【深度】垃圾焚烧“六化”发展之精细化管控与智能化升级

在欧洲比较先进的垃圾焚烧电厂，DCS的主要数据和实时火焰图像直接提供给负责投料的行车班组，由行车班组对当前的燃烧工况进行判断，并且进行配料，控制投料时间，主要负责对垃圾燃烧的控制。在对入炉燃料已经有了一定程度的控制的情况之下，再由司炉班组对炉排和进风进行较为平缓的调整。因此整个控制流程更加细腻和稳定。

对比两个运营模式，后者在工艺的前段，已经在一定程度上避免了燃料组分的不确定性，能让每次入炉的垃圾组分尽量一致，并且控制投料频率，保证炉内料层一致，进而减少了工艺中后道的频繁调整。

后一种运营模式在中国的推广有一定的客观难度。垃圾焚烧行业在中国的发展时间不算太长，司炉方面的运营人员主要由之前燃煤电厂转移，并且知识结构也是以燃煤电厂的知识体系为主。行车班组的人员构成，基本上以行车司机为主，相对缺乏对燃烧控制或者工程热力学的知识，所以只能执行相对僵化的料仓操作。后一种先进的运营模式，对行车班组的人员素质要求较高，可以理解为有行车操作能力的司炉工程师，此类运营人员在国内非常缺乏。

在国内的垃圾焚烧电厂的智能化推广和实施中，应该着重利用各种新技术，尽量辅助和替代运营人员，弥补运营人员经验和素质不足的缺陷，达到提高运营水平的目的。

垃圾焚烧行业其他国家的技术发展经验

日本的垃圾焚烧技术特点

日本的垃圾焚烧行业发展年代早，而且生活垃圾的焚烧比例非常高。日本也给中国垃圾焚烧行业带来了很多借鉴。时至今日，中国的垃圾焚烧电厂依然在硬件设备和运营技术等软件方面向日本学习。比如，不少国内的炉排炉制造商在日本三菱、日立造船等厂商现有炉型上进行改进，合作开发新型炉排炉，引进吸收日本的精细化的日常运营。

受到服务面积，项目密度和商业模式的影响，日本的1250个垃圾焚烧项目，单炉超过350吨/日处理能力的仅有36座。350吨/日处理能力的单炉在我国属于典型的小型焚烧炉。国内的新建项目多为大于500吨/日处理能力的单炉，甚至750-1000吨/日处理能力的单炉。在一定程度上，日本的经验可以放大炉型，帮助基础设施建设，但是日本的垃圾焚烧行业本身并没有很多此类大型项目的运营经验。

大型炉排炉系统的操作和中小型炉排炉系统非常不同，从垃圾堆料发酵和投料，到燃烧过程中对推料棒，炉排和风量的控制，以及最后环保系统的运营。上述几个关键环节，在不同的垃圾处理能力数量级和服务范围的条件下，有很大区别。

除了锅炉等硬件设施之外，国内也对日本的控制和运营技术进行了借鉴和引进。比如日立公司在中国销售的一些炉排炉项目，配套了相应的自动燃烧控制系统（AutomaticCombustion Control，简称ACC系统）。该技术可以做到在垃圾热值稳定的情况下，无需人工介入，仅以DCS系统的温度和压力数据反馈为基础，通过预设规则的固定算法来计算炉排控制和风量控制。日立公司的ACC系统是在德国Deutsche Babcock Anlagenbau公司90年代研发的ACC系统上改进，属于基于规则的传统PID系统，该系统在日本本土应用较多。日立ACC系统部署调试周期较长，需要多次根据锅炉运行的燃烧结果数据调整控制节点的阀值，投产运行之后，可以做到60%-70%的运营时间无需人工介入。但是如果燃烧过程产生较大波动，该系统可能无法保证自动燃烧控制，需要切换至人工控制，将燃烧状态调整回比较稳定的状态后才能继续自动燃烧控制。目前在欧洲的波恩和哥本哈根等垃圾焚烧电厂已经使用更新的传感器系统和智能化系统取代了类似的ACC系统。

从互联网时代开始，日本工业长期的保守思想制约了传统优势工业与新技术的结合。作为工业智能化核心技术的数据技术等方面，并不是日本长期的科研重心。因此在工业的智能化方面，逐渐落后于欧美，正在被中国慢慢追赶，甚至在个别领域开始超越。因此国内垃圾焚烧行业在智能化的升级过程中，应该有选择的学习和引进日本技术。

欧洲的垃圾焚烧技术特点

西欧国家是垃圾焚烧行业的发源地，甚至日本早期也是从德国瑞士引进了炉排炉技术作为垃圾焚烧的基础。德国作为工业4.0的发起者，多年前就和西欧其他工业发达国家开始了基于新一代传感器，通过新型传感器实现工业智能化的研发部署。利用新型数据，并配合现有数据技术进行融合，最终形成基于数据的先进控制技术的工业生产智能化进程。下面先介绍一下欧洲垃圾焚烧行业的一些智能化的经验。

炉尾高温摄像头

欧洲的垃圾焚烧电厂很早就普及了安装于炉排炉炉尾的耐高温摄像头，其中法国HGH公司的产品占领了欧洲95%的市场，产品品质在过去的30多年中得到了客户的认可。国内一些新建的垃圾焚烧电厂也装备了类似的耐高温摄像头，下面首先直观的通过实际成像对比一下国内的应用场景和HGH产品。在最基本的成像品质上，HGH高温摄像头基本可以保证所有的运行时间内提供下图的成像效果，而国产品牌摄像头经常会因为炉膛内飞灰和对焦问题，需要手动操作和调整。

图1高温摄像头成像对比。左图为HGH摄像头，右图为国产品牌。

图2 HGH摄像头使用现场, 德国Powitec公司2005年摄于荷兰某电厂

在硬件层面，HGH高温摄像头的成像核心是大动态范围的中分辨率工业级传感器，经过军工级黑体校准，测温精度比市场同类产品更高，长期稳定性更好，更适合炉排炉的应用场景。国产品牌主要采用民用机高分辨传感器，动态范围难以满足炉排炉的火焰图像。在配套软件上，HGH摄像头的配套软件能实现对炉膛炉排的自动对焦，通过除灰算法，增强成像质量。在智能化的应用中，HGH摄像头的软件可以直接输出炉膛火焰的温度分布数据，火焰形状数据至DCS系统，而目前的国产摄像头品牌基本只能提供图像信号输出。另外，HGH高温摄像头自带过热保护退出系统，在摄像头制冷系统失效的情况下，自动将摄像头退出至安全位置，目前国产品牌尚未实现此功能。

编辑：李丹