发布时间:2024-01-23 15:10:32
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1引言
随着经济的发展、人口的不断增多以及人民生活水平的日益提高,城市垃圾的产生量也逐渐增多。在当今世界,大量的垃圾已成为城市中一个长期存在的污染源。对垃圾的处理不当,可能会造成严重的大气污染、水污染和土壤污染,并将占用大量的土地。因此,如何经济、有效地进行垃圾处理,是成为我国和世界其他各国面临的一个亟待解决的问题。
2垃圾处理现状及发展趋势
据有关资料统计,我国仅“城市垃圾”的年产量就近1.5亿吨,而且,这些城市垃圾量以每年7~8%的速度增长。而垃圾的处理不到1/3,真正达到无害化处理和能源利用的比例更低――目前处理生活垃圾的方法除露天堆放外,主要采用卫生填埋。但是如不是严格意义上的填埋产生的高浓度渗出液,会造成地下水以及地表水的严重污染,对水资源造成严重威胁。同时产生大量的有害气体,会污染大气,如若处理不当,其产生的危害会延续几百年甚至上千年。现在,随着经济的高速发展,城市化水平的提高,在城市周边很难寻找适宜的垃圾填埋的场地,因此,造成我国城市垃圾处理问题相当严重。
垃圾焚烧是目前固体废弃物处理的有效途径之一,其目的在于垃圾的无害化处理和利用。在西方发达国家,垃圾焚烧技术的应用已经有将近130年的历史,而且目前仍被认为是最有效、经济的垃圾处理技术之一。此方法的最大优点是垃圾资源化和减量化处理程度高。垃圾焚烧厂建立在城市周围,运送垃圾方便,并且可以向城市提供热能,产生很好的经济效益。应用计算机控制使焚烧炉运行在最佳运行工况,并且有先进的尾气处理设备和严格的排放监测手段,使得垃圾焚烧对大气造成的二次污染降到最低点。我国在垃圾焚烧技术的研究、设备开发和应用方面起步较晚。相比之下,我国在垃圾焚烧处理上仍处于摸索与研究的阶段。九十年代在各大城市以及沿海城市地区开始重视垃圾焚烧技术的应用,但由于焚烧技术、烟气处理技术引进的步伐不能跟上,投资控制不下来,一直未能有实质性的进展。有些地方由于难于寻找合适的垃圾填埋厂以及受资金方面的约束,只注重把垃圾烧掉,没有考虑好如何烧好、烧透以及如何作好环境保护与能源利用。
垃圾焚烧处理的关键设备是垃圾焚烧炉,通过它将垃圾焚烧,因此,焚烧炉的性能将直接影响到垃圾焚烧处理的效果和经济性能。下面我们将通过对垃圾焚烧炉的发展过程以及使用情况进行分析,以便得出一种适合我国实际情况的合理的焚烧炉方案。
3垃圾焚烧处理之关键设备――焚烧炉
3.1 垃圾焚烧炉发展的主要型式和特点
垃圾焚烧技术已经经历了将近130年的发展过程,垃圾焚烧技术和设备已经日臻完善并得到了广泛的应用。西方发达国家目前通用的垃圾焚烧系统主要有以下几类:
(1)垃圾层燃焚烧系统,如采用滚动炉排、水平往复推饲炉排和倾斜往复炉排(包括顺推和逆推倾斜往复炉排)等。层燃焚烧方式的主要特点是垃圾无需严格的预处理。滚动炉排和往复炉排的拨火作用强,比较适用于低热值、高灰分的城市垃圾的焚烧;
(2)流化床式焚烧系统,其特点是垃圾的悬浮燃烧,空气与垃圾充分接触,燃烧效果好。但是流化床燃烧需要颗粒大小较均匀的燃料,同时也要求燃料给料均匀,故一般难以焚烧大块垃圾,因此流化床式焚烧系统对垃圾的预处理要求严格,由此限制了其在工业废弃物和城市垃圾焚烧领域的发展;
(3)旋转筒式焚烧炉,其特点是将垃圾投入连续、缓慢转动的筒体内焚烧直到燃烬,故能够实现垃圾与空气的良好接触和均匀充分的燃烧。西方国家多数将该类焚烧炉用于有毒、有害工业垃圾的处理。
