浅谈垃圾焚烧炉炉排控制系统摘要：文章以400T/D垃圾焚烧装置为例，介绍了炉排控制系统的控制工艺，并对每个子系统的控制方案进行了详细介绍。
关键词：垃圾焚烧；炉排控制；相位超前；阻力控制引言伴随着中国经济的快速发展和城市化进程不断加速，工业垃圾和生活垃圾问题已成为制约城市发展的瓶颈。
如何治理这些废弃物已成为摆在我们面前急需解决的一个重要课题，现行的垃圾处理主要有卫生填埋、堆肥、焚烧、废品回收等方式。
这几种处理方式都各有其优缺点，其中焚烧处理具有减量效果明显、无害化彻底、占地量小、可回收能量用于供热和发电等优点，符合我国可持续发展战略的要求，正日益受到人们的重视。
目前国内应用较多的垃圾焚烧锅炉主要有炉排型焚烧炉、流化床焚烧炉和回转窑式焚烧炉等几种类型。
常规炉排型焚烧炉可以分为顺推式和逆推式两种形式。
杭州新世纪能源环保工程股份有限公司开发的二段式垃圾焚烧装置是在充分吸收原有垃圾焚烧装置的设计、运行经验的基础上结合两种炉排形式的特点研制的，优于单一的逆推式或顺推式炉排，特别适合于焚烧处理我国城市不分拣的低热值、高水分垃圾，具有适应热值范围广、负荷调节能力大、可操纵性好等特点。
其垃圾焚烧装置在国内具有相当广的市场占有率，我公司作为其焚烧装置的炉排控制系统的长期分包供应商，在大量的工程实践中，积累了丰富的成功经验，但也遇到了广受关注、需要研究的一些问题。
本文以400T/D垃圾焚烧装置炉排自控系统为例，期待能为同行们提供有益的参考和借鉴。
1工艺流程垃圾经过环卫部门收集运送至垃圾焚烧电站，存储在垃圾堆放池中，经抓斗充分混合搅拌后送入落料槽，通过液压式推料机按设定速度加入炉内，垃圾在炉内运动的炉排上燃烧。
焚烧过程中，用于助燃的一次风经预热后由炉排下方的空气室吹入，使入炉垃圾快速干燥、着火和燃烧。
高温二次风由炉排上部的风管高速吹入，使烟气得到充分扰动，以改善燃烧状况。
二段式垃圾焚烧装置分为逆推段和顺推段两个燃烧区域，其主要流程为：抓斗将垃圾从垃圾堆放池送入落料槽，在推料机的推送下进入炉膛，落在倾斜的逆推炉排上，垃圾在床面上不断翻滚、搅拌，完成干燥、着火、燃烧三个过程，随后在逆推炉排末端的料层调节装置上经过一段落差掉入顺推炉排床面上继续燃烬，最后灰渣经出渣机排出炉外。
2系统组成焚烧炉炉排控制系统是垃圾焚烧炉自动控制的核心部分，该系统运行的好坏将直接影响焚烧炉的运行状况和蒸汽产量，进而影响机组的发电量。
焚烧装置的炉排控制系统由PLC来实现，采用基于锅炉蒸发量或炉温稳定控制原理，以保证焚烧炉根据设定的数值实现稳定、可靠的运行。
控制系统采用西门子S7-300PLC为控制核心，配置西门子OP277操作屏完成参数设置、部件调试、手动操作等功能，图1为OP277操作屏初始画面。
控制柜内置7只Bosch-Rexnoth比例阀放大器组件。
炉排控制系统通过PROFIBUS-DP通讯接口可在主控室内进行监控和调整各相关参数。
炉排PLC控制系统通过液压驱动系统控制炉排的启停、运动速度和启停周期等，液压系统由液压泵站、液压阀台以及液压管路等组成。
液压泵站提供驱动液压阀的动力油源，液压阀台集中布置液压比例方向阀、电磁换向阀、同步马达、减压阀、溢流阀、单向阀等组件用以控制炉排片的运动方向和运动速度。
液压系统一般由垃圾焚烧炉生产厂家配供，由炉排PLC系统来完成控制，垃圾炉排自控系统可由料斗系统、逆推炉排、顺推炉排、料层调节系统、液压泵站等系统组成。
图1 OP277操作屏初始画面2.1料斗系统料斗系统分为落料槽挡板门和破桥装置两部分，落料槽挡板门由两只液压缸控制启闭，采用机械刚性同步。
