基于工控技术的渗滤液回喷系统在垃圾发电中的应用*

夏兴国， 张　奇

(马鞍山职业技术学院 电气工程系,安徽 马鞍山 243031)



基于工控技术的渗滤液回喷系统在垃圾发电中的应用*

夏兴国， 张奇

(马鞍山职业技术学院 电气工程系,安徽 马鞍山 243031)

摘要：阐述了渗滤液回喷处理技术的概念和系统工艺流程，着重介绍了工控技术在系统中的架构和设计理念；项目运行一季度后，与同等级无渗滤液回喷垃圾发电项目相比较，自动化运行程度更高，可充分分解处理垃圾渗滤液而避免二次污染，对发电效率并不影响；最后比较锅炉结垢结焦和最终烟气两个常见应用效果，表现为项目锅炉基本没有结焦且对烟气净化系统无太大影响。

关键词：工控技术；垃圾焚烧；渗滤液回喷；垃圾发电

改革开放以来，国民经济和城镇化进程的快速发展，工业和生活垃圾增多导致环境问题日趋严重，严重阻碍了可持续发展和新型城镇化建设的进程[1]。当前，国内大多数城市垃圾处置方法仍主要为卫生填埋和焚烧，但处理不当会造成二次污染。面对垃圾泛滥成灾，垃圾发电俨然成为国内外垃圾“变废为宝”的趋势，且能获得显著效益[2]。在欧美发达国家和日本，垃圾焚烧发电技术已为成熟的产业，而国内发电模式晚了近20 a。但随着环保工作的高度重视，多种环保产业化项目的资助相继启动，国内垃圾焚烧发电技术得到了飞速发展且具有巨大发展空间。

1垃圾焚烧发电技术

技术通过高温对垃圾中可燃物进行焚烧处理，见图1，焚烧过程中产生的热量进行回收处理后由热值进行发电。烟气处理系统由吸收剂的储存及输送装置、循环流化床半干式反应塔反应塔和除尘系统组成[3]。技术是“变废为宝”的过程，可消除垃圾中大量的有害物。

垃圾在堆放、填埋、外部水渗流等后经物理、化学和生物作用下产生大量有机或无机液体，成为垃圾渗滤液。垃圾渗滤液是一种恶臭的高浓度有机废水，含有大量的细菌和多种重金属污染物。这样，垃圾渗滤液必定会产生二次污染，在垃圾焚烧发电中必须对垃圾渗滤液进行技术处理[4](图1)。

图1　垃圾焚烧发电示意图Fig.1　Schematic diagram of garbage incinerationpower generation

2渗滤液回喷处理技术

渗滤液传统的处理方法应用效果较差难以通过环评，并且面临项目建设周期长、占地面积大的问题[5]。回喷焚烧发电技术解决了这些问题，最早是在日本和比利时等发达国家成功应用，现已普遍使用在垃圾焚烧发电项目中[6-7]。

渗滤液回喷系统的目的是对渗滤液进行适当处理后，利用该技术将渗滤液雾化后喷射到各条焚烧线中进行焚烧。具体工艺：渗滤液经过垃圾池内科学堆放在底部的渗滤笼流入渗滤液池，经过收集、沉淀后被泵打入电动旋转过滤器，过滤后进入滤清池，利用高压泵升压后，根据炉膛内的燃烧工况，由带雾化头的喷枪喷入炉膛焚烧线中，被高温的烟气混合去除[3]。渗滤液回喷工艺流程见图2。

渗滤液回喷系统的优点是可充分分解处理垃圾渗滤原液和浓缩液；工艺系统简单可靠，适用于机械炉排式垃圾焚烧炉，避免产生二次污染，建安和维护成本低，占地面积小，自动控制程度高，操作方便；由于采用雾化喷射，不会对电厂的发电效率产生实质影响；有利于减少炉膛出口烟气的氮氧化物含量[8]。已在国内外多个垃圾焚烧发电厂应用。

