垃圾焚化余熱鍋爐熱平衡計算特點及實用程序

1、文章編號:100428774(2004052162 03垃圾焚化余熱鍋爐熱平衡計算特點及實用程序收稿日期:2004202216李村生(廣州市鍋爐工業(yè)公司,廣州511495摘要:有三種方法計算垃圾焚化余熱鍋爐的出力。當(dāng)僅知道焚化爐出口煙氣各組分流量和溫度時,能近似地計算出力。若然還知道垃圾的元素分析和消耗量則計算會更為準(zhǔn)確。最后介紹數(shù)值焚化爐模擬出口煙氣參數(shù)的方法。關(guān)鍵詞:鍋爐;城市垃圾;微機程序;熱平衡中圖分類號:T K229192+9文獻標(biāo)識碼:AH eat B alance C alculation Characteristicand P C Program Availablefor H

2、eat R ecovery Boiler Matched with a MSW IncineratorL I Cun 2sheng(Guangzhou Boiler Industrial Corp.,Guangzhou 511495,China Abstract :There are three methods to calculate the boiler ca pacity.If gas composition flow rate and tem perature at in 2cinerator exit are given only ,the capacity can be calcu

3、lated approximately.In addition the element analysis and comsump 2tion of MSW are also given ,the computation is more exact.Finally an advanced method using numerical incinerator simu 2lates gas parameters at the exit is recommented.K ey w ords :Boiler ;MSW;PC Program;H eat b alance1問題的提出城市垃圾焚化技術(shù)比較復(fù)

4、雜,我國在這方面的研發(fā)起步較晚,到目前為止還不能說完全掌握,一些城市在考慮垃圾焚化處理時,進口設(shè)備仍然是首選。相比之下,與垃圾焚化爐相配的余熱鍋爐(以下簡稱垃圾鍋爐更容易進入市場。近年來,本企業(yè)就為國內(nèi)若干座垃圾電廠設(shè)計制造垃圾鍋爐。這種鍋爐的熱平衡計算有自身特點。2僅知道鍋爐進口煙氣組分、流量和溫度焚化爐供方僅提供其出口處的煙氣組份:CO 2、N 2、O 2、H 2O 、CO 、HCl 、SO 2、飛灰;煙氣流量與溫度。我們能夠根據(jù)這些已知條件近似計算垃圾鍋爐的蒸發(fā)量。首先估算理論燃燒空氣總量B V 0。B V 0(V N 2.inc.out /0.79-V O 2.inc.out /0.2

5、1(1然后估算焚化爐出口過量空氣系數(shù):inc.out (V N 2.inc.out /0.79/(V N2.inc.out /0.79-V O2.inc.out /0.21(2鍋爐有效熱量Q eff 由下式近似算出,蒸發(fā)量隨之確定。Q eff Q inc.out -Q ex +B V 0(C amb.air amb ×(ex -inc.out (3i +W ash (C ash i =CO 2,N 2,O 2,H 2O ,CO ,HCl ,SO 2=inc.out(4i +W ash (C ash +B V 0(C air (ex -inc.out i =CO 2,N 2,O 2,H

6、 2O ,CO ,HCl ,SO 2=ex (5垃圾鍋爐的熱平衡為:Q b.in =Q eff +Q 2+Q b.5(6Q b.in =Q inc.out(761工業(yè)鍋爐2004年第5期(總第87期Q2=Q ex-B V0(C amb.airamb(ex-inc.out(8Q b.5=Q eff(1-/(9以上計算有個前提,那就是“焚化爐余熱鍋爐”系統(tǒng)不帶空氣預(yù)熱器,也不帶煙氣再循環(huán),不燃的話,應(yīng)扣除熱空氣和熱煙氣帶進的熱量。3還知道垃圾的元素分析、全水分和垃圾消耗量元素分析除了通常的C、H、O、N、S、A外,城市垃圾含有不少塑料,所以還有Cl分析。對于這種情況,首先按化學(xué)反應(yīng)式算出V0和V0

7、gas,由于煙氣中CO,SO2,HCl含量很少,計算V0gas時可將其忽略。再按下式算出焚化爐出口過量空氣系數(shù)inc.outinc.out/1.0161V0+1i=CO2,N2,O2,H2O,CO,HCl,SO2(2然后由下式求得QeffQ eff=Q inc.out-Q ex+B V0(C amb.airamb(ex-inc.out(3用這種方法解算垃圾鍋爐的熱平衡當(dāng)然比第一種方法準(zhǔn)確,不過這依然是一種“被動的”方法,全都依據(jù)焚化爐出口數(shù)據(jù)計算垃圾鍋爐,因此檢驗這些數(shù)據(jù)的可信性是很有必要的。4焚化爐出口煙氣數(shù)據(jù)可信性檢驗當(dāng)垃圾焚化爐沒投助燃油時用下式檢驗V CO2.inc.outV COB

