垃圾焚化余热锅炉热平衡计算特点及实用程序

1、文章编号:100428774(2004052162 03垃圾焚化余热锅炉热平衡计算特点及实用程序收稿日期:2004202216李村生(广州市锅炉工业公司,广州511495摘要:有三种方法计算垃圾焚化余热锅炉的出力。当仅知道焚化炉出口烟气各组分流量和温度时,能近似地计算出力。若然还知道垃圾的元素分析和消耗量则计算会更为准确。最后介绍数值焚化炉模拟出口烟气参数的方法。关键词:锅炉;城市垃圾;微机程序;热平衡中图分类号:T K229192+9文献标识码: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问题的提出城市垃圾焚化技术比较复

4、杂,我国在这方面的研发起步较晚,到目前为止还不能说完全掌握,一些城市在考虑垃圾焚化处理时,进口设备仍然是首选。相比之下,与垃圾焚化炉相配的余热锅炉(以下简称垃圾锅炉更容易进入市场。近年来,本企业就为国内若干座垃圾电厂设计制造垃圾锅炉。这种锅炉的热平衡计算有自身特点。2仅知道锅炉进口烟气组分、流量和温度焚化炉供方仅提供其出口处的烟气组份:CO 2、N 2、O 2、H 2O 、CO 、HCl 、SO 2、飞灰;烟气流量与温度。我们能够根据这些已知条件近似计算垃圾锅炉的蒸发量。首先估算理论燃烧空气总量B V 0。B V 0(V N 2.inc.out /0.79-V O 2.inc.out /0.2

5、1(1然后估算焚化炉出口过量空气系数:inc.out (V N 2.inc.out /0.79/(V N2.inc.out /0.79-V O2.inc.out /0.21(2锅炉有效热量Q eff 由下式近似算出,蒸发量随之确定。Q eff Q inc.out -Q ex +B V 0(C amb.air amb ×(ex -inc.out (3Q inc.out =V i.inc.out (Ci +W ash (C ash i =CO 2,N 2,O 2,H 2O ,CO ,HCl ,SO 2=inc.out(4Q ex =V i.inc.out (Ci +W ash (C as

6、h +B V 0(C air (ex -inc.out i =CO 2,N 2,O 2,H 2O ,CO ,HCl ,SO 2=ex (5垃圾锅炉的热平衡为:Q b.in =Q eff +Q 2+Q b.5(6Q b.in =Q inc.out(761工业锅炉2004年第5期(总第87期Q2=Q ex-B V0(C amb.airamb(ex-inc.out(8Q b.5=Q eff(1-/(9以上计算有个前提,那就是“焚化炉余热锅炉”系统不带空气预热器,也不带烟气再循环,不燃的话,应扣除热空气和热烟气带进的热量。3还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、

7、A外,城市垃圾含有不少塑料,所以还有Cl分析。对于这种情况,首先按化学反应式算出V0和V0gas,由于烟气中CO,SO2,HCl含量很少,计算V0gas时可将其忽略。再按下式算出焚化炉出口过量空气系数inc.outinc.out=(V i.inc.out/B-V0gas/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用这种方法解算垃圾锅炉的热平衡当然比第一种方法准确,不过这依然是一种“被动的”方法,全都依据焚化炉出口数据计算垃圾锅炉,因此检验

8、这些数据的可信性是很有必要的。4焚化炉出口烟气数据可信性检验当垃圾焚化炉没投助燃油时用下式检验V CO2.inc.outV CO2.inc.outB VRO2(10投助燃油时用下式检验油耗量BoilB oil(V CO2.inc.out-(B V RO2MSW/(B VRO2oil(11并用下式检验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以上方法还不能全面检验焚化炉供方的烟气参数的可信性。而且垃圾焚化炉余热锅炉本身构成一个完整

9、的热力系统,人为地把两者分开会使一些综合因素难以考虑。下面的方法可以克服这些缺点。5数值焚化炉模拟烟气参数构造一个数值焚化炉,通过质量平衡和热量平衡计算,得出焚化炉出口烟气组分、流量、温度和过量空气系数,将其与焚化炉供方的数据进行比较,确认一致后对垃圾焚化炉余热锅炉系统进行整体计算。计算中需考虑一、二次风加热,考虑垃圾锅炉进口处引入烟气再循环和喷水入焚化炉。式(12式(19用来计算焚化炉出口烟气各组分的流量或过量空气系数。V CO2.inc.out=(1.866C ar(1-R CO/100Bcom(12V N2.inc.out=(0.79inc.out V0+0.8N ar/100Bcom(

