【深度】垃圾焚烧“六化”发展之精细化管控与智能化升级

料层压力传感器

垃圾燃料在炉排上的料层厚度是垃圾焚烧中判断垃圾燃烧状况的重要工况因素之一。料层厚度迅速下降，表示燃烧速度过快，需要进行补料，减风等操作，料层厚度下降速度缓慢，表示燃烧不足，需要暂停进料，加风等操作。直观理解，如果能精确的掌握炉排各段的料层厚度，可以更加精确的指导人工操作。

近三到四年，国内一些垃圾焚烧电厂开始在现有的炉排炉系统内安装料层压力传感器，通过炉排上下的粗略的风压压力差，来间接计算或者反映料层厚度。欧洲的一些垃圾焚烧电厂在上世纪90年代就已经做过类似压力差传感器探索，但是经过若干年的实际运营，结构上的技术难点一直无法克服，现在基本已经弃用。首先，来自于炉膛的各个二次风送风口的气流对风压传感器会造成较大干扰，任何气流的变化都会在料层不变的情况下，读数都会产生较大变化。此外在横截面上，垃圾燃料的形状随机，在炉排上呈不规则分布，也会打乱气流。因此，风压传感器测量的数据，只有在垃圾均匀分布，气流稳定的情况下才有参考价值，但是这种情况只是实际生产中属于少数。第二，风压传感器的测量值要通过公式计算才能转换成量化的料层参数，每个炉排炉系统的这个公式都需要长时间的试验数据才能确定，很难与燃烧的状况直接挂钩，再加上上述的随机因素，公式计算的结果也经常不稳定。目前欧洲的垃圾焚烧电厂的此类料层压力数据，会进入DCS系统，在系统中显示，但是不会作为控制燃烧的参考。

高参数发电

近些年，通过提高提高蒸汽的温度和压力的高参数发电，成为了国内部分垃圾焚烧电厂的研究方向，通过提高发电效率来实现创效增收。

类似的高参数发电技术路线，在大约20年前，在一些欧洲的垃圾焚烧电厂就被提出，并且开展了提高垃圾焚烧的蒸汽温度和压力的高参数试验。在高参数发电试验的初期，试点电厂通过大概六到十二个月的时间改进了针对高参数的燃烧工艺改进，效果明显，在燃料质量基本不变的情况下，发电效率得到了比较明显的提高，普遍不低于15-20%。但是德国，法国和西班牙三家进行了高参数发电试验的电厂，都在锅炉内壁等换热系统部件发生了比较严重的腐蚀。主要由于垃圾燃料的复杂组分，在新的燃烧工艺下，烟气通道内的高温金属盐成分造成的腐蚀速度远大于原有的燃烧工艺，导致了系统故障率上升，多次发生受迫停机。之后为了继续进行高参数发电试验，几家电厂提高了换热系统零部件的材料参数规格，只有一两家电厂在使用了成本相当高的高抗蚀钢材后，问题有所改善，但是依然需要缩短锅炉系统的维护周期。因此在试验项目在第三年以后，由于维护费用过大，基本没有经济效益，上述的几个试点电厂都取消了高参数发电。目前欧洲基本上没有采用高温高压的高参数运营的垃圾焚烧电厂。

相对于欧洲的技术方案，国内的一些垃圾焚烧电厂，比如康恒环境，采用了炉外再热技术方案，避免了高温水蒸气对汽轮机造成的直接冲击，可以大幅度降低系统故障。目前试点项目已经实现了可观的发电效率提高，可以期待下一步的长期反馈。

综上所述，欧洲的垃圾焚烧电厂与国内的垃圾焚烧电厂规模相似，在中大型炉排炉的运营经验积累丰富，并且在工业智能化已经走在前面，更适合中国垃圾焚烧行业参考和学习。

智能化垃圾焚烧系统的构建

垃圾焚烧电厂的智能化技术的核心需求就是燃烧过程的优化和灵活满足不同的运营需求。在智能化的实施和部署中，首先需要搭建更完善的传感器系统，提供更多的有效数据，然后建立更精准的燃烧模型，用实时数据来反映燃烧工况，最后通过优化控制算法实现燃烧控制的决策。

更全面的传感器系统

在工业的智能化时代，出现了大量参数更高，性能更好的新型传感器，在以前不能收集数据的场景细节收集数据，或者在更大的范围内更精确的收集数据。同时也有很多软件层面的进步，利用现有的传感器技术，配合先进的数据处理技术，通过模型来实现以前不能实现的测量目标，属于软传感器系统。比如在下图描述的完整的炉排炉传感器系统，就包括了三种不同的摄像头和属于软传感器的热通量传感器。

图3完整的炉排炉传感器系统

烟道摄像头与前面介绍的炉尾摄像头比较类似，属于高温工业摄像头，可以通过在烟道的俯视角度来监测二恶英分解温度是否达标，分析烟气的气体成分，并且在此角度判断火焰的焰心位置。焰心判断的示例如图4所示。

图4烟道俯视焰心位置判断

投料摄像头安装于料仓的投料口，可以通过长期的学习过程，识别投料的图像特征和相应的燃烧反馈，间接的在投料步骤初步判断垃圾组分和热值。

热通量传感器是德国Powitec公司的专利技术，在炉排位置的炉壁两侧对称布置多组热通量传感器，在燃烧区间上测量动态的热力场变化，即燃烧产生的能量密度变化，从而转化成炉排上的火焰的三维形状和位置。热通量传感器硬件技术简单，但是对燃烧模型精确度要求较高，需要通过实时数据处理算法进行计算。目前在欧洲，热通量传感器已经大量应用于煤粉炉，炉排炉和回转窑等燃烧系统，用于火焰形状和位置的监测。

类似的传感器系统架构，在欧洲的垃圾焚烧电厂已经得到了广泛应用，大部分电厂起码安装了两种以上的上述传感器，并且传感器系统的数据都已融入了智能控制系统。国内目前已经有燃煤电厂的660MW机组安装了热通量传感器系统，作为燃煤锅炉的实时数字孪生燃烧模型重要数据源一部分，实现了20%的深度调峰。

编辑：李丹