3.2 当今垃圾焚烧、技术面临的新情况和新问题
在当今高度工业化的时代,城市垃圾焚烧技术面临着许多新情况和新问题:
(1)在经济发达国家,城市垃圾堆积密度小、热值高且灰分和水分较低;
(2)垃圾焚烧排放标准日益严格,特别是要求烟气中有害物质的排放得到有效的控制。除了烟尘之外,垃圾焚烧烟气中主要的有害物质有CO、SOx、NOx、有机碳以及二氧(杂)芑(二恶英,dioxins)和呋喃(furane)。通过对燃烧技术的改进和焚烧过程的调整,这些物质的产生和排放可以在一定程度上得到控制。相比较而言,在本世纪五十年代以前仅对垃圾焚烧炉的烟尘排放以及最低焚烧温度有过限制。规定最低焚烧温度(如800℃)目的在于将产生刺激性气味的有害物质在炉子中充分燃烬;
(3)从焚烧炉投资和运行经济性的角度来看,其焚烧量应为3 t/h到20~25 t/h。
因此,现代垃圾层燃焚烧系统应该满足以下要求:
⑴拨火作用强,以保证整个炉排面上垃圾的均匀、充分燃烧并防止结渣。影响炉排拨火作用的主要因素有:
① 炉排的型式;
② 炉排运动的方式和强度;
③ 炉排倾角和垃圾在炉排面上的移动方向等;
⑵为了保证垃圾的及时引燃、充分燃烧和燃烬,炉排应分成干燥和引燃区、主焚烧区和灰渣燃烬区三个区域;
⑶燃烧设备应该具有对经常发生的垃圾成分(水分或者热值)突然出现波动情况的适应能力。当垃圾成分发生波动时,焚烧炉垃圾给料量以及一次风量及其分布和温度均应及时准确地予以调节;
⑷对燃烧空气(一次风和二次风)进行预热;
⑸具有投入某些添加剂的可能性,以降低某些有害物质如二恶英、NOx和SOx的排放量;
⑹将整个燃烧过程划分为垃圾焚烧阶段和烟气中可燃有害物质的燃烧阶段,后一阶段烟气的燃烬需要足够的空气。在垃圾焚烧阶段需限制燃烧空气量,以避免炉膛温度的强烈波动以及产生过多飞灰;
⑺保证较低的灰渣和飞灰含碳量(1~3%),燃烬良好。
3.3 倾斜往复推饲炉排焚烧炉的发展前景
现代垃圾层燃焚烧炉炉排的主要型式之一是往复推饲炉排,其中应用最广泛的应是单级或多级布置的顺推倾斜往复炉排。垃圾由机械给料装置自动进入炉膛,先后在炉排上经过干燥和引燃区、主焚烧区以及燃烬区,完成整个焚烧过程,垃圾在炉膛内的停留时间一般为1小时。借助于炉排倾角并通过炉排的往复运动,垃圾在向灰斗的运动过程中不断地得到翻搅,拨火作用强。为了适应焚烧量、垃圾种类以及成分的变化,燃烧空气量及其分布均可调节,并可分为一次风、二次风或者三次风分别配给。德国EVT公司的垃圾焚烧系统是采用顺推倾斜往复炉排的典型例子。其特点在于采用一个链条炉排来保证垃圾的均匀和连续输送。通过对链条炉排传送速度的无级调节,使得焚烧炉能够对垃圾热值的波动作出灵活的反应,有利于燃烧工况的调节。
滚动炉排也是一种前推式炉排,一般由倾斜布置的多个滚筒组成。滚筒在液压装置的作用下作旋转运动,使得滚筒上的垃圾在燃烧过程中形成波浪式的运动,垃圾从而得到充分的搅拌,拨火作用强,燃烧充分。该类焚烧炉炉膛的设计合理地结合了滚动炉排的特性和垃圾焚烧的特点,前面的几个滚筒为垃圾的干燥和燃烧区,能使高水分、低热值的垃圾迅速得到干燥并及时着火。低热值的垃圾在前拱高温辐射的作用下,形成垃圾焚烧所必需的高温区域,以使垃圾充分燃烧并减少有害物质的产生和排放。在后拱的作用下,火焰和高温烟气直接冲刷后面滚筒燃烬段上的垃圾,以促使垃圾的进一步燃烬。逆推倾斜往复炉排的典型代表是德国马丁公司的炉排,其与前推倾斜往复炉排的不同之处在于炉排片的运动方向与垃圾运动方向相反。因此,采用逆推倾斜往复炉排可使来自主焚烧区域的灼热灰渣与干燥引燃区域中的垃圾更加充分地混合,有利于垃圾的引燃。可见,这种炉排更加适用于水分高、热值低的垃圾的焚烧。