图2　渗滤液回喷工艺流程图Fig.2　Process flow chart of leachate recycle process

3控制系统要求和配置

结合某地500T/D渗滤液回喷技术的垃圾焚烧发电项目，详细介绍项目的控制系统情况。

3.1系统介绍

渗滤液由各焚烧线的渗滤液喷射泵(变频控制)抽送至相应的喷射控制模块(ICM)，然后到ICM调节装置，根据焚烧炉的实时燃烧情况、烟气温度及成份的变化，手动设定适当的喷射量(设定好喷射量后，通过变频器调节)，通过气雾喷射器在炉膛上选择预先设计好的喷射点进行喷射燃烧蒸发。接线上，变频器通过硬接线方式与PLC进行信号连接，PLC与触摸屏通过以太网方式通讯，PLC与DCS通过DP通讯方式连接[9]，具体工控硬件配置见图3。

喷射泵模块(IPM)设置两台软管泵(变频调节)连续间隔2 h自动切换一次，ICM设置两台流量计分别对应两支喷枪，焚烧炉喷射的渗滤液总量为两支流量计之和。

3.2控制系统要求

项目控制系统主要有模块化设计、喷射量控制(根据炉膛温度和烟气流量调节和设定)、优化喷射位置和自动过滤系统，具体如下:

系统启动前准备工作：设置好焚烧炉的渗滤液喷射量、变频器调节PID参数和流量表上下限及报警值。

启动后：软管泵出口气动开关阀自动打开，ICM气动开关阀自动打开，软管泵启动按照之前设定的流量值自动调节。

具体功能：通过DP通讯方式与DCS通讯；通过工控技术，在操作画面上能够实时监控现场的各种状态，如流量、炉温、电机频率、泵出口压力等；能够在现场触摸屏上设定各种控制参数；能够产生报警事件、包括流量和压力高、低等问题报警；系统由多种操作权限(监视权限、操作权限、管理权限)，防止非专业人员修改系统参数。

系统配置：软管泵2台、气动开关阀4台、流量计两台、喷枪2支、其他控制系统元件配置见表1。

图3　系统硬件组态图Fig.3　System hardware configuration diagram

名 称要 求订货号CPUCPU315-2PN/DP6ES7-315-2EH14-0AB01电 源PS30710A6ES73071KA010AA0触摸屏西门子触摸屏(TP1200)6AV66430CD011AX1导 轨530mm6ES73901AF300AA0通讯模块DP/DPCoupler6ES7-158-0AD01-0XA0DI模块16点数字输入模块6ES73211BH020AA016DO模块32点数字输出模块6ES73221BL000AA0AI模块8点模拟输入模块6ES73317KF020AB0AO模块8点模拟输出模块6ES73325HF000AB0

3.3系统组成及操作

系统组成模块主要：喷射泵模块(IPM)、喷射控制模块(ICM)、喷射器和控制管理模块(CMM)。

控制单元(CMM)安装主要为智能PLC(Siemens S7/300)，可全自动控制、管理、协调和监控所有工艺的功能。

操作界面是一个带有操作程序的触摸屏，所有指令通过操作终端发出，便于操作者的使用，因为指令经常是通过按动按钮发出。操作终端显示相应的运行数据，传送到DCS系统中便于监测，系统主要操作面板见图4。

系统正常运行模式下是全自动控制的，有需求时也可以在手动模式下运行，操作人员从操作终端人工控制所有子系统。

图4　系统各操作面板Fig.4　System operation panel

4项目运行情况

项目完工后，经一季度的运行，与相同等级的无渗滤液回喷系统垃圾焚烧发电项目相比，在锅炉结垢结焦和最终烟气比较如下。

4.1锅炉结垢结焦情况

通过技术降低炉膛温度，可明显改善结焦情况，提高锅炉的工作效率，延长其使用寿命。喷入渗滤液，炉膛降温后，大幅度减少锅炉结焦，余热锅炉结垢结焦明显改善(图5)。

图5　锅炉结垢结焦情况对比图Fig.5　Comparison of coking boiler scale

4.2最终烟气

系统的应用不会对烟气净化系统的工作性能产生太大影响。渗滤液回喷最终烟气数据情况对比情况见表2。

表2　标准燃烧工况点下，烟气净化系统

通过对比发现，渗滤液回喷只会增加约2%的烟气量，系统的石灰浆消耗约增加5%(考虑高浓缩液氯离子含量)；由于烟气经过布袋的速度几乎不变，布袋的寿命不会受影响；对活性碳系统以及活性碳耗量不会有影响。渗滤液回喷主要增加了烟气中的含水量，在喷射雾化效果以及喷射控制好的情况下，不会对锅炉工况和烟气处理系统产生任何不良影响。

