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爐排爐垃圾焚燒控制策略

放大字體  縮小字體 2020-04-03  來源:技術資料  熱度:403
爐排爐垃圾焚燒控制策略

  目前,垃圾焚燒處理技術主要爐型有爐排型焚燒爐、流化床焚燒爐、回轉窯焚燒爐和熱解氣化焚燒爐等。回轉窯爐和熱解氣化焚燒爐單爐處理量較小,難以滿足大中型城市現代化垃圾焚燒廠的建設需要,因此使用較多的是爐排型焚燒爐和流化床焚燒爐。

  爐排焚燒技術作為世界主流的垃圾焚燒技術,技術成熟可靠,由于其對垃圾質量和成分的要求低,前處理簡單,入爐垃圾不需要分揀,特別能適應中國生活垃圾高水分、低熱值的特點。

  但是,生活垃圾是成分極其復雜的燃料,焚燒過程也異常復雜,要提高垃圾焚燒的效率,必須掌握焚燒爐燃燒過程的熱力特性和運行性能,有針對性地制定出穩定可靠、完善的控制策略。

  1爐排爐工藝流程

  某垃圾焚燒發電項目選用Keppel-Seghers機械爐排爐2臺,每臺處理能力為500t/d,年處理垃圾36.5萬t。垃圾低位設計熱值6700kJ/kg,波動范圍4186~8372kJ/kg。垃圾進廠經地磅稱重后卸進垃圾倉,倉內垃圾經抓斗充分混合攪拌均質化后,送入垃圾料斗。垃圾沿料槽下落到給料裝置平臺,給料裝置將垃圾推送至爐排上。

  Keppel-Seghers多級爐排主要包括:干燥區、氣化區、燃燒區、燃燼區,每個區爐排可以單獨調節爐排系統的水平運動和垂直運動。垃圾在爐排上滑動、翻動的過程中受到爐排下部的高溫一次風干燥及爐內輻射熱,然后著火燃燒。

  垃圾倉上方設有抽氣系統,其抽出的空氣作為焚燒爐的一次風,一次風經過蒸汽加熱器加熱后經爐排穿過垃圾進入爐膛,干燥垃圾,并提供垃圾焚燒所需的氧。

  二次風從焚燒爐廠房頂部吸風,從燃燒室上方送進爐膛,對燃燒煙氣進行擾動,并補充氧量。焚燒爐燃燒的熱煙氣經過余熱鍋爐換熱后,進入半干法機械旋轉霧化反應塔,由活性炭噴射吸附,布袋除塵器等煙氣凈化處理系統凈化。

  煙氣中的二惡英和呋喃類、水銀及重金屬物質被活性炭吸收,經過脫酸處理的帶有大量固體顆粒的煙氣進入布袋除塵器除塵,潔凈的煙氣通過引風機排入煙囪,工藝流程見圖1。


圖1爐排爐工藝流程

  2垃圾燃燒機理

  垃圾的燃燒過程比較復雜,通常由干燥、熱分解、熔融、蒸發和化學反應等傳熱、傳質過程組成。根據可燃物質的種類可分三種不同的燃燒方式:

  蒸發燃燒,垃圾受熱熔化成液體,繼而化成蒸汽,與空氣擴散混合燃燒;分解燃燒,垃圾受熱后首先分解,部分碳氫化合物揮發與空氣擴散混合而燃燒;表面燃燒,未揮發的固定碳和惰性物固體受熱后在表面與空氣反應進行的燃燒。垃圾的整個焚燒過程包括加熱干燥階段、熱分解階段、焚燒和燃盡階段。

  2.1干燥加熱階段

  按熱量傳遞的方式,可將干燥分為傳導干燥、對流干燥和輻射干燥三種方式。垃圾的干燥包括從爐排下部提供的高溫空氣的干燥,垃圾表面和高溫燃燒氣體的接觸干燥,料層中部分垃圾的燃燒干燥,火焰和爐壁的輻射熱干燥。

  2.2熱分解階段

  垃圾的熱分解過程是垃圾中多種有機可燃物在高溫作用下分解或聚合的化學反應過程。垃圾中的可燃固體一般由C、H、N、S等元素組成,這些物質的熱分解包含有多種反應,既有吸熱反應也有放熱反應。

  垃圾中的有機可燃物的活化能越小、熱分解溫度越高,則其熱分解速度越快,同時熱分解速度還與傳熱的傳質速度有關。

  2.3燃燒階段

  垃圾的燃燒是在氧氣存在的條件下有機物質的劇烈氧化放熱過程。垃圾中含有多種有機成分,其燃燒過程不可能是某一種單純的燃燒形式,而是包含有蒸發燃燒、分解燃燒和表面燃燒的綜合燃燒過程。因此,垃圾的燃燒實際是一個既有固相燃燒又有氣相燃燒的非均相燃燒的混合過程。

