德国垃圾处理设备厂引进红外热成像仪优化设备的燃烧性能

　　【摘要】本文介绍了垃圾处理的工艺流程，其核心部件是逆向反应栅格，应用热像仪开发了一种新工艺，测试焚烧炉内的温度，控制好栅格的运动，从而有效地提高了垃圾焚烧炉的燃烧性能。

　　【关键词】栅格 燃烧物 烟气 污染排放 灰渣

　　德国垃圾处理设备厂引进红外热成像仪优化设备的燃烧性能

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　　5.1 前言

　　马丁能源技术公司(MARTIN GmbH für Umwelt und Energietechnik)是目前WTE(Waste-to-energy)垃圾—能源转化市场方面*为活跃、*成功的企业。到目前为止，已有200多套WTE设备使用的是MARTIN公司的系统，其中包括400多套的马丁公司的逆向反应栅格系统。现在，马丁公司则使用AGEMA公司的红外热成像系统以优化其新型垃圾—能源转化工厂以及新近研制开发的SYNCOM工艺的燃烧性能。

　　MARTIN逆向反应栅格是每个MARTIN工厂的核心。反应栅格由许多排的反应栅格组成阶梯状，沿传输带方向倾斜。其中每个阶梯都缓慢地上下运动，燃料层则被不停地搅拌、弥散，这样就使新添的与已燃烧的垃圾得以充分混合。由于反应栅格总是完全被燃料层覆盖和保护，因此免受了热辐射的影响。图(1)是MARTIN系统结构原理示意图。

　　3.5.3 SYNCOM工厂的主要优点

　　图1 MARTIN系统结构原理图

　　*近，马丁公司对其MARTIN系统进行了改进，并且研发了一种新的技术，称之为SYNCOM工艺。这种工艺在常规的垃圾—能源转换工厂的基础上增添了许多优点，既受到了操作者的喜爱，也受到了环境组织的欢迎。SYNCOM工艺中*明显的优点就是减少了燃烧物体所产生的烟气容量，因此使辐射污染减少到只有原来的40%左右。对使用者来说，这意味着减小了燃气处理系统的体积，并将因此使得成本得以明显降低。

　　3.5.4 SYNCOM工艺的概述

　　为了满足对减小污染排放，以及减少需填埋垃圾残渣数量方面日益增长的需求，SYNCOM工艺将MARTIN公司的新型工厂设计与在传统垃圾—能源转换工厂所没有的三种特征组合到一块。在SYNCOM工艺过程中，使用工业氧气使火焰中氧气的体积含量从21%增加到26-35%。因此，可以减少30%的空气用量，并且达到完全燃烧状态，还可以大量减少产生的烟气。氧气的增多也使得燃料层的温度升高了大约150K。这样，烧剩的灰渣就可以烧结，从底部灰渣滤出的污染也得以减少，而且所产生的烧结灰渣也十分合适地可作为建筑材料。

　　**个特点是用二级喷嘴系统，这可以将相当数量的烟气再送回到焚烧炉中。因此二次燃烧可以减少产生的一氧化氮。烟气的重复利用也减少了对多余空气的需求。

　　SYNCOM工艺的第三个重要特点是由马丁公司的燃烧控制系统所控制的红外热成像仪。由AGEMA公司提供的红外热成像仪，被用来测量焚烧炉中燃料层的温度分布。燃烧控制系统通过对这些信息的处理来控制垃圾是否添加、确定添加的位置、以及火焰中的空气分布情况，从而实现*佳的燃烧过程。

　　3.5.5 首批合同

　　这三个MARTIN SYNCOM子系统可以单独进行安装，同样也可以产生很明显的环境保护效果。例如：带有红外热成像仪的燃烧控制系统经过长达两年的成功试验，试验结果表明，配有红外热像仪的燃烧控制系统，效果非常好，此后不久，马丁公司于1996年8月得到了6套设备的定单(总共配备8台AGEMA的红外热成像仪)。

