ITTO20130443A1 - Sistema automatico di controllo della combustione per un impianto di termovalorizzazione di rifiuti. - Google Patents

Description

SISTEMA AUTOMATICO DI CONTROLLO DELLA COMBUSTIONE PER UN IMPIANTO DI TERMOVALORIZZAZIONE DI RIFIUTI

La presente invenzione riguarda un sistema di controllo per un impianto di termovalorizzazione di rifiuti solidi urbani ed assimilabili.

L’impianto al quale si applica il sistema di controllo à ̈ tipicamente un impianto di smaltimento rifiuti nel quale i suddetti rifiuti vengono bruciati e quindi smaltiti sotto forma di ceneri.

Tali impianti (esemplificativamente illustrato in figura 1) comprendono generalmente una camera di combustione CC all’interno della quale sono bruciati i rifiuti posti su una griglia di combustione, attraverso la quale à ̈ immessa una adeguata quantità di aria. La griglia di combustione à ̈ atta a sostenere e fare avanzare il rifiuto durante la combustione permettendo nel contempo l’insufflazione forzata di aria di combustione al di sotto del letto di rifiuto. La griglia costituisce la parte inferiore della camera di combustione. La camera di combustione ha inizio fisicamente subito sopra la griglia. In alcuni casi, le pareti della camera di combustione sono raffreddate, completamente o parzialmente, da fasci tuberi evaporanti protetti dal refrattario stesso.

All’interno della camera di combustione si sviluppa la fiamma prodotta dalla combustione dei rifiuti, fiamma che raggiunge temperature oltre i 1200 °C. La superficie della griglia viene investita solo saltuariamente dall’irraggiamento della fiamma in quanto à ̈ normalmente protetta dal letto di rifiuti in transito.

La superficie della griglia à ̈ costituita da piastre (denominate tipicamente “barrotti†) di solito costituite in fusione di acciaio ad alto tenore di cromo per presentare elevate caratteristiche di usura a caldo. L’avanzamento del rifiuto à ̈ ottenuto tramite il movimento relativo dei barrotti che può avere diverse caratteristiche. I barrotti sono provvisti di aperture o fori per permettere all’aria di combustione, di fluire da sotto il piano di griglia, attraverso il rifiuto. Un gruppo di alimentazione di tale aria primaria GAP fornisce tale aria alla griglia, che viene vantaggiosamente preriscaldata tramite un gruppo di preriscaldamento GP.

L’aria di combustione ha in effetti la doppia funzione di fornire l’ossigeno per l’ossidazione del rifiuto e di raffreddare il barrotto mantenendolo ad una temperatura accettabile per mantenere le caratteristiche meccaniche. Il raffreddamento à ̈ necessario perché le griglie lavorano normalmente coperte dal combustibile trasportato ma possono altresì essere esposte direttamente alle fiamme della combustione.

La griglia comprende, inoltre, una pluralità di gruppi di movimentazione, ciascuno formato dai citati barrotti organizzati in fascio, i quali si muovono relativamente l’uno all’altro facendo avanzare i rifiuti sulla griglia. In particolare, i barrotti sono suddivisi in barrotti fissi e barrotti mobili che per mezzo di slitte realizzano un movimento di andirivieni, scivolando uno sull’altro e determinando l’avanzamento dei rifiuti in ciascun gruppo di movimentazione e quindi sulla griglia in generale. Il rifiuto viene posato sulla griglia tramite un gruppo di alimentazione rifiuti GAR.

La griglia può essere logicamente suddivisa in una prima porzione di essicazione GE, dove il rifiuto viene privato di umidità, una seconda porzione di combustione GC ed una terza porzione di finitura GF. Il rifiuto sulla griglia viene alimentato anche da un gruppo di alimentazione di aria secondaria GAS, che ne favorisce ulteriormente la combustione, mentre sulla parte superiore della camera di combustione vengono veicolati i fumi della combustione, ventilati tramite un gruppo di ventilazione GV del ricircolo fumi.

Lo smaltimento dei rifiuti solidi urbani, oltre ad essere ad oggi caratterizzato da un contenuto di altissima tecnologia, à ̈ una attività particolarmente sensibile da un punto di vista della affidabilità e delle garanzie di funzionamento. Il complesso sistema integrato dello smaltimento rifiuti (l’accumulo, la raccolta, il trasporto, lo stoccaggio e lo smaltimento) richiede che i componenti tecnologici impiegati nell’ultima fase della filiera consentano un funzionamento continuo sulle 24 ore e limitino al massimo i rischi di fermata per danni (lievi o catastrofici che siano).

