CN110701620A - 一种垃圾焚烧炉喷水降温系统及其自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明专利涉及城市生活垃圾焚烧领域，尤其是一种针对炉排式垃圾焚烧炉喷水降温系统及其自动控制方法，本发明在焚烧炉出口左右侧墙和高温过热器入口左右侧墙分别同时设置热电偶。雾化水滴进入焚烧炉中与烟气混合汽化吸热，进而降低炉膛出口烟气温度，根据实时反馈的温度大小，通过DCS逻辑运算，给出调节阀开度信号，对入炉喷水流量进行调节，当烟气温度降低到安全设定值后，立即关闭输水泵及阀门，压缩空气推动气缸活塞，将喷枪从炉内自动退出。本发明系统简单、运行稳定，自动化程度高，可有效解决由于超温引起的受热面腐蚀、NOx超标等问题，同时实现自动联锁控制，减少了运行人员的工作强度。

Description

一种垃圾焚烧炉喷水降温系统及其自动控制方法

技术领域

本发明涉及城市生活垃圾焚烧领域，尤其是一种垃圾焚烧炉喷水降温系统及其自动控制方法。

背景技术

近年来，中国城市生活垃圾的焚烧处理量大幅提升，机械炉排炉焚烧技术在国内外得到了广泛使用，是目前最适宜焚烧处理垃圾并利用垃圾焚烧产生的热能生产出蒸汽用于发电的技术。

随着人民生活水平逐渐提高，生活垃圾的热值也越来越高，这对目前已经运行的生活垃圾焚烧炉挑战极大，在满足额定负荷红线运行的前提下，保证焚烧厂垃圾处理量成为运行关键指标，由此引发焚烧炉超烧现象。

由垃圾热值升高引起的焚烧炉连续超热负荷运行，将导致以下严重问题：1.焚烧炉炉膛结焦严重，2.烟温过高，热力型NOx生成增加，会产生NOx瞬时超标，同时脱硝剂消耗增加，3.过热器腐蚀、爆管频率增加。

发明内容

本发明目的是解决由于垃圾热值升高，炉膛容积热负荷增加而引起的炉膛结焦、NOx增加、受热面腐蚀爆管等问题，并通过实现自动喷水降温联锁控制，同时降低运行人员的工作强度。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种垃圾焚烧炉喷水降温自动控制方法，该方法是在焚烧炉出口和高温过热器入口分别同时设置热电偶，若运行中出现烟气超温现象，即超过温度设定值时，自动开启电磁阀，喷枪立即自动进入焚烧炉内，随后自动开启输水泵、工业水调节阀及压缩空气截止阀；来自工业水管道的水进入水箱储存后，经过输水泵增压进入焚烧炉出口左右侧墙的二流体喷枪，与来自厂用压缩空气系统的第一路压缩空气混合雾化后喷入焚烧炉出口，同时另一路压缩空气进入喷枪套管中不断冷却喷枪防止喷枪被炉内高温烟气灼伤；雾化水滴进入焚烧炉中与烟气混合汽化吸热，进而降低炉膛出口烟气温度，根据实时反馈的温度大小，通过DCS逻辑运算，给出电动调节阀开度信号，对入炉喷水流量进行调节，当烟气温度降低到安全设定值后，立即关闭输水泵及阀门，压缩空气推动气缸活塞，将喷枪从炉内自动退出。

进一步的，通过设定工业水箱，将来自工业水系统的工业水预先储存在工业水箱中，保证运行时工业水供水能力，同时在水箱中设置液位计，实时反馈液位信号；

进一步的，在焚烧炉出口左右侧墙及高温过热器入口左右侧墙处分别设置热电偶，实时反馈焚烧炉及余热锅炉关键受热面运行工况，实现温度场双重控制；

进一步的，喷枪位置设置在焚烧炉出口位置，可有效控制燃烧气体在高温地带滞留时间，可抑制热力型NOx生成。

进一步的，在水箱出口设置两台输水泵(一用一备)，在喷枪入口水管道设置流量计和电动调节阀，通过流量计反馈工业水流量大小，通过自动调节电动调节阀调节入炉给水量，设置的雾化压缩空气保证了工业水喷人后的雾化效果；

进一步的，设置压缩空气吹扫功能保证了喷枪在正常运行时不被高温烟气腐蚀灼烧，同时设置压缩空气气缸实现喷枪自动进入或退出炉膛；

进一步的，当焚烧炉出口和高温过热器入口烟温有任一温度高于设定值，自动启动喷水降温系统，然后根据两烟温大小，实时调节入炉喷水量，当两处烟温同时低于设定值时，自动关停喷水降温系统。