  2.4燃盡階段

  燃盡階段是垃圾焚燒過程的最后階段。將燃燒段送來的固定碳以及燃燒爐渣中未燃盡部分完全燃燒。保證燃盡段上充分的滯留時間,可將爐渣的熱灼減率降至1%~2%。

  3控制目標

  垃圾是成分極其復雜的燃料,要提高垃圾焚燒效率,焚燒爐燃燒系統的控制目標應包括以下三個方面:

  1)維持穩定的燃燒,使爐內溫度達到預定值,并減少波動。

  2)維持穩定的蒸汽流量,即鍋爐負荷。

  3)降低煙氣中污染物的濃度和垃圾焚燒后的熱灼減量。

  4控制策略

  燃燒控制系統根據投入爐內的時刻變化的垃圾性質,在確保額定焚燒量的情況下,以余熱鍋爐的蒸發量為目標,通過控制調節爐排速度和燃燒用風量,最終達到最佳燃燒工況,將燃燒室溫度和熱灼減率控制在要求范圍內,同時保證環保達標和垃圾焚燒運行的穩定性、經濟性。

  4.1一次風控制

  影響燃燒空氣量的因素有焚化量、垃圾熱值、蒸汽流量和氧量,但由于垃圾的熱值不穩定,焚化量的多少隨垃圾熱值的高低而變化,所以在計算燃燒需求一次風量時,通常主要考慮主蒸汽流量,并采用氧量進行修正。

  希格斯爐排爐一次風系統設置10臺可變頻調節的一次風機,爐排左右側各5臺,分別對應5級爐排。每級爐排所需一次風量由對應的左右側一次風機變頻調節滿足。

  干燥段(1級爐排)一次風量設定值主要由主蒸汽流量函數確定,并由運行人員根據垃圾水分含量和垃圾厚度情況進行修正。燃燒段(2、3級爐排)一次風量設定值主要由主蒸汽流量函數確定,并由氧量調節器進行修正,同時運行人員可根據爐內燃燒情況進行人為修正。

  燃盡段(4、5級爐排)一次風量設定值主要由主蒸汽流量函數確定,并由氧量調節器和爐排上溫度調節器共同修正。通常燃盡段第5級爐排不是用來燃燒的,而是用來冷卻爐渣的。各級爐排控制邏輯見圖2。


圖2一次風控制邏輯

  需要注意的是一次風量的變化會對爐膛負壓產生直接影響,對此,爐膛負壓控制系統中負壓信號可采用一節慣性環節進行濾波處理。慣性時間參數的設置根據一次風量變化對負壓影響和焚燒爐的燃燒特性決定,一般為3~5s。這樣就避免了一次風量突變引起的爐膛負壓瞬間變化過大,進而導致爐膛負壓控制系統的不穩定。

  4.2二次風控制

  二次風主要作用是保證爐膛內可燃氣體充分擾動,輔助燃燒,并維持爐內燃燒氧量。氧量根據鍋爐負荷維持在5%~10%。二次風量設定值由主蒸汽流量函數和氧量調節器修正產生,同時必須保證鍋爐最小二次風量。

  4.3給料速度控制

  給料速度根據鍋爐蒸汽流量調節器控制,并由氧量調節器進行修正,同時運行人員可根據鍋爐燃燒情況人為修改偏置來改變給料速度。通俗講就是,蒸汽流量增加意味著焚燒爐垃圾熱值增加,此時給料速度應減小;反之,蒸汽流量減小時意味著焚燒爐垃圾熱值減少,因此應該增加給料的速度。

  另外,氧量增加意味著焚燒爐內缺少垃圾,此時應加快給料速度;反之,當氧量減小意味著垃圾過多,因此應該減少給料速度。運行人員也可通過火焰電視來觀察爐內燃燒情況,對給料速度進行修正。控制邏輯見圖3。


圖3給料速度控制邏輯

  4.4爐排速度控制

  爐排速度控制主要包括干燥爐排、燃燒爐排和燃盡爐排速度控制。其中干燥爐排速度控制主要根據給料速度以及垃圾水分含量確定;燃燒爐排速度控制由主蒸汽流量確定,并由燃盡度確定;燃盡段爐排速度控制根據焚化量和熱灼減率確定。每段爐排控制運行操作人員均可根據具體燃燒情況進行修正。

  5結束語

  爐排爐焚燒控制系統主要是通過調節一、二次風量,給料和爐排速度來產生穩定的蒸汽流量,同時控制煙氣中的氧量在一定范圍內,并維持穩定的燃燒。

  需要注意的是風量和爐排速度的控制相互影響,被控對象不是簡單的單回路調節系統,存在一定的耦合關系,所以需要有一套完整、可靠的自動控制系統進行控制,同時也需要運行操作人員的豐富控制經驗引入其中,方能保證焚燒爐運行安全、穩定、高效的運行。

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