TW419575B - Method for automatically setting the firing of a garbage incineration plant - Google Patents

Description

4 ^5 75 五、發明說明α) 本發明為一種垃圾焚化爐自動燃燒設定之方法。 垃圾焚化爐在作業時務必使"垃圾品質”適當地燃燒，使 其穩定且有最佳化的排放，影響此情形的燃燒之最重要的 參數為垃圾之可點燃性及燒除表現（burn-off behavior) ，因為該兩項因素並非可測量的變數，故不可能有直接的 測量值’申請人因此至今所知尚未有任何測量或任何方法 可獨特決定可點燃性及燒除表現之"垃圾品質"，僅預知實 施間接測量來使垃圾焚化爐運行。因為上述可點燃性及燒 除表現等兩項判定標準受到垃圾的熱值及水成份的決定性 影響，譬如在印行公告DE 44 45 954 A1中描述一種用以 早在分配軸處即決定垃圾熱值之焚化垃圾的方法，該方法 採用一程序控制單元以控制燃燒空氣量及/或進給垃圾品 質’熱值得自於微波進行的測量，所傳送的微波係反射並 送回且此反射以決定垃圾的水含量。但是，此測量方法具 有各種缺點，感測器的安裝費用很高且亦較貴，此外，僅 可在分離的點作測量。 印行公告DE 3537 94 5 A1亦揭示一種垃圾焚化爐最佳化 運作之方法，其以熱值的函數來控制空氣品質，此情形可 於各區t設定燃燒空氣，係連續進行以使品質適合起伏的 熱值，由目前釋出熱量除以垃圾質量流所獲得此情形中的 熱值。當設定空氣時，亦考慮排氣的C0及02含量，但此方 法的缺點包括：並未考慮到焚化時扮演重要角色之垃圾水 含量。 垃圾焚化的燃燒控制亦可得自1’Entwicklung einer

第5頁 4i9S7R___ 五、發明說明（2) kaineragefuhrten Feuerungsregelung zur Verbesserung des Verbrennungs-1 Ausbrand- und Emissionsverha11ens e i ner

Abfallverbrennungsanlage” [用以改良垃圾焚化爐的焚化 、燒除及排放表現之攝影機引導的燃燒控制之發展]，GB Kraftswerkstechnik 73(1993)，Volume 7，此方法中， 決定排氣中的02濃度及所產生蒸汽量以對於污染物之最佳 方式控制爐中溫度，垃圾充載及主要與次要進給係取決於 j 這些值，而盡量減少CO含量，此情形中，空氣進給可設至 燃燒爐說上之不同區’此方法係以攝影機監測方式作業， 而藉由紅外線影像來決定鍋爐中的溫度分佈，但此系統因 為攝影機監測故較為複雜且昂貴，在焚化爐篦上的區中不 同地進給主要空氣來控制焚化爐的燃燒輸出之此方法亦描 述於印行公告EP 3 52 620A2號中。 一種用以控制具強烈起伏熱值的燃料燃燒之方法亦揭示 於印行公告EP 3 1 7 73 1 B1號’此情形中，燃料的水含量 及/或燃氣之C〇2含量係由爐的蒸發與除氣區以及充載點區 中之現幅射強度作測量，這些值主要用以決定垃圾的熱值 並以其一函數來控制空氣進給。但是，此習知技藝之一缺 點為極濕垃圾的情形（即使煙道氣中之水含量及含量因 為顯著較差的燃燒而減少時）。但在自動燃燒控管的情況 T主可代表垃圾似乎比實際情形顯著更為乾燥，此外需要 昂貴的光電感測器以偵測水含量及/或c〇2含量。 本發明係克服上述缺點，而有產生簡單可靠作業即決定

