CN112240552A - 一种垃圾焚烧发电项目全自动运行的实施方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种垃圾焚烧发电项目全自动运行的实施方法，采用全自动垃圾吊系统，再通过将其余成套工艺系统的控制点直接通过硬接线方式接入DCS系统，取消其余成套工艺系统原有PLC系统，从而实现对其余成套工艺系统的自动控制，其余成套工艺系统包括焚烧炉排控制系统、燃烧控制系统以及烟气净化控制系统。本发明的优点在于采用了DCS一体化控制，有效规避了PLC系统维护量大、控制不可靠以及通讯故障点较多的缺陷，实现了焚烧项目系统的统一维护，数据互传能力。
Description
技术领域
本发明涉及生活垃圾焚烧发电技术领域，特别涉及一种垃圾焚烧发电项目全自动运行的实施方法。
背景技术
随着国内垃圾焚烧发电行业竞争日趋激烈，对于垃圾焚烧发电项目的品质要求也越来越高。其中自动化程度的高低是评判垃圾焚烧发电项目品质的重要标准之一。目前国内垃圾焚烧发电项目自动化程度较低，生产过程中许多工艺系统的运行需要大量的人工操作和干预，其中典型的工艺系统例如垃圾进料系统、焚烧炉燃烧系统以及烟气净化系统等。
目前国内垃圾焚烧项目入炉垃圾存在着热值不稳定和密度不可控的特点，导致了国内垃圾焚烧项目燃烧系统运行自动控制效果不佳，国内垃圾焚烧项目许多成套系统仍采用PLC作为控制系统，存在着维护量大、故障点多以及控制不可靠等缺陷，导致国内垃圾焚烧项目自动控制效果较差，自动化程度较低。
现有的国内垃圾焚烧发电项目自动化程度较低，具体有如下技术问题：
（1）入炉垃圾的热值和密度难以控制，导致焚烧炉燃烧控制系统的控制效果较差，且运行中出现焚烧炉排垃圾偏料的情况；
（2）国内垃圾焚烧项目诸多工艺系统，例如焚烧炉排控制系统、燃烧控制系统以及烟气净化控制系统多数以PLC作为控制系统，存在着维护量较大、故障点较多以及控制不可靠等缺陷；
（3）国内垃圾焚烧发电项目烟气净化系统的控制依据为烟气净化系统出口的CEMS系统反馈值，存在着延迟性较大，不能有效的对相关药剂喷射量进行精确控制，常常需要运行人员人为干预。
发明内容
本发明的目的是提供一种垃圾焚烧发电项目全自动运行的实施方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种垃圾焚烧发电项目全自动运行的实施方法，其特征在于，采用全自动垃圾吊系统，再通过将其余成套工艺系统的控制点直接通过硬接线方式接入DCS系统，取消其余成套工艺系统原有PLC系统，从而实现对其余成套工艺系统的自动控制，其余成套工艺系统包括焚烧炉排控制系统、燃烧控制系统以及烟气净化控制系统。
优选的，所述全自动垃圾吊系统包括：
垃圾卸料门：选用带自动控制功能的垃圾卸料门，并与垃圾吊控制PLC系统进行连锁控制；
垃圾进料口料位检测：在垃圾进料口安装超声波料位计，采用超声波料位计对垃圾进料口料位进行检测，并将信号通过DCS系统传输到垃圾吊控制PLC系统中，使垃圾抓斗与进料口料位进行连锁，实现自动上料功能；
垃圾坑土建配合设计：对垃圾坑宽度、垃圾坑深度、垃圾吊轨道及轨道梁等土建设计进行优化，满足全自动垃圾吊要求。
优选的，所述其余成套工艺系统内的手动执行机构改换为电动执行机构，同时对相关设备增加温度、流量和液位等控制测点。
优选的，所述焚烧炉排控制系统中为明确焚烧炉排全自动系统的变量与应变量，将入炉垃圾热值、入炉垃圾密度、炉排垃圾层厚、额定蒸发量等作为系统变量，推料器工作频率和各段炉排工作频率作为系统应变量，即推料器工作频和各段炉排工作频率根据系统变量进行实时调节，以适应各种工况下焚烧炉燃烧系统的正常运行，在明确各个系统变量的数值后，通过经验公式计算得出每段炉排的垃圾处理量，结合焚烧炉设备厂商提供的每段炉排的外形尺寸、炉排行程以及炉排额定垃圾处理量，最终推算出推料器和炉排的工作频率，最后将以上逻辑关系通过编程写入DCS系统内，实现焚烧炉排系统的自动控制逻辑，通过该逻辑对焚烧炉的推料器和炉排进行自动控制。