In un impianto di termovalorizzazione, un’elevata qualità del processo di combustione trova il suo più grosso ostacolo nelle continue ed inevitabili variazioni del peso specifico e del potere calorifico del rifiuto bruciato.

La presente invenzione descrive la struttura e la metodologia di controllo automatico della combustione che consente il mantenimento della potenzialità termica del forno in condizioni stabili e di design, mediante la regolazione della produzione continua oraria di vapore in presenza di un eccesso di aria, e quindi di ossigeno libero nei fumi, costante e di temperatura della camera di combustione uniforme garantendo un efficienza elevata del processo di combustione.

Una volta stabilito manualmente il potere calorifico del rifiuto e la produzione di vapore richiesta, la logica del sistema di controllo secondo la presente invenzione, Ã ̈ realizzata in modo da regolare e controllare in automatico il processo di combustione. Un aspetto della presente invenzione riguarda un sistema automatico di controllo per un impianto di termovalorizzazione di rifiuti secondo le caratteristiche della rivendicazione 1.

Le caratteristiche ed i vantaggi del sistema secondo la presente invenzione saranno meglio chiari ed evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, di una forma di realizzazione con riferimento alle figure allegate in cui:

• la figura 1 à ̈ una rappresentazione schematica del impianto di termovalorizzazione con in particolare evidenziati i parametri dell’impianto che il sistema automatico della presente invenzione rileva e controlla;

• la figura 2 à ̈ uno schema a blocchi del sistema di controllo secondo la presente invenzione;

• le figure 3a e 3b riportano lo schema logico di calcolo e regolazione della portata vapore;

• la figura 4 riporta lo schema logico di calcolo e regolazione della portata aria totale;

• le figure 5a e 5b riportano lo schema logico di calcolo e regolazione del tempo di sosta delle griglie;

• la figura 6 riporta lo schema logico di calcolo e regolazione della portata aria secondaria;

• le figure 7a e 7b riportano lo schema logico di calcolo e regolazione del tempo di sosta delle griglie;

• la figura 8 riporta lo schema logico di calcolo e regolazione della temperatura I canale caldaia;

• la figura 9 riporta lo schema logico di calcolo e regolazione del tempo di attesa movimentazione griglie;

• le figure 10a e 10b riportano lo schema logico di calcolo e regolazione dei controllori limite di CO e O2;

• la figura 11 riporta lo schema logico di regolazione del regolatore di temperatura I canale caldaia;

• le figure 12a-12f riportano lo schema logico di calcolo della matrice di dati combustione.

Con riferimento alle citate figure l’impianto di termovalorizzazione comprende una camera di combustione CC, all’interno della quale sono bruciati i rifiuti posti su una griglia di combustione, attraverso la quale à ̈ immessa una adeguata quantità di aria. La griglia di combustione à ̈ atta a sostenere e fare avanzare il rifiuto durante la combustione permettendo nel contempo l’insufflazione forzata di aria di combustione al di sotto del letto di rifiuto. La griglia costituisce la parte inferiore della camera di combustione. La camera di combustione ha inizio fisicamente subito sopra la griglia. In alcuni casi, le pareti della camera di combustione sono raffreddate, completamente o parzialmente, da fasci tuberi evaporanti protetti dal refrattario stesso. La superficie della griglia à ̈ costituita da piastre (denominate tipicamente “barrotti†) di solito costituite in fusione di acciaio ad alto tenore di cromo per presentare elevate caratteristiche di usura a caldo. L’avanzamento del rifiuto à ̈ ottenuto tramite il movimento relativo dei barrotti che può avere diverse caratteristiche. I barrotti sono provvisti di aperture o fori per permettere all’aria di combustione, di fluire da sotto il piano di griglia, attraverso il rifiuto. Un gruppo di alimentazione di tale aria primaria GAP fornisce tale aria sia sotto sia sopra la griglia; tale aria primaria viene vantaggiosamente preriscaldata.

L’aria di combustione ha in effetti la doppia funzione di fornire l’ossigeno per l’ossidazione del rifiuto e di raffreddare il barrotto mantenendolo ad una temperatura accettabile per mantenere le caratteristiche meccaniche. Il raffreddamento à ̈ necessario perché le griglie lavorano normalmente coperte dal combustibile trasportato ma possono altresì essere esposte direttamente alle fiamme della combustione.

La griglia comprende, inoltre, una pluralità di gruppi di movimentazione, ciascuna di esse comprendendo almeno uno di tali gruppi di movimentazione, ciascun gruppo essendo formato dai citati barrotti organizzati in fasci, i quali si muovono relativamente l’uno all’altro facendo avanzare i rifiuti sulla griglia. Preferibilmente, i barrotti sono suddivisi in barrotti fissi e barrotti mobili che per mezzo di slitte realizzano un movimento di andirivieni, scivolando uno sull’altro e determinando l’avanzamento dei rifiuti in ciascun gruppo di movimentazione e quindi sulla griglia in generale.