4 iS5 75 五、發明說明（3) 垃圾品質的方法之目的。若出現煙道氣清潔器’該方法預 定僅適用測量溫度、壓力及差異（譬如容積流）’亦預定能 夠容易且合乎成本效益地整合成現有的垃圾焚化爐。根據 本發明，為了設定燃燒參數（如燃燒空氣分佈、垃圾層厚 度、及爐藥速度）以從垃圾水含量（Η2〇«^)及垃圾熱值（Hu) 決定垃圾品質"的一假設程序參數’而在根據獨立的申請 專利範圍前文之方法中達成。若出現煙道氣清潔器，可由 根據本發明的方法不費力地直接測量水含量，並且，可經 由燃燒熱量與碳質量流之間的統計關係有利地決定燃燒期 間產生的水’此外，因為幾乎需要的所有設備均已出現， 該方法可以簡單及合乎成本效益方式整合成現有的垃圾焚 化爐，此雖很簡單但為一極可靠的方法。 構造的其他可能性為所依附申請專利範圍之主體。 圖中： 圖1顯示根據本發明的方法之示意圖； 圖2顯不相對於垃圾的熱值與水成份所繪之"垃品 CO · 團， 圖3顯示決定垃圾產出之示意圖； 圖4顯示決定垃圾產出之示意圖； 圖5顯二決定煙道氣中之水含量之示意圖； 圖6顯^決定煙道氣中及煙道氣清潔器中水含 圖，其中在上游作溫度測量； 重之丁思 溫

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五、發明說明（4) 圖8顯示釋出熱量與碳的質量流之間的統計關係及 圖9顯示根據本發明之方法的錯誤可能性之圖。 僅圖示本發明之重要元件，相同的元件在各 編號。 τ ’相同 根據本發明之方法適合藉由決定垃圾焚化爐中之垃 水含量值Η2〇 &设及熱值^來建立”垃圾品質"之一虛構 、 數，因此用以.進行自動燃燒設定（譬如參照重要參數 燒空氣分佈、垃圾層厚度或爐篦速度）。 *'' 圖1顯示用以抵達熱值（Hu)及垃圾濕含量（Α)的方法之八 意圖，此情形中，垃圾質量流（F垃圾）先取決於各垃圾吊不 具充載，之後，利用垃圾質量流及所產生活蒸汽量所傳執 量來計算垃圾的熱值（Hu)❶並且，煙道氣濕含量（α)可利 用溫度測量而取決於物理關係，因此可由統計關係決定垃 圾的水含量（Α)。垃圾量係取決於垃圾的熱值及垃圾的濕 含量，且用以自動設定燃燒，需要常出現於任何垃圾焚化 爐之下列測量或成份以決定該等值： 垃圾吊具對於各充載的垃圾批次具有評重震置 活蒸汽量之測量 活蒸汽及進給水之溫度及壓力 燃燒空氣之容積流 .進入前處及清潔器中具有煙道氣的溫度測量之一清潔 器，或在鍋爐端點處的煙道氣中之札〇測量。

第8頁 i95 7s 五、發明說明（5) ： 為垃圾中的水成份及熱值，若熱值較高及垃圾中的水成份 愈低，則11垃圾品質”較高。依照多年來的實驗及經驗選擇 此圖中產生"垃圾品質"之斜面。 根據本發明之方法進行下列步騍： 1.計算垃圾產出/垃圾質量流々垃圾 圖3及4示意顯示具有一爐40的垃圾焚化爐1〇中之第一方 法步驟，為能夠快速計算垃圾產出<圾，係依照爐2〇中之 充載及垃圾充載量之間的時間間隔來計算產出，此情形中 假設充載容積為固定（=握具含量b12)及僅有比重改變。 並且’握具數目係已知需要充填垃圾軸50(決定一次），握 具在圖3及4中標為1至12，垃圾產出之此類計算尚需要大 略一直進行充載至垃圾軸5〇中之相同標示3〇為止（譬如一 炼接部、攝影機的撓曲邊緣或視覺範圍），因此，兩充載 之間的容積減少係對應於一握具含量。 用以決定垃圾產出h垃圾的順序如下： 垃圾袖50充填至標示3〇 ’譬如輔以8個握具（3至1〇號）， 各充載握具的重量為已知（儲存於程序控制系統中）， 吊具驅動器將一第11握具置於煙囪20中， 由於垃圾進給焚化’垃圾在垃圾軸5 〇中緩慢下滑到抵達 標不3 0為止， 此情开;^中，充載一新的握具（12號）， 測量已使用第11握具以抵達標示3 〇的時間（對應於 容積減少）， 握具3的％公斤必須已在此時間中送入爐中，