8、VRO2(10投助燃油時用下式檢驗油耗量BoilB oil(V CO-(B V RO2MSW/(B VRO2oil(11并用下式檢驗VO2.inc.outinc.out (B V0MSW+(B V0oil+V N2.inc.out -(B V0N2MSW+(B V0N2oil+V O2.inc.out/(B V0MSW+(B V0oil(2以上方法還不能全面檢驗焚化爐供方的煙氣參數(shù)的可信性。而且垃圾焚化爐余熱鍋爐本身構(gòu)成一個完整的熱力系統(tǒng),人為地把兩者分開會使一些綜合因素難以考慮。下面的方法可以克服這些缺點。5數(shù)值焚化爐模擬煙氣參數(shù)構(gòu)造一個數(shù)值焚化爐,通過質(zhì)量平衡和熱量平衡計算,得出焚化爐出口

9、煙氣組分、流量、溫度和過量空氣系數(shù),將其與焚化爐供方的數(shù)據(jù)進行比較,確認(rèn)一致后對垃圾焚化爐余熱鍋爐系統(tǒng)進行整體計算。計算中需考慮一、二次風(fēng)加熱,考慮垃圾鍋爐進口處引入煙氣再循環(huán)和噴水入焚化爐。式(12式(19用來計算焚化爐出口煙氣各組分的流量或過量空氣系數(shù)。V CO2.inc.out=(1.866C ar(1-R CO/100Bcom(12V N2.inc.out(13V O2.inc.out=0.21(inc.out-1V0+0.9333C ar R CO/100+0.6998S ar/100(1-R SO2V H2BV SO2.inc.out=(0.6998S ar/100R SO2Bco

10、m(18 W ash=(A ar/100B f ash(19數(shù)值解算式(4和式(4可得焚化爐出口煙氣溫度:(1-Lr.c+(Q-2552M s.w(4垃圾鍋爐熱平衡仍按式(6,但各分項表達式有變化,只有Q2例外:Q eff=Q b.in-(Q re+Q p.a+Q s.a/-Q ex+Bcom V0(C amb.airamb(ex-inc.out(3Q b.in=Q inc.out+Q re(7Q b.5=(Q eff+Q re+Q p.a+Q s.a(1-/(9垃圾焚化爐的熱平衡為:Q inc.in=Q inc.out+Q3.4+Q inc.5+Q6(2071研究與開發(fā)垃圾焚化余熱鍋爐熱平衡

11、計算特點及實用程序(23Q 6=BL sla(24系統(tǒng)的熱效率為:(25(26(276實用程序以上計算步驟已被編成實用程序在微機上運行并鏈接垃圾鍋爐的傳熱計算從而構(gòu)成垃圾鍋爐完整的熱力計算程序,程序已用于產(chǎn)品設(shè)計。程序考慮了雙組分燃料垃圾和助燃油。一、二次風(fēng)量不局限于燃燒空氣量而是依照工藝要求確定空氣量。程序中焚化爐出口過量空氣系數(shù)和垃圾熱值均為變量,改變前者可使焚化爐出口煙氣各組分流量發(fā)生變化,改變后者則使煙氣溫度變化。目前國內(nèi)垃圾電廠屬小型熱力裝置,編程時應(yīng)考慮其特點:垃圾鍋爐出口既可能是過熱蒸汽也可能是飽和蒸汽;過熱蒸汽參數(shù)處在中、低參數(shù)范圍;過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)需同時考慮面式減溫和噴水減溫,面式減溫器回水既可能進入省煤器也可能送往除氧器;個別場合下甚至不帶給水回?zé)嵯到y(tǒng)。以上因素都對鍋爐出力有影響。程序還預(yù)置了3000kW 、6000kW 和12000kW 凝汽式汽輪發(fā)電機組熱耗和汽耗的統(tǒng)計數(shù)據(jù)及過熱蒸汽在爐機之間管道的壓損溫降,當(dāng)然由于機組的多樣性,程序也容許直接輸入熱耗或汽耗,從而算出機組功率及垃圾電廠主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。符號說明主體符號B 燃料消耗量,kg/hC 比熱容,kJ /(m 3或kJ /(kg Q 熱量,kJ /h R 氣體生成率V 容積流量,Nm 3/h W 質(zhì)量流量,kg/h過量空氣系數(shù)效率保熱系數(shù)煙氣溫度,下標(biāo)air