分析各种城市垃圾焚烧设备的特点可知,结合我国国情来发展倾斜往复推饲炉排焚烧炉是合理可行的。在设计中,除了要考虑受热面传热效率外,还应考虑受热面和炉墙的腐蚀和磨损、烟气净化以及自动控制等问题。在炉拱和炉膛设计和燃烧空气布置、分配方面,应该充分考虑我国城市消费水平较低,垃圾不可燃成分比例较高,热值远低于发达国家的特点。不过我国城市生活水平正在不断提高,城市垃圾正向着含水率降低、可燃成分逐渐增加的趋势发展,中等以上城市的垃圾热值一般在2512~4605 kJ/kg,个别地区已达3349~6280 kJ/kg,已达到或接近垃圾焚烧的要求(热值不小于3350 kJ/kg)。考虑到我国的实际情况,在研制大型垃圾锅炉、建设大规模垃圾焚烧厂的同时,应该鼓励开发中、小型垃圾焚烧设备。
中图分类号:X705 文献标识码:A
1 二恶英的性质、结构及来源
二恶英主要是由于人类的活动而产生的一种最毒的物质,其毒性是氰化钾的1000倍,1g二恶英可使10000人致死,此外还具有致癌性、致奇性、生殖毒性等慢性毒性。二恶英是多氯代二苯二恶英(PCDDs)和多氯代二苯呋喃(PCDFs)的总称,根据其所含氯原子的数量和取代位置的不同,PCDDs有75种同系物,PCDFs有135种同系物,其毒性亦有极大的差异。
自然界中,二恶英来源如下:一是垃圾焚烧过程中产生的,二是有机氯化学物质合成时的副产物,三是造纸工厂在纸浆的氯气漂白过程中产生的和炼钢过程中产生的,四是自然产生的,如森林火灾。
2 垃圾焚烧与二恶英的产生
垃圾焚烧可使垃圾减量化,减量至原量的10%左右,而且焚烧垃圾产生的蒸汽可用于发电而实现资源化,可谓一举两得。因此,日本、欧美等发达国家建立了大量的垃圾焚烧工厂,但是垃圾焚烧时会产生相当数量的二恶英。如日本全国一年因垃圾焚烧而排放出的二恶英达2500g, 占全国二恶英排放量的一半。这对我国推行垃圾焚烧处置法时,必须给予高度地重视,以减少二恶英的污染。
2.1 二恶英的生成机理
二恶英的生成机理,通过各国科学家近10年的研究表明,主要有如下二条生成途径:
(1)从与二恶英结构关系不紧密的,碳水化合物开始,而生成的。二恶英的生成其碳、氯、氧、金属是必要的,适合温度是250~350℃,而300℃左右为其最适合,垃圾焚烧时产生的飞灰,其所含碳氧化物而分离成为具有二恶英结构的物质,而生成二恶英。(2)从具有与二恶英结构相近的氯化苯酚等而生成的。
2.2 影响二恶英生成的要因
2.2.1 粒子状物质
垃圾焚烧炉的排放气体中,垃圾中的无机物以飞灰、煤烟等粒子状物质而存在。这些粒子状物质是二恶英生成的重要条件。粒状物质中的金属、碳对二恶英生成反应起着非常重要的作用,而且,生成的二恶英在排放气体中吸附粒子状物质,凝缩成为微小粒子。
2.2.2 催化剂
飞灰中的金属或金属氧化物是作为催化剂参与二恶英的生成反应。其中:如铜的氯化物(CuCl2,CuCl等)起非常重要的作用,如从氯化氢和氧生成氯的催化剂,有机化合物氯化时的催化剂,从前躯物质生成二恶英的催化剂,碳氧化后生成二恶英结构时催化剂。而且,金属氯化物在二恶英生成时也是氯的供给源。其它金属如铁、镍、锌等亦具有催化剂的作用。
