CN207907254U

CN207907254U - 一种用于倾斜多级往复顺推垃圾焚烧炉的控制系统

Info

Publication number: CN207907254U
Application number: CN201721809983.9U
Authority: CN
Inventors: 魏强; 刘小娟; 邹全意; 薛宪民; 钟日钢; 冉从华; 王友明; 陈联宏
Original assignee: Shenzhen Energy Environmental Engineering Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Energy and Environmental Protection Co Ltd
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2018-09-25
Anticipated expiration: 2027-12-21

Abstract

为解决现有垃圾焚烧发电系统自动化程度低，垃圾焚烧过程中出现料层分布不均、火焰中心偏斜，造成锅炉负荷的波动，影响排放指标的稳定，很难形成一套标准的焚烧炉自动控制体系，本实用新型提供一种用于倾斜多级往复顺推垃圾焚烧炉的控制系统，包括：基于蒸汽流量、汽包压力和干燥段炉排温度对一次风量的分配；基于焚烧炉的料层差压对给料炉排连续运动的控制；基于垃圾热值和蒸汽流量对焚烧炉排连续运动的控制，并通过汽包压力联锁控制焚烧炉排的运动；基于炉排温度控制两侧送风量；以及基于锅炉出口氧量、CO(一氧化碳)控制二次风量的分配。

Description

一种用于倾斜多级往复顺推垃圾焚烧炉的控制系统

技术领域

本实用新型涉及城市生活垃圾焚烧炉控制技术领域，特别是涉及一种用于倾斜多级往复顺推垃圾焚烧炉的控制系统。

背景技术

随着城市化进程加快和物质消费的日趋现代化，城市生活垃圾急剧变化，大多数城市垃圾特性差异、热值变化较大，使现有垃圾处理设备适应不了垃圾特性的变化。

传统垃圾焚烧工艺中，锅炉负荷的调节采用蒸汽流量调节模式，锅炉的送风量只能根据蒸汽流量的PID计算值进行调节，调节手段单一；给料炉排的推进速度需要手动设置，根据蒸汽流量的偏差进行简单的偏差调节；燃烧炉排通过预设的动作周期(滑动速度、翻动频率)进行控制，由于不能适应垃圾热值的变化和锅炉的连续波动，需要大量的手动干预；当锅炉送风采用风门挡板调节时，风门挡板需要手动设置以确保送风平衡；传统工艺中，二次风机的调节仅根据锅炉出口的氧量进行自动调节，氧量波动较大。垃圾焚烧发电行业发展至今已有几十年，但焚烧炉自动控制系统作为垃圾焚烧发电领域的核心技术，难度远远大于燃煤、燃气锅炉，是国内外垃圾焚烧发电行业的技术难点和瓶颈，制约行业控制系统标准化体系的建立。特别是传统倾斜多级往复顺推焚烧炉在运行中，频繁出现料层分布不均、火焰中心偏斜，造成锅炉负荷的波动，一定程度上影响排放指标的稳定。造成焚烧状况不稳定的情况，主要在于锅炉负荷难以依靠自动控制技术进行稳定调节，主要体现在：①、焚烧炉配风不均匀，风机的转速调节往往手动调整，运行中负荷波动大；②、给料炉排调整模式单一，给料炉排的推进速度需要运行人员手动设置；③、燃烧炉排速度和动作频率完全依靠垃圾焚烧发电运行人员的经验手动调整，操作方式多样化；④、炉排下送风不均衡，两侧送风量没有可靠监视手段；⑤、二次风机转速单纯通过锅炉出口氧量调节，氧量的波动范围大；⑥、由于运行人员操作多样化，负荷难以稳定调整，未形成一套标准的焚烧炉自动控制体系。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种用于倾斜多级往复顺推垃圾焚烧炉的控制方法及系统，所述控制方法包括：基于蒸汽流量、汽包压力和干燥段炉排温度对一次风量的分配；基于焚烧炉的料层差压对给料炉排连续运动的控制；基于垃圾热值和蒸汽流量对焚烧炉排连续运动的控制，并通过汽包压力联锁控制焚烧炉排的运动；基于炉排温度控制两侧送风量；以及基于锅炉出口氧量、CO(一氧化碳)控制二次风量的分配；并且，本实用新型还提出一种用于实施上述控制方法的系统。

