【深度】垃圾焚烧“六化”发展之精细化管控与智能化升级

近年来，我国垃圾焚烧行业新增项目释放速度持续放缓，伴随政策调整“补贴退坡”，垃圾焚烧行业的关注焦点会逐渐从新项目开发转移到已运营项目的精细化管控及智能化升级。同时，在中央政府的《“十四五”数字经济发展规划》中，强调了数据要素在工业生产中的重要性，海量工业数据也是垃圾焚烧行业实现精细化和智能化的技术基础。本文从垃圾焚烧行业的中国发展现状出发，探讨垃圾焚烧电厂开展精细化、基于数据的智能化运营的方法论和技术要点，并介绍欧美日本等国的技术发展经验。

垃圾焚烧电厂智能化运营的前提与基础

作为环保产业与火力发电的交叉行业，垃圾焚烧行业有自己独特的运营特点和目标。在传统工业自动化发展日趋完善的今天，基于数据技术和数字技术的垃圾焚烧行业的智能化转型，是垃圾焚烧行业走向未来的必经之路。

垃圾焚烧电厂运营理念的转变

从日常运营的角度看，垃圾焚烧电厂的核心运营目标是在当前的硬件设备基础上，在严格执行环保达标的前提下，提高经济效益，降低运营成本。

垃圾焚烧电厂的设计交付到人工运营，在系统控制理论中，属于静态建模的框架。根据若干典型的燃料组分，若干典型的燃烧工况，和初始的燃烧系统模型，设计相应的控制策略，汇编成为操作手册，交付给运营人员。我们可以理解为，垃圾焚烧电厂的运营，是由运营人员，在每一个独立的时间节点，根据燃烧工况，选择一个预置的控制策略。在这个框架内，同样存在三个不可避免的问题：燃烧系统模型的准确性，控制策略的不完整性和控制策略的离散性。

1.在锅炉设计阶段，燃烧系统模型属于以理想状态的理论模型为主，配合少部分经验化的参数进行微调。而对于实际交付的锅炉系统，与理论模型的偏差，一方面来自于锅炉的生产、安装、调试中的变化，另一方面来自于锅炉的长期使用，损耗、维护和修改。

2.锅炉系统的操作手册，会考虑若干典型燃烧工况。过于复杂的操作手册对于运营人员，尤其是较为缺乏经验的初级运营人员，非但起不到帮助，反而会造成不必要的误解和延误。但是实际生产中的燃烧工况非常复杂，有着细微差别的不同工况可能会归类到同一个典型工况，缺乏细分的控制策略，并不能保证最优的控制策略。

3.现有的锅炉系统操作手册，并没有完全考虑不同工况之间调整转换时造成的波动和影响。更没有考虑一个由多个不同工况和多个控制策略连续转换构成的燃烧过程，属于典型的一阶离散过程。实际的燃烧过程是一个由若干工况构成的连续的多阶过程。在实际的运营中必须考虑各个控制策略之间的因果关系。

由以上几点看出，实际的垃圾焚烧是一个复杂的动态过程。国内的垃圾焚烧电厂在投资规划阶段，会对硬件设备提出较高的设计指标，为了稳定运行提供了较大的运营余量。然而在实际运营的操作中，国内绝大部分的垃圾焚烧电厂采用了偏保守的运营思路，以稳定生产，关注基本指标的安全底线为主要目的。因此国内垃圾焚烧电厂存在一定程度上的发电效率较低，运营成本较高，没有达到最优化经济效益等问题。

为了实现更好的经济效益，首先，垃圾焚烧电厂要考虑对这种稳字当头的保守运营思路进行改变，利用垃圾焚烧行业在国内这些年的经验积累，重新计算和规划自身的潜力，然后去探索更加能发挥自身潜力的运营技术和模式。

垃圾焚烧电厂的燃烧控制

炉膛内的垃圾燃烧控制是垃圾焚烧电厂的生产工艺核心，垃圾焚烧电厂的运营目标取决于垃圾燃烧控制的质量。从工程热力学的角度，垃圾燃烧控制的三个根本性的难点在于垃圾燃料的组分不确定性，人工的控制策略质量，和锅炉燃烧系统的惯性延迟。

1.垃圾燃料的组分不确定性：相对于煤粉作为燃料的燃煤电厂，运营人员可以利用定期的煤质组分数据，甚至实时在线的组分数据作为参考，提前规划燃烧的控制策略。而垃圾焚烧电厂无法提供类似的数据，只能依靠预估的垃圾热值，含水量等粗略的组分数据，随时根据燃烧状况的反馈进行燃烧的控制策略调整。不但运营人员的工作量远大于燃煤电厂，而且频繁的燃烧调整，也会导致燃烧过程的波动。

2.人工控制的策略质量：由于垃圾焚烧过程需要大量的运营人员做出的控制决策，经验不同，素质水平不同的运营人员经常会针对同样工况做出不同的控制策略，导致不同的燃烧过程和燃烧质量。除此之外，运营人员本身的因素也不可忽视，比如长时间高强度工作后的疲劳，情绪等因素，也会造成在同一（班组）运营人员的控制策略质量的不一致，也是燃烧过程波动的原因之一。

3.锅炉燃烧系统的惯性延迟。垃圾焚烧从投料到尾气处理这样一个完整的燃烧过程，需要10-15分钟。因此在运营人员能直接的看到燃烧的两项主要结果，蒸汽生产和排放，已经是若干分钟之前的垃圾燃料在炉排上燃烧的结果。如果蒸汽生产和排放不能达到理想指标，运营人员并不能通过改变当前的控制策略去改善结果。同理，如果运营人员对当前的控制策略进行调整，最终的燃烧结果也会（部分）受到之前几分钟和之后几分钟的燃烧工况的影响。

在垃圾焚烧电厂的智能化改造的规划中，应该在系统的顶层设计，将上述三个难点作为主要的出发点。

高水平的垃圾焚烧人工运营

就人工运营管理而言，国外高水平垃圾焚烧人工运营模式，已经在上述的三个难点上比当前国内的垃圾焚烧电厂更加精细。

在国内大部分的垃圾焚烧电厂，垃圾料仓和中控集控分属两个部门。垃圾料仓的行车班组主要负责根据发酵时间选择燃料，定时投料入炉，并且按照发酵安排进行翻料。中控集控的司炉班组，主要负责根据DSC的实时数据，炉尾摄像头的实时火焰图像，调整炉排和风量。两个班组之间沟通交流有限，主要防止投料不足或者投料过多。在此运营流程中，如果投料产生了较大不稳定，主要由司炉班组去解决，承担了大部分的燃烧控制工作。垃圾料仓的行车班组作业比较固化，并不参与过多燃烧控制决策。

编辑：李丹