2.2.3 氯
无机氯和聚氯乙烯同样是二恶英生成需的氯的供给源。但垃圾中的氯大量存在,是否生成二恶英,取决于焚烧物中垃圾的燃烧状态。
2.2.4 碳
垃圾焚烧生成的煤烟等是二恶英第一条生成途径的起点物质,煤烟的结构是多种环状结构物质的集合体,与二恶英的结构非常相近,极易变为二恶英结构。
2.2.5 焚烧炉中温度
垃圾焚烧炉中的温度直接影响二恶英的生成量,如前所述250~700℃易生成二恶英。
3 控制垃圾焚烧中二恶英生成的对策
3.1 焚烧垃圾前分类处理
氯是二恶英生成必要条件,重金属在二恶英生成中起催化剂作用,所以垃圾焚烧前,应进行分类处理,可回收利用的尽量回收利用, 日本、美国、欧共体国家重视垃圾综合处理,分类收集,资源回收利用。
3.2 二恶英生成抑制
【关键词】生活垃圾焚烧发电厂;运行;问题;管理策略
【Keywords】 domestic waste incineration power plant; operation; problem; management strategy
【中图分类号】X799.3 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069(2017)04-0092-02
1 引言
生活垃圾焚烧发电厂的发电原理就是使用特殊的垃圾焚烧设备,将生活垃圾倒入其中作为燃烧介质,然后利用生活垃圾燃烧后产生的能量进行发电[1]。生活垃圾焚烧发电是一种新型的发电方式,不仅有效处理了生活垃圾,避免生活垃圾所造成的环境污染,还能够用于发电,实现了资源的再次利用,具有非常重要的价值。
2 生活垃圾焚烧厂在环境保护中的作用
2.1 减少垃圾存放量
填埋生活垃圾是过去我国一直采取的处理生活垃圾的方式,在今天这种填埋的方式已经无法满足需求。根据相关数据统计表明,近年来我国生活垃圾存量已经超过70亿吨,占地面积达到了80万亩以上。
我国正面临着被生活垃圾包围现象,通过建设生活垃圾焚烧发电厂,能够焚烧绝大部分固体生活垃圾,占据着生活垃圾总量的80%以上,这无疑极大地减少了我国生活垃圾存量,而且通过焚烧的处理方式不仅能够避免二次污染,还能够用于发电,可谓是一举多得。
2.2 具有明显的节能减排效果
建设生活垃圾焚烧发电厂,对生活垃圾进行焚烧处理时产生的余热能够再次进行利用,降低了能耗,提高了资源利用率。根据相关数据表明,焚烧1t的生活垃圾,其产生的能量相当于0.2t左右的标准煤。
3 生活垃圾焚烧发电厂运行中存在的问题
近年来,生活垃圾焚烧发电技术在我国得到大力推广和应用,各地相继建设了许多生活垃圾焚烧发电厂。就目前来看,我国所掌握生活垃圾焚烧发电技术从总体来说与国际是接轨的,但是生活垃圾焚烧发电技术与设备、余热利用率的能力仍有所欠缺,需要进一步提高。生活垃圾焚烧发电厂中部分关键设备仍然需要从国外采购。
4 生活垃圾焚烧发电厂运行管理策略
4.1 加大生活垃圾焚烧发电技术与设备的研发、投入力度
生活垃圾焚烧发电技术水平高低与设备的先进性直接决定了生活垃圾焚烧发电厂的运行效率,在很大程度上体现着生活垃圾焚烧发电厂的发展前景[2]。因此,加大生活垃圾焚烧发电技术与设备的研发投入力度非常有必要。现阶段,相较于发达国家,我国的垃圾焚烧发电技术与设备仍存一定差距,我们必须充分认识到这一点,并引起足够的重视,进而不断加大对生活垃圾焚烧技术与设备的研发、投入力度,在国家科技发展计划中纳入垃圾焚烧发电技术,建立垃圾焚烧发电技术研究中心,加强与国际先进机构进行沟通交流,积极引进国际先进的垃圾焚烧发电技术,以此提高我国生活垃圾焚烧发电水平,降低垃圾焚烧设备生产成本。