Il rifiuto R viene posato sulla griglia tramite un gruppo di alimentazione rifiuti GAR.

La griglia à ̈ vantaggiosamente suddivisa in porzioni. Nella figura 1 esemplificativa la griglia à ̈ divisa in una prima porzione di essicazione GE, dove il rifiuto viene privato di umidità, una seconda porzione di combustione GC ed una terza porzione di finitura GF. Chiaramente ciascuna delle tre porzioni può essere suddivisa in ulteriori porzioni, come ad esempio la porzione di combustione che à ̈ illustrata in due sezioni adiacenti.

Il citato movimento dei barrotti fa avanzare i rifiuti da un gruppo al successivo.

Il rifiuto sulla griglia viene alimentato anche da un gruppo di alimentazione di aria secondaria GAS sopra la griglia stessa, che ne favorisce ulteriormente la combustione, mentre sulla parte superiore della camera di combustione vengono veicolati i fumi della combustione, ventilati tramite un gruppo di ventilazione GV del ricircolo fumi.

In funzione della produzione della produzione oraria di vapore richiesta all’impianto e del potere calorifico stimato del rifiuto, sono predefiniti in ogni punto del diagramma di combustione le portate teoriche di aria primaria, secondaria, il grado di preriscaldamento aria primaria ed infine i valori teorici delle frequenze di movimentazione della griglie come punto di lavoro dei loops di controllo. Il sistema automatico di controllo della presente invenzione à ̈ provvisto di almeno una unità elettronica di elaborazione e comprende un gruppo di regolazione dell’aria primaria in generale RGP ed anche a ciascun gruppo della griglia, ed in particolare un gruppo di regolazione dell’aria primaria alla griglia di essicazione RGE, un gruppo di regolazione dell’aria primaria alla griglia di combustione RGC, un gruppo di regolazione dell’aria primaria alla griglia di finitura RGF. Tali gruppi sono i cosiddetti gruppi di regolazione dell’aria primaria sotto-griglia, mentre il sistema comprende inoltre anche un gruppo di regolazione dell’aria primaria sopra-griglia o sopra volta GRAPS.

Il sistema comprende inoltre un gruppo di regolazione delle corse di ciascuna griglia RC ed un gruppo di regolazione delle corse dell’alimentatore RCA, un gruppo di regolazione dell’aria secondaria GRAS, un gruppo di regolazione della ventilazione fumi RGV ed un gruppo di regolazione RGP del preriscaldamento dell’aria primaria .

I parametri sulla base dei quali il sistema di controllo comanda tali gruppi di regolazione dell’impianto, sono principalmente la produzione di vapore, il contenuto di ossigeno umido nei fumi e la temperatura camera post combustione (tetto I° canale caldaia). Adeguati rilevatori di temperatura RT, di vapore RV e di ossigeno RO sono posti nella camera di combustione, dai quali il sistema di controllo legge i valori in continuità. Sono, inoltre, compresi un rilevatore del limite massimo di ossido di carbonio RLCO nella camera ed un rilevatore del limite massimo di ossigeno RLO.

Il sistema di controllo prevede che inizialmente siano settati manualmente i seguenti parametri funzionali, accessibili all’operatore:

• produzione oraria di vapore richiesta [t/h]

• valore teorico del potere calorifico del rifiuto [kcal/kg].

Questi parametri consentono di calcolare, a monte di tutto il processo iterativo dell’unità di regolazione, tutte le variabili di processo della combustione. I valori immessi manualmente sono comunque verificati in modo tale da non uscire dai limiti imposti dal diagramma di combustione. In particolare per quanto riguarda il potere calorifico il valore settato manualmente viene limitato superiormente ed inferiormente, in modo tale da non uscire dal campo operativo, ad esempio 1800-3600 [kcal/kg].

Secondo una caratteristica della presente invenzione tale unità di elaborazione determina la quantità dell’aria secondaria totale fornita alla griglia, che à ̈ la somma tra l’aria primaria sopra volta fornita dal gruppo di regolazione dell’aria primaria sopragriglia o sopra volta (GRAPS) e l’aria secondaria fornita dal gruppo d regolazione dell’aria secondaria (GRAS).

La distribuzione tra le due correnti à ̈ demandata ad un ripartitore che consente di regolare la distribuzione dei due flussi d’aria.