进一步的，在DCS中设置SEL温度信号选择器，取左右侧墙温度平均温度值，当其中一测点损坏时，可切换到另一温度测点，保证自动控制系统的可靠性；

进一步的，在DCS系统中设置TIME DELAY(延时器)，确保工艺设备在自动启停中的先后顺序，确保安全稳定运行。

进一步的，在DCS系统中，焚烧炉出口温度与高温过热器入口的实时温度信号分别与其设定值进行比较，经PID调节控制阀门开度，两个信号经MAX取最大值，输出控制阀门开度，进而控制喷流量。

所述的该系统的自动控制逻辑是：

工业水箱液位计实时反馈液位信号至DCS进行逻辑判断，当水箱液位低于设定值时，电动补水阀自动打开进行补水，当液位高于设定值时，电动补水阀自动关闭，停止补水，实时保证水箱中处于正常水位。

当焚烧炉出口烟温超过设定值T1＝1050℃时或者高温过热器入口烟温设定值T3＝600℃时，温度信号反馈至DCS系统，通过逻辑判断打开压缩空气电动阀及电磁阀，将喷枪自动推入炉膛，并对其进行冷却吹扫，延迟5s后启动输水泵，根据温度反馈信号，进行逻辑运算，通过调节喷水电动阀开度，调节喷水量，经压缩空气雾化后喷入炉膛中吸热降温；

当焚烧炉出口烟温低于T2＝950℃且同时高温过热器入口烟温低于T4＝570℃时，温度信号反馈至DCS系统，通过逻辑判断，关闭输水泵，同时延时5s后关闭喷水、吹扫、雾化空气管道阀门，将气缸将喷枪推杆退出炉膛；

本发明的技术效果：当垃圾热值过高时，通过喷水吸热恢复焚烧炉额定垃圾处理能力，保证焚烧厂正常产能。

其次，通过喷水降温，防止炉膛超温结焦，避免高温过热器出现高温腐蚀及积灰问题；

此外，通过喷水降温，燃烧气体在高温地带滞留时间缩短可抑制热力型NOx生成，降低脱硝剂消耗量；

最后，喷水系统实现自动联锁降温，通过合理的优先级选择，实现焚烧炉出口温度、高温过热器入口道温度双重控制，可根据炉内烟气温度波动，实时调节喷水量大小，进一步降低运行人员工作强度。

附图说明

图1是本发明垃圾焚烧炉喷水降温自动控制方法的示意图。

图1中，1-电动调节阀，2-液位计，3-手动截止阀，4-输水泵，5-流量计，6-工业水箱，7-二流体喷枪，8-焚烧炉，9-电磁阀，10-输水管道，11-压缩空气管道，12-逆止阀，13-电动截止阀。

图2是本发明的二流体喷枪安装结构示意图。

图2中，14-硅酸铝纤维棉，15-可塑耐火料，16-保温砖，17-硅板，18-岩棉，19-套管，20-冷却压缩空气接口，21-工业水管接口，22-雾化压缩空气接口，23-气缸，24-前手柄，25-后手柄，26-气缸压缩空气接口,27-为喷枪的法兰连接

图3是二流体喷枪及热点偶布置图。

图3中，27-二次风喷嘴，28-二流体喷枪定位，29-1-焚烧炉出口热电偶，29-2-高温过热器入口热电偶，30-高温过热器；

图4是自动补水系统控制逻辑示意图。

图4中，L值表示设定的低水位值，LL值表示设定的低低水位值，

H值表示设定的高水位值，HH值表示设定的高高水位值；

图5是实施例1炉膛喷水降温系统逻辑运算示意总图。

图5中：SEL:为温度信号选择器，取左右侧墙温度平均温度值，当其中一热电偶测点损坏时，可切换到另一温度测点，保证自动控制系统的可靠性；

T1,焚烧炉出口烟气温度最高上限值，取1050℃～1100℃；

T2,焚烧炉出口烟气温度最低下限值，取880℃～950℃；

T3,高温过热器入口温度最高上限值，可取600℃～610℃；

T4,高温过热器入口温度最低下限值，可取560℃～580℃；

A,B分别为来左右侧墙热电偶的温度；

AVE为左右侧墙热电偶温度平均值；

LAG为滤波器，是用来消除干扰杂讯的。

PID(英文全称为Proportion Integration Differentiation)比例、积分、微分调节控制器。PID调节是将温度设定值(目标值)与温度测量值(反馈值)之间的差A，转换为阀门的动作值(指令信号)。此指令是“为了减小此偏差而阀门必须做出的相应动作。