政府部门应逐步完善现有的监督管理机制,健全相关制度,例如责任制度、激励制度和惩罚制度等,明确规范运行标准,加强监管部门建设,同时逐步放开监管市场,组建专业的监测机构或吸引国外先进监测机构投资建设。另外,针对有害物质监测的问题,相关部门应逐步开展焚烧炉、尾气净化装置运行工况的实时监控[3]。同时政府多部门应共同参与,协调合作,实现信息共享,使得各部门明确自身职责,充分发挥其职能。加强对生活垃圾焚烧发电厂检查,对于不符合规定要求的垃圾焚烧发电厂,必须勒令其及时进行整改,从而确保所有运行的生活垃圾焚烧发电厂均是符合规定要求的。
4.2 建立开放、透明的全民参与制度
全民参与顾名思义就是指社会各界人士,全体民众共同参与在其权利义务范围内,有目的和目标的社会活动。现阶段,绝大多数的民众都很反感自己生活范围内建设生活垃圾焚烧发电厂,究其根源就是对我国垃圾焚烧发电技术的认识不够全面,盲目地认为排放无法达到相关规定标准。就国外和国内焚烧垃圾发电所获取的成果来看,生活垃圾焚烧发电具有较高的可行性,但是为什么我国绝大多数民众会持有反感态度,关键就在于生活垃圾焚烧发电厂建设与运行的相关信息是否具有公开性。因此,为了解决上述问题,政府必须加大民众对生活垃圾焚烧技术认识的普及程度,同时建立开发、透明的全面参与制度。
4.3 提升生活垃圾综合管理水平,制定完善应急方案
对于国际上先进的生活垃圾管理知识与经验,我国应抱着积极学习的态度,做好生活垃圾源头减量、分类收集处理、利用等工作,在焚烧生活垃圾时,尽量剔除不适合焚烧且不能用于发电的物质。同时还应制定完善的急方案,专门针对各种突发事件,提高应急管理水平,尽量将损失减到最小。提升生活垃圾综合管理水平,制定完善的应急方案,能够有效促进我国生活垃圾焚烧发电技术的发展。
5 结语
综上所述,针对生活垃圾焚烧发电厂运行中存在的问题,必须引起高度重视并采取有效措施予以解决,同时加强生活垃圾焚烧发电厂运行管理,这样有助于提高生活垃圾焚烧发电厂运行效率,从而促进垃圾焚烧发电厂的发展。
【参考文献】
1 概述
垃圾焚烧发电是通过垃圾干燥、燃烧和燃烬三个阶段,让垃圾在850℃至1100℃的高温下充分燃烧。燃烧中,可通过DCS自动控制系统即时监控和调整焚烧炉内垃圾的燃烧工况,及时调节推料器及炉排运行速度和燃烧风量。焚烧垃圾产生的高温烟气在余热锅炉中进行热交换,产生过热蒸汽,推动汽轮发电机组产生电能。电能通过电网,输送到各地,实现了垃圾减量化、资源化、无害化处理。
2 新世纪二段往复式垃圾焚烧炉的工艺结构特点
新世纪公司二段往复式垃圾焚烧炉是在日本三菱马丁型垃圾焚烧炉基础上发展起来的。早期的日本三菱马丁型垃圾炉两列逆推式炉排采用一对液压油缸来驱动;干燥段、燃烧段、燃烬段的逆推炉排运动速度是相同的。由于逆动炉排的作用,使炉排上的垃圾得到均匀的、充分的搅动和翻转,对燃烧时产生表面固化的垃圾团还有破碎作用,让垃圾得到足够的空气进行燃烧。而在实际运行过程中,干燥段、燃烧段、燃烬段炉排的运动速度要求是不相同的:干燥段、燃烬段炉排速度应当比较慢;而燃烧段炉排运动速度应当比较快。而早期日本三菱的马丁型垃圾焚烧炉,三段炉排共用一对液压油缸来驱动,三段炉排的运动速度是一致的,三段炉排运动速度以满足燃烧段的需求为主。由于燃烧段逆推炉排运动速度比较快,从而导致垃圾往往在干燥段及燃烬段炉排上向前运动过快,还没有充分烧透就掉落到垃圾渣坑里去了。针对这个问题,新世纪公司作了重大改进,在原有的逆推炉排下方,增设了顺推炉排。
