CN108087895A - 一种自动调节污泥掺烧量的混烧装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动调节污泥掺烧量的混烧装置，包括机械炉排炉、污泥进料装置、搅拌装置、控制系统、水蒸气传感器。污泥进料装置、搅拌装置及水蒸气传感器分别和控制系统相连，机械炉排炉还设有温度传感器。控制系统为污泥进料装置和搅拌装置提供动力，利用水蒸气传感器和温度传感器采集烟道出口位置水蒸气体积分数和炉膛温度实现污泥进料速度和炉膛温度的匹配，使炉膛温度控制在800‑950℃之间，同时通过控制搅拌装置，实现垃圾与污泥混合物的充分混合，燃烧稳定。本发明还公开了一种基于自动调节污泥掺烧量的混烧装置的混烧方法，其掺混比例适当，燃料充分、稳定的燃烧，且设备运行稳定、寿命长。

Description

一种自动调节污泥掺烧量的混烧装置及方法

技术领域

本发明涉及垃圾焚烧炉技术领域，特别涉及一种自动调节污泥掺烧量的混烧装置及方法。

背景技术

随着中国经济的快速发展，城市垃圾的产生量不断增加，而垃圾焚烧技术作为实现城市生活垃圾资源化、减量化和无害化处理的主要手段日益受到关注和重视。目前，大量运行机组的垃圾来料热值已经超过原有垃圾焚烧炉的设计来料燃烧热值。并且，城市生活垃圾的热值不稳定，有典型的季节性分布特征，同时不同地域的生活垃圾热值差距较大。目前现有的垃圾污泥掺混焚烧炉，一般是将污泥单独送入燃烧池内，或者利用螺旋输送器将污泥送入到垃圾料斗之中，生活垃圾和污泥的掺混比例一般根据设计工况和运行经验进行设定，经常导致污泥掺入量与垃圾热值不匹配。如果污泥掺混量过低，热值过高会使得燃料提前燃尽，炉排面暴露进而会给炉膛带来严重的高温腐蚀，不利于设备的安全运行，也会使排烟热损失加大；如果掺混量过高，主燃烧温度过低，不仅不利于垃圾污泥的完全充分燃烧，炉温过低也可能导致二噁英排放超标，喷助燃油增加，进而增加设备运行成本。并且，生活垃圾和污泥的掺混仅仅依靠螺旋加料器的简单混合，会导致两者混合不彻底、不充分、不均匀，不利于垃圾焚烧炉的稳定燃烧。

综上所述，污泥掺入量与垃圾热值不匹配，对焚烧炉的安全稳定运行带来负面影响，也会影响垃圾污泥掺混燃烧电厂的发电效率。仅依靠初始设计工况下的参考掺混比例和运行人员根据经验的人工调节，已经难以确定新形势下污泥垃圾掺混燃烧的最佳掺混比例，严重影响焚烧炉的超洁净排放和设备的高效安全稳定运行。因此，有必要研究自动调节污泥掺烧量的混烧装置及方法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种自动调节污泥掺烧量的混烧装置，其掺混比例适当，燃料充分燃烧，设备运行稳定，寿命长。

本发明的另一目的是提供一种基于上述自动调节污泥掺烧量的混烧装置的混烧方法，可实现污泥进料速度自动控制，掺混比例适当使污泥的进料适应炉膛温度，挖掘垃圾焚烧炉的污泥处理潜力，提高污泥的处理效率。

为达到其目的，本发明采用的技术方案如下：

一种自动调节污泥掺烧量的混烧装置，包括机械炉排炉，其特征在于：还包括污泥进料装置、搅拌装置、控制系统、水蒸气传感器；所述污泥进料装置、搅拌装置及水蒸气传感器分别和控制系统相连。

进一步的，所述污泥进料装置包括变频电机A、螺旋进料器、污泥斗，所述螺旋进料器位于所述污泥斗的下方，所述变频电机A和所述螺旋进料器相连。

进一步的，所述机械炉排炉包括炉膛、排渣口、炉排、垃圾料斗、前拱、烟道、后拱；所述烟道位于所述机械炉排炉的上部，所述烟道具有一烟道出口，所述水蒸气传感器位于所述烟道出口位置，所述炉膛位于所述机械炉排炉的中心，所述后拱位于炉膛的后部，所述前拱和所述后拱分别和所述烟道相连，所述排渣口和炉排位于炉膛下部，所述炉排和排渣口相连，所述垃圾料斗位于所述机械炉排炉的入口。

