垃圾焚烧厂ACC系统对锅炉运行主要参数的影响研究_龙吉生.pdf

垃圾焚烧厂ACC系统对锅炉运行主要参数的影响研究*龙吉生，杨文妍，张会妍（上海康恒环境股份有限公司，上海201703）【摘要】自动燃烧控制（ACC）系统作为垃圾焚烧厂自动燃烧的核心控制技术，在焚烧炉的稳定运行中起到了举足轻重的作用。以某大型生活垃圾焚烧发电项目为例，重点介绍我国引进日立造船（VON-ROLL）炉排炉 ACC系统在工程上实际投运后对焚烧炉运行效果的影响。该工程单条焚烧炉处理能力 750 t/d，分析结果表明：该技术投运后，主蒸汽蒸发量实际偏差率在 0.90%1.80%，远低于目标偏差率 8%；主蒸汽蒸发量波动率在 4.76%6.41%，低于该技术未运行时的 9.05%，焚烧系统稳定性得以提升；且高温过热器烟温均值最大值低于该技术未运行时约20，对余热锅炉防腐创造了有利的运行条件，为整条生产线实现稳定运行提供了支撑。【关键词】生活垃圾焚烧；炉排炉；自动燃烧控制；投运率；高温过热器中图分类号：X799.3文献标识码：A文章编号：1005-8206（2023）01-0049-07DOI：10.19841/ki.hjwsgc.2023.01.008Research on the Influence of Automatic Combustion Control System on Main Parameters of Boiler Operation in aWaste Incineration PlantLONG Jisheng，YANG Wenyan，ZHANG Huiyan（Shanghai SUS Environment Co.Ltd.，Shanghai201703）【Abstract】Automatic combustion control（ACC）system，as a core control technology of automatic combustion inwaste incineration plants，plays a pivotal role in the stable operation of incinerator.A large MSW incineration power generationproject was taken as an example，mainly introduced the effect of introducing Hitachi Von-roll grate ACC system on theoperation of incinerator after it was put into operation.The single incinerator of the project has the processing capacity of 750 t/d.The analysis results showed that after ACC was put into operation，the actual deviation rate of main steam evaporation wasbetween 0.90%and 1.80%，far lower than the target deviation rate of 8%.The main steam evaporation fluctuation rate wasbetween 4.76%and 6.41%，lower than 9.05%，when the technology was not running.The stability of incineration system wasimproved and the maximum mean value of smoke temperature of the high temperature superheater was about 20，lowerthan that of the technology without operation.The ACC technology created favorable operation conditions for the anti-corrosion of waste heat boiler and provided support for the stable operation of the whole production line.【Key words】MSW incineration；grate furnace；automatic combustion control；operation rate；high temperaturesuperheater*基金项目：国家重点研发计划项目（2020YFC19010100）收稿日期：2021-12-10；录用日期：2022-04-031工程背景概述陕西某厂垃圾焚烧炉自动燃烧控制（ACC）系统未投运时，焚烧炉处于手动运行状态，运行过程中，经常出现间歇性供料、垃圾分布不均及偏烧等问题，容易导致焚烧工况和负荷波动1，需要及时调整推料器、各段炉排及一次风风门等相关设备，由于是人工调整，及时性及准确性都会有所滞后；垃圾料层厚度没有参与自动控制，仅靠观测炉膛火焰监视器或者现场观火来大概预判垃圾的料层厚度，主观性太强；炉内火线后移，火床靠近燃烬段后端，容易造成焚烧炉后拱后墙的结焦；该厂因锅炉特性，炉膛中上部平均温度偏低，炉内焚烧较旺时，炉温显示正常，氧量相对过少，CO 指标易飙升，运行人员需经常调整二次风机、一次风机、炉排及炉排下风门控制烟气指标，导致主蒸汽流量波动较大，ACC 系统未投运时某日的主蒸汽流量运行曲线如图 1 所示。