优选的，所述焚烧炉排控制系统采用横向至少四组和纵向三段的机械炉排配置，通过编制程序，实现炉排的同步运行、异步运行、异速运行的各种模式，对炉排系统的进行精细化控制。
优选的，所述燃烧控制系统中，在DCS系统中设计若干控制模块，包括垃圾层厚控制模块、助燃风量控制模块、热灼减率控制模块、氧含量控制模块、炉膛负压控制模块、锅炉主蒸汽流量控制模块以及炉膛温度控制模块，通过上述控制模块配合变参量PID控制算法和模糊控制算法实现燃烧控制系统的全自动控制。
优选的，所述烟气净化控制系统还包括如下调整：
反馈量调整：在烟气净化系统前端设置CEMS系统，以前端CEMS系统检测数据为烟气净化系统提供有效的反馈量，降低SO2和NOX的延迟性，前端CEMS取样点设置在余热锅炉省煤器出口烟道，测得的SO2和NOX信号送入DCS系统，通过PID控制算法有效控制烟气净化系统的药剂喷射量；
增加预测算法：加入预测算法使系统能够及时预测变量的变化趋势，提前介入进行药剂喷射，最大限度的对控制变量进行稳定控制，同时减少药剂过量投入的情况。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
（1）采用了DCS一体化控制，有效规避了PLC系统维护量大、控制不可靠以及通讯故障点较多的缺陷。此外，实现了焚烧项目系统的统一维护，数据互传能力。
（2）采用全自动垃圾吊，垃圾进料、倒垛以及投料均由程序自动控制，其中投料时每斗垃圾的容积和重量可以得到精确控制，解决了燃烧系统垃圾热值和密度不可控的技术问题，利于燃烧系统的自动控制。
（3）烟气净化控制系统的反馈量由后端CEMS系统的数据改为前端CEMS系统的数据，减少了数据延迟性对于控制系统的影响，提给了烟气净化系统的控制精确性和控制效率。
（4）燃烧控制系统的全自动控制使得焚烧炉的燃烧情况稳定维持在较优的状态。其有益效果首先确保垃圾蒸发量得到稳定，提高了项目发电效率；其次可以使二噁英等有害物质得到有效控制，最后输出稳定状况的烟气，从而提高了烟气净化系统的整体效率。
（5）提高了垃圾焚烧项目的自动化程度，提升了项目的品质，加强了垃圾焚烧企业的竞争力。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种垃圾焚烧发电项目全自动运行的实施方法，采用全自动垃圾吊系统，再通过将其余成套工艺系统的控制点直接通过硬接线方式接入DCS系统，取消其余成套工艺系统原有PLC系统，从而实现对其余成套工艺系统的自动控制，其余成套工艺系统包括焚烧炉排控制系统、燃烧控制系统以及烟气净化控制系统，所述其余成套工艺系统内的手动执行机构改换为电动执行机构，同时对相关设备增加温度、流量和液位等控制测点。
垃圾吊控制PLC系统由于特殊性不便于纳入DCS进行一体化控制，因此需要对垃圾吊控制PLC系统进行升级或直接采用带有全自动控制功能的设备，本发明直接采用全自动的垃圾吊控制PLC系统，并进行如下配套设计：
垃圾卸料门：选用带自动控制功能的垃圾卸料门，并与垃圾吊控制PLC系统进行连锁控制。
垃圾进料口料位检测：在垃圾进料口安装超声波料位计，采用超声波料位计对垃圾进料口料位进行检测，并将信号通过DCS系统传输到垃圾吊控制PLC系统中，使垃圾抓斗与进料口料位进行连锁，实现自动上料功能。
垃圾坑土建配合设计：对垃圾坑宽度、垃圾坑深度、垃圾吊轨道及轨道梁等土建设计进行优化，满足全自动垃圾吊要求。
另外在垃圾吊控制PLC系统增加配套的信号通信，包括：垃圾进料口料位、锅炉蒸发量、垃圾坑视频信号、垃圾卸料门状态等，使垃圾吊控制PLC系统具备自动进料、倒垛、投料、称重等功能。