本实用新型解决技术问题所提供方案是，一种用于倾斜多级往复顺推垃圾焚烧炉的控制方法，其特征是，包括：基于蒸汽流量、汽包压力和干燥段炉排温度对一次风量的分配；基于焚烧炉的料层差压对给料炉排连续运动的控制；基于垃圾热值和蒸汽流量对焚烧炉滑动炉排的控制，并通过汽包压力联锁对翻动炉排的控制；基于锅炉出口氧量、CO(一氧化碳)含量对二次风量的分配，以及基于炉排温度控制两侧送风量；

基于蒸汽流量、汽包压力和干燥段炉排温度对一次风量的分配，包括：蒸汽流量或汽包压力用来反映锅炉实时负荷，蒸汽流量控制回路、汽包压力控制回路均可独立作为一次风量的主控制器，通过PID控制器控制干燥风、气化风风量；同时，利用干燥段炉排温度控制回路对干燥风量进行小幅补偿，通过PID控制器修正干燥风量的输出值，

基于焚烧炉的料层差压对给料炉排连续运动的控制，包括：根据焚烧炉排下风室压力的实时测量值，结合炉排下送风量的大小和炉膛实际压力，折算出炉排上的料层差压。料层差压控制回路采用PID控制器，实时调节给料炉排的运动，

基于垃圾热值和蒸汽流量对焚烧炉滑动炉排的控制，并通过汽包压力联锁对翻动炉排的控制，包括：蒸汽流量PV值采用一段时间内蒸汽流量的平均值，通过锅炉热负荷的计算反算出垃圾的热值，并提供最优的焚烧炉排滑动速度，同时通过蒸汽流量、汽包压力分级联锁控制炉排翻动的运动频率，

基于所述氧量和CO(一氧化碳)含对二次风量的控制，包括：氧量控制回路采用PID控制器，实时调节二次风机变频开度；烟囱布置有CO(一氧化碳)含量实时测量设施，根据CO(一氧化碳)的浓度联锁调节二次风机开度，

还通过在每一段固定炉排下方安装的温度测量装置，准确测量炉排温度，根据气化段左右两侧炉排的温度偏差，改变两侧风门的开度设定值，并且，当气化段左、右料层不均发生偏料时，也可以通过改变两侧风门的开度来及时进行纠偏。

本实用新型提出的一种用于实施上述控制方法的系统，其特征是，

基于蒸汽流量、汽包压力和干燥段炉排温度对一次风量的分配，包括：蒸汽流量控制回路、汽包压力控制回路、PID控制器、干燥段炉排温度控制回路，蒸汽流量或汽包压力用来反映锅炉实时负荷，蒸汽流量控制回路、汽包压力控制回路均可独立作为一次风量的主控制器，通过PID控制器控制干燥风、气化风风量，同时，利用干燥段炉排温度控制回路对干燥风量进行小幅补偿，通过PID控制器修正干燥风量的输出值，

基于焚烧炉的料层差压对给料炉排连续运动的控制，包括由PID控制器的料层差压控制回路，还包括在焚烧炉出口布置有多组炉膛压力测量装置，在每一段炉排对应炉排下方风室设置风压测量装置、在每一段固定炉排下方安装温度测量装置、在干燥段左、右侧一次风母管设置多点平衡式风量测量装置，根据焚烧炉排下风室压力的实时测量值，结合炉排下送风量的大小和炉膛实际压力，折算出炉排上的料层差压，料层差压控制回路采用PID控制器，实时调节给料炉排的运动，

基于锅炉出口氧量、CO(一氧化碳)含量对二次风量的分配，包括：PID控制器、CO(一氧化碳)实时测量设施，氧量控制回路采用PID控制器，实时调节二次风机变频开度；烟囱布置有CO(一氧化碳)实时测量设施，根据CO(一氧化碳)的浓度联锁调节二次风机开度，

