焚烧炉点火启动阶段关键参数控制研究

焚烧炉作为垃圾焚烧发电、危险废物处理等领域的核心设备，其点火启动阶段的参数控制直接关系到设备安全、运行效率及污染物排放达标性。根据行业实践与技术规范，焚烧炉点火启动需围绕温度、压力、氧量、风量及燃料供给五大核心参数构建动态调控体系，结合设备类型与燃料特性实现精准启动。本文从参数控制逻辑、技术要求及典型案例三个维度展开分析。

一、温度控制：从冷态到热态的阶梯式升温

1.1 初始升温速率限制

焚烧炉启动初期需严格控制升温速率，以防止热应力对炉体结构造成损伤。根据《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485-2014）及设备制造商技术要求，炉膛温度在400℃以下时，升温速率应≤100℃/h；400℃以上时，升温速率需进一步降至≤80℃/h。例如，某800吨/日垃圾焚烧炉项目采用分段升温策略：

• 0-400℃阶段：通过辅助燃烧器以50℃/h速率加热，确保炉膛均匀受热；
• 400-850℃阶段：切换至主燃烧器，以60℃/h速率升温，同步启动一次风机提供流化风；
• 850℃以上阶段：投入垃圾后，通过调节燃料量与风量维持温度稳定。

1.2 关键温度节点控制

• 500-600℃：循环流化床焚烧炉需在此温度区间投入床料（如石英砂），通过鼓泡流态化实现均匀加热；
• 850℃：生活垃圾焚烧炉必须在此温度下投入垃圾，并确保烟气在炉膛内停留≥2秒，以实现二噁英的完全分解；
• 1000℃：危险废物回转窑焚烧炉需维持此温度以彻底破坏有机污染物，同时避免灰渣熔融结焦。

1.3 温度场均匀性保障

通过分布式温度传感器实时监测炉膛各区域温度，结合流化风量调整消除局部超温。例如，某项目在炉膛四角布置热电偶，当某区域温度偏差超过±50℃时，自动调节对应风帽风量，确保温度场均匀性。

二、压力控制：负压运行与膨胀补偿

2.1 炉膛负压维持

焚烧炉启动阶段需保持炉膛负压-50至-30Pa，以防止可燃气体外泄。负压控制通过调节引风机转速实现，同时需监测看火门、人孔门等密封性。某项目案例显示，负压波动超过±20Pa时，需立即检查风门挡板及炉墙密封性。

2.2 汽包压力管理

对于余热锅炉型焚烧炉，汽包压力控制需遵循“缓慢升压、均匀受热”原则：

• 升压速率：≤0.0294-0.049MPa/min，防止汽包壁温差超限（≤50℃）；
• 膨胀补偿：通过水冷壁下联箱定期排污，消除局部受热不均导致的膨胀卡涩；
• 安全阀校验：启动前需对安全阀进行试动作，确保其在压力达到设定值时可靠开启。

2.3 风烟系统压力平衡

一次风机与引风机需实现压力联动控制：

• 一次风压：根据床料高度调整，确保流化质量（通常为6.5-9.0kPa）；
• 二次风压：从一次风出口引出，用于补充燃烧氧量，压力需高于炉膛负压以避免倒灌；
• 烟气再循环：通过引回150℃低温烟气降低燃烧强度，同时为SNCR脱硝提供反应环境。

三、氧量控制：燃烧效率与污染物减排的平衡

3.1 出口氧量设定

根据GB18485-2014要求，焚烧炉出口烟气氧含量需控制在6%-12%之间：

• 低氧工况（O₂<6%）：易导致CO超标（>100ppm）及二噁英再合成；
• 高氧工况（O₂>12%）：会增加NOx生成量（每增加1%氧量，NOx浓度上升10-15%），同时降低锅炉效率。

3.2 动态氧量调节

通过调节燃尽炉排下空气流量实现氧量闭环控制：

• 垃圾热值波动：当入炉垃圾热值降低时，需增加一次风量（同时减少二次风量）以维持燃烧强度；
• 负荷变化：增负荷时优先提高风量，再增加燃料量；减负荷时则相反，避免燃烧不稳定。