焚烧炉排控制系统中为明确焚烧炉排全自动系统的变量与应变量，将入炉垃圾热值、入炉垃圾密度、炉排垃圾层厚、额定蒸发量等作为系统变量，推料器工作频率和各段炉排工作频率作为系统应变量，即推料器工作频和各段炉排工作频率根据系统变量进行实时调节，以适应各种工况下焚烧炉燃烧系统的正常运行，在明确各个系统变量的数值后，通过经验公式计算得出每段炉排的垃圾处理量，结合焚烧炉设备厂商提供的每段炉排的外形尺寸、炉排行程以及炉排额定垃圾处理量，最终推算出推料器和炉排的工作频率，最后将以上逻辑关系通过编程写入DCS系统内，实现焚烧炉排系统的自动控制逻辑，通过该逻辑对焚烧炉的推料器和炉排进行自动控制，焚烧炉排控制系统采用横向至少四组和纵向三段的机械炉排配置，通过编制程序，实现炉排的同步运行、异步运行、异速运行的各种模式，对炉排系统的进行精细化控制。
燃烧控制系统中，在DCS系统中设计若干控制模块，包括垃圾层厚控制模块、助燃风量控制模块、热灼减率控制模块、氧含量控制模块、炉膛负压控制模块、锅炉主蒸汽流量控制模块以及炉膛温度控制模块，通过上述控制模块配合变参量PID控制算法和模糊控制算法实现燃烧控制系统的全自动控制，具体控制模块作用如下：
所述垃圾层厚控制模块用于推料器、干燥炉排和燃烧炉排进行控制，在垃圾焚烧100%、90%、80%、70%负荷下，通过实际测量建立炉排上下差压和流量的标准曲线，与实际数据进行对比后得出层厚测量值，层厚设定值和实际值的差值，通过变参数的函数配合预测PID控制，调节推料器、干燥炉排、燃烧炉排的速度，从而实现炉排下部风量和差压计算出的燃烧炉排上层厚的控制。
所述助燃风量控制模块用于对各段一次风机变频器进行控制，通过垃圾热值、设定漏风量，空气过剩率等参数计算一次风基准风量，再通过预设的热值换算各段风量的分配比率，作为各段风量基准值，各段风量由炉温、氧量、主蒸汽流量进行调节，实现对炉膛助燃风各段一次风量的调节。
所述热灼减率控制模块用于对燃烬段一次风风机、燃烬炉排速度，燃烧炉排速度进行控制，当燃烬段上部温度高于500℃时，启动热灼减率控制程序，调节燃烬风机和燃烬炉排速度，设定补偿高限。同时对燃烧炉排速度进行曲线补偿，实现对燃烬段上部温度的调节。
所述氧含量控制模块用于对二次风风机进行控制，设定烟道温度设置于890℃与1050℃之间，降温速率不高于预设值，实现省煤器出口氧含量在设定范围内。
所述炉膛负压控制模块用于对引风机频率进行控制，调节引风机频率采用PID调节炉膛负压，引入一次风机频率作为前馈调节，实现炉膛负压在设定值范围内。
所述锅炉主蒸汽流量控制模块用于对燃烧段一次风机进行控制，以锅炉额定负荷为基准，用函数关系计算出当前工况下需求的总风量，以总风量的60%计算出燃烧段需求的风量为基准风量，主蒸汽流量偏差及偏差变化率控制燃烧段一次风机频率，实现对燃烧段一次风风量的调节。
所述炉膛温度控制模块通过炉膛温度偏差和偏差变化率对一次风和二次风进行补偿，对当前燃烧状况进行预判，对应以下两种调节方式：炉膛温度控制：以保障炉膛温度为目标控制燃烧自动；主蒸汽流量控制：以保障主蒸汽流量为目标控制燃烧自动。
烟气净化控制系统包括如下调整：反馈量调整：烟气净化主要控制变量为SO2和NOX，并且具有延迟性较大的特点，以烟气净化系统后端CEMS系统的检测量作为反馈进行控制的效果欠佳，在烟气净化系统前端设置CEMS系统，以前端CEMS系统检测数据为烟气净化系统提供有效的反馈量，降低SO2和NOX的延迟性，前端CEMS取样点设置在余热锅炉省煤器出口烟道，测得的SO2和NOX信号送入DCS系统，通过PID控制算法有效控制烟气净化系统的药剂喷射量。
增加预测算法：为完全消除SO2和NOX的延迟性，并且对药剂喷射量进行更为精确的控制，还需在烟气净化系统自动控制逻辑中增加预测算法，加入预测算法使系统能够及时预测变量的变化趋势，提前介入进行药剂喷射，最大限度的对控制变量进行稳定控制，同时减少药剂过量投入的情况。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，不用于限制本发明，本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明技术方案的保护范围内。