进一步的，所述搅拌装置包括变频电机B以及连接所述变频电机B的搅拌器，所述搅拌器位于所述垃圾料斗上方。

进一步的，所述控制系统包括控制线缆、控制器，所述变频电机A和变频电机B分别通过控制线缆和所述控制器相连。

进一步的，所述机械炉排炉内还设有温度传感器，所述温度传感器通过所述控制线缆和所述控制器相连。

一种基于自动调节污泥掺烧量的混烧装置的混烧方法，包括如下步骤：

(1)污泥经所述螺旋进料器进入垃圾料斗，垃圾通过垃圾抓手投入到垃圾料斗，搅拌器对垃圾料斗中的污泥和垃圾进行搅拌混合，随后均匀混合后的燃料进入机械炉排炉的排入口，一次风从炉排风室吹入炉膛；

(2)实时测量炉膛温度，利用温度传感器计算采集周期内平均炉膛温度；

(3)根据烟道出口位置水蒸气体积分数随时间的变化，利用水蒸气传感器计算采集周期内水蒸气平均体积分数；

(4)以一个采集周期内烟道出口位置烟气中所含水蒸气平均体积分数和平均炉膛温度为控制输入参数，以变频电机A、变频电机B的转速为控制输出量，建立二输入、二输出的模糊控制器，每隔一个采集周期就输出一次控制信号；

(5)根据控制输出量，调整变频电机A、变频电机B的转速，螺旋进料器的转速更新至控制器输出的速度，污泥进料速度得到更新，搅拌器的转速更新至控制器输出的速度，污泥与垃圾混烧速度得到更新。

进一步的，步骤(2)中，所述的采集周期的长度可由用户自行设定。

进一步的，所述步骤(4)中，建立二输入、二输出的模糊控制器的步骤具体包括：控制器对二输入的烟道出口位置水蒸气平均体积分数和炉膛平均温度分别模糊量化为5个等级，并对二输入量各5个等级所有排列组合相应的控制量列出矩阵形式的控制查询表，每个采集周期中，控制器根据模糊量化的二输入量，查表得该输入下的变频电机A和B的最佳转速等级值，并作为输出值传送给螺旋进料器和搅拌器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.掺混比例适当，设备运行稳定

本发明以实现污泥进料速度自动控制为目的，掺混比例适当使污泥的进料适应炉膛温度，挖掘垃圾焚烧炉的污泥处理潜力，提高污泥的处理效率。由于污泥热值低、含水率高，并且垃圾与污泥燃烧排放的环保标准基本相同，所以将生活垃圾与工业污泥掺混燃烧进行一体化处理，可以降低来料热值，减少热值过高对炉膛和焚烧炉运行的损害。

当热值高于设计热值的垃圾入炉之后，将导致炉温升高，而此时控制器控制驱动电机的转速，增大螺旋进料器的转速，加大污泥进料速度，降低入炉混合燃料的平均热值，使炉温下降，避免了垃圾过早燃尽将机械炉排暴露在高温辐射下遭到高温腐蚀。既加快了污泥处理速度，也延长了机械炉排的寿命。

2.燃料充分、稳定燃烧

当热值低于设计热值的垃圾入炉之后，由于含水量大，着火点后移，燃烧不稳定，此时根据烟道出口位置烟气水蒸气体积分数的多少，不同幅度地降低螺旋进料器的转速和搅拌器转速，减小污泥进料速度甚至停止污泥进料，以提高入炉燃料的平均热值，保证燃料的稳定燃烧。并且，搅拌器增加污泥与垃圾的混合度，避免了污泥过度集中导致的炉排损坏。

附图说明

图1为本发明污泥掺烧量自动调节焚烧装置的结构示意图；

图2为本发明机械炉排炉结构示意图；

图3为本发明污泥进料装置结构示意图；

图4为本发明搅拌装置结构示意图

图中：

10—机械炉排炉，11—炉膛，12—排渣口，13—炉排，14—垃圾料斗，15—前拱，16—烟道，17—后拱，18—温度传感器，20—污泥进料装置，21—变频电机A，22—螺旋进料器，23—污泥斗，24—滑板，30—搅拌装置，31—变频电机B，32—搅拌器，40—控制系统，41—控制线缆，42—控制器，50—水蒸气传感器，51—垃圾抓手。

现结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

参阅图1所示，本发明提供一种自动调节污泥掺烧量的混烧装置，包括机械炉排炉10、污泥进料装置20、搅拌装置30、控制系统40、水蒸气传感器50；所述污泥进料装置20、搅拌装置30及水蒸气传感器50分别和控制系统40相连。