新世纪二段往复式(逆推+顺推)垃圾焚烧炉排的主要特点是:二段往复式逆推炉排由1对油缸驱动;炉排有一定倾斜度,通常有14级;垃圾进入炉膛在倾斜的逆推炉排上不断翻滚搅拌、干燥着火、燃烧。顺推炉排位于逆推炉排下方;通常有6级;延长了垃圾在燃烬段的停留时间,垃圾基本上是在顺推炉排的床面上充分燃烬的。
二段往复式垃圾焚烧炉在逆推炉排床面上有一个较长的干燥区,从而使得即使是含水量高达50%的低热值垃圾,在二段往复式垃圾焚烧炉内也能燃烧。通常,垃圾经过进料漏斗,由DCS控制系统调节垃圾给料器的给料量;同时把垃圾推入炉排干燥段。在由DCS控制系统调节控制下,先后使垃圾依次通过干燥段、燃烧段(逆推炉排);然后再进入燃烬段(顺推炉排),最后燃烬的炉渣在顺推炉排作用下,落入炉渣储坑。
3 DCS系统对新世纪二段往复式垃圾焚烧炉过程控制
和利时公司DCS系统对垃圾焚烧炉的控制积累了比较丰富的工程经验,并针对新世纪二段往复式垃圾焚烧炉开发了一系列控制算法块,如料层控制、推料机控制、炉排控制、出渣机控制、料斗门控制等算法功能块,简单易学;针对焚烧炉行业垃圾成分复杂、热值不均、焚烧炉经常偏离最佳燃烧工况等特点,在锅炉蒸发量控制、逆推炉排尾部料层调节控制、顺推炉排风门控制、液压站控制等做了优化控制方案,更有效的提高全厂自动化控制水平,从而减少运行、检修人员的工作强度和工作时间,提高了生产效率,降低了整体运营成本。以下介绍由和利时DCS实现的四川内江生活垃圾焚烧发电厂项目的新世纪垃圾焚烧炉的应用案例。
新世纪垃圾焚烧炉项目全厂DCS系统网络结构图如图1所示。
DCS系统配置7个过程控制站,分别为:ACC系统控制站、余热锅炉控制站、烟气净化控制站、汽机控制站、DEH系统控制站、公共系统控制站和化水系统控制站,完成对整个垃圾焚烧发电项目各系统的监视和控制。
监控操作站的配置:DCS系统共配置5个操作员站(分别为:锅炉OS1、锅炉OS2、汽机OS3、汽机OS4、公用OS5)、1个工程师站、两台历史数据服务器。
全厂DCS系统控制范围:垃圾运输的称重汽车衡系统,焚烧炉辅机及ACC系统,余热锅炉,烟气净化系统,汽机本体、辅机及DEH系统,化水系统,全厂公用系统。
4 关键过程控制
新世纪二段往复式垃圾焚烧炉的自动燃烧控制技术采用了锅炉蒸发量和炉温稳定控制原理,以保证焚烧炉根据设定的数值实现稳定、可靠的运行。其自动燃烧控制策略所有环节均由DCS控制,如:锅炉蒸发量控制策略、焚烧炉料层厚度控制策略、炉膛温度控制策略、烟气含氧量控制策略等。
4.1 锅炉蒸发量控制策略
新世纪炉排自动燃烧控制技术中,主要是依靠控制逆推炉排下的一次风量和给料器速度来调节控制垃圾焚烧炉的蒸汽蒸发量。具体来说,新世纪软件的设计思想是优先考虑调节逆推炉排下面四个段一次风的风量来调节控制蒸汽量。实际上,一次风量增加,垃圾焚烧加快,垃圾厚度自然下降,这时自然就需要增加垃圾给料量。所以,新世纪在自动燃烧控制技术中,采用这样的控制策略就成功避免了其他垃圾焚烧炉由于给料量增加太多,烧不透的现象。
一次风温度通过一次风蒸预器来控制,通过自动控制来调节风门的开度来控制一次风温度,一次风温度一般控制在250℃~270℃,公共风室风压一般控制在2500pa以上,各风室(一次空气室)风压一般控制在1500pa以上。