Tale unità di elaborazione dispone di una matrice dati di combustione Z01 che definisce, in funzione del potere calorifico e della produzione oraria di vapore impostati manualmente, i “fattori di calcolo†che derivano dai dati di progetto e dai bilanci di dimensionamento della combustione nelle diverse condizioni di carico termico del forno e potere calorifico del rifiuto. Sulla base dei dati contenuti nella matrice e sulla base delle rilevazioni vengono calcolati i valori dei parametri da impartire ai gruppi di regolazione.

Tale unità di elaborazione dispone altresì di una matrice di calcolo distribuzione aria primaria Z02 che definisce, sulla base del potere calorifico dei rifiuti, la distribuzione dell’aria primaria nelle diverse zone sotto-griglia.

Secondo la presente invenzione il sistema di controllo opera preferibilmente nel modo seguente. Al fine di stabilizzare il più possibile il contenuto di ossigeno umido nei fumi di combustione e, quindi, di mantenere costante la potenza termica di combustione, l’immissione dell’aria totale (Σ aria primaria sotto griglia aria secondaria totale) viene tenuta costante una volta definiti i parametri in ingresso al sistema di controllo ACC (portata vapore richiesta e potere calorifico teorico).

Si parte dai valori impostati manualmente che sono la produzione oraria di vapore S01 richiesta all’impianto e il potere calorifico S02 stimato del rifiuto.

A partire da questi dati teorici, compatibili con le capacità dell’impianto, vengono calcolati tutti i “set- point†o punti di lavoro per i gruppi di alimentazione. In questo modo, sulla base dei valori teorici vengono stabiliti i valori delle variabili di processo, cioà ̈:

• Portata Aria I° totale sotto-griglia • Portata Aria II° totale

• Set-point regolatore temperatura aria I°

• Tempo sosta alimentatore

• Tempo sosta griglie (1 – 4)

• Set-point regolatore fumi di ricircolo

• Set-point regolatore portata aria I° sottogriglia (1 – 4)

• Set-point reg. portata aria II° (sopra-volta / ventilatore)

Tali valori vengono poi mantenuti tali tramite i regolatori (master controller).

Sulla base dei dati contenuti nella matrice un primo blocco di calcolo C01 calcola il valore di ossigeno umido in uscita caldaia, sulla base dei dati di progetto di combustione nelle diverse condizioni di carico termico del forno. Si considera in tale calcolo che il contenuto di ossigeno nei fumi rimane costante una volta fissato e tenuto costante il potere calorifico del rifiuto.

Relativamente alla portata teorica di vapore, un secondo blocco di calcolo C02 (figure 3a-b)ottiene la portata effettiva di vapore confrontando il valore teorico impostato con i dati contenuti in tale matrice di dati di combustione Z01. In particolare, si limita verso l’alto e verso il basso il valore impostato manualmente per la produzione oraria di vapore, in modo tale che non vengano superati i limiti di processo rappresentati dal diagramma di combustione. Il valore impostato manualmente deve essere compatibile con la massima produzione di vapore prevista a seconda del potere calorifico del rifiuto e quindi con il diagramma di combustione. Qualora risulti particolarmente difficoltoso il raggiungimento del valore di portata vapore richiesta, per effetto ad esempio di una griglia sovraccarica, viene abbassato in automatico il setpoint della portata di vapore (eventuale ulteriore limitazione verso l’alto).

Un sesto blocco di calcolo C06 calcola la temperatura dell’aria primaria, e quindi il grado di preriscaldamento dell’aria primaria che dipende solamente dal potere calorifico del rifiuto.

Un ulteriore blocco di calcolo C16 (figura 8) calcola la temperatura della camera di combustione a partire solamente dal potere calorifico del rifiuto.

Ulteriori blocchi di calcolo calcolano i set point di grandezze, utilizzando anche i valori calcolati da precedenti blocchi. In particolare, un (quarto) blocco di calcolo C04 (figura 4) calcola la quantità di aria di combustione totale, indicata come somma tra aria primaria sottogriglia e secondaria totale a partire dai valori di tale matrice di dati di combustione ed in base al valore calcolato di portata vapore effettivo nel blocco C02.

