垃圾焚化余热锅炉热平衡计算特点及实用程序.pdf

文章编号:100428774(2004)05216203 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:TK229192 +9 文献标识码:A Heat Balance Calculation Characteristicand P C Program Available for Heat Recovery Boiler Matched with a MSW Incinerator LI Cun2sheng (Guangzhou Boiler Industrial Corp. , Guangzhou 511495 , China) Abstract :There are three methods to calculate the boiler capacity. If gas composition flow rate and temperature at in2 cinerator exit are given only , the capacity can be calculated approximately. In addition the element analysis and comsump2 tion of MSW are also given , the computation is more exact. Finally an advanced method using numerical incinerator simu2 lates gas parameters at the exit is recommented. Key words :Boiler;MSW;PC Program; Heat balance 1 问题的提出 城市垃圾焚化技术比较复杂,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:CO2、 N2、O2、H2O、CO、HCl、SO2、 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BV 0 。 BV 0( VN 2. inc.out/ 0. 79 - VO 2. inc.out/ 0. 21) (1) 然后估算焚化炉出口过量空气系数: inc.out(VN2. inc.out/ 0. 79)/ (VN2. inc.out/ 0. 79 -VO 2. inc.out/ 0. 21) (2) 锅炉有效热量Qeff由下式近似算出,蒸发量随之确 定。 QeffQinc.out-Qex+BV 0 (Camb. air amb) (ex-inc.out ) (3) Qinc.out=Vi. inc.out(C)i+Wash(C)ash i= CO2,N2,O2,H2O ,CO ,HCl ,SO2 =inc.out (4) Qex=Vi. inc.out(C)i+Wash(C)ash +BV 0 (Cair) ( ex-inc.out) i= CO2,N2,O2,H2O ,CO ,HCl ,SO2 =ex(5) 垃圾锅炉的热平衡为: Qb. in=Qeff+Q2+Qb. 5(6) Qb. in=Qinc.out(7) 61 工 业 锅 炉 2004年第5期(总第87期) 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. Q2=Qex-BV 0 (Camb. air amb) (ex-inc.out) (8) Qb. 5=Qeff (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、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V 0 和V 0 gas,由于烟气中 CO ,SO2,HCl含量很少,计算V 0 gas时可将其忽略。再 按下式算出焚化炉出口过量空气系数 inc.out inc.out= ( Vi. inc.out/B ) - V 0 gas / 1. 0161V 0 + 1 i= CO2,N2,O2,H2O ,CO ,HCl ,SO2(2) 然后由下式求得Qeff Qeff= Qinc.out-Qex+BV 0 (Camb. air amb) ( 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 VCO 2. inc.out VCO 2. inc.out BVRO 2 (10) 投助燃油时用下式检验油耗量Boil Boil(VCO 2. inc.out - ( BVRO 2) MSW)/ (BVRO2)oil (11) 并用下式检验VO 2. inc.out inc.out ( BV 0) MSW + ( BV 0) oil+ VN 2. inc.out - ( BV 0 N2)MSW + ( BV 0 N2)oil +VO 2. inc.out / ( BV 0) MSW + ( BV 0) oil (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。 VCO 2. inc.out = (1. 866Car (1 - RCO)/ 100)Bcom (12) VN 2. inc.out = (0. 79inc.outV 0 + 0. 8Nar/ 100)Bcom (13) VO 2. inc.out = 0. 21( inc.out - 1) V 0 + 0. 9333CarRCO/ 100 + 0. 6998Sar / 100(1 -RSO 2 ) Bcom(14) VHCl. inc.out= (0. 6319Clar/ 100)RHClBcom(15) VH 2O. inc.out = (0. 111 (Har- 4. 532V HCl. inc.out/ B) + 0. 0124Mar + 0. 0161inc.outV 0) Bcom+Msw/ 0. 804(16) VCO. inc.out= (1. 866Car/ 100)RCOBcom(17) VSO 2. inc.out = (0. 6998Sar/ 100)RSO 2 Bcom(18) Wash = ( Aar/ 100)Bfash(19) 数值解算式(4)和式(4) 可得焚化炉出口烟气温 度: Qinc.out=BQnet. v. ar (1 - comLr. c) + (Qp. a+ Qs. a) (1 - Lr. c) + (Qf. s. h+Qa. s. h ) (1 - Lr. c) -BQnet. v. ar (1 - com ) - BLsla - 2552Ms. 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: Qeff= Qb. in - ( Qre+Qp. a+Qs. a )/ -Qex +BcomV 0 (Camb. air amb) (ex-inc.out ) (3) Qb. in=Qinc.out+Qre(7) Qb. 5 = ( Qeff+Qre+Qp. a+Qs. a ) (1 - )/ (9) 垃圾焚化炉的热平衡为: Qinc. in=Qinc.out+Q3. 4+Qinc. 5+Q6(20) Qinc. in=BQnet. v. ar+Qp. a+Qs. a+Qf. s. h +Qa. s. h- 2552Ms. w(21) Q3. 4=BQnet. v. ar (1 - com) (22) 71 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 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. Qinc. 5 = ( BQnet. v. arcom+Qp. a+Qs. a +Qf. s. h+Qa. s. h)Lr. c(23) Q6=BLsla(24) 系统的热效率为: sys=Qeff / ( BQnet. v. ar+Qf. s. h+Qa. s. h- 2552Ms. w)(25) 焚化炉的热效率为: inc= Qinc.out / ( BQnet. v. ar+Qp. a+Qs. a +Qf. s. h+Qa. s. h- 2552Ms. w)(26) 垃圾锅炉的热效率为: b= Qeff / ( BQnet. v. ar+Qf. s. h+Qa. s. h - 2552Ms. w ) ( BQnet. v. ar+Qp. a+Qs. a +Qf. s. h+Qa. s. h- 2552Ms. w)/ (Qb. in- Qre ) (27) 6 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/ h C 比热容,kJ/ (m3 )或kJ/ (kg ) Q 热量,kJ/ h R 气体生成率 V 容积流量,Nm3/ 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 fash 飞灰份额 Lr. c 焚化炉散热率 Lsla 渣热损失,kJ/ kg Mar 收到基水分, % Msw 焚化炉喷水量,kg/ h Qnet. v. ar 低位热值,kJ/ kg Q2 排烟热损失,kJ/ h Q3. 4 可燃物损失,kJ/ h Qb. 5 余热锅炉散热损失,kJ/ h Qinc. 5 焚化炉散热损失,kJ/ h Q6 渣热总损失,kJ/ h V 0 理论空气量,Nm3/ kg V 0 gas 理论烟气量,Nm 3/ kg VRO 2 三原子气体量,Nm3/ kg 81 工 业 锅 炉 2004年第5期(总第87期) 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. 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