4.2 焚烧炉料层厚度控制策略
垃圾层厚度控制系统监控炉排上垃圾层厚度,根据监测到的料层厚度调节推料器速度和干燥炉排速度以保持料层厚度给定的设定值,同时,辅助调节燃烧炉排速度和燃烬炉排速度。控制料层维持在一定范围内,确保垃圾料层过厚而导致燃烧不充分。(如图2)
4.3 炉膛温度控制策略
控制炉内温度能保持炉内的温度稳定,以维持锅炉负荷和减少烟气中污染物排放。为了控制炉内温度,由测量所得的炉内温度T1、炉顶部烟气温度T2和烟气流量Fg,经过运算公式运算得出炉膛温度。控制炉温维持在一定范围内。实现二恶因产生的最小化控制。(如图3)
焚烧炉正常运行时,炉膛温度联动辅助燃烧器的启停:(1)TR
4.4 烟气含氧量控制策略
烟气中一氧化碳与氧气的浓度和炉温密切相关。当供风不足或过量会导致低炉温下燃烧不充分,一氧化碳浓度就上升,氧气浓度下降,通过调节二次空气流量以保持氧气浓度高于给定SV时的浓度,确保焚烧炉燃烧充分,降低烟气中一氧化碳浓度。(如图4)
5结束语
新世纪二段往复式垃圾焚烧炉针对国内城市生活垃圾低热值、高水分的特点而设计(适应垃圾低位热值:4000~7500kJ/kg),进料垃圾不需要预处理;生活垃圾可经料斗和推料器直接送进炉膛内连续焚烧;不需要经常起炉或停炉。其技术成熟,设备可靠,具有适应热值范围广、负荷调节能力大、可操纵性好和自动化程度高等特点。其控制系统采用和利时公司的DCS系统,通过DCS系统配置的专业算法和优化方案,更有利于焚烧炉自动燃烧管理的实现,降低操作人员劳动强度,确保焚烧炉稳定、完全燃烧。通过四川内江等多个项目的成功应用,将垃圾焚烧技术减容减量、资源化、无害化的优势体现出来,对垃圾焚烧发电技术产生了积极的影响。
引言
工业垃圾是指工业生产过程所产生的废弃物。与生活垃圾相比,工业垃圾的破坏性更强,且工业垃圾处理过程有可能对生活环境造成破坏,因此必须高度重视对工业垃圾的处理。常见的工业垃圾处理技术包括焚烧处理、固化处理、卫生填埋等,但工业界往往把焚烧技术看作工业垃圾处理的最终选择。若想有效控制工业垃圾焚烧处理的效果,则必须提高对工业垃圾焚烧过程的控制。随着计算机技术的发展,自动化技术也呈现出迅猛发展的势头,同时工业垃圾焚烧自动化运作对热工仪表功能及性能的要求也越来越高,如此便要求热工仪表必须尽快从技术角度及设备角度进行改进。为此,文章作者结合实践经验,浅析工业垃圾焚烧热工仪表自动化技术的应用。
1 工业垃圾焚烧热工仪表自动化技术的概况
热工仪表是指热工控制仪表,此乃工业垃圾焚烧的中枢系统,同时也是实现热工自动化的重要部件。工业垃圾焚烧的热工仪表是指用来捕捉及调控工业垃圾焚烧运作参数的控制性仪表。此热工仪表是由高智能型设备仪表、现代电子信息技术及热能控制理论有机结合而成,具体包含程控仪、变换器、传感器等部分,同时各部经电缆线连接起来,由此确保连接线路的完整性及控制系统的可靠性。据此可知,工业垃圾焚烧热工仪表的最大优势是把高新热能工程理论与智能化监管能力结合起来,由此实现工业垃圾焚烧运作的科学性、可靠性、经济性。目前,市面销售的热工仪表的种类较多,比如气动型、电动型、液动型、混合型、自力型热工仪表(按能源分类);DCS型、组装型、单元组合型、基地式热工仪表(按结构分类)。工业垃圾焚烧热工仪表自动化运作是指工业垃圾焚烧过程,对数据的测量及信息的计算处理进行自动化调控,同时实现自动预警等。实践证实,工业垃圾焚烧的热工自动化仅依靠热工控制仪表及相关自动化设备便可实现。因为工业垃圾焚烧运作过程,热工仪表发挥着关键性的作用,因此热工仪表的选择必须慎重,同时必须确保所选热工仪表的质量及性能,由此改善热工仪表的自动化条件。为此,下文着重谈论工业垃圾焚烧热工仪表自动化技术的应用现状。