Secondo la presente invenzione, blocchi regolatori R01-R03 sono atti a regolare tali grandezze calcolate nei precedenti blocchi di calcolo C01, C02 e C16 ricevendo i valori rilevati con continuità dai sopraccitati rilevatori. In particolare, il blocco di regolazione R01 della portata vapore e preferibilmente un regolatore di tipo PID (proporzionale, integrale, derivativo), che assicura un bilanciamento del processo di combustione. L’output dell’unità di regolazione PID à ̈ un segnale che può variare in un intervallo fra (-50 - 50) %. Il punto di funzionamento ottimale si ha quando l’uscita del regolatore à ̈ settato attorno allo 0 %; in particolare, al diminuire della produzione di vapore il segnale in uscita aumenta (regolatore di tipo inverso). Il segnale di output del blocco regolatore R01 à ̈ un valore da utilizzare nei calcoli degli ulteriori blocchi di calcolo del sistema che a loro volta determinano i valori da impartire ai gruppi di regolazione. In particolare, il regolatore di vapore R01 determina il comando dei gruppi di regolazione del’aria primaria e secondaria, del movimento delle griglie e dell’alimentazione di rifiuti all’impianto

Il blocco di regolazione R02 dell’ossigeno umido nei fumi à ̈ anch’esso un regolatore di tipo PID (proporzionale, integrale, derivativo), configurato in modo da permettere di regolare più velocemente rispetto al regolatore di vapore R01. Inoltre, al diminuire contenuto di O2 (umido) nei fumi, il segnale in uscita diminuisce (regolatore di tipo diretto).

Il contenuto di O2 (umido) nei fumi à ̈ una grandezza fondamentale per la regolazione e il mantenimento della potenza termica di combustione costante; una diminuzione del tenore di ossigeno segnala un aumento della potenza termica.

Il segnale di output del blocco regolatore R02 à ̈ un valore da utilizzare nei calcoli degli ulteriori blocchi di calcolo del sistema che a loro volta determinano i valori da impartire ai gruppi di regolazione. In particolare, il regolatore di ossigeno umido R02 determina il comando dei gruppi di regolazione del’aria primaria e secondaria, del movimento delle griglie e dell’alimentazione di rifiuti all’impianto.

Il blocco regolatore della temperatura dei fumi R03 (figura 11) permette di uniformare il profilo di temperatura nella camera di post combustione minimizzando la formazione di NOx del tipo termico e limitando i fenomeni di “sticking†delle ceneri volanti nelle pareti di caldaia.

Il regolatore à ̈ un regolatore PID, in cui al diminuire della temperatura dei fumi il segnale in uscita diminuisce (regolatore di tipo diretto). Il segnale di output del master controller R03 à ̈ un valore da utilizzare nei calcoli interni impostati dall’unità di controllo e non un valore che fisicamente si riferisce ad una variabile di processo.

L’out-put del regolatore R03 interviene direttamente nel calcolo del set-point della portata dei fumi di ricircolo.

Sono presenti nel sistema due ulteriori blocchi d regolazione L1-01 e L1-02 (figure 10a-b) che fungono da controllori limite che vanno ad intervenire correggendo mediante una funzione integrale la portata aria secondaria totale.

Il controllore limite di O2si basa su due misure ridondanti in modo da garantire la massima affidabilità del sistema. In caso di una delle due misure poste in uscita dalla caldaia (logica OR) risulti inferiore al valore minimo di allarme dell’ossigeno umido uscita caldaia (ad esempio 3%) si attiva in automatico il controllore che con funzione integrale incrementa la portata aria secondaria totale. Il controllore limite di CO si basa anch’esso su logica 1 su 2: qualora il massimo dei due valori misurati (uno in uscita caldaia ed uno a camino) risulti superiore alla soglia di allarme (ad esempio 8 mg/Nm<3>), si attiva in automatico il controllore che con funzione integrale incrementa la portata aria secondaria totale. Entrambi i controllori si disattivano nel momento in cui i valori rientrano all’interno dei valori di intervento.

I gruppi regolazione restituiscono i valori regolati che vengono poi utilizzati dai successivi blocchi di calcolo C03, C05, C7-C11, C13, C14 e C15.

In particolare il blocco C03 calcola la portata aria primaria sulla base dei dati di progetto di combustione in cui viene calcolata la portata teorica in funzione del set-point portata vapore e del potere calorifico stimato. Il valore teorico precedentemente calcolato può essere ulteriormente corretto mediante un fattore manuale eccesso aria primaria S03 (± 0.2%). Questo correttore viene riportato a zero in automatico secondo dopo un certo tempo t in maniera graduale. In tale blocco di calcolo entrano inoltre le uscite dei regolatori R1 e R2 opportunamente pesate in funzione del potere calorifico stimato. Considerando che la portata di aria totale, somma di aria primaria e secondaria totale, viene mantenuta costante, viene limitato verso l’alto il valore di set-point aria primaria quando il valore teorico dell’aria secondaria totale scende al di sotto del limite minimo di funzionamento.