4 * 55 75 五、發明說明¢6) .由於垃圾進給焚化，垃圾在垃坡軸5〇中緩慢下滑 抵達標示3 0為止， .充載一新的握具（13號）， •測量已使用第1 2握具以抵達標示3 〇的時間 r 容積減少），及 對應於 •握具4的％公斤必須已在此時間中送入爐中， 此時經由2握具的垃圾產出、圾為： A 垃圾-[lh/(tu_12 + t12_l3)]*(w3 + w4). 為了盡量減少對於假設情形（均勻#莽 U) 差的影響，（根據握具容積、焚化爐 、固定容積等）誤 驅動方式）係對於數個握具平均此 寸及吊具驅動器的 2.計算垃圾的熱恤 m十算。 若已知垃圾產出<敗’可輔以鍋 的熱值HU，進給水的焓比”及活蒗笈羊：㈣來計算垃圾 蒸汽量<。 '飞hpD及垃圾熱值Hu之活 垃圾-適用的燃燒熱輸出： (2) ’i<(hFD-hSPf)/ “速卜q 此情況中（由水蒸氣表）可成立下列掩狀器況. 活蒸汽焓（F D ): ’ (3) (4) B I mSchV的後備 hFD = f CTFD , pFD) 進給水焓（SPW): hSPff = f ( Tspw , Pspw ) :採用-輔助燃燒器時（譬如對 燃燒）所施加的熱輸出： ；

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Hu (5) 輔助燃燒器 利用（1)及（2) ’對於垃圾熱值產 η m3/^ 展玍下列情形： (6)

Huaa=QB/m垃圾 3.決定煙道氣濕含量H2〇煙道氣 煙道氣濕含量係依此決定垃圾Φ &， θ ^ 甲的水成份，因為缺乏 適當的測量系統，無法直接偵測垃执+ ^ , 吸中的水成份，垃圾中 的水成伤愈咼’則燃燒之前或燃燒;aj Μ 現期間必須蒸發愈多的 水，因此，煙道氣濕含量亦須上升，仏办二& $ _ ± v 此程序顯示於圖5。 可在現有…絮器的情況中自清潔器上游的煙道器溫度及 清潔器中之飽和溫度來計算煙道氣的滿含量仏％“，圖6 顯示兩溫度測量之此程序’煙道氣的濕含量Abu可由圖 7所示圖表取決於這些測量值。 玨2〇煙道氣= f(T清潔器上游的氣趙，T清潔器中之氡想) (7) 此情开> 為.煙道乱愈乾’則吸愈多的水且清潔器中的飽 和溫度變得愈低’若未出現清潔器，則直接決定煙道氣濕 含量h2 〇煙道氣，譬如根據雷射吸收而辅以一測量（以適當頻 率）。 4.計算煙道氣容積流V煙道氣 可經由一質量平衡且考慮代表性密度來計算煙道氣容積 流： \/鋦爐端處之煙道氣 «道氣

{ 1. 293 · ({/PL + (/SL + )傻空氣）+ <圾.（100—成份灰）/100}/ P (8) 其中有下列情形：

第11頁 ^ ^95 7 5 五、發明說明¢8) 所測量的參數：、& 固定的參數：\/假性空氣= 5000 N立方公尺/小時 成份;^25% 煙道氣 1_ 277公斤/N立方公尺 计算的參數（由（1)) 垃圾 根據接受試驗及輸出測量從各種焚化爐可知：2 0.. 3 0 % 的垃圾質量流產生為灰質量流（飛灰及爐篦灰）且一般 相當固定。 煙道氣密度p煙u係依照成份決定，對於下列（平均）煙 道氣成份（容積百分比）具有密度Pm *_=1.277公斤/N立方 公尺：14. 5% H20、11% C02、7. 5% 02、其餘為N2。 5.計算水質量流 由下利用（7)及（8)計算鍋爐端處之整體水質量流 '^埋道氣的Μ»0 — ^鉍瀘端點之煙道氣 • η2ο埋道氣 ’ p蒸汽的vl，0 (9) 煙道氣中出現的水來自4個不同來源： •垃圾燃燒中之Η的燃燒 •輔助燃燒（油）中之Η的燃燒 •來自燃燒空氣之Η20 •來自垃圾之η2ο 由此可知：. (10) '^煙道氣的= 圾焚化之+ A油的+ 一燃燒空氣的 由此可知 、垃致的= Μ煙道氣之_ 一垃圾焚化的油的ΗτΟ — h燃燒空氣的(11