机械炉排炉10主要包括炉膛11、排渣口12、炉排13、垃圾料斗14、前拱15、烟道16、后拱17。机械炉排炉内还设有温度传感器18，温度传感器18与控制系统40相连，用于采集炉膛11的温度。烟道16位于机械炉排炉10的上部，烟道16具有一烟道出口，烟道出口处设有水蒸气传感器50，用于采集烟气中的水蒸气含量。炉膛11位于机械炉排炉10的中心，后拱17位于炉膛11的后部位置，前拱15和后拱17分别和烟道16相连。垃圾料斗14位于机械炉排炉10的入口，垃圾料斗14设计成漏斗状，尽可能实现垃圾和污泥的均匀混合，避免垃圾和污泥混合物混合不均匀导致的燃烧不稳定现象的发生。炉膛11的下部布置有排渣口12，用来收集污泥和垃圾掺混燃烧后的残渣。炉排13同样位于炉膛11的下部，炉排13和排渣口12相连。

污泥进料装置20包括可变速的变频电机A 21、螺旋进料器22、污泥斗23、滑板24，螺旋进料器22位于垃污泥斗23的下方，变频电机A 21和螺旋进料器22相连，螺旋进料器22由变频电机A 21提供转动动力，带动螺旋进料器22转动，将污泥按一定速度送入炉膛11中。污泥入炉速度是指单位时间内进入炉膛的污泥质量，污泥入炉速度的调节是通过调节变频电机A 21的转速实现的，变频电机A 21的转速受控制器42的控制，单位时间内污泥进入炉膛的质量与变频电机A 21的转速成线性关系，变频电机A转速越高，污泥入炉速度越高，反之则越低。

搅拌装置30包括变频电机B 31、搅拌器32，搅拌器32位于垃圾料斗14的上方，变频电机B 31和搅拌器32相连，变频电机B 31控制搅拌器32的转动，增加污泥与垃圾的混合度，避免污泥过度集中导致的炉排损坏。

控制系统40包括控制线缆41、控制器42。变频电机A 21、变频电机B 31、水蒸气传感器50和温度传感器18分别通过控制线缆和控制器42相连，控制器42控制变频电机A 21和变频电机B 31的转速。根据温度传感器18采集到的炉膛温度和水蒸气传感器50采集到的烟气中水蒸气体积分数，改变螺旋进料器22的转速和搅拌器32的转速，从而改变污泥的投入速度，控制炉膛11内污泥的进料量和燃料的混合度，进而使炉膛温度保持在预设范围之内，设备运行稳定，寿命长，并且保证入炉燃料充分、稳定燃烧。

本发明还提供一种基于自动调节污泥掺烧量的混烧装置的混烧方法，包括如下步骤：

(1)污泥经所述螺旋进料器22及滑板24进入垃圾料斗14，垃圾通过垃圾抓手51投入到垃圾料斗14中，搅拌器32对垃圾料斗14中的污泥和垃圾进行搅拌混合，随后均匀混合后的燃料进入机械炉排入口，一次风从炉排13风室吹入炉膛11；

(2)实时测量炉膛11的温度，计算采集周期内平均炉膛温度，其中，采集周期长度可由用户自行设定；

(3)根据烟道出口位置水蒸气体积分数随时间的变化，计算上述采集周期内水蒸气平均体积分数；

(4)以上述一个采集周期内烟道出口位置烟气所含水蒸气平均体积分数和平均炉膛温度为控制输入参数，以变频电机A 21、变频电机B 31的转速为控制输出量，建立二输入、二输出的模糊控制器，每隔一个采集周期就输出一次控制信号；其中，建立二输入、二输出的模糊控制器的步骤具体包括：

4.1)控制器对二输入的烟道出口位置水蒸气平均体积分数和平均炉膛温度分别模糊量化为5个等级，并对二输入量各5个等级所有排列组合相应的控制量列出矩阵形式的控制查询表；

4.2)每个采集周期中，控制器根据模糊量化的二输入量，查表得该输入下的变频电机A 21和变频电机B 31的最佳转速等级值，变频电机A 21和变频电机B 31作为执行器，带动螺旋进料器22和搅拌器32响应控制系统的控制信号，调节螺旋进料器22的转速和搅拌器32的转速。

系统的输入模糊量包括：

A.炉膛温度(FT)：基本论域为[800℃，950℃]，量化为5个等级[极低，低，中，高，极高]，对应的温度为[<800℃，800～850℃，850～900℃，900～950℃，>950]；

B.烟道出口位置烟气水蒸气体积分数(WV)：基本论域为[0,100％]，量化等级范围为[极低，低，中，高，极高]，对应的体积分数等级为[<20％，20％-25％,25％-30％,30％-35％,>35％]；

系统的输出量为：

C.变频电机A 21的转速：基本论域为[0r/min,80r/min]，量化等级范围为[0,1,2,3,4,5,6,7,8]，对应变频电机的可调转速从零到最高转速，9档分布均匀的转速等级；

D.变频电机B 31的转速：基本论域为[0r/min,40r/min]，量化等级范围为[0,1,2,3,4,5,6,7,8]，对应变频电机的可调转速从零到最高转速，9档分布均匀的转速等级；

