TW201730480A - 焚化爐的自動進料控制方法 - Google Patents

Abstract

一種焚化爐的自動進料控制方法，包含一設定步驟、一計算步驟，及一控制步驟。在設定步驟中，設定後段除塵設備可允許的一廢氣額定流速、一欲維持的目標溫度，及一目標最大燃燒率。在該計算步驟中，偵測爐內的廢氣流速及爐膛溫度，並計算出一評估最大燃燒率。在控制步驟中，將該評估最大燃燒率輸入一控制器，當評估最大燃燒率大於或小於目標最大燃燒率時，控制器驅動進料馬達降低或提高進料量。該計算步驟中所計算出的評估最大燃燒率不以廢氣含氧量為主要參數，避免計算不易收斂之問題，同時將爐溫納入評估以避免進料複雜時爐溫過高之問題。

Description

焚化爐的自動進料控制方法

本發明是有關於一種自動進料控制方法，特別是指一種焚化爐的自動進料控制方法。

參閱圖1，一般的焚化爐1是透過啟動燃燒器(Start BRN)於啟爐時加熱床砂，並經由底部吹送的一次風將床砂流體化，以使上方投入的固體廢棄物在高溫滾動床砂的作用下於一次燃燒室11內產生裂解與燃燒。一次燃燒室11中所產生的廢氣在煙氣的浮力作用，及排煙風車的抽排影響下會往第二燃燒室12移動，在第二燃燒室12中，廢氣可獲得足夠的滯留時間以將有害物質焚化。二次燃燒室12有上、下兩層入口，用於提供二次燃燒所需的二次風，當廢棄物的熱值不足，或廢氣到達二次燃燒室12時，剩餘的可燃物質不足以維持爐溫時，便會啟動乾舷燃燒器(Freeboard BRN)，以維持二次燃燒室12的溫度。

而一般焚化爐1的自動進料控制是透過最大燃燒率(MCR，maximum combustion rating)來控制進料量，其定義如下：

其中W₁ 為一次風量，W₂ 為二次風量，W_L 為爐體滲入風量，C_O2 為廢氣實際含氧濃度，Con為廢氣額定耗氧量。

習知的自動進料控制方法是將計算出的最大燃燒率與額定的最大燃燒率做比較，並以此作為調控自料量的依據。然而爐體滲入風量的數值會隨爐齡增加而改變，造成計算出的最大燃燒率與實際值有所出入。此外，此種控制方式是以廢氣含氧量作為主要參數，但廢氣含氧量還另外作為二次風量的控制參數，故會造成最大燃燒率的計算不易收斂，使得焚化爐1運轉不穩定，且當焚化爐1的進料較為複雜時，燃燒過程中的耗氧狀況極不穩定，造成爐溫因進料變化而產生明顯變動，但廢氣量卻未同步升高，該控制方式無法對應此一狀況，導致燃燒不完全或是進料控制不佳之情事。

因此，本發明之目的，即在提供一種可避免不易收斂，並考慮爐溫的自動進料控制方法。

於是，本發明焚化爐的自動進料控制方法，包含一設定步驟、一計算步驟，及一控制步驟。

在該設定步驟中，設定後段除塵設備可允許的一廢氣額定流速、一欲維持的目標溫度，及一目標最大燃燒率。

在該計算步驟中，偵測爐內的廢氣實際流速及爐膛溫度，並計算出一評估最大燃燒率，該評估最大燃燒率滿足下式：

其中，MCR為評估最大燃燒率，V為廢氣實際流速，V_rated 為廢氣額定流速，T_goal 為目標溫度，T為爐膛溫度，n為一依需求所設置的正奇數。

在該控制步驟中，將該評估最大燃燒率輸入一控制器，當該評估最大燃燒率大於該目標最大燃燒率時，該控制器驅動進料馬達降低進料量，當該評估最大燃燒率小於該目標最大燃燒率時，該控制器驅動至少一進料馬達提高進料量。

本發明之功效在於：該計算步驟中所計算出的評估最大燃燒率不以廢氣含氧量為主要參數，避免計算不易收斂之問題，同時將爐溫納入評估以避免進料複雜時爐溫過高之問題，此外，將廢氣流速納入評估中，還可保護後端除塵設備。

參閱圖2，本發明焚化爐的自動進料控制方法之一實施例，包含一設定步驟21、一計算步驟22，及一控制步驟23。

參閱圖2及圖3，在該設定步驟21中，是依焚化爐的後段除塵設備可允許的額定流速，設定一廢氣額定流速31。並依焚化爐內的二次燃燒室內所欲維持的溫度，設定一目標溫度32。並設定一目標最大燃燒率33。