2 工业垃圾焚烧热工仪表自动化技术的应用现状
跨世纪以来,我国工业经济呈现出迅猛发展的势头,同时对工业垃圾的高效处理也变得十分迫切。除此以外,工业垃圾焚烧技术的改进也带动着热工仪表的更新换代,比如自动化控制技术,进而实现热工仪表性能更好且运行更可靠,并最终实现工业垃圾焚烧效率最大化。
据调查结果显示,DCS系统现已被广泛应用到工业垃圾焚烧领域,且此系统对提升热工仪表自动化控制的安全适用性及经济可靠性非常重要,同时也对提高热工仪表自动化控制水平意义重大。DCS系统(又称集散型或分布式控制系统)是指采用计算机技术把全部二次显示仪表集中显示到电脑上,同时全部调节阀及一次仪表等依然分散安装到生产现场的对应位置。由于现场控制站是DCS系统的核心,所以控制站发生的任何故障均有可能引发严重后果,而若想避免此情况的发生,最好采用在线冗余技术来对DCS系统进行优化升级。DCS系统采用的基础技术包括计算机技术、控制技术、通信技术、CRT显示技术,即DCS系统经某种通信网络把控制室及现场控制站的工程师站和操作员站等连接起来,由此实现对现场生产设备的集中操作管理及分散控制。截至目前,DCS系统与个人计算机(PC)已经能够经可视化操作平台实现完美结合,因此工业垃圾焚烧热工仪表调控过程,DCS系统的操作变得更加方便。除此以外,随着DCS系统与PLC间共通性的增加,DCS接入PLC通讯接口的难度越来越低,如此便可实现信息参数的再加工或共享,进而方便对工业垃圾焚烧热工仪表运作的信息化管理。然而,随着DCS系统功能的增加,DCS系统的应用也遭遇诸多尴尬局面,例如把开关按钮设在控制台上会影响到DCS控制与主控室间的融洽度,进而影响到自动化控制技术的应用效果。DCS系统被广泛应用的同时,FCS系统也被逐渐应用到工业垃圾焚烧炉热工仪表控制领域。尽管DCS系统的应用使自动化控制系统的稳定可靠性明显改善,但就上位机体对信息的需求而言,DCS依然存在诸多缺陷亟待完善。考虑到DCS系统的分散控制性制约着现场整体的控制,因此FCS系统的应用能够实现上位机与热工仪表间的数据信息交换。
3 结束语
跨世纪以来,我国工业经济的发展持续呈现出高速发展的势头,但同时工业垃圾的处理也日渐紧迫。比较多种处理方法后发现,焚烧垃圾具有垃圾减量最彻底及回收热能的优点,因此焚烧已成为处理工业垃圾的主要方式。考虑到工业垃圾焚烧过程存在诸多不确定性,因此必须切实控制好工业垃圾焚烧的运作效率,尤其是对热工仪表运作效率的控制。由此可见,对热工仪表自动化技术的研究具有现实意义。长期以来,DCS系统就被广泛应用到工业垃圾焚烧控制领域。研究表明,DCS系统的应用对提升热工仪表自动化控制的安全适用性及经济可靠性非常重要,同时也对提高热工仪表自动化控制水平意义重大。但是,随着工业垃圾处理量的增加及处理要求的提高,DCS系统的应用应从两方面进行改进,即对DCS系统进行优化升级;实现DCS系统与其他先进技术的融合,进而实现工业垃圾焚烧效率的提高。
参考文献
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