Claims (7)
1.一种垃圾焚烧发电项目全自动运行的实施方法，其特征在于，采用全自动垃圾吊系统，再通过将其余成套工艺系统的控制点直接通过硬接线方式接入DCS系统，取消其余成套工艺系统原有PLC系统，从而实现对其余成套工艺系统的自动控制，其余成套工艺系统包括焚烧炉排控制系统、燃烧控制系统以及烟气净化控制系统。
2.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧发电项目全自动运行的实施方法，其特征在于：所述全自动垃圾吊系统包括：
垃圾卸料门：选用带自动控制功能的垃圾卸料门，并与垃圾吊控制PLC系统进行连锁控制；
垃圾进料口料位检测：在垃圾进料口安装超声波料位计，采用超声波料位计对垃圾进料口料位进行检测，并将信号通过DCS系统传输到垃圾吊控制PLC系统中，使垃圾抓斗与进料口料位进行连锁，实现自动上料功能；
垃圾坑土建配合设计：对垃圾坑宽度、垃圾坑深度、垃圾吊轨道及轨道梁等土建设计进行优化，满足全自动垃圾吊要求。
3.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧发电项目全自动运行的实施方法，其特征在于：所述其余成套工艺系统内的手动执行机构改换为电动执行机构，同时对相关设备增加温度、流量和液位等控制测点。
4.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧发电项目全自动运行的实施方法，其特征在于：所述焚烧炉排控制系统中为明确焚烧炉排全自动系统的变量与应变量，将入炉垃圾热值、入炉垃圾密度、炉排垃圾层厚、额定蒸发量等作为系统变量，推料器工作频率和各段炉排工作频率作为系统应变量，即推料器工作频和各段炉排工作频率根据系统变量进行实时调节，以适应各种工况下焚烧炉燃烧系统的正常运行，在明确各个系统变量的数值后，通过经验公式计算得出每段炉排的垃圾处理量，结合焚烧炉设备厂商提供的每段炉排的外形尺寸、炉排行程以及炉排额定垃圾处理量，最终推算出推料器和炉排的工作频率，最后将以上逻辑关系通过编程写入DCS系统内，实现焚烧炉排系统的自动控制逻辑，通过该逻辑对焚烧炉的推料器和炉排进行自动控制。
5.根据权利要求4所述的一种垃圾焚烧发电项目全自动运行的实施方法，其特征在于：所述焚烧炉排控制系统采用横向至少四组和纵向三段的机械炉排配置，通过编制程序，实现炉排的同步运行、异步运行、异速运行的各种模式，对炉排系统的进行精细化控制。
6.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧发电项目全自动运行的实施方法，其特征在于：所述燃烧控制系统中，在DCS系统中设计若干控制模块，包括垃圾层厚控制模块、助燃风量控制模块、热灼减率控制模块、氧含量控制模块、炉膛负压控制模块、锅炉主蒸汽流量控制模块以及炉膛温度控制模块，通过上述控制模块配合变参量PID控制算法和模糊控制算法实现燃烧控制系统的全自动控制。
7.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧发电项目全自动运行的实施方法，其特征在于：所述烟气净化控制系统还包括如下调整：
反馈量调整：在烟气净化系统前端设置CEMS系统，以前端CEMS系统检测数据为烟气净化系统提供有效的反馈量，降低SO2和NOX的延迟性，前端CEMS取样点设置在余热锅炉省煤器出口烟道，测得的SO2和NOX信号送入DCS系统，通过PID控制算法有效控制烟气净化系统的药剂喷射量；
增加预测算法：加入预测算法使系统能够及时预测变量的变化趋势，提前介入进行药剂喷射，最大限度的对控制变量进行稳定控制，同时减少药剂过量投入的情况。
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