基于垃圾热值和蒸汽流量对焚烧炉滑动炉排的控制，并通过汽包压力联锁对翻动炉排的控制，包括：焚烧炉排滑动速度基于蒸汽流量PID控制回路，蒸汽流量PV值采用一段时间内蒸汽流量的平均值；通过锅炉热负荷的计算反算出垃圾的热值，并提供最优的焚烧炉排滑动速度，同时通过蒸汽流量、汽包压力分级联锁控制炉排翻动的频率，

基于炉排温度控制两侧送风量，包括：在每一段固定炉排下方安装的温度测量装置，通过所述温度测量装置准确测量炉排温度，根据气化段左、右两侧炉排的温度偏差，改变两侧风门的开度设定值，并且，当气化段左、右料层不均发生偏料时，也可以通过改变两侧风门的开度来及时进行纠偏。

本实用新型的有益效果：本实用新型提出一种用于倾斜多级往复顺推焚烧炉的全自动焚烧控制方法和控制系统，能够减轻操作人员的工作强度，不断加强垃圾发电厂标准化、精细化管理，确保机组能够长周期安全高效、环保稳定地运行。

附图说明

图1-图7为本实用新型提出的一种用于倾斜多级往复顺推垃圾焚烧炉的控制方法及系统一个实施例的控制原理图。其中：

图1为焚烧炉结构示意图。

图2为基于蒸汽流量、汽包压力和干燥段炉排温度对一次风量分配的控制图。

图3为基于料层差压对给料炉排连续运动的控制图。

图4为基于蒸汽流量对焚烧炉滑动炉排的控制图。

图5为基于蒸汽流量及汽包压力对焚烧炉翻动炉排的控制图。

图6为基于所述氧量和CO(一氧化碳)对二次风量的控制图。

图7为控制符号说明图。

图中：

1.1、1.2、1.3、1.4、1.5炉排单元；

1.1A滑动炉排、1.1B翻动炉排、1.1C固定炉排；

2给料炉排；

3.1A干燥段风机、3.1B气化段风机、3.1C冷却段风机，3.2二次风风机；

4给料溜槽；

5.1竖直烟道，5.2水平烟道；

6出渣斗。

具体实施方式：

图1-图7为本实用新型提出的一种用于倾斜多级往复顺推垃圾焚烧炉的控制方法及系统一个实施例的控制原理图。

图1为焚烧炉结构示意图。图中显示，焚烧炉炉排由上往下由给料炉排单元2和普通焚烧炉排单元1.1、1.2、1.3、1.4、1.5组成。以普通焚烧炉排单元1.1为例，炉排单元1.1由滑动炉排片1.1A、翻动炉排片1.1B、固定炉排片1.1C构成。给料炉排单元2将垃圾送入普通焚烧炉排，通过滑动炉排和翻动炉排的运动，使垃圾在燃烧过程中逐步向下方出渣口移动。其中，普通焚烧炉排单元1.1、1.2为干燥段，普通焚烧炉排单元1.3、1.4为气化段，普通焚烧炉排单元1.5为冷却段。在干燥段下方设置有干燥风系统，在气化段下方设置有气化风系统，在冷却段设置有冷却风系统，干燥风、气化风、冷却风总量等于一次风，干燥风、气化风和冷却风均来源于一次风母管，再通过对应的变频风机分别将焚烧炉所需的风送往干燥炉排、气化炉排、冷却炉排下方的风室中。在炉膛出口还设置有二次风风机3.2，二次风取自锅炉二次风母管，通过变频风机将二次风送往炉膛出口，促进烟气混合物的二次燃烧。

一种用于倾斜多级往复顺推垃圾焚烧炉的控制系统，其特征是，包括：基于蒸汽流量、汽包压力和干燥段炉排温度对一次风量的分配；基于焚烧炉的料层差压控制给料炉排连续运动的控制；基于垃圾热值和蒸汽流量焚烧炉滑动炉排的控制，并通过汽包压力联锁对翻动炉排的控制；基于锅炉出口氧量、CO(一氧化碳)含量对二次风量的分配，以及基于炉排温度控制两侧送风量。