配置双向液压锁来锁定落料槽挡板门液压缸，使挡板门能停在任何位置。
挡板门启闭位置上设有接近开关，利用单向节流阀来调节挡板门运动速度。
挡板门在机组启动阶段炉膛温度未达标准之前关闭，等启动燃烧器后将炉膛升温达到“850℃/2s”标准时打开，机组停运时关闭。
破桥装置由两只破桥液压缸和一只锁定液压缸组成，破桥装置和锁定装置起始位置上分别装有接近开关，两破桥缸采用同步马达确保同步。
锁定液压缸用于破桥装置不用时防下滑保护，破桥缸回位5s后要求锁定缸动作。
配置双向液压锁用来锁定破桥装置液压缸，使破桥装置能停在任何位置。
利用单向节流阀调节破桥装置运动速度。
破桥装置用作结块垃圾的破碎，防止搭桥。
料斗系统一般采用手动控制，垃圾吊司室亦可实现落料槽挡板门开关，但不具有优先权。
推料机设有三组平行布置的滑动平台，每组滑动平台分别由一支油缸驱动，液压缸上外置旋转编码器。
推料机配置前限、后限和中间位置接近开关，由溢流阀控制推料压力，同步马达确保三支推料液压缸同步动作。
比例方向阀的输入电流由伺服比例放大器提供，比例放大器可以将来自PLC的控制电压信号转换成比例方向阀的输入电流改变推料缸运动速度。
推料机炉排是一种垃圾容量分配装置，用来推动垃圾在最佳条件下从落料槽送入燃烧室。
推料炉排不提供燃烧空气，目的是保持燃料供应与燃烧区分隔开（用这种方法可避免在给料槽上发生突然着火）。
推料机自动循环顺控步序：首先推料机从启动位置按设定速度缓慢朝前运动，直至前限短暂延时后停止速度为零。
等待3s后给料炉排按设定速度快速回撤，直至启动位置停止速度为零。
在下一个周期运动前有个停止时间，就这样不断地往复循环运动。
推料机有长行程、短行程两种工作模式。
一般建议在炉排刚启动时选择长行程，使垃圾迅速落到炉排上，正常运行时选择短行程。
如果是选择在长行程工作，推料机工作行程为后限接近开关至前限接近开关。
如果是选择在短行程工作，推料机工作行程为中间位置接近开关至前限接近开关，通过调整推料机中间接近开关位置可以调整短行程实际行程。
运行当中应根据垃圾种类进行调整，灵活选择合适的行程，若行程太大，一次进入炉膛的垃圾过多，造成炉温波动大，影响焚烧效果；若行程过小，则造成供料不上或缺料。
短行程运行时推料机同步累积误差修正在油缸伸至极端位置实现，因此必须设定合适的行程延长时间，使推料机推到前限位置后，继续向前推至极限位置。
每次大幅度改变推料进速度后应重新调整行程延长时间。
其时间设置满足油缸进到极端位置后再停留（2～3）s为最佳。
推料油缸位置和速度通过油缸上外置旋转编码器来测量显示，OP277推料机画面上的棒图对应推料油缸的实际位置，每到零位（油缸完全缩回）时位置信号自动清零。
所以当发现位置信号与实际偏差大时只须将其归零。
推料机控制有如下关键参数需设置：启停控制模式；间隔运行时间；前进、后退速度；原位停止时间；行程延长时间等。
2.3逆推系统三列逆推炉排分别由左中右三只油缸驱动，每只油缸的起始位置均装有接近开关，通过液压缸上外置旋转编码器，OP277逆推画面上能形象地反映各个液压缸的位置和速度。
每支液压缸装有顺序阀，确保故障等情况下液压缸的行程能自锁；液压缸速度由比例方向阀进行开环调节，每支液压缸速度单独可调。
压力补偿器能确保比例阀、节流阀口前后压差基本为恒定值，从而使液压缸的运动速度不受负载变化的影响。
比例方向阀的输入电流由伺服比例放大器提供，比例放大器可以将来自炉排PLC的控制电压信号转换成比例方向阀的输入电流。
调节比例电磁铁输入电流大小即可控制逆推炉排液压缸的运动速度。