　　3.5.6 装有红外热成像仪的燃烧控制系统

　　AGEMA的热成像仪被安装在焚烧炉的**台锅炉的顶部。由于热成像仪到负责数据处理的计算机之间的距离很远，视频信号在远距离传输时信号会衰减，因此视频信号在此之前必须放大。视频图像的每个像素，在计算机处理中为256个等级中的一个。由于控制系统中并不需要**温度值，当垃圾通过焚烧炉时，热像仪所测得的每个数值代表了燃料层表面的温度。

　　海登堡大学与马丁公司联合开发了用于滤除火焰影响的专用MARTIN软件。这套系统可以消除绝大多数的气体、火焰以及飞扬的粉尘等所产生的非辐射影响，从而使热成像仪可以穿透高热的火焰而探测到较冷的(与火焰温度相比)燃料层表面的温度，由于热成像仪所探测到的燃料层温度仍然可能存在误差，马丁公司又研制了一种专用的模糊算法。这套算法通过比较所关心的热辐射的物理参数与热成像仪的测量之间的差异来估计红外热图像的质量。根据评估结果，模糊算法对焚烧炉进行循环控制。

　　使用模糊逻辑控制系统的优点是可以选择对热图像数据*合理的解释而做出相应的反馈控制。来自AGEMA热成像仪的热图像被送到图像存储卡上，然后对卡上的信息进行数学统计和评估，基于这些信息，系统持续发出特定的控制命令来控制和改善燃烧状况。使用新型计算机，完成软件处理大约需要6-7秒钟的时间。而垃圾在焚烧炉中要停留60-70分钟，所以系统有足够的时间来调整、控制炉体内垃圾进料的速度、火焰中空气的分布、增加氧气以及对烟气的重复利用等控制。

　　图(2)是由AGEMA公司Thermovision®450红外热成像仪拍摄的燃烧区域红外热图像，图中各部分的说明如下：

　　1. 垃圾流动方向。

　　2. *近半小时内主燃烧区域的稳定状况。

　　3 整个栅格宽度上*近半小时内主燃烧区域的温度分布。

　　4 主燃烧区域内目前的平均温度。

　　5 在目前从730℃到1280℃时，表示温度值的伪彩**标。

　　6 后部锅炉炉壁。

　　7 软件状态信息。

　　8 燃料表面在后部锅炉炉壁上的反射。

　　9 燃烧过的垃圾，处于后燃阶段。

　　10 在**台锅炉通道中均质流动状态下的水平主燃烧区域(理想位置)。

　　11 “冷的”新添加的垃圾。

　　12 前部锅炉炉壁=供料器侧壁。

　　图2 燃烧区域的红外热图像

　　3.5.7 AGEMA公司的Thermovision®450红外热成像仪

　　AGEMA公司Thermovision®450红外热成像仪被马丁公司选用于监测主要燃烧区域的温度。由于使用了热电制冷方式，热成像仪的工作十分可靠，并且具有相当长使用寿命。由于热成像仪每天工作24小时(每年大约8000小时)，因此，高可靠性就成为连续有效工作的焚烧炉*基本的要求。同时热成像仪还使用了高温滤片，这样可以对1300℃的温度进行测量。由于焚烧炉中的温度过高，因此在热成像仪的外面增加了一个不锈钢的水冷套，并用蓝宝石窗口将焚烧炉中的粉尘和高热环境与热成像仪隔离开，同时为了保持窗口的清洁，还利用压缩空气回扫窗口表面，当锅炉加热时，压缩空气扩散使得粉尘远离窗口。

　　3.5.8 结束语

　　在垃圾处理中，排放出来的烟尘会污染大气，如何减少和消除污染，这是垃圾处理厂值得研究的问题。马丁公司引进红外热像仪，用来测试焚烧炉内的温度，使炉内的核心部件处于良的运转状态。同时，还开发了一套用于滤除火焰影响的专用MARTIN软件，从而有效地控制垃圾进料速度，空气的分布，氧气的进量以及烟气的循环应用等。