MAX是取大逻辑，即在两种运算结果中选取较大的开度值作为传输到阀门(或执行机构)的实际指令。

图6是图5炉膛喷水降温系统逻辑运算示意分图。

图7是图5炉膛喷水降温系统逻辑运算示意分图。

图8是图5炉膛喷水降温系统逻辑运算示意分图。

图9是图5炉膛喷水降温系统逻辑运算示意分图。

图10是图5炉膛喷水降温系统逻辑运算示意分图。

图11是实施例2炉膛喷水降温系统逻辑运算示意总图。

图12是图11炉膛喷水降温系统逻辑运算示意分图。

图13是图11炉膛喷水降温系统逻辑运算示意分图。

图14是图11炉膛喷水降温系统逻辑运算示意分图。

图15是图11炉膛喷水降温系统逻辑运算示意分图。

具体实施方式

为使本发明目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合本发明的附图以及实例，对本发明进行清楚完整的描述；

本发明提供了一种垃圾焚烧炉喷水降温系统，如图1所示，系统包括工业水箱6、输水泵4、二流体喷枪7、电磁阀9、焚烧炉8、手动截止阀3、电动截止阀13、逆止阀12、液位计2、流量计5、电动调节阀1、热电偶29及其他水管10、压缩空气管道11。来自工业水母管的工业水，通过给水管道10-1以及电动截止阀1-1流向工业水箱6，在水箱下部通过水管引出，水管设两台输水泵4-1、4-2，并在输水泵4-1、4-2前后设检修截止阀3-4、3-6，输水泵4-1、4-2出口各引出水管两路，其中一路通过管道10-2回流到工业水箱6，另两路汇流至管道10-3后进入焚烧炉又分别通过管道10-4、10-5进入喷枪7-1、7-2，支管道10-4、10-5分别设流量计5-1、5-2及电动调节阀1-2、1-3。来自压缩空气母管11-1的压缩空气进入焚烧炉左右侧后分为3个支管，支管11-2支管11-7分别于与喷枪接口22相连，支管11-3支管11-6分别经过电磁阀9-1电磁阀9-2后又分为两路与气缸接口26-1接口26-2相连，支管11-4支管11-5分别连接至气缸接口20。

来自工业水管道的工业水通过电动截止阀1-1进入工业水箱6，工业水箱设有液位计2，实时监测水位，水箱中的工业水在输水泵4增压后进入焚烧炉8两侧二流体喷枪7，以左侧喷枪7-1系统为例，喷枪前工业水管设有调动调节阀1-2和流量计5-1，其他各管道必要部分都设有手动截止阀3，便于检修维护使用；厂用压缩空气通过管道11分3路进入本系统，第一路通过电动截止阀13-3、逆止阀12-1进入二流体喷枪7-1与工业水混合雾化，第二路进入喷枪处设置的气缸23推动喷枪7-1进入或退出焚烧炉中，第三路压缩空气通过电动截止阀13-1进入炉墙内部的套管19冷却喷枪，防止喷枪被炉内高温烟气灼伤。

图2是本发明的二流体喷枪安装结构示意图。

图2中，二流体喷枪7前端设有工业水管接口21、雾化压缩空气接口22，喷枪7固定在压缩空气气缸23上，气缸设有前手柄24、后手柄25，同时设有冷却风进口20及法兰27。来自输水泵4的工业水管与喷枪接口21相连，进入喷枪7中喷入炉内，来自压缩空气母管11-1的压缩空气进入焚烧炉左右侧后分为3个支管，支管11-2、11-7分别与喷枪接口22相连进入二流体喷枪雾化进入接口21的工业水；支管11-3、11-6分别经过电磁阀9-1、9-2后又分为两路与气缸接口26-1、26-2相连，压缩空气通过电磁阀作用，推动气缸活塞带动喷枪前进后退，压缩空气支管11-4、11-5分别连接至气缸接口20，喷入套管19中对喷枪不断冷却，防止喷枪7被高温烟气灼伤。设有法兰27可与炉墙套管反法兰相连，起到固定喷枪作用。

炉墙设有硅酸铝纤维棉14，可以固定并保护喷枪7；炉墙设有套管19，并通过法兰27与喷枪连接，将喷枪固定于套管内部，同时不断通过进口20向套管内喷入压缩空气冷却喷枪。

将喷枪位置设置在焚烧炉出口位置28处，通过不断向炉内喷水，有以下作用：1.当垃圾热值过高时，通过喷水吸热恢复焚烧炉额定垃圾处理能力，保证焚烧厂正常产能。2.通过喷水降温，控制焚烧炉出口烟气温度，防止炉膛超温结焦，避免高温过热器出现高温腐蚀及积灰问题；3.通过喷水降温，燃烧气体在高温地带滞留时间缩短可抑制热力型NOx生成，降低脱硝剂消耗量。