第12頁 4195 75 五、發明說明（9) 經由測量資料之統計評估，一線性關係為： QB (12) 係利用煙道氣中之一安裝的C02測量而得自接受試驗及輸 出測量’此等式依照圖8複製的圖表計算出來自燃燒的C質 量流。 ' = kw.QB/3-667 (13) ◎ 若垃圾中採用一固定的C/H比值，上述關係亦可用以計 算來自垃圾焚化之H20質量流，C/H比值通常為7至8 ,下列 關係結果對於C/H比值具有7.5之固定值： <圾焚化之h，。㈣.QB/3.667/7.5) .9.000 (14) 下列對於燃油的辅助燃燒成立： 士油之 VM?=〜•成份Η 9 0 0 0 (15) 成份Η已知係用於各種燃油（燃油EL = 13%)。 下列對於經由燃燒空氣導入之水成立： 七想燒£氣之νί»0 _ +“SL + ^假性£氣）·Η20想規空氣 （16) 其中Η2〇燃燒空氣介於7. .12克/Ν立方公尺之間且假設固定於此 範圍。 6·計算垃圾中之水成份Η20址圾

由垃圾（11)對於垃圾產出<“2)的水質量流<“仙之 比值，而獲得垃圾中之水成份： 凡2 〇垃圾_ h垃圾之vb·0 / Α垃圾 （17) 所有計算係根據常數或假設，故使有效實際值之結果受 到曲解，提供基礎以設定燃燒之π垃圾品質"的虚構參數係 根據這些計算值，但是，絕對值在垃圾焚化中不具實際角

第13頁 4 J95 75 五、發明說明（ίο) 色，但是當絕對值變化具決定性重要意義時’在最後分析 中，值變化時才經由”垃圾品質”的虛構變數來改變燃燒設 定，主要影響絕對值之系統性誤差（由於不正確假設或不 正確常數）因此可不對燃燒程序產生影響，但是’垃圾質 量流叱圾對於最後有決定性意義之”垃圾品質"的變數有最 大的影響，但是’設計所出現方法而可以微妙方式忽略此 影響： 計算垃圾質量流<圾之一（小的）誤差則有下列效應： 勒始狀況：Hu = 10，000千焦/公斤及垃圾水成份Η20Λ级 = 3 0%係產生29· 2%的垃圾品質，若所計算的垃圾質量流七垃圾 比有效值約大1 0%，則熱值Hu及垃圾中的水成份H2Ott圾將有 此較小的1 0 %。 初始狀況的誤差：Hu=ll，000千焦/公斤及垃圾水成份 札〇址圾=3 3%係產生31. 2%的垃圾品質（先前為29. 2%)。 若對於垃圾具有水質量流<%+10%的變化，則當Hu為 1 0, 000千焦/公斤情形中，此產生約24.6%之垃圾品質（先 前為29.2%)，垃圾因此已變差。 若垃圾的熱值有+ 10%的變化，則當垃圾中30%水成份情 形中係產生36%之垃圾品質（先前為29.2%)，垃圾因此顯然 已變得更好。 圖9顯示垃圾質量流、熱值Hu及水質量流之 一誤差如何相對垃圾品質而變化之數項範例，可由垃圾質 量流》的計算來完整消除誤差’或至少藉由適當選擇函 數來使其保持很小