由于逆推炉排机构倾斜放置，其负载为超越负载，因此在逆推炉排液压缸的有杆腔设置顺序阀，以限制下降速度，使机构运动平稳。
另外，顺序阀在逆推炉排停止运动时又可以起到支撑作用，防止逆推炉排下滑。
单个逆推油缸自动循环顺控步序：首先逆推液压缸从启动位置按设定速度朝前运动，直至前限停止速度为零。
等待5s后给料炉排按设定速度回撤，直至启动位置停止速度为零。
在下一个周期运动前有个停止时间，就这样不断地往复循环运动。
逆推炉排在自动模式下有联动和分动两种运动方式。
联动方式下，相邻液压缸的行程运动方向相反，即一进两退或一退两进交叉运动。
分动模式下，三液压缸各自运动无约束。
逆推控制有如下关键参数需设置：启停控制模式；间隔运行时间；前进、后退速度；原位停止时间；行程延长时间等。
2.4料层调节系统逆推炉排尾部设有料层调节机构，由左右两支液压缸驱动两组滚筒。
两液压缸分别设置两只位置传感器，实现滚筒行程位置（挡板角度）测控。
料层调节系统一般手动操作，油缸速度在初始状态调节完毕后恒定不变。
电磁换向阀控制料层调节装置角度增大或减小，双向液压锁锁定料层调节液压缸，使活塞能停在任何位置。
单向节流阀用于调节料层调节液压缸运动速度。
料层挡板可同步调节或单独调节，图2为OP277料层调节控制画面。
其中同步调节时，只需对其中一个料层挡板进行操作，两个挡板会一同动作，操作结束后若两挡板开度偏差在2%以上，系统自动校正，如果是挡板开大操作，以开度大的料层挡板为基准，调节开度小的料层挡板；如果是挡板关小操作，以开度小的料层挡板为基准，调节开度大的挡板。
料层的厚度控制直接影响到燃烧的稳定性。
料层厚度必须满足在燃烧过程中，具有一定热容量，维持较大储热能力，保证炉膛的烟气温度不产生大的波动，从而保证锅炉产汽连续稳定。
图2 OP277料层调节控制画面（来源：余热锅炉）2.5顺推炉排三列顺推炉排分别由左中右三只液压缸驱动，每只油缸的起始位置均装有接近开关，通过液压缸上外置旋转编码器，OP277顺推画面上能形象地反映各个液压缸的位置和速度。
每支液压缸装有顺序阀，确保故障等情况下液压缸的行程能自锁。
液压缸速度由比例方向阀进行开环调节，每支液压缸速度单独可调。
减压阀控制该系统工作压力为8MPa左右。
比例方向阀输入电流由伺服比例放大器提供，比例放大器可以将来自炉排PLC的控制电压信号转换成比例方向阀的输入电流，调节比例电磁铁输入电流大小即可控制顺推炉排液压缸的运动速度。
单个顺推油缸自动循环顺控步序：首先顺推液压缸从启动位置按设定速度朝前运动，直至前限停止速度为零。
等待5s后给料炉排按设定速度回撤，直至启动位置停止速度为零。
在下一个周期运动前有个停止时间，就这样不断地往复循环运动。
顺推炉排在自动模式下有联动和分动两种运动方式。
联动方式下，相邻液压缸的行程运动方向相反，即一进两退或一退两进交叉运动。
分动模式下，三液压缸各自运动无约束。
顺推控制有如下关键参数需设置：间隔运行的启停时间；前进、后退速度；原位停止时间；行程延长时间等。
2.6出渣机系统配备两台出渣机，每台出渣机由左右两支液压缸驱动，采用机械刚性同步，速度手动调节。
电磁换向阀控制出渣机运动及退回。
单向节流阀调节出渣液压缸的运动速度。
出渣能力通过调整液压系统的油缸速度和调整自控系统的启停时间间隔两种方法来实现。
出渣机通常采用定时的方法控制启停，如设置为：运动135s→停止3min→运动135s……。
停止时间间隔设置为（0～5）min，通常设为3min，具体根据出渣状态调整，要求每次运行都有适量的渣被推出来。