基于焚烧炉的料层差压控制给料炉排连续运动的控制，包括：根据焚烧炉排下风室压力的实时测量值，结合炉排下送风量的大小和炉膛实际压力，折算出炉排上的料层差压。料层差压控制回路采用PID控制器，实时调节给料炉排的运动，

基于垃圾热值和蒸汽流量焚烧炉滑动炉排的控制，并通过汽包压力联锁对翻动炉排的控制，包括：蒸汽流量PV(蒸汽流量实测值)值采用一段时间内蒸汽流量的平均值，通过锅炉热负荷的计算反算出垃圾的热值，并提供最优的焚烧炉排滑动速度，同时通过蒸汽流量、汽包压力分级联锁控制炉排翻动的频率。

基于炉排温度控制两侧送风量，包括，在每一段固定炉排下方安装的温度测量装置，准确测量炉排温度。根据气化段左右两侧炉排的温度偏差，改变两侧风门的开度设定值；并且，当气化段左、右料层不均发生偏料时，也可以通过改变两侧风门的开度来及时进行纠偏。

图2为基于蒸汽流量、汽包压力和干燥段炉排温度对一次风量分配的控制图。图中显示，基于蒸汽流量、汽包压力和干燥段炉排温度控制一次风量的分配，包括：蒸汽流量控制回路、汽包压力控制回路、PID控制器蒸汽流量或汽包压力用来反映锅炉实时负荷，蒸汽流量控制回路、汽包压力控制回路均可独立作为一次风量的主控制器，通过PID控制器控制干燥风、气化风变频器的开度，从而改变干燥风、气化风风量；同时，在每一段固定炉排下方安装的温度测量装置、并设置干燥段炉排温度控制回路，利用干燥段炉排温度控制回路对干燥风量进行小幅补偿，通过PID控制器修正干燥风量的输出值。

当操作人员远方选择蒸汽流量控制回路时，控制系统根据蒸汽流量设定值计算出燃烧需要的一次风总风量，再将总风量转换成干燥风机、气化风机的变频开度(0-100％)；其中，0表示风机停止运行，100％表示风机满速运行。

当蒸汽流量超过设定值时，通过PID控制器的运算，会降低气化、干燥风机的变频开度，从而使燃烧所需的一次风总量降低，降低燃烧工况，使锅炉蒸汽流量趋近设定值。

当蒸汽流量低于设定值时，通过PID控制器的运算，会增加气化、干燥风机的变频开度，从而使燃烧所需的一次风总量增加，提高燃烧工况，使锅炉蒸汽流量趋近设定值。

当操作人员远方选择汽包压力控制回路时，控制系统根据汽包设定值计算出燃烧需要的一次风总风量，再将总风量转换成干燥风机、气化风机的变频开度(0-100％)，0表示风机停止运行，100％表示风机满速运行。

当汽包压力超过设定值时，通过PID控制器的运算，会相应降低气化、干燥风机的变频开度，从而使燃烧所需的一次风总量降低，降低燃烧工况，使锅炉汽包压力趋近设定值。

当汽包压力低于设定值时，通过PID控制器的运算，会相应增加气化、干燥风机的变频开度，从而使燃烧所需的一次风总量增加，提高燃烧工况，使锅炉汽包压力趋近设定值。

干燥段温度控制回路用于干燥风量的补偿，当控制系统检测出干燥段炉排温度低于操作人员的设定值时，PID控制回路将增加干燥风量的补偿量，从而提高干燥风机的变频开度，有助于燃料的进一步干燥。

当控制系统检测出干燥段炉排温度超过操作人员的设定值时，干燥段温度控制回路将降低干燥风量的补偿量，从而减小干燥风机的变频开度，有助于节省能源的消耗。

基于炉排温度控制两侧送风量，包括，在每一段固定炉排下方安装的温度测量装置，准确测量炉排温度；根据气化段左右两侧炉排的温度偏差，改变两侧风门的开度设定值，并且，当气化段左、右料层不均发生偏料时，也可以通过改变两侧风门的开度来及时进行纠偏。