10、13V O2.inc.out=0.21(inc.out-1V0+0.9333C ar R CO/100+0.6998S ar/100(1-R SO2Bcom(14 V HCl.inc.out=(0.6319Cl ar/100R HCl Bcom(15V H2O.inc.out=(0.111(H ar- 4.532V HCl.inc.out/B+0.0124M ar+0.0161inc.out V0Bcom+M sw/0.804(16 V CO.inc.out=(1.866C ar/100R CO Bcom(17V SO2.inc.out=(0.6998S ar/100R SO2Bcom(18

11、W ash=(A ar/100B f ash(19数值解算式(4和式(4可得焚化炉出口烟气温度:Q inc.out=B Q net.v.ar(1-com L r.c+(Q p.a+Q s.a(1-Lr.c+(Qf.s.h+Q a.s.h(1-L r.c-B Q net.v.ar(1-com-BL sla-2552M s.w(4垃圾锅炉热平衡仍按式(6,但各分项表达式有变化,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

12、+Q re+Q p.a+Q s.a(1-/(9垃圾焚化炉的热平衡为:Q inc.in=Q inc.out+Q3.4+Q inc.5+Q6(20Q inc.in=B Q net.v.ar+Q p.a+Q s.a+Q f.s.h+Q a.s.h-2552M s.w(21 Q3.4=B Q net.v.ar(1-com(2271研究与开发垃圾焚化余热锅炉热平衡计算特点及实用程序Q inc.5=(B Q net.v.ar com +Q p.a +Q s.a+Q f.s.h +Q a.s.h L r.c(23Q 6=BL sla(24系统的热效率为:sys =Q eff /(B Q net.v.ar +

13、Q f.s.h +Q a.s.h -2552M s.w (25焚化炉的热效率为:inc =Q inc.out /(B Q net.v.ar +Q p.a +Q s.a+Q f.s.h +Q a.s.h -2552M s.w (26垃圾锅炉的热效率为:b =Q eff /(B Q net.v.ar +Q f.s.h +Q a.s.h-2552M s.w ×(B Q net.v.ar +Q p.a +Q s.a+Q f.s.h +Q a.s.h -2552M s.w /(Q b.in -Q re (276实用程序以上计算步骤已被编成实用程序在微机上运行并链接垃圾锅炉的传热计算从而构成垃圾

14、锅炉完整的热力计算程序,程序已用于产品设计。程序考虑了双组分燃料垃圾和助燃油。一、二次风量不局限于燃烧空气量而是依照工艺要求确定空气量。程序中焚化炉出口过量空气系数和垃圾热值均为变量,改变前者可使焚化炉出口烟气各组分流量发生变化,改变后者则使烟气温度变化。目前国内垃圾电厂属小型热力装置,编程时应考虑其特点:垃圾锅炉出口既可能是过热蒸汽也可能是饱和蒸汽;过热蒸汽参数处在中、低参数范围;过热蒸汽温度调节需同时考虑面式减温和喷水减温,面式减温器回水既可能进入省煤器也可能送往除氧器;个别场合下甚至不带给水回热系统。以上因素都对锅炉出力有影响。程序还预置了3000kW 、6000kW 和12000kW

15、凝汽式汽轮发电机组热耗和汽耗的统计数据及过热蒸汽在炉机之间管道的压损温降,当然由于机组的多样性,程序也容许直接输入热耗或汽耗,从而算出机组功率及垃圾电厂主要技术经济指标。符号说明主体符号B 燃料消耗量,kg/hC 比热容,kJ /(m 3或kJ /(kg Q 热量,kJ /h R 气体生成率V 容积流量,Nm 3/h W 质量流量,kg/h过量空气系数效率保热系数烟气温度,下标air 空气amb 环境ar 收到基ash 飞灰a.s.h 空气显热b 锅炉com 燃烧eff 有效ex 排烟f.s.h 燃料显热gas 烟气i 烟气中i 组分in 进口inc 焚化炉MSW 城市垃圾oil 助燃油out 出口p.a 一次风re 烟气再循环s.a 二次风sla 渣sys 垃圾焚化炉余热锅炉系统特殊符号f ash 飞灰份额L r.c 焚化炉散热率L sla 渣热损失,kJ /kg M ar 收到基水分,%M sw 焚化炉喷水量,kg/h Q net.v.ar 低位热值,kJ /kg Q 2排烟热损失,kJ /h