图3是二流体喷枪及热点偶布置图。

图3中，27-二次风喷嘴，28-二流体喷枪定位，29-1-焚烧炉出口热电偶，29-2-高温过热器入口热电偶，30-高温过热器。

本发明系统所述的逻辑运算：

图4为工业水箱自动补水控制逻辑。工业水箱设有液位计2，可实时监测工业水箱6液位，反馈至焚烧厂DCS系统，当工业水箱6液位低于液位设定值LL时，发出报警信号，系统通过逻辑判断，立即启动工业水管道的电动截止阀1-1进行补水，当工业水箱6中液位高于设定值HH时，发出报警信号，通过逻辑判断，立即关闭电动截止阀1-1，停止补水。

实施例1

图5为炉膛喷水降温系统联锁运算图。在焚烧炉8出口及高温过热器30进口分别设置热电偶29-1、29-2监测烟气温度，温度信号反馈至DCS系统进行分析判断，经过SEL选择器，取左右侧墙温度A、B平均值AVE，当焚烧炉8出口温度高于设定值T1＝1050℃或高温过热器30入口烟气温度高于设定值T3＝600℃时，立即打开输水管道电动调节阀1和压缩空气管道的电动截止阀13，经过TIME DELAY延迟5s后启动输水泵4，工业水在二流体喷枪7经过压缩空气雾化后，不断向炉内进行喷水降温，同时喷枪不断被压缩空气冷却；焚烧炉8出口和高温过热器30入口烟气温度反馈至DCS系统分别经过PID转化为调节阀开度信号0～100％，然后MAX比较大小值后对工业水调节阀1进行调节，改变工业水流量。当焚烧炉8出口温度降至设定值T2＝950℃，同时高温过热器30入口烟气温度降低至设定值T4＝570℃，立即关闭输水泵4，同时经过TIME DELAY延迟5s后将喷枪7退出，关闭工业水电动调节阀1和压缩空气电动截止阀13。

图6炉膛出口两测点温度A和B，两侧温度累加后取均值AVE。通过选择器输出正常信号，并通过滤波器进行滤波后输出为①。

图7取高温过热器入口两测点温度A和B，两侧温度累加后取均值AVE。通过选择器进行选择信号，并通过滤波器进行滤波后输出为②。

图8温度①信号大于T1设定温度或温度②信号大于T3设定温度，左右侧气缸推杆前进，左右侧喷水电动调节阀打开，左右侧雾化空气电动截止阀打开，左右侧冷却空气电动阀打开,输水泵延时启动。

图9温度①信号小于T2设定温度且同时温度②信号小于T4设定温度，输水泵立即关闭，随后左右侧气缸推杆延时退出，左右侧喷水电动调节阀延时关闭，左右侧雾化空气电动截止阀延时关闭，左右侧冷却空气电动截止阀延时关闭。

图10①与T2设定温度、②与T4设定温度进行比较，经PID调节控制，两个信号经MAX取最大值，输出进而控制喷水阀门开度，调节喷水量。

实施例2

图11中只测一个焚烧炉出口温度点，其余与图5类同。

图12取两测点焚烧炉出口温度A和B，两侧温度累加后取均值AVE。通过选择器进行选择正常信号，并通过滤波器进行滤波后输出为③。

图13温度③信号大于T1设定温度，左右侧气缸推杆前进，左右侧喷水电动调节阀打开，左右侧雾化空气电动截止阀打开，左右侧冷却空气电动截止阀打开，输水泵延时启动。

图14温度③信号小于T2设定温度，输出水泵停止工作，左右侧气缸推杆延时后退，左右侧喷水电动调节阀延时关闭，左右侧雾化空气电动截止阀延时关闭，左右侧冷却空气电动阀延时关闭。

图15③与T2设定温度进行比较，经过PID控制调节来控制喷水阀门开度，进而控制喷水流量。

Claims (10)

1.一种垃圾焚烧炉喷水降温自动控制方法，该方法是在焚烧炉(8)出口和高温过热器(30)入口分别同时设置热电偶(29)，若运行中出现烟气超温现象，即超过温度设定值时，自动开启电磁阀(9)，喷枪(7)立即自动进入焚烧炉内，随后自动开启输水泵(4)、工业水调节阀(1)及压缩空气截止阀(13)；