当气化段左侧炉排温度超过右侧炉排温度并达到预设值时，控制系统将会降低左侧气化段风门的开度。

当气化段左侧炉排温度低于右侧炉排温度并达到预设值时，控制系统将会降低右侧气化段风门的开度。

图3为基于料层差压对给料炉排连续运动的控制图。图中显示，基于焚烧炉的料层差压控制给料炉排连续运动的控制，包括PID控制器，还包括在焚烧炉出口布置有多组炉膛压力测量装置，在每一段炉排对应炉排下方风室设置风压测量装置、在每一段固定炉排下方安装温度测量装置、在干燥段左、右侧一次风母管设置多点平衡式风量测量装置，风室压力是通过所述风压测量装置进行测量，炉排下方左右侧风室的送风量是通过所述多点平衡式风量测量装置进行测量，根据焚烧炉排下方风室压力的实时测量值，结合炉排下方送风量的大小、干燥段炉排温度和炉膛实际压力，折算出炉排上的料层差压，料层差压控制回路采用PID控制器，实时调节给料炉排的运动。

操作人员远方投入给料炉排自动控制后，给料炉排将根据料层差压连续运行并控制速度在0-100％之间，其中0表示运行速度最低，100％表示炉排最大的行进速度。

当料层差压超过设定值时，通过PID控制器的运算，会相应降低给料炉排的运行速度，从而使燃料的推进速度降低，使燃料在炉排上的铺料更加均匀。

当料层差压低于设定值时，通过PID控制器的运算，会相应增加给料炉排的运行速度，从而使燃料的推进速度增加，使燃料在炉排上的铺料更加均匀。

图4为基于蒸汽流量对焚烧炉滑动炉排的控制图、图5为基于蒸汽流量和汽包压力对焚烧炉翻动炉排的控制图。图中显示，基于垃圾热值和蒸汽流量焚烧炉滑动炉排的控制，蒸汽流量控制回路、汽包压力控制回路均可独立作为翻动炉排的主控制器，并通过蒸汽流量、或者汽包压力联锁对翻动炉排的控制，包括：蒸汽流量PV(蒸汽流量实测值)值采用一段时间内蒸汽流量的平均值，通过锅炉热负荷的计算反算出垃圾的热值，并提供最优的焚烧炉排滑动速度，同时通过蒸汽流量、汽包压力分级联锁控制炉排翻动的频率。

操作人员远方投入滑动炉排自动控制后，PID控制系统根据蒸汽流量设定值计算出燃烧需要的炉排滑动总速度(0-4.5mm/s)，0mm/s表示停止滑动，4.5mm/s表示滑动炉排全速运行运行，再将总速度转换成干燥段、气化段、冷却段滑动炉排对应的行进速度。

当蒸汽流量超过设定值时，通过PID控制器的运算，会相应增加滑动总速度，从而使燃料在炉排上的推进速度加快，满足燃烧所需要的燃料需求，使锅炉蒸汽流量趋近设定值。

当蒸汽流量低于设定值时，通过PID控制器的运算，会相应降低滑动总速度，从而使燃料在炉排上的推进速度减慢，满足燃烧所需要的燃料需求，使锅炉蒸汽流量趋近设定值。

操作人员远方未投入翻动炉排连锁控制时，翻动炉排的动作频率将按照操作人员的手动设定值运行，当手动设定翻动频率为4时，翻动炉排每隔预设时间翻动一次，4次翻动完毕后进行滑动炉排动作，滑动炉排动作结束后再开始下一个翻动周期，进行周期性动作。

操作人员远方投入翻动炉排连锁控制后，翻动炉排的动作频率将根据汽包压力的设定值进行联锁控制。

当汽包压力超过高值1时，减少气化段炉排翻动次数；当汽包压力超过高值2时，停止气化段炉排翻动；当汽包压力超过高值3时，停止所有翻动炉排(干燥、气化、冷却)动作。

当汽包压力低于低值1时，增加气化段炉排翻动次数；当汽包压力低于低值2时，增加干燥段炉排翻动；当汽包压力低于低值3时，增加所有翻动炉排(干燥、气化、冷却)动作次数。

