垃圾电站给水控制逻辑分析及优化

摘要：本文对成都隆丰垃圾电站主给水自动控制逻辑进行分析，探明其发生震荡及滞后的原因，制定了用垃圾炉排上部一区温度做温度线性微分叠加前馈修正主给水逻辑优化策略。通过控制逻辑优化后，有效的提高了主给水控制系统的抗干扰性。

关键词：自动控制；主给水；线性微分；前馈

1 引言

近年来，在“垃圾围城”日益严峻的形势下，垃圾焚烧发电作为“减量化、无害化、资源化”处置生活垃圾的最佳方式，引起国家高度重视与关注。根据今年年初出台的《“十三五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》，“十三五”期间，全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设总投资约2518.4亿元；到2020年城镇生活垃圾焚烧处理能力要占总无害化处理能力的50%以上。

在人们的日常生活中，不可避免的都会产生大量的垃圾。如果不对这些垃圾进行有效的处理，将会极大地影响人们的生活环境，甚至对对人们的身体健康造成威胁。目前，焚烧是处理垃圾的主要方式之一，但在焚烧垃圾的过程中，除了会造成二次环境污染外，还会造成资源和能源的浪费。因此，在垃圾处理中，可以采取垃圾焚烧发电的方式。提高垃圾的再次利用率。

由于我国的垃圾分类还处于初级阶段，不少市民对生活垃圾分类缺乏明确认识。这就造成了垃圾的热值极度不稳定，这种现状也就造成了余热锅炉给水的蒸发量也不稳定，从而极大的影响了给水自动控制系统的快速性与准确性。

2 现状分析

成都隆丰环保发电厂可处理城市生活垃圾1500t/d，全年约为54.7万吨，采用焚烧处理工艺，3台往复式机械炉排焚烧炉配3台余热锅炉，2台凝汽式汽轮机组，发电机的额定容量为15MW。由上述简介得知本项目采用的供气方式为三炉蒸汽供两台汽轮机使用，因此本项目为母管制系统。所谓母管制系统为发电厂所有锅炉的蒸汽引至一根蒸汽母管，再由母管分别引导汽轮机和其他用汽处，这种系统称为母管制系统。

在母管制系统中，由于母管系统中的压力将是一个稳定量，增大垃圾炉排的燃烧量，只是增加了蒸汽的流量。因此总蒸发量与单台炉给水之间的关系就不是常规的线性关系了。再加上本电厂的垃圾的复杂性及多样性，垃圾热值的不稳定性及其严重。因此常规燃煤电站的给水控制策略已不能满足垃圾电站的稳定运行。

本电站配备的为四台变频给水泵，同样采用母管制。每台炉配一个给水主调节门，一个给水旁路调节门。通过控制调节门的开度来保证汽包水位在合理的范围内。旁路调节门在蒸汽量<20%时使用，主调节门在蒸汽量>30%使用。根据以往的经验，初步的控制策略为：旁路门采用单冲量控制策略；主调节门采用给水三冲量控制策略。所谓给水三冲量控制策略，是指给水自动调节器根据汽包水位脉冲、蒸汽流量脉冲和给水流量脉冲三个脉冲信号进行汽包水位调节的。因为给水自动调节的对象是汽包水位，所以汽包水位是主脉冲信号。汽包水位反映了蒸汽流量和给水流量之间的平衡关系，通常是蒸汽流量因锅炉负荷变化而改变时，在给水流量未改变之前，因平衡破坏才引起汽包水位变化的，即蒸汽流量变化在前，汽包水位变化在后，所以蒸汽流量脉冲称为导前脉冲。调节器接受导前脉冲或主脉冲信号后，发出改变给水调节阀开度的信号，给水流量改变的脉冲又送至调节器。这种控制策略为经典控制策略，在热值稳定的燃煤机组中应用广泛。

