垃圾焚烧发电自动控制系统的研究与实现

闫玉龙

身份证 370785199611088977

摘要：随着我国城市的发展，产生的垃圾也越来越多，大量的垃圾严重影响了我国生态的可持续性发展。垃圾焚烧发电作为一种较为便利的垃圾处理方式，对环境将产生较大影响。垃圾焚烧发电控制系统的效性的原则，使垃圾焚烧发电自动控制系统的价值得到充分的研究对保护自然环境及能源优化有着重要意义，本文分析垃圾处理的工艺流程，构建垃圾焚烧发电厂自动控制系统。

关键词：垃圾焚烧发电；自动控制系统；实现

引言

在我国经济快速发展的大背景下，人民的生活水平在不断地提高，同时随着生产生活所产生的垃圾也在与日俱增。垃圾焚烧发电的处理方式凭借着其优越性在垃圾处理市场占有率不断增加，已经大大超过了垃圾卫生填埋的处理方式。该处理方式得到了全国性的应用与推广。垃圾焚烧发电的这一垃圾处理方式，在处理垃圾，降低环境污染的同时，又利用垃圾焚烧时所产生的热能来发电，这种环保的处理方式在国际上受到了广泛青睐。本文对垃圾发电这一项目的研究目的就是在垃圾燃烧过程中尽可能产生多的热量，提高机组效率。

1垃圾焚烧发电自动控制系统

基于环境保护的垃圾焚烧发电自动控制系统，主要是将人们的生活垃圾，利用焚烧装置在高温下焚烧产生热能转化为高温蒸汽，推动汽轮机发电，以此形成一套具有生态循环性质的垃圾焚烧发电自动控制系统。这个过程中，垃圾焚烧系统主要是对相关数据采集和控制后，通过调试使其能够达到炉排速度自动控制、蒸汽流量自动控制、焚烧风量自动控制等功效，结合实际具体情况做好对应参数设定，以此形成一套完整的自动控制系统；实现自动控制焚烧、自动控制风量的模式，同时将其与发电系统进行对接，使发电机能够从中获取电能自动转化所需能源，保障高效处理垃圾效率的同时，突出其生态环保性。

2垃圾发电厂自动控制的实现方案

2.1垃圾发电厂控制的主要特点

（1）I/O点数有限，投资较小，趋向于采用一体化的控制系统，有时，汽轮发电机组会单独配置控制系统。（2）由于控制系统规模相对小于火力发电厂，一般采用集中监控方式，通信协议和接入方式呈多样化。（3）为了改善焚烧炉的燃烧状况，提高热量输出，尽可能地适应蒸气负荷的变化，往往配置自动燃烧系统(ACC)系统。（4）由于发电量远小于常规火电厂，热源又不太稳定，垃圾发电厂的汽轮发电机组一般不参与电网调峰、调频，故数字电液控制(DEH)的控制方式相对简单。

2.2控制系统的设计原则

（1）先进性。选择适合流程工业的DCS作为主控设备，以实现复杂的控制逻辑、图形化的人机界面和集中式监控。（2）可靠性。为了确保控制系统的可靠性，DCS的控制器、电源模块和通信链路均应采用冗余配置。当出现故障时可以自动切换，可确保控制系统的安全运行。（3）集成性。将主机系统、辅机系统和辅助车间系统的测控点尽可能地接入DCS，构成高度集成化的控制与监控平台，以提高控制系统的总体水平、降低运维成本。（4）开放性。DCS应具有开放架构，可以使用ModbusＲTU、ModbusTCP、Profibus-DP或Profibus-PA等现场总线通信协议，实现与现场仪表、执行机构和PLC的数据交换，也可以借助OPC协议上传过程数据。（5）可扩展性。DCS要留有一定的扩展余地，I/O通道一般预留20%，还要有增加I/O卡件的空间，以适应控制系统规模的有限扩充。