图6为基于所述氧量和CO(一氧化碳)对二次风量的控制图。图中显示，基于锅炉出口氧量和CO(一氧化碳)量对二次风量的分配，包括：PID控制器、氧量实时测量设施、CO(一氧化碳)量实时测量设施，氧量控制回路采用PID控制器，实时调节二次风机变频开度；烟囱布置有CO(一氧化碳)实时测量设施，根据CO(一氧化碳)的浓度联锁调节二次风机开度。

操作人员远方投入二次风机自动连锁控制后，PID控制系统根据锅炉出口氧量的设定值计算出燃烧需要的二次风总量，再将二次风总量转换成变频器接受的开度信号(0-100％)，其中，0表示风机停止运行，100％表示风机满速运行。

当锅炉出口氧量高于设定值时，通过PID控制器的运算，会相应降低二次风机的变频开度，从而使燃烧所需的二次风总量降低，使锅炉出口氧量趋于稳定。

当锅炉出口氧量低于设定值时，通过PID控制器的运算，会相应增加二次风机的变频开度，从而使燃烧所需的二次风总量增加，使锅炉出口氧量趋于稳定。

CO(一氧化碳)连锁控制回路，用于连锁二次风机的开度，保证排放指标合格。

当CO浓度大于20mg/m³时，二次风机变频开度将大幅增加至最大值，加强烟道的二次燃烧。

当CO浓度小于10mg/m³时，二次风机变频开度恢复到PID控制器的输出值，确保燃烧稳定燃烧。

Claims

1.一种用于倾斜多级往复顺推垃圾焚烧炉的控制系统，其特征是，包括：基于蒸汽流量、汽包压力和干燥段炉排温度对一次风量的分配；基于焚烧炉的料层差压对给料炉排连续运动的控制；基于垃圾热值和蒸汽流量对焚烧炉滑动炉排的控制，并通过汽包压力联锁对翻动炉排的控制；基于锅炉出口氧量、CO(一氧化碳)含量对二次风量的分配，以及基于炉排温度控制两侧送风量；

基于焚烧炉的料层差压对给料炉排连续运动的控制，根据焚烧炉排下风室压力的实时测量值，结合炉排下送风量的大小和炉膛实际压力，折算出炉排上的料层差压,包括由PID控制器的料层差压控制回路，还包括在焚烧炉出口布置有多组炉膛压力测量装置，在每一段炉排对应炉排下方风室设置风压测量装置、在每一段固定炉排下方安装温度测量装置、在干燥段左、右侧一次风母管设置多点平衡式风量测量装置，根据焚烧炉排下风室压力的实时测量值，结合炉排下送风量的大小和炉膛实际压力，折算出炉排上的料层差压，料层差压控制回路采用PID控制器，实时调节给料炉排的运动,

基于垃圾热值和蒸汽流量对焚烧炉滑动炉排的控制，并通过汽包压力联锁对翻动炉排的控制，包括：焚烧炉排滑动速度基于蒸汽流量PID控制回路，蒸汽流量PV值采用一段时间内蒸汽流量的平均值；通过锅炉热负荷的计算反算出垃圾的热值，并提供最优的焚烧炉排滑动速度，同时通过蒸汽流量、汽包压力分级联锁控制炉排翻动的频率,

基于所述氧量和CO(一氧化碳)含对二次风量的控制，包括：PID控制器、CO(一氧化碳)实时测量设施，氧量控制回路采用PID控制器，实时调节二次风机变频开度；烟囱布置有CO(一氧化碳)实时测量设施，根据CO(一氧化碳)的浓度联锁调节二次风机开度,

还通过在每一段固定炉排下方安装的温度测量装置，通过所述温度测量装置准确测量炉排温度，根据气化段左、右两侧炉排的温度偏差，改变两侧风门的开度设定值，并且，当气化段左、右料层不均发生偏料时，也可以通过改变两侧风门的开度来及时进行纠偏。