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(18) 五、發明說明（11) 垃圾品質’Η20址風） 所有計算僅基於： •溫度測量 •壓力測量 差壓（通過流、容積流）測量 (當使用一清潔器以清理煙道氣時），亦 化領域獲得這些測量，然後亦須容县從/易在施用垃圾焚 構程序參數。 獲得'1垃圾品質"的虛 所有計算中產生彼此抵銷或強化之小 |，垃圾品質"之本方法(易作為設定燃燒之基礎 無關而已知在各焚化爐中極為可靠，"垃圾品質：的i = s 序參數係對應於爐中觀察到的燃燒狀態之95%的所有作業 性情形，然後，大多數適當訊號來自可用函數及表（燃燒 空氣分佈、垃圾層厚度、爐篦速度等）獲得燃燒設定之一 值。 該方法設想可使其用於任何市售控制系統中，而未依附 於任何額外的特定硬體或軟體β 下文以範例描述垃圾焚化爐之一可計算範例（瞬間情況） ’控制系統每隔2 50微秒再度計算線上數值。 1 ·垃圾產出 w3ii 〇重量之握具3_1〇位於垃圾軸中 w3 2 9 5 0公斤 w4 3 1 2 0公斤 w5 276〇公斤

4195 75 五、發明說明 (12) w6 2370公斤 w7 2 5 9 0公斤 w8 3 2 8 0公斤 08:48 w9 2880公斤 09:00 w 1 0 3 0 1 0公斤 握具1 0在1 0分鐘之後已到達標示，且進給一握具wl 1而 隨後（wll位於標示）進給一握具W12 : 09:10 wll 2810 公斤 09:25 w! 2 2930 公斤 如下在0 9 : 2 5時間點計算垃圾產出 < 圾=[lh/(Ιΐη-α + Ι;^)]5^ w3+w4) = l 4, 56 8 公斤 / 小時= 4. 0467公斤/秒 ❹ 2.垃圾熱值 hFD = f ( TFJ) j PFD) 來自水/蒸汽表 TFD = 40 0 度C PFD = 3 9 巴. hFD = 3217. 4千焦/公斤 hspw 二 f ( Tspff ’ PsPif ) 來自水 / 蒸）Τα 表

TSPW = 1 3 0 度 C Pspw = 5 6 巴 hSPff = 549. 9千焦/公斤 (hFD-hSPW)/ 爐}辅助燃燒器 AFD = 55, 00 0公斤/小時=15. 2 778公斤/秒 鎘燼=〇· 855

第16頁 4195 75 五、發明說明（13) Q補助燃燒器= => QB = 47，66 5 千瓦

Hua圾=仙/<级=11779千焦/公斤 3. 煙道氣濕含量 H2〇煙道氣= f(T清潔器上游氣想’ T清潔器中的氣趙)：

T清潔器上游rg = 1 8 0度C 清潔器中的煙道氣飽和溫度=62度C =〉HgO煙道氣=15.60容積百分比 4. 煙道氣容積流 VPL = 5 6，5 0 0 N立方公尺/小時 VSL = 11，600 N立方公尺/小時 V假性$氣=5〇〇〇 N立方公尺/小時 m址圾=1 4, 568公斤/小時（請見上文） 成份# = 25% P煙道氣=1.277公斤/N立方公尺 N/鍋逋端之煙道氣= {1.293(\^匕+(/儿+心假性空氣）+ [1^垃致（100-成份灰）/100]}/(〇煙道氣 =8 2，5 7 2 N立方公尺/小時 5. 水質量流 V煙道氣^，82, 5 72 N立方公尺/小時（請見上文） ^0^^^=15. 60 ^ P 8 0 /r /N iL ^ Κ 州煙道氣的Ηβ = V鍋爐端的煙道氣·1ί20煙道氣’ /°蒸汽的rid =1 0，3 0 5公斤/小時

第17頁 4 195 75 五、發明說明h油的小。=0H20燃燒 4)斤氣 α公空 小時0克/N立方公尺 6 8 6公斤/小時 ^燃燒空氣的= (\/pL + \^SL + V假性空氣） k〇?>=0.3770公斤/千瓦小時 QB = 47, 655千瓦（請見上文） 5880 …也圾焚化之“，* QBsOioh · QB/3. 667/7. 5) · 9. 000 公斤/小時 1燃燒空氤的 —〉^«1圾的八。二七煙道氣的w>t? '垃·圾焚化的H»〇 一A油的 = 3739公斤/小時 6. 垃圾中的水成份 七垃圾= 1 4568公斤/小時（請見上文） t㈣枳= 3739公斤/小時 => = 7. 垃圾品質 H20垃圾= 25. 66% ΗιαΜί9 = 11779 千焦/ 公斤