来自工业水管道的水进入工业水箱(6)储存后，经过输水泵(4)增压进入焚烧炉(8)出口左右侧墙的二流体喷枪(7)，与来自厂用压缩空气系统的第一路压缩空气混合雾化后喷入焚烧炉(8)出口，同时另一路压缩空气进入喷枪套管(19)中不断冷却喷枪防止喷枪(7)被炉内高温烟气灼伤；

雾化水滴进入焚烧炉(8)中与烟气混合汽化吸热，进而降低炉膛出口烟气温度，根据实时反馈的温度大小，通过DCS逻辑运算，给出电动调节阀(1)开度信号，对入炉喷水流量进行调节，当烟气温度降低到安全设定值后，立即关闭输水泵(4)及阀门，压缩空气推动气缸活塞，将喷枪(7)从炉内自动退出。

2.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉喷水降温自动控制方法，其特征在于，通过设定工业水箱(6)，将来自工业水系统的工业水预先储存在工业水箱(6)中，保证运行时工业水供水能力，同时在水箱(6)中设置液位计(2)，实时反馈液位信号。

3.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉喷水降温自动控制方法，其特征在于，在焚烧炉(8)出口左右侧墙及高温过热器(31)入口左右侧墙处分别设置热电偶(29)，实时反馈焚烧炉(8)及余热锅炉关键受热面运行工况，实现温度场双重控制。

4.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉喷水降温自动控制方法，其特征在于将喷枪位置设置在焚烧炉(8)出口位置，控制燃烧气体在高温地带滞留时间，抑制热力型NOx生成。

5.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉喷水降温自动控制方法，其特征在于，在水箱出口设置两台输水泵(4)，在喷枪(7)入口水管道(10)设置流量计(5)和电动调节阀(1)，通过流量计(5)反馈工业水流量大小，通过自动调节电动调节阀(1)调节入炉给水量，设置的雾化压缩空气保证了工业水喷人后的雾化效果；设置压缩空气吹扫功能保证了喷枪(7)在正常运行时不被高温烟气腐蚀灼烧，同时设置压缩空气气缸(23)实现喷枪(7)自动进入或退出和进入炉内。

6.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉喷水降温自动控制方法，其特征在于，当焚烧炉(8)出口和高温过热器(30)入口烟温有任一温度高于设定值，自动启动喷水降温系统，然后根据两烟温大小，实时调节入炉喷水量，当两处烟温同时低于设定值时，自动关停喷水降温系统。

7.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉喷水降温自动控制方法，其特征在于，在DCS中设置SEL信号选择器，取左右侧墙温度平均温度值，当其中一测点损坏时，切换到另一温度测点，保证自动控制系统的可靠性。

8.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉喷水降温自动控制方法，其特征在于，在DCS系统中设置延时器，确保工艺设备在自动启停中的先后顺序，确保安全稳定运行。

9.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉喷水降温系统及其自动控制方法，所述DCS逻辑运算是，焚烧炉出口温度与高温过热器入口的实时温度信号分别与其设定值进行比较，经PID调节计算转化成阀门开度信号，然后经过MAX对其进行比较，选择较大值，最后决定喷水阀门开度大小。

10.一种垃圾焚烧炉喷水降温自动控制系统，其特征在于，包括工业水箱(6)、输水泵(4)、二流体喷枪(7)、电磁阀(9)、焚烧炉(8)、手动截止阀(3)、电动截止阀(13)、逆止阀(12)、液位计(2)、流量计(5)、电动调节阀(1)、热电偶(29)及其他水管(10)、压缩空气管道(11)；来自工业水母管的工业水，通过给水管道(10-1)以及电动截止阀(1-1)流向工业水箱(6)，在水箱下部通过水管引出，水管设两台输水泵(4-1)、(4-2)，并在输水泵(4-1)、(4-2)前后设检修截止阀(3-4)、(3-6)，输水泵(4-1)、(4-2)出口各引出水管两路，其中一路通过管道(10-2)回流到工业水箱(6)，另两路汇流至管道(10-3)后进入焚烧炉又分别通过管道(10-4)、(10-5)进入喷枪(7-1)、(7-2)，支管道(10-4)(10-5)分别设流量计(5-1)、(5-2)及电动调节阀(1-2)、(1-3)；来自压缩空气母管(11-1)的压缩空气进入焚烧炉左右侧后分为3个支管，支管(11-2)、(11-7)分别于与喷枪接口(22)相连，支管(11-3)、(11-6)分别经过电磁阀(9-1)、(9-2)后又分为两路与气缸接口(26-1)、(26-2)相连，支管(11-4)、(11-5)分别连接至气缸接口(20)。

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