Il blocco di calcolo C05 calcola la portata del ricircolo fumi a partire dai valori della matrice di combustione Z01 (figure 12a-f) ed a partire dal calore calcolato nel blocco C02 della portata vapore. I blocchi C07-C11 calcolano le varie portate dell’aria primaria alle varie porzioni della griglia A partire dai valori teorici in uscita dalla matrice dati di aria primaria Z02 vengono calcolati i setpoint di distribuzione della portata aria primaria nel seguente modo: viene calcolato il valore teorico per ciascuna porzione come prodotto tra il set-point portata aria primaria C03 e il grado di distribuzione in uscita dalla matrice Z02 funzione del potere calorifico del rifiuto; poi il valore teorico calcolato viene corretto con l’uscita del regolatore vapore R01. Un misuratore di portata dell’aria primaria M04 e secondaria M06 determinano tale calcolo

Il blocco di calcolo C13 (figure 5a-b) calcola la velocità di avanzamento delle griglie mediante il calcolo del tempo ciclo delle medesime tramite la sequenza di movimentazione. La frequenza delle griglie à ̈ funzione del tempo ciclo calcolato, comune per tutte le griglie, e della marcia scelta tra le sequenze pre-definite. Vantaggiosamente il tempo ciclo può essere modificato in manuale a seconda della natura del rifiuto.

Il tempo ciclo delle griglie viene calcolato nel seguente modo: sulla base dei dati di progetto di combustione viene calcolato il valore teorico (dalla matrice Z01) in funzione del set-point portata vapore e del potere calorifico stimato; il valore teorico viene corretto con le uscite dei regolatori R01 e R02 opportunamente pesate in funzione del potere calorifico stimato. Vantaggiosamente, il valore può essere adattato mediante un fattore correttivo manuale S07. La frequenza calcolata viene convertita in tempo di stand-by griglie. Nella forma di realizzazione illustrata la logica del sistema di controllo prevede che le quattro griglie siano gestite da tempi di stand by tra di loro differenti, in modo da permettere una distribuzione uniforme e ottimale di rifiuto sulle griglie.

Il blocco C14 (figura 6) calcola la portata dell’aria secondaria totale come differenza tra il set-point portata di aria totale (blocco C04) meno la portata aria primaria sotto griglia calcolato come valore più basso tra il valore di set point e il valore misurato M04, vantaggiosamente corretto mediante un fattore manuale calcolato in un blocco di correzione S05 nel seguente modo: La portata aria secondaria totale viene ulteriormente corretta dall’intervento dei controllori limite CO ed O2 L01-01 e L01-02.

Nel caso in cui il valore teorico dell’aria secondaria totale raggiunge il limite minimo, viene impedita un’ulteriore aumento dell’aria primaria sotto griglia.

L’aria secondaria totale à ̈ la somma tra l’aria secondaria sopra volta (derivata dal collettore aria primaria) e l’aria secondaria proveniente dal corrispondente ventilatore dedicato. La distribuzione tra le due correnti à ̈ demandata ad un ripartitore.

Il blocco di calcolo C15 (figure 7a-b) delle corse dell’alimentatore dei rifiuti alle griglie calcola il tempo di stand-by dell’alimentatore stesso. Tale corse à ̈ calcolato tra una corsa completa (avanti ed indietro) e l’altra a partire dal valore calcolato della portata vapore (blocco C02). Vantaggiosamente, la frequenza dell’alimentatore può essere modificata in manuale a seconda della natura del rifiuto tramite il blocco di calcolo S06.

A loro volta i valori calcolati da tali gruppi di vengono trasferiti ai gruppi di regolazione delle variabili di processo.

Quando la portata attuale di vapore misurata RV à ̈ superiore al valore di set-point calcolato dal blocco C02 si attiva in un opportuno blocco di calcolo F02 (figura 9) un “waiting flag†che inibisce il movimento delle griglie; tale comando rimane attivo fino a quando la portata di vapore non rientra nei limiti di stabilità definiti. Una volta disattivato il waiting flag la griglia si muove in accordo al set manuale del tempo di stand-by. Quando il contenuto di O2 umido à ̈ al di sotto del limite minimo oppure quando la produzione di vapore misurata risulta superiore al limite massimo consentito dai dati di progetto, il sistema di controllo interviene sulle griglie di movimentazioni, portando il tempo di stand-by di ciascuna griglia al massimo consentito (tempo chiaramente diverso per ciascuna griglia).

La tabella seguente riassume gli interventi di correzione eseguiti dai blocchi di regolazione R01, R02 ed R03 sulle variabili di processo del sistema automatico di controllo secondo la presente invenzione:

R<EGOLATORE>R 01 V<APORE>R 02 O2 U<MIDO>R 03 T<EMP>.

