高温空气的通气干燥；；垃圾表面和高温燃烧气体的接触干燥；垃圾中部分的垃圾燃烧干燥。利用炉壁和火焰的辐射热，垃圾从表面开始干燥，部分产生表面燃烧。干燥垃圾的着火温度一般为200℃左右。如果提供200℃以上的干燥空气，干燥的垃圾便会着火，燃烧便从这部分开始。垃圾在干燥段上的停留时间约为30分钟。

2.燃烧段。这是燃烧的中心部分。在干燥段垃圾干燥、热分解产生还原性气体，在本段产生旺盛的燃烧火焰，在后燃烧段进行静态燃烧。燃烧段和后燃烧段的界限称为“燃尽点”。即使是垃圾特性发生变化，但也应该通过调节炉排速度而使燃尽点位置尽量不变。垃圾在燃烧段的停留时间约30分钟。总体燃烧空气的60%～80%在此段供应。为了提高燃烧效果，均匀的供应垃圾，垃圾的搅拌混合和适当的空气分配等极为重要。空气通过炉排进入炉内，所以空气容易从通风阻力小的部分利入炉内。但空气流入过多部分会产生烧穿现象，易造成炉排的烧损并产生垃圾熔融结块。因此，设计炉排具有一定且均匀的风阻很重要。

3.燃尽段。将燃烧段送过来的固定碳素及燃烧炉渣中未燃尽部分完全燃烧。垃圾在燃尽段停留时间约一小时。保证燃尽段上充分的滞留时间，可将炉渣的热灼减率降至1%～2%。

四、空气分配系统

为使垃圾池区保持一定的负压，一、二次燃烧用空气均取自垃圾池上方，为适应垃圾高水分、低热值垃圾的特性，一、二次风均采用高温助燃空气，通过蒸汽---空气预热器，将风温预热到200℃。炉排下供燃烧用空气料斗分成7部分，依各燃烧阶段控制所需的空气量，对应不同的垃圾特性，可通过控制空气预热器旁路风量调节风温。二次风喷嘴布置在二次燃烧室的前后墙，喷嘴的数量、管井、位置保证燃烧室烟气产生高度湍流，使有害气体充分分解，达到CO完全燃烧之目的。

为抑制结焦，焚烧炉主燃烧室部分侧墙及炉排干燥区均采用孔冷墙结构。

1）一次燃烧用空气取自垃圾池上方，经一次风机抽吸，在蒸汽---空气预热器加热后，送至干燥段、燃烧段、燃尽段炉排。每台炉配1台一次风机，采用变频调节控制。

2）二次燃烧空气取自垃圾池上方，经二次风机抽吸，在蒸汽---空气预热器加热后供应二次燃烧室。每台炉配1台二次风机，采用变频调节控制。

3）每台炉配置2台蒸汽----空气预热器，一、二次燃烧空气个一台。蒸汽-----空气预热器采用二级加热，加热汽源分别来自锅炉产生的新蒸汽及汽轮机的一段抽汽，蒸汽凝结水通过输水泵打入除氧器。

4）焚烧炉主燃烧室空冷墙的空气由单独设置的炉墙冷却风机经炉室内抽吸供应，排除室外。炉排干燥区空冷墙的空气由单独设置的炉排冷却风机经炉内抽吸供应，排出室外

结语

目前我国垃圾焚烧发电发展日益迅速，燃烧控制的水平以及效果成为能否实现垃圾处理无害化、减量化和资源化的关键，本文系统分析了自动燃烧控制系统的组成，调节原理和控制流程，调节参数以及燃烧效果的表示方法，燃烧系统的构成和实际的燃烧调整的方法和调节量，为大型机械炉排垃圾焚烧炉配套的ACC自动燃烧控制技术的开发及应用提供重要参考依据。

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