垃圾焚燒電廠運營理念的轉變
從日常運營的角度看,垃圾焚燒電廠的核心運營目標是在當前的硬件設備基礎上,在嚴格執行環保達標的前提下,提高經濟效益,降低運營成本。
垃圾焚燒電廠的設計交付到人工運營,在系統控制理論中,屬于靜態建模的框架。根據若干典型的燃料組分,若干典型的燃燒工況,和初始的燃燒系統模型,設計相應的控制策略,匯編成為操作手冊,交付給運營人員。我們可以理解為,垃圾焚燒電廠的運營,是由運營人員,在每一個獨立的時間節點,根據燃燒工況,選擇一個預置的控制策略。在這個框架內,同樣存在三個不可避免的問題:燃燒系統模型的準確性,控制策略的不完整性和控制策略的離散性。
1.在鍋爐設計階段,燃燒系統模型屬于以理想狀態的理論模型為主,配合少部分經驗化的參數進行微調。而對于實際交付的鍋爐系統,與理論模型的偏差,一方面來自于鍋爐的生產、安裝、調試中的變化,另一方面來自于鍋爐的長期使用,損耗、維護和修改。
2.鍋爐系統的操作手冊,會考慮若干典型燃燒工況。過于復雜的操作手冊對于運營人員,尤其是較為缺乏經驗的初級運營人員,非但起不到幫助,反而會造成不必要的誤解和延誤。但是實際生產中的燃燒工況非常復雜,有著細微差別的不同工況可能會歸類到同一個典型工況,缺乏細分的控制策略,并不能保證Z優的控制策略。
3.現有的鍋爐系統操作手冊,并沒有完全考慮不同工況之間調整轉換時造成的波動和影響。更沒有考慮一個由多個不同工況和多個控制策略連續轉換構成的燃燒過程,屬于典型的一階離散過程。實際的燃燒過程是一個由若干工況構成的連續的多階過程。在實際的運營中必須考慮各個控制策略之間的因果關系。
由以上幾點看出,實際的垃圾焚燒是一個復雜的動態過程。國內的垃圾焚燒電廠在投資規劃階段,會對硬件設備提出較高的設計指標,為了穩定運行提供了較大的運營余量。然而在實際運營的操作中,國內絕大部分的垃圾焚燒電廠采用了偏保守的運營思路,以穩定生產,關注基本指標的安全底線為主要目的。因此國內垃圾焚燒電廠存在一定程度上的發電效率較低,運營成本較高,沒有達到Z優化經濟效益等問題。
為了實現更好的經濟效益,首先,垃圾焚燒電廠要考慮對這種穩字當頭的保守運營思路進行改變,利用垃圾焚燒行業在國內這些年的經驗積累,重新計算和規劃自身的潛力,然后去探索更加能發揮自身潛力的運營技術和模式。
垃圾焚燒電廠的燃燒控制
爐膛內的垃圾燃燒控制是垃圾焚燒電廠的生產工藝核心,垃圾焚燒電廠的運營目標取決于垃圾燃燒控制的質量。從工程熱力學的角度,垃圾燃燒控制的三個根本性的難點在于垃圾燃料的組分不確定性,人工的控制策略質量,和鍋爐燃燒系統的慣性延遲。
1.垃圾燃料的組分不確定性:相對于煤粉作為燃料的燃煤電廠,運營人員可以利用定期的煤質組分數據,甚至實時在線的組分數據作為參考,提前規劃燃燒的控制策略。而垃圾焚燒電廠無法提供類似的數據,只能依靠預估的垃圾熱值,含水量等粗略的組分數據,隨時根據燃燒狀況的反饋進行燃燒的控制策略調整。不但運營人員的工作量遠大于燃煤電廠,而且頻繁的燃燒調整,也會導致燃燒過程的波動。
2.人工控制的策略質量:由于垃圾焚燒過程需要大量的運營人員做出的控制決策,經驗不同,素質水平不同的運營人員經常會針對同樣工況做出不同的控制策略,導致不同的燃燒過程和燃燒質量。除此之外,運營人員本身的因素也不可忽視,比如長時間高強度工作后的疲勞,情緒等因素,也會造成在同一(班組)運營人員的控制策略質量的不一致,也是燃燒過程波動的原因之一。
3.鍋爐燃燒系統的慣性延遲。垃圾焚燒從投料到尾氣處理這樣一個完整的燃燒過程,需要10-15分鐘。因此在運營人員能直接的看到燃燒的兩項主要結果,蒸汽生產和排放,已經是若干分鐘之前的垃圾燃料在爐排上燃燒的結果。如果蒸汽生產和排放不能達到理想指標,運營人員并不能通過改變當前的控制策略去改善結果。同理,如果運營人員對當前的控制策略進行調整,Z終的燃燒結果也會(部分)受到之前幾分鐘和之后幾分鐘的燃燒工況的影響。
在垃圾焚燒電廠的智能化改造的規劃中,應該在系統的頂層設計,將上述三個難點作為主要的出發點。