变频电机A 21、变频电机B 31的转速规则：根据输入变量的组合，列出控制规则共25条，如下表1所示。

根据炉膛温度和水蒸气体积分数，变频电机A 21和变频电机B 31的转速可分为0-8级，0级为零转速，8级为各自的最高转速，每级转速间隔均匀。

(5)根据控制输出量，调整变频电机A 21、变频电机B 31的转速，螺旋进料器22的转速更新至控制器42输出的速度，污泥进料速度得到更新，搅拌器32的转速也更新至控制器42输出的速度，污泥与垃圾混烧速度得到更新。

本发明利用控制系统控制变频电机A和变频电机B的转速，最终实现污泥进料速度和炉膛温度的匹配，在最佳运行工作状态下，炉膛温度控制在800-950℃之间，设备运行稳定。同时通过控制搅拌器的转速，实现垃圾与污泥混合物的充分混合，燃烧稳定。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种自动调节污泥掺烧量的混烧装置，包括机械炉排炉，其特征在于：还包括污泥进料装置、搅拌装置、控制系统、水蒸气传感器；所述污泥进料装置、搅拌装置及水蒸气传感器分别和控制系统相连。

2.根据权利要求1所述的自动调节污泥掺烧量的混烧装置，其特征在于：所述污泥进料装置包括变频电机A、螺旋进料器、污泥斗，所述螺旋进料器位于所述污泥斗的下方，所述变频电机A和所述螺旋进料器相连。

3.根据权利要求2所述的自动调节污泥掺烧量的混烧装置，其特征在于：所述机械炉排炉包括炉膛、排渣口、炉排、垃圾料斗、前拱、烟道、后拱；所述烟道位于所述机械炉排炉的上部，所述烟道具有一烟道出口，所述水蒸气传感器位于所述烟道出口位置，所述炉膛位于素所述机械炉排炉的中心，所述后拱位于炉膛的后部，所述前拱和所述后拱分别和所述烟道相连，所述排渣口和炉排位于炉膛下部，所述炉排和排渣口相连，所述垃圾料斗位于所述机械炉排炉的入口。

4.根据权利要求3所述的自动调节污泥掺烧量的混烧装置，其特征在于：所述搅拌装置包括变频电机B以及连接所述变频电机B的搅拌器，所述搅拌器位于所述垃圾料斗上方。

5.根据权利要求4所述的自动调节污泥掺烧量的混烧装置，其特征在于：所述控制系统包括控制线缆、控制器，所述变频电机A和变频电机B分别通过控制线缆和所述控制器相连。

6.根据权利要求5所述的自动调节污泥掺烧量的混烧装置，其特征在于：所述机械炉排炉内还设有温度传感器，所述温度传感器通过所述控制线缆和所述控制器相连。

7.一种基于权利要求1-6任一项所述的一种自动调节污泥掺烧量的混烧装置的混烧方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)污泥经所述螺旋进料器进入垃圾料斗，垃圾通过垃圾抓手投入到垃圾料斗，搅拌器对垃圾料斗中的污泥和垃圾进行搅拌混合，随后均匀混合后的燃料进入机械炉排炉的排入口，一次风从炉排风室吹入炉膛；

(2)实时测量炉膛温度，利用温度传感器计算采集周期内平均炉膛温度；

(3)根据烟道出口位置水蒸气体积分数随时间的变化，利用水蒸气传感器计算采集周期内水蒸气平均体积分数；

(4)以一个采集周期内烟道出口位置烟气中所含水蒸气平均体积分数和平均炉膛温度为控制输入参数，以变频电机A、变频电机B的转速为控制输出量，建立二输入、二输出的模糊控制器，每隔一个采集周期就输出一次控制信号；

(5)根据控制输出量，调整变频电机A、变频电机B的转速，螺旋进料器的转速更新至控制器输出的速度，污泥进料速度得到更新，搅拌器的转速更新至控制器输出的速度，污泥与垃圾混烧速度得到更新。

8.根据权利要求7所述的自动调节污泥掺烧量的混烧方法，其特征在于：步骤(2)中所述的采集周期的长度可由用户自行设定。

9.根据权利要求8所述的自动调节污泥掺烧量的混烧方法，其特征在于：所述步骤(4)中，建立二输入、二输出的模糊控制器的步骤具体包括：

4.1)控制器对二输入的烟道出口位置水蒸气平均体积分数和炉膛平均温度分别模糊量化为5个等级，并对二输入量各5个等级所有排列组合相应的控制量列出矩阵形式的控制查询表；

4.2)每个采集周期中，控制器根据模糊量化的二输入量，查表得该输入下的变频电机A和变频电机B的最佳转速等级值，并作为输出值传送给螺旋进料器和搅拌器。