在該計算步驟22中，是偵測二次燃燒室的廢氣實際流速34，及二次燃燒室內的爐膛溫度35，並計算出一評估最大燃燒率36，該評估最大燃燒率36滿足下式：

其中，MCR為評估最大燃燒率36，V為廢氣實際流速34，V_rated 為廢氣額定流速31，T_goal 為目標溫度32，T為爐膛溫度35，M_f 為評估最大燃燒率36之放大比例，當爐膛溫度35大於目標溫度32時，M_f 會大於1，以使評估最大燃燒率36增加比例放大，n為一依需求所設置的正奇數，例如:1、3、5….等數，其是用來作為M_f 對溫度的反應速率，若n越大，則當溫度偏離目標溫度32時，M_f 的變化會更大，此一變數可視需求來調整評估最大燃燒率36的調控速度。

在該控制步驟23中，是如圖3所示的將該設定步驟21中的目標最大燃燒率33作為設定值(SV，setting value)，輸入一比例積分微分控制器37(PID controller，proportional–integral–derivative controller)中，並將該計算步驟22中的評估最大燃燒率36作為該控制器37的測量值(PV，process value)，該控制器37在比較該設定值及該測量值後計算出一輸出值(MV，manipulated variable)，該輸出值是用以驅動及控制一進料馬達38。

當爐膛溫度35竄升超過目標溫度32時，M_f 會大於1，使得評估最大燃燒率36增加比例放大，當該評估最大燃燒率36大於該目標最大燃燒率33時，該控制器37會驅動進料馬達38降低進料量，以降低二次燃燒室內的溫度，而當廢氣實際流速34到達後端除塵設備的廢氣額定流速31時，該評估最大燃燒率36也會大於該目標最大燃燒率33，同樣地也會使該控制器37驅動進料馬達38降低進料量。相反地，當因燒到熱值較低的廢棄物等原因而使該爐膛溫度35低於該目標溫度32時，該評估最大燃燒率36會小於該目標最大燃燒率33，使該控制器37驅動進料馬達38提高進料量，以維持爐溫。

圖4為本實施例的一應用案例，在該應用案例中，該目標溫度32為攝氏850度，廢氣額定流速31為15m/s，n為1，實線為歲修前並採用習知控制方法所得的二次燃燒室之爐溫變化，其平均爐溫為攝氏753度，虛線為歲修後並採用習知控制方法所得的二次燃燒室之爐溫變化，其平均爐溫為攝氏797度，假想線為歲修後採用本自動進料控制方法所得的二次燃燒室之爐溫變化，其平均爐溫為攝氏838度，故可知，採用本自動進料控制方法後，其平均爐溫能控制在目標溫度32的攝氏850度附近，使爐溫穩定度獲得明顯改善。

該評估最大燃燒率36採用廢氣流速作為主要參數，可避免習知採用廢氣含氧量作為主要參數，而造成最大燃燒率的計算不易收斂，使焚化爐運轉不穩定之情事，同時亦可達到保護後端除塵設備之功效。該評估最大燃燒率36亦將二次燃燒式的爐膛溫度35作為控制數值，以避免因燃燒過程耗氧狀況不穩定而錯估爐膛溫度35之情事，達到穩定爐溫之功效。

綜上所述，本發明透過該評估最大燃燒率36及該控制器37，可在廢氣流速及爐溫均受控制的情況下，進行廢棄物進料自動控制，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

21‧‧‧設定步驟
22‧‧‧計算步驟
23‧‧‧控制步驟
31‧‧‧廢氣額定流速
32‧‧‧目標溫度
33‧‧‧目標最大燃燒率
34‧‧‧廢氣實際流速
35‧‧‧爐膛溫度
36‧‧‧評估最大燃燒率
37‧‧‧控制器
38‧‧‧進料馬達

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一剖視圖，說明一習知的焚化爐； 圖2是一流程圖，說明本發明焚化爐的自動進料控制方法之一實施例； 圖3是一示意圖，進一步說明該自動進料方法之架構；及 圖4是一溫度-時間圖，說明使用及未使用該自動進料方法的二次燃燒室之爐溫。

21‧‧‧設定步驟

22‧‧‧計算步驟

23‧‧‧控制步驟

Claims (3)

1. 一種焚化爐的自動進料控制方法，包含： 一設定步驟，設定後段除塵設備可允許的一廢氣額定流速、一欲維持的目標溫度，及一目標最大燃燒率； 一計算步驟，偵測爐內的廢氣實際流速及爐膛溫度，並計算出一評估最大燃燒率，該評估最大燃燒率滿足下式：其中，MCR為評估最大燃燒率，V為廢氣實際流速，V_rated 為廢氣額定流速，T_goal 為目標溫度，T為爐膛溫度，n為一依需求所設置的正奇數；及 一控制步驟，將該評估最大燃燒率輸入一控制器，當該評估最大燃燒率大於該目標最大燃燒率時，該控制器驅動進料馬達降低進料量，當該評估最大燃燒率小於該目標最大燃燒率時，該控制器驅動至少一進料馬達提高進料量。
2. 如請求項1所述焚化爐的自動進料控制方法，其中，在該控制步驟中，該控制器為比例積分微分控制器。
3. 如請求項2所述焚化爐的自動進料控制方法，其中，在該控制步驟中，該目標最大燃燒率為該控制器之設定值，該評估最大燃燒率為該控制器之測量值，該控制器計算出輸出值以控制該進料馬達。