3.3 氧量监测冗余设计

采用激光氧量分析仪与电化学传感器双冗余配置，确保数据可靠性。某项目案例显示，氧量测量偏差超过±0.5%时，DCS系统自动切换至备用传感器并触发报警。

四、风量控制：流化质量与燃烧优化的核心

4.1 一次风量计算

根据床料特性及流化状态确定最小流化风量：

• 经验公式：Q₁=K×A×(ρₛ-ρ₉)×g
  （Q₁：一次风量；K：经验系数；A：布风板面积；ρₛ：床料密度；ρ₉：气体密度；g：重力加速度）
• 调整策略：通过变频器调节一次风机转速，实现风量与负荷的线性匹配。

4.2 二次风量优化

二次风从一次风出口引出，通过前拱喉部喷入炉膛，其作用包括：

• 补充氧量：在含氧量过低时提供额外氧气；
• 强化扰动：通过高速喷射形成湍流，延长烟气停留时间；
• 温度调节：通过调整喷入位置降低局部高温，抑制NOx生成。

4.3 风量分配案例

某循环流化床焚烧炉项目采用“三区配风”策略：

• 密相区：一次风占比60%，确保床料流化；
• 稀相区：二次风占比30%，强化燃烧效率；
• 燃尽区：三次风占比10%，降低飞灰含碳量。

五、燃料供给控制：从辅助燃料到垃圾的平稳过渡

5.1 辅助燃料选择

启动阶段通常使用天然气、柴油或生物质颗粒作为辅助燃料：

• 天然气：燃烧效率高（≥95%），但需配置专用燃烧器；
• 柴油：热值高（42MJ/kg），但需解决雾化及积碳问题；
• 生物质：成本低，但需控制水分含量（<20%）以避免燃烧波动。

5.2 垃圾投入策略

• 温度条件：炉膛中上部平均温度≥850℃时方可投入垃圾；
• 给料速度：初始投入量≤额定量的30%，每30分钟递增10%，直至稳定运行；
• 粒度控制：垃圾经贮坑发酵后，粒度控制在50-200mm，避免大块堵塞炉排。

5.3 燃料切换案例

某项目采用“油-气-垃圾”三阶段切换方案：

1. 0-2小时：使用柴油燃烧器升温至500℃；
2. 2-4小时：切换至天然气燃烧器，升温至850℃；
3. 4小时后：逐步投入垃圾，同时减少天然气用量，最终实现全垃圾燃烧。

六、案例分析：某800吨/日垃圾焚烧炉启动优化

6.1 初始条件

• 设备类型：循环流化床焚烧炉；
• 燃料特性：生活垃圾（热值5200kJ/kg，含水率45%）；
• 启动目标：4小时内达到额定负荷（800t/d）。

6.2 参数控制策略

1. 温度控制：采用分段升温曲线，850℃后投入垃圾，通过调节一次风温度（200℃）缩短干燥时间；
2. 压力控制：维持炉膛负压-40Pa，汽包升压速率0.035MPa/min；
3. 氧量控制：出口氧量设定为8%，通过调节燃尽炉排风量实现动态平衡；
4. 风量控制：一次风量108000Nm³/h，二次风量从一次风出口引出，配比为7:3；
5. 燃料供给：初始使用天然气升温，垃圾投入后逐步减少天然气用量，最终实现全垃圾燃烧。

6.3 实施效果

• 启动时间：3.5小时达到额定负荷，较原方案缩短0.5小时；
• 燃烧效率：飞灰含碳量从3.5%降至2.1%；
• 污染物排放：NOx浓度从200mg/m³降至150mg/m³，二噁英排放<0.1ng-TEQ/m³。

七、结论与展望

焚烧炉点火启动阶段的参数控制需以“安全、高效、环保”为目标，通过温度、压力、氧量、风量及燃料供给的协同调控，实现从冷态到热态的平稳过渡。未来，随着人工智能与数字孪生技术的应用，焚烧炉启动过程将实现更精准的预测性控制。例如，某研发项目已构建炉膛结焦预测模型，可提前72小时预警结焦风险，为行业提供前瞻性解决方案。通过技术迭代与管理优化，焚烧炉启动阶段的运行可靠性将进一步提升，为垃圾焚烧行业的绿色发展提供坚实保障。