[VM-SP] > 0 < 0 > 0 < 0 > 0 < 0 uscita

< 0 > 0 > 0 < 0 > 0 < 0 regolatore

V<ARIABILE DI>PROCESSO EFFETTO CORRETTA

aria

primaria

â–1⁄4 â–² â–² â–1⁄4 - -sottogriglia

aria

secondaria â–² â–1⁄4 â–1⁄4 â–² - -totale (*)

corse/ora

â–1⁄4 â–² â–² â–1⁄4 - -alimentatore

corse/ora

â–1⁄4 â–² â–² â–1⁄4 - -griglie

fumi di

- - - - â–² â–1⁄4 ricircolo

Ove:

PV-SP indica lo scostamento della variabile misurata dal valore di set-point,

â–1⁄4 indica diminuzione,

â–² indica aumento,

- indica nessun intervento.

Gli interventi di correzione operati dai regolatore vengono pesati in funzione del potere calorifico del rifiuto. In particolare, in caso di rifiuto molto bagnato, potere calorifico basso, gli interventi di regolazione devono essere più pesanti sulle variabili di processo; al contrario in caso di rifiuto ad alto potere calorifico le azioni correttive devono essere smorzate. Le correzioni che vanno ad agire direttamente sull’aria primaria, agiscono indirettamente anche sull’aria secondaria totale. Questo significa che il processo di combustione viene ottimizzato non cambiando il punto di funzionamento del forno, una volta definita la portata di vapore ed il potere calorifico, ma agendo sulla distribuzione delle arie di combustione (aria primaria e secondaria totale) nel forno. Infatti l’aria secondaria viene regolata non agendo direttamente sulla portata aria secondaria, ma questa cambia come differenza tra l’aria totale di combustione, che rimane costante per impostazione del sistema, e l’aria primaria totale. Il sistema secondo la presente invenzione consente di migliorare le prestazioni energetiche, in quanto massimizza il rendimento del sistema forno/caldaia, ottimizza la stabilità carico termico del sistema forno/caldaia, ottimizza la gestione dei transitori incrementando la produzione media complessiva di vapore.

Il sistema secondo la presente invenzione consente di Ottimizzare le prestazioni ambientali; infatti, la miglior stabilità del processo di combustione permette il mantenimento ottimale dei parametri di combustione ed il controllo delle emissioni in uscita caldaia riducendo i picchi e, quindi, ottimizzando i consumi dei reattivi nella linea fumi

Il sistema secondo la presente invenzione consente di ottenere un:

1) Miglioramento delle prestazioni ambientali

- valori medi di emissione

- oscillazione (picchi) degli inquinanti

2) Miglioramento gestionale

- flessibilità operativa

- conduzione (uniformità, razionalizzazione risorse)

- affidabilità

- gestione transitorio

- costi gestione (manutenzione, chemicals)

3) Miglioramento delle prestazioni energetiche

- stabilità del processo di combustione

- gestione transitorio

- rendimento

Il presente sistema di controllo automatico della combustione consente di aumentare complessivamente in maniera significativa l’affidabilità del sistema di combustione con vantaggi prestazionali, gestionali ed economici.