5结语

垃圾渗滤液回喷系统发电技术响应国家提倡的“节能环保”的方针政策，能为地方分担供电负荷而创造经济和社会价值，为垃圾发电厂降低垃圾二次污染而通过“环评”。经过实践证明的垃圾渗滤液回喷发电技术有很多优越性，其设计理念和思路可根据不同垃圾焚烧电厂的实际情况，进行定制化的回喷系统设计。

参考文献(References)：

[1] 翟志臣,赵阳. 浅析垃圾焚烧发电广阔前景[J].环保科技,2013(11):354-355

ZHAI ZH CH,ZHAO Y.A Broad Prospect of Waste Incineration Power Generation[J].Environmental Protection Technology,2013(11):354-355

[2] ASSAMOI B,LAWRYSHYN Y.The Environmental Compa-rison of Landfilling Incineration of Msw Accounting for Waste Diversion[J].Waste Management,2012,32(7):1019-1030

[3] 全兵.垃圾焚烧电厂垃圾资源管理方法[J].通讯世界,2014,2(1):42-43

QUAN B.Waste Incineration Power Plant Waste Resource Management Method[J].Telecom World,2014,2(1):42-43

[4] 周红梅.渗滤液处理系统在垃圾焚烧电厂的应用[J].河北电力技术,2013,32(2):30-32

ZHOU H M.Application Of Leachate Treatment System in Waste Incineration Power Plant[J].Hebei Electric Power,2013,32(2):30-32

[5] LABANOWSKI J,PALLIER V,CATHALIFAUD G F.Study of Organic Matter During Coagulation and Electrocoagu-lation Processes.Application To a Stabilized Landfill Leachate[J].Hazard Mater,2010,17(10):166-172

[6] WEI X,LU W J,ZHAO Y,et al.Environmental Impact Assessment of Leachate Recirculation in Landfill of Municipal Solid Waste by Comparing with Evaporation and Discharge[J].Waste Management,2013,33(4):382-389

[7] 王海军,陆叶,叶心慧等.垃圾发电厂渗沥液处理工艺研究进展[J].科技资讯,2014,24(7):128-129

Wang H J,LU Y,YE X H,et al,Research Progress of Leachate Treatment Technology in Garbage Power Plant[J].Science & Technology Information,2014,24(7):128-129

[8] 赵晓峰.渗滤液回喷处理技术在垃圾焚烧发电厂的应用[J].华电技术,2015,37(1):64-67

ZHAO X F.Application of Leachate Back Ejecting Treatment Technology in Garbage Incineration Power Plant[J].Hudian Technology,2015,37(1):64-67

[9] 樊勇,顾翼.PLC在渗滤液焚烧发电系统中的应用[J].微计算机信息,2007,23(7-1):34-36

FAN Y GU Y.The Application of PLC in the System of Incinerating Leachate for Generating Electricity[J].Micro-computer Information,2007,23(7-1):34-36

责任编辑：田静

Application of Leachate Recycle System Based on IndustrialControl Technology to Garbage Power Generation

XIA Xing-guo, ZHANG Qi

(Department of Electrical Engineering, Maanshan Technical College, Anhui Maanshan 243031, China)

Abstract：This paper expounded the concept and system technology process of leachate recycle technology, and emphatically discussed the framework and design idea in industrial control technology based on the examples. After a quarter of operation of this project, by comparing with garbage power generation without leachate recycle at the same level, it was found that this project had higher automation extent, could efficiently deal with garbage leachate to avoid the second pollution and could not affect power generation efficiency. Finally two usual application results of the coking of boiler scale and the final flue gas were compared and their performance of this project had no coking of the boiler and did not have much impact on flue gas cleaning system.

Key words：industrial control technology; garbage incineration; leachate recycle; garbage power generation

中图分类号：TP271

文献标志码：A

文章编号：1672-058X(2016)03-0107-06

作者简介：夏兴国(1983-)，男，安徽当涂人，讲师，硕士，从事自动化控制技术研究.

*基金项目：安徽省省级质量工程(2014GXK104;2013JXTD052)；马鞍山市科技计划项目(RKX-2015-05).

收稿日期：2015-11-23; 修回日期：2015-12-25.

doi:10.16055/j.issn.1672-058X.2016.0003.021