2.3网络架构的规划

DCS的典型网络架构可以采用两层网络、三网配置。两层网络是指操作层网络和I/O层网络。前者主要提供了操作员站、工程师以及其他工作站与控制器之间的通信链路，采用工业以太网，使用TCP/IP协议;后者提供了I/O卡(或I/O站)与控制器之间的通信链路，采用Modbus、Profibus或CAN现场总线。为了保证DCS通信的可靠性，操作层的实时通信网络和I/O层网络均采用冗余配置，即网络通信设备和通信链路均为冗余。

3垃圾焚烧发电典型的复杂控制方案

3.1自动燃烧控制系统

在自动焚烧炉中引入自动燃烧控制系统，主要用于垃圾焚烧炉的各种相互关联且呈非线性的工艺参数的监视与控制。自动燃烧控制系统通过控制焚烧炉的炉排速率，来稳定焚烧炉中的垃圾量与堆积层的厚度，以确保其预先设定的蒸发量，由以下五个子系统构成。锅炉中产生的蒸汽量为主参数，并加入氧气参数的反馈调节进（1）垃圾层厚控制系统。首先该系统通过测量燃烧炉排的上下压差，以此计算出燃烧炉排中的垃圾层厚度。再次通过控制炉排速率来使得上面测得值的稳定。该系统不单单保证了炉内垃圾层厚的均一，也保证了垃圾处理量的稳定。（2）蒸发量控制系统。通过之前垃圾层厚控制系统对垃圾层厚的控制，再通过控制进入炉内的空气量已达到控制蒸发量的目的。在这里也可以对产生烟气中氧含量的的数据作为补充变量来提高系统的稳定。（3）炉温控制系统。当垃圾中的平均热值增加，或垃圾处理量增加时，会导致炉内温度的迅速升高，从而导致氮氧化合气体及飞灰的产生。由此就应用到了炉温控制系统，通过主燃烧区中产生的一次风量来控制进入燃烧室的二次风风量，通过二次风来校正一次风的风量，使其达到一个稳定的空气过量系数。（4）降低热灼减量控制系统。该系统通过炉排上部分的温度来控制进入的空气量，以此来加速炉排上层垃圾的燃尽速度。当上部温度降低时，减少通气量，以此防止过度冷却现象的发生，使垃圾可以充分燃烧。（5）氧气浓度控制系统。通过对进入炉内的二次风进行调整，控制焚烧炉出口烟气的氧气浓度在正常的范围。自动燃烧控制系统中的各个子系统采用单回路的控制方案，或者是多从变量共同调节的控制方案。可以把它看做是控制工程中基于多参数运算的复杂控制系统。

3.2垃圾焚烧锅炉汽包水位三冲量控制方案

汽包水位三冲量控制系统能够克服“虚假水位”对水位控制系统造成的影响。将水位信号经过汽包的压力补偿，作为系统的主信号输入，同时又引入蒸汽流量信号作为前馈，抵消虚假水位的影响。该控制方案对汽包水位参数采用三取中的处理方法，这样的优势在于当其中有一路水位信号出现故障偏差时，也可以由其他两路信号来进行调节运算，由此提高系统的稳定程度。

3.3给料炉排控制方案

该系统对堆料器和液压系统进行控制调节，实现控制燃烧炉进给料的数量。这就是给料炉排控制系统。该系统根据焚烧炉的燃烧情况，来调节进给料的速度，以此来调节燃烧室中垃圾层的厚度。控制人员通过分散控制系统的操作终端，将预定值输入至系统中，并通过ACC系统的运算完成对堆料器速度的控制。以锅炉中产生的蒸汽量为主参数，并加入氧气参数的反馈调节进给料的速度。同时也可以由操作人员通过DCS系统介入，以修正控制参数。

结束语

本文从保护环境的角度来对垃圾焚烧发电自动控制系统进行研究分析。该种处理方式目前已经在我国的垃圾处理领域占有举足轻重的地位，但是由于垃圾焚烧发电的处理方式中涉及到很多的技术手段，突出的技术难题也相对较多。因此，应严格按照其操作规范进行设计和应用，设立相关的规范标准是我国在垃圾燃烧发电领域可以稳定发展的关键。

参考文献

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