垃圾中的水成份 垃圾熱 值 15 20 25 30 35 40 45 6000 21 14 Β 3 0 0 0 8000 33 25 18 12 7 3 0 10000 52 44 36 28 20 11 2 12000 75 67 59 51 41 28 10 14000 93 86 79 70 58 41 20 16000 100 94 87 79 67 52 30 第18頁 4195 75 五、發明說明（15) Q垃圾=55· 40% 編號表

第19頁 1-12 握具内含物 20 煙固 30 標示 40 燃燒 50 垃圾軸 60 垃圾焚化爐 ^FD 活蒸汽之焓 ^SPf 進給水的始· h2〇 水 Hu 轨值 j ·、、 |J~I. K 比例因子 Μ 質量流 ^ a is. 垃圾的質量流 Pfd 活蒸汽的壓力 ^SPW 進給水的壓力 PL 主要空氣 Q 熱輸出 QB 燃燒的熱輸出 SL 次級空氣 T 溫度 Tfd 活蒸汽之溫度 Tspff 進給水的溫度 4 75

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Claims (1)

1. 4 75 六、申讀·專利範圍 ~ -----—- 轨# < τι、種$ 焚化爐自動燃燒設定之方法’其中垃圾的 :U) f決定於爐中s前釋放的熱量（QB)及輸人垃圾 各V 1 M垃圾’其特徵為：為了設定燃燒參數C例如燃燒空 '刀 垃圾層厚度及爐篦速度），由垃圾熱值（Hu)及垃 圾的水含量堤）來決定,，垃圾品質„之一虚構程序參數 ，利用下列等式來決定垃圾的水含量（4u : h2〇垃敗=%圾的“/七垃戍， 其中'狹的叫為垃圾的水質量流，而垃圾的水質量流〜㈣从 如下構成： 浓圾的vVO 其中，: 费 埋道氣的(ΤΜ)的垃圾焚化的W沁油的W -扪燃燒空氣的W 、煙道氣的Ην〇係為煙道氣中之水質量流 圾焚化的vtvO為燃燒期間產生的水質量流’ β為輔助油燃燒產生的水質量流’及 4嫩燒a氣的w為進給燃燒空氣¥所含之水質量流 其中有下列情形成立： * » …煙道氣的《”〇 = \/鋦爐端之埋道（.H20煙道軋.p第汽劝〜。—

   其中端ffits道1為鍋爐端處之煙道氣的谷積流 4〇煙道氣為煙道氣中之漁含量’及 p蒸;气的n>〇為蒸汽形式之水的密$ 一'垃現焚化的n>〇 = k· QB 其中kw^o為一比例因子及 QB為燃燒期間釋出的熱量， A油的= >^油.成份κ · 9.000 其中、為油的質量流及

   4 ^S 7s 六、申請專利範圍 成份H為油中的氫的成份， h燃燒空SL的从=(4 + ^SL + V假性空氣)* H2 〇燃燒空氣 其中為主要空氣的容積流， (/sl為次要空氣的谷積流’ \/假性空氣& ^ @ ， 燃燒空氣為進給燃燒的空氣所含之水。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵為：在該爐端 點處直接測量該煙道氣（H20sa^)中的濕含量。

   3. 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵為：該煙道氣 (Η20煙道氣)中的濕含量取決於進入垃圾焚化爐下游連接的一 煙道氣清潔器中之煙道氣入口上游處之溫度、以及該煙道 氣清潔器中的煙道氣的飽和溫度。 4. 如申請專利範圍第2或3項之方法，其特徵為：該比 例常數取決於二氧化碳質量流*QB及垃圾中的 碳與氫比例（C/H)之統計關係，kc〇i為釋放熱量（QB)與二氧 化碳質量流（士《>>)之間的一比例常數。

   KJ

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