I risultati ottenuti dall’utilizzo del sistema di controllo secondo la presente invenzione, vengono raggiunti attraverso il mantenimento della potenzialità termica del forno in condizioni stabili e di design mediante la regolazione della produzione continua oraria di vapore in presenza di un eccesso di aria, e quindi di ossigeno libero nei fumi, costante e di temperatura della camera di combustione uniforme.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di controllo automatico della combustione di un impianto per lo smaltimento rifiuti, in cui tale impianto comprende • una camera di combustione (CC) all’interno della quale sono bruciati i rifiuti posti su almeno una griglia di combustione, • detta griglia comprendendo una pluralità di gruppi di movimentazione, i quali si muovono relativamente l’uno all’altro facendo avanzare i rifiuti sulla griglia stessa, • detta griglia essendo suddivisa in porzioni (GE, GC, GF), ciascuna di esse comprendendo almeno uno di tali gruppi di movimentazione, • almeno un gruppo di alimentazione rifiuti (GAR) atto a posare i rifiuti sulla griglia, • almeno un gruppo di alimentazione di aria primaria (GAP) atto a fornire tale aria sia sopra sia sotto la griglia, • almeno un gruppo di alimentazione di aria secondaria (GAS) atto a fornire tale aria sopra la griglia • un gruppo di ventilazione (GV) del ricircolo fumi atto a veicolare i fumi della combustione sulla parte superiore della camera di combustione (CC), tale sistema comprende • rilevatori di temperatura (RT), di vapore (RV) e di ossigeno (RO) posti nella camera di combustione, dai quali detto sistema di controllo legge i valori in continuità, • un gruppo di regolazione dell’aria primaria (RGP) che comprende gruppi di regolazione dell’aria primaria sotto-griglia, almeno un gruppo di regolazione dell’aria primaria sopragriglia o sopra volta (GRAPS) ed un gruppo di regolazione (RGP) del preriscaldamento dell’aria primaria, • un gruppo di regolazione dell’aria secondaria (GRAS), • una unità elettronica di elaborazione che riceve i dati da tali rilevatori e comanda tale gruppi di regolazione in base alla produzione oraria di vapore richiesta all’impianto e del potere calorifico stimato del rifiuto, caratterizzato dal fatto che tale unità di elaborazione comprende blocchi di calcolo (C03-01,C03-02,C04,C14) atti a determinare la quantità dell’aria secondaria totale fornita alla griglia, che à ̈ la somma tra l’aria primaria sopra volta fornita dal gruppo di regolazione dell’aria primaria sopragriglia o sopra volta (GRAPS) e l’aria secondaria fornita dal gruppo di regolazione dell’aria secondaria (GRAS).
2. 2. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui distribuzione tra le due correnti d’aria primaria sopra volta e secondaria à ̈ demandata ad un ripartitore che tramite un blocco di calcolo (C14) consente di regolare la distribuzione dei due flussi.
3. 3. Sistema secondo la rivendicazione 1, comprendete ulteriormente un gruppo di regolazione delle corse di ciascuna griglia (RC) ed un gruppo di regolazione delle corse dell’alimentatore di rifiuti (RCA) i cui parametri di regolazione sono calcolati nei blocchi di calcolo (C13,C15).
4. 4. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui la griglia à ̈ suddivisa in una porzione di essicazione (GE) del rifiuto una porzione di combustione (GC) ed una porzione di finitura (GF) e tale gruppo di regolazione dell’aria sotto-griglia comprende un gruppo di regolazione dell’aria primaria alla griglia di essicazione (RGE), un gruppo di regolazione dell’aria primaria alla griglia di combustione (RGC), un gruppo di regolazione dell’aria primaria alla griglia di finitura (RGF).
5. 5. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui il valore della produzione oraria di vapore desiderata ed il valore teorico del potere calorifico del rifiuto sono stabiliti manualmente da un operatore.
6. 6. Sistema di controllo secondo la rivendicazione 1, in cui tale unità di elaborazione dispone di una matrice dati di combustione (Z01) che definisce, in funzione del potere calorifico e della produzione oraria di vapore impostati manualmente, i fattori di calcolo che derivano dai dati di progetto e dai bilanci di dimensionamento della combustione nelle diverse condizioni di carico termico del forno e potere calorifico del rifiuto e di una matrice di calcolo distribuzione aria primaria (Z02) che definisce, sulla base del potere calorifico dei rifiuti, la distribuzione dell’aria primaria nelle diverse zone sotto-griglia
7. 7. Sistema di controllo secondo la rivendicazione 6, comprendente blocchi regolatori (R01,R02,R03) atti a regolare grandezze calcolate sulla base dei fattori di calcolo di tali matrici e dai valori rilevati con continuità dai sopraccitati rilevatori.
8. 8. Sistema di controllo secondo la rivendicazione 7, in cui un blocco di regolazione (R01) regola la portata vapore e determina il comando dei gruppi di regolazione dell’aria primaria e secondaria, del movimento delle griglie e dell’alimentazione di rifiuti all’impianto.
9. 9. Sistema di controllo secondo la rivendicazione 7, in cui un blocco di regolazione (R02) regola la quantità di ossigeno umido nei fumi e determina il comando dei gruppi di regolazione dell’aria primaria e secondaria, del movimento delle griglie e dell’alimentazione di rifiuti all’impianto.
10. 10. Sistema di controllo secondo la rivendicazione 7, in cui à ̈ presente il calcolo del set-point della temperatura in camera di combustione (C16) ed un blocco di regolazione (R03) che regola la temperatura dei fumi e determina il comando del gruppo di regolazione della portata di ricircolo dei fumi (RGV) in modo da minimizzare la formazione di NOx.
11. 11. Sistema secondo la rivendicazione 7, in cui sulla base delle rilevazioni effettuate i gruppi di regolazione sono comandati in base alla la produzione continua oraria di vapore al contenuto di ossigeno umido nei fumi in uscita caldaia ed al contenuto di CO e di O2in uscita caldaia.
12. 12. Sistema di controllo secondo la rivendicazione in cui la portata aria secondaria totale viene corretta dall’intervento di controllori limite CO ed O2 (L01-01,L01-02) tramite i quali se valore teorico dell’aria secondaria totale raggiunge il limite minimo, viene impedita un’ulteriore aumento dell’aria primaria sotto griglia.