主蒸汽流量/%100806040200图 1主蒸汽流量运行曲线（ACC 系统未投运）Figure 1Main steam flow running curve（Non-ACC system）2020-07-1101:34:002020-07-1103:10:002020-07-1104:46:002020-07-1106:22:00时间第 31 卷第 1 期2023年2月环境卫生工程Environmental Sanitation EngineeringVol.31 No.1Feb.2023热化学处理与烟气污染控制环境卫生工程2023 年 2 月第 31 卷第 1 期为了尽可能减少这些不利因素带来的影响，使垃圾供应稳定化，保证锅炉的蒸汽流量稳定在设定值，保障锅炉等设备长周期稳定运行，提高经济效率，设置了 ACC 系统2。本研究将重点介绍陕西某厂引进日立造船（VON-ROLL）炉排炉在 ACC 系统投运前和投运后的运行情况。2工艺流程与设计参数2.1工艺流程陕西某厂生活垃圾焚烧炉由垃圾进料系统、炉排系统、一次风系统、二次风系统、炉渣处理系统和余热锅炉系统等组成。垃圾经进料斗和给料溜管送到推料器上，推料器前后往复运动将垃圾推向炉排，垃圾在干燥炉排上干燥、在燃烧炉排上燃烧、在燃烬炉排上完全燃尽，炉排下面设有漏渣斗，漏渣斗既收集漏渣，又从侧面接收一次风，二次风通过二次风喷嘴喷入焚烧炉，未燃尽的炉渣通过出渣机送至渣坑。余热锅炉为自然循环单汽包型水管锅炉，卧式布置，由 3 个垂直膜式水冷壁通道（即炉室 1、炉室 2、炉室 3）和 1 个水平烟道组成，水平通道从前至后依次布置了蒸发器、过热器、省煤器。焚烧炉和余热锅炉布置示意见图 2。汽包炉室 1高温过热器炉室 2炉室 3中温过热器低温过热器低温过热器蒸发器图 2焚烧炉和余热锅炉布置示意Figure 2Incinerator and waste heat boiler layout schematic2.2设计参数该项目设置 3 条焚烧线，单条焚烧炉处理能力为 750 t/d，余热锅炉采用次高温次高压蒸汽锅炉，蒸汽出口压力为 6.4 MPa，蒸汽出口温度为485，配 2 套 25 MW 抽凝式汽轮机、2 套 30 MW发电机，最大连续运行负荷（MCR）工况下单台余热锅炉主蒸汽蒸发量为 72.8 t/h，MCR 工况下的垃圾低位热值（LHV）为 7 955 kJ/kg。3ACC 系统及主控参数针对引进并创新改进的日立造船（VON-ROLL）炉排炉 ACC 系统特色，陕西某厂 ACC 系统的硬件部分涉及离散控制系统（DCS）、ACC 柜、推料器、炉排、就地仪表、控制阀等，软件逻辑主要为中控室 DCS 中的按偏差的比例、积分和微分（PID）运算部分和 ACC 柜中可编程控制器（PLC）逻辑控制部分，其中 PID 运算部分是对接收的现场数据进行分析计算并输出相应的指令至控制部分，PLC 逻辑控制部分是接收运算部分的指令判断现场设备实际运行状况，并将新的动作指令下发给各执行终端。PID 运算部分即 ACC 系统主控参数的相关运算，主控参数包括锅炉主蒸汽蒸发量、省煤器出口 O2浓度、主控温度（烟气 850 以上、停 2 s）、燃烬段上部温度、垃圾层厚和炉渣热灼减率等3。ACC 系统与 DCS 及现场设备连接示意如图 3 所示。进料斗加桥装置二次风省煤器省煤器省煤器炉墙一次风至出渣机至余热炉输灰至烟气净化逻辑控制ACC 柜DCS 机柜DCS 机柜逻辑控制其他系统其他系统燃烧器通讯剪切刀排渣机炉排推料器打印机工程师站工程师站DCS 其他操作员站ACC 操作员站仪表、阀门中央控制室电子设备间就地图 3ACC 系统与 DCS 及现场设备连接示意Figure 3Connection schematic of ACC system,DCS and field equipment1#2#3#504ACC 系统评价方法与效果分析4.1ACC 系统评价方法4.1.1准确性该项目 ACC 系统主要运用了大量的 PID 控制环路，因此有必要分析核心运行参数的实际值与ACC 系统控制的目标值之间的偏差程度，即分析ACC 系统控制下焚烧炉核心运行参数的准确性，该准确性通过偏差率判断。该厂 3 条焚烧炉的核心运行参数及其偏差率如表 1 所示。表 1 为 ACC 系统持续投运 96 h 的运行数据，其中目标值为设定的正常运行时的期望值；实际值为实际运行达到的值；目标偏差率指根据运行经验，达到目标偏差率即认为达到自动燃烧控制；1#、2#、3#焚烧炉偏差率为实际偏差率，即实际运行的目标值与实际值之间的偏差程度，见公式（1）。偏差率=（实际值-目标值）/目标值100%（1）4.1.2稳定性稳定性与准确性是完全不同的评判因子，稳定性体现的是 ACC 系统整体投运的振荡程度，稳定性从生产日报中主蒸汽运行参数的波动率和部分主控参数历史运行数据两个角度来对比。1）主蒸汽运行参数的波动率公式如下：波动率=标准差均值=/X（2）=1Ni=1N（xi-）2（3）式中：为标准差（方差的算数平方根）；X为均值；为期望值；xi为变量；N为变量数量。其中，方差变量为 24 h 内间隔 1 min 的 1 440 个数值。调取 ACC 系统未投时和投运后某月的运行数据，计算主蒸汽运行参数波动率，其对比如表2 所示。2）部分主控参数历史运行数据。调取 ACC 系统未投时和投运后部分时间段的运行数据，得到部分主控参数历史运行数据，见表 3。4.1.3投运率ACC 系统投运率包括 ACC 系统时长投运率和表 1焚烧炉核心运行参数Table 1Core operating parameters of incinerator项目热值主蒸汽蒸发量O2浓度2 s 炉温燃烬段上部温度垃圾层厚热灼减率一次风量二次风量目标目标值8 MJ/kg72 t/h4%1 000 750 43%3%60 km3/h15 km3/h偏差率/%888510101015151#焚烧炉实际值8.20 MJ/kg71.35 t/h4.51%954.77 830 47%2.88%65.42 km3/h12.38 km3/h偏差率/%2.500.9012.754.5210.679.304.