结合实际情况，垃圾炉在低负荷下，采用天然气做助燃，而不投入垃圾。天然气的热值很稳定，旁路门单冲量控制策略可行。

但是在垃圾炉大负荷情况下，即投入垃圾后，给水三冲量控制策略就不能满足生产的要求。下图为投入主调节门自动后，汽包水位出现发散状。

3 控制逻辑优化策略

根据上述分析的问题，汽包水位的波动最主要的因素为垃圾燃烧热值的不稳定。造成这种情况的有两个关键因素：1.推料器速度；2.炉温变化快

3.1推料器速度前馈叠加

垃圾推料器是通过内置在液压缸中的磁致伸缩探测器和电磁比例流量控制閥来进行位置控制而一直保持同步，通过推料器的向前运动将垃圾溜管内的垃圾往炉排推，当推料器退到尽头时，由于重力的关系，上方的垃圾落入刚刚腾出的空间，接着由推料器的下一个前进动作，把垃圾推到炉排上。因此，推料器的速度直接影响着燃料的供应。

既然推料器的推进速度对燃烧的影响如此大，如果将推料器的速度直接叠加在给水控制系统主调节器的前馈上，即当推料器速度改变时，迅速的改变主调节器的输出，对辅调节器增加一个同向的增量，问题是否可以解决？带着这样的设想，对给水进行了一次试验验证。

通过试验验证，推料器速度对水位影响并不是很明显。如果将推料器速度进行单纯的叠加，不能对水位起到超前调节的效果。如果正向叠加，可能会造成给水系统震荡，严重时会造成水位达到跳机值。造成机组停机的严重事故。

3.2 炉温前馈叠加

垃圾炉的炉温由两个变量影响，一为炉排的速度，二为一次风风量。

成都隆丰垃圾电厂的炉排是四川川锅生产的，炉排主要由三部分组成，干燥炉排，燃烧炉排和燃尽炉排。垃圾在干燥炉排上干燥、在燃烧炉排上燃烧、在燃尽炉排上完全燃尽。因此，燃烧炉排是垃圾主要燃烧的部位，也是炉温的直接转换点。而一次风给垃圾的燃烧提供了氧气，一次风量的大小也会影响垃圾在炉排上燃烧的好坏。但是由于垃圾热值的不稳定导致垃圾炉排速度及一次风量变化频繁，综上两个变量，最后决定利用两个变量的结果即炉温进行给水的修正。

通过曲线观察，炉温相对于给水的控制有超前环节。

炉温测点很多，如果直接所有的炉温去平均值，会造成温度偏差过大，如果其中一个出现了坏点，将会影响逻辑对炉温的判断。垃圾炉温分为三个区，分别为一区，二区和三区。其中一区温度靠近炉排，能够快速反应垃圾燃烧的好坏，对后面两个区的温度也会有较大的影响。因此，采用了炉膛一区温度作为取样点。由于炉温在30%以上负荷时，温度变化较小，为了放大炉温的增量变化，此项逻辑修正引入了线性微分环节。其主要实现的功能为锅炉温度细小变化经过微分增量变大，变化增量与温度的变化速率有关。最能表征炉温变化的趋势。增加限幅块的目的，为了防止炉温变化速度太快，导致微分增量太大，会造成控制器的超调。微分增量经过限幅后再乘以系数3，由3倍增量直接叠加到控制器前馈。

由图1可以看出，经过了线性微分修正，汽包水位控制趋于平稳，静差为14mm。达到预期的效果。

4 结束语

本文通过对垃圾炉给水控制系统逻辑的分析，对给水三冲量逻辑进行炉温线性微分前馈的叠加，提高垃圾电厂给水自动控制的可靠性及稳定性。

参考文献

[1]胡寿松.自动控制原理（第五版）.科学出版社，2007- 6

[2]李举扬.垃圾焚烧发电厂焚烧炉的选型研究[J].科学中国人，2015（10X）.

[3]叶涛.热力发电厂第三版 中国电力出版社 2014- 02

作者简介：郭磊，34岁，工程师，调试公司热控室专工，从事电站热控调试工作