概 述:
以武漢市某垃圾焚燒發(fā)電廠兩臺焚燒爐爐膛溫度建模試驗(yàn)情況為例，介紹生活垃圾焚燒爐爐膛各斷面不同負(fù)荷下的溫度測試比對結(jié)果及建模修正情況，以便將準(zhǔn)確的溫度 DCS 數(shù)據(jù)提供給運(yùn)行人員作為精確操作調(diào)整依據(jù)。
0 引言
生活垃圾焚燒發(fā)電是近 30 年來開發(fā)出的一項(xiàng)新技術(shù)，相較于垃圾填埋，可節(jié)約大量的土地資源，同時減少可能帶來的二次污染，并可對垃圾進(jìn)行能源資源化利用。因此，日益成為一些發(fā)達(dá)國家垃圾處理的主要方式。垃圾焚燒爐爐膛溫度合理控制對抑制二噁英和 SNCＲ 脫硝反應(yīng)效率至關(guān)重要。本次溫度建模試驗(yàn)的目的是通過對垃圾焚燒電廠焚燒爐二次空氣噴入點(diǎn)所在斷面、爐膛中部斷面和爐膛上部斷面分別設(shè)置的溫度測點(diǎn)進(jìn)行不同負(fù)荷下的溫度測試比對，根據(jù)比對測試結(jié)果對爐膛溫度測點(diǎn)進(jìn)行修正建模，以便將準(zhǔn)確的爐膛溫度數(shù)據(jù)提供給運(yùn)行人員作為精確操作調(diào)整依據(jù)。
1 設(shè)備概況
該垃圾焚燒發(fā)電廠主要由地衡稱重系統(tǒng)、垃圾卸料平臺、垃圾貯坑、垃圾焚燒系統(tǒng)、余熱利用系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)、灰渣處理系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、助燃空氣系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。焚燒爐的處理量是每臺 500 t/d，余熱鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)組采用中溫中壓及相關(guān)配套輔助設(shè)備。焚燒爐是采用丹麥進(jìn)口技術(shù)的風(fēng)冷的往復(fù)機(jī)械式爐排，運(yùn)動爐排單元與固定爐排單元間隔布置，整副爐排由四級組成，用來集中焚燒處理生活垃圾。進(jìn)料擋板的擋板門在啟停爐和緊急狀態(tài)下是關(guān)閉的，正常運(yùn)行時水冷斜槽內(nèi)充滿了垃圾，爐排下灰斗出口插入水封式輸渣機(jī)，組成一個密封的供垃圾燃燒的空間?？諝饴┤肷?，煙氣不泄漏。
生活垃圾由垃圾運(yùn)輸車運(yùn)入垃圾焚燒處理廠，經(jīng)過地衡稱重后進(jìn)入垃圾卸料平臺，按控制系統(tǒng)指定的卸料門將垃圾倒入垃圾貯坑。垃圾貯坑內(nèi)的垃圾由設(shè)在垃圾貯坑上方的吊車抓斗送入垃圾進(jìn)料斗，垃圾經(jīng)進(jìn)料擋板，水冷斜槽，由推料器推入焚燒室內(nèi)的爐排上，與從爐排下灰斗上來的預(yù)熱空氣( 一次風(fēng))充分接觸，使垃圾在爐排上干燥、燃燒、燃燼。爐排在液壓系統(tǒng)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的作用下使垃圾依次經(jīng)過預(yù)熱段、燃燒段和燃燼段。爐排漏灰和爐渣通過輸送系統(tǒng)送到渣坑，進(jìn)行爐渣回收處置。煙氣凈化系統(tǒng)的飛灰輸送到固化中心集中處理。從推料器滲漏下的滲濾液經(jīng)推料器下灰斗收集送到垃圾坑滲濾液池統(tǒng)一收集，送往污水處理廠處理。
垃圾坑上部設(shè)有抽風(fēng)口，引風(fēng)機(jī)從坑內(nèi)抽出有害氣體，作為一次風(fēng)，經(jīng)蒸汽空氣預(yù)熱器預(yù)熱至 220℃從爐排下灰斗送入爐內(nèi)，與垃圾充分接觸，作為焚燒爐的主要燃燒空氣。二次風(fēng)機(jī)從鍋爐房頂抽取空氣，從余熱鍋爐前拱與第一通道進(jìn)口處送入，作為二次風(fēng)。燃燒過程可根據(jù)垃圾熱值及運(yùn)行狀況控制一次風(fēng)、二次風(fēng)各風(fēng)門的開度。推料器和爐膛兩側(cè)墻的冷卻風(fēng)也被送到一次風(fēng)進(jìn)口處作為一次風(fēng)。
燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔?，?jīng)余熱鍋爐各受熱面吸熱降溫后，煙氣經(jīng)過煙氣處理系統(tǒng)、布袋除塵器處理過的潔凈煙氣由煙囪排出。
燃燒室內(nèi)部根據(jù)焚燒區(qū)域的不同，砌筑不同特性的耐火、耐磨、耐高溫材料，砌筑層厚度是 600 mm。在二、三級爐排上方爐膛兩側(cè)的爐墻采用風(fēng)冷爐墻。在爐排框架內(nèi)表面、出渣斜槽內(nèi)表面均襯有耐火保溫材料。水冷斜槽、爐排下灰斗外表面覆蓋有保溫和外護(hù)板。
本套焚燒裝置垃圾設(shè)計(jì)低位熱值( LHV) 6 800 kJ/kg，額定處理量為 20． 83 t/h。鍋爐出口煙氣量 92 187 Nm 3 / h，含氧量7． 0%，三原子分子體積百分比 7． 7%，含水量 23． 2%，含氮量62． 1%，均為體積百分比。垃圾正常處理量范圍為 13． 3 ～ 20．83 t/h，垃圾低位熱值( LHV) 范圍 4 200 ～9 500 kJ/kg。一次風(fēng)溫度 220℃，二次風(fēng)溫度 23℃。
2 試驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)
1) 試驗(yàn)項(xiàng)目: 100%、80%與 60%三個負(fù)荷溫度點(diǎn)。
2) 試驗(yàn)內(nèi)容簡況: 該廠共 2 臺垃圾焚燒爐，每臺焚燒爐的二次空氣噴入點(diǎn)所在斷面、爐膛中部斷面和爐膛上部斷面分別設(shè)置的 12 個溫度測點(diǎn)做溫度標(biāo)定測試。
根據(jù)實(shí)測爐膛溫度和自帶熱電偶溫度表盤結(jié)果比對，進(jìn)行溫度模型建立及 DCS 修正。此次溫度建模未考慮爐膛配風(fēng)量、垃圾熱值等影響因子，只考慮溫度因子建立溫度補(bǔ)償模型，可通過二次空氣噴入點(diǎn)所在斷面、爐膛中部斷面和爐膛上部斷面分別設(shè)置的 12 個溫度測點(diǎn)經(jīng)溫度模型補(bǔ)償后的平均值作為DCS 溫度。
3 試驗(yàn)內(nèi)容及測試方法簡介
3． 1 測點(diǎn)布置
溫度標(biāo)定測點(diǎn)位置為焚燒爐的原有的二次空氣噴入點(diǎn)所在斷面、爐膛中部斷面和爐膛上部斷面設(shè)置的 12 個溫度測點(diǎn)位置( 每個斷面 4 個測點(diǎn)) 。測點(diǎn)布置圖如圖 1 所示。
3． 2 測試方法
試驗(yàn)時，當(dāng)鍋爐達(dá)到穩(wěn)定的試驗(yàn)負(fù)荷( 100%負(fù)荷) 時，記錄下鍋爐原熱電偶顯示溫度數(shù)值后，將熱電偶拆卸并抽出套筒。試驗(yàn)人員用自帶校準(zhǔn)過的熱電偶對原有熱電偶測孔進(jìn)行溫度測量( 共測量 3 次，每 5 min 記錄一次，結(jié)果取平均值) 。測量結(jié)束后調(diào)整試驗(yàn)負(fù)荷，同時將熱電偶回裝，待第二個試驗(yàn)負(fù)荷( 80%負(fù)荷) 穩(wěn)定后，按同樣程序進(jìn)行測量，如此直到完成第三個負(fù)荷( 60%負(fù)荷) 溫度校正測量。
4 試驗(yàn)結(jié)果及分析
本次試驗(yàn)分別在焚燒鍋爐 100%、80% 和 60% 負(fù)荷工況下，即鍋爐蒸發(fā)量分別大致在43 t/h、35 t/h 和28 t/h 左右工況下測試了電廠共 2 臺焚燒爐的二次空氣噴入點(diǎn)所在斷面、爐膛中部斷面和爐膛上部斷面分別設(shè)置的 12 個溫度測點(diǎn)溫度。測試期間無進(jìn)行風(fēng)量的調(diào)整; 鍋爐不進(jìn)行吹灰、打渣、放灰等，并盡量減少爐膛漏風(fēng); 送、引風(fēng)機(jī)擋板開度和電流值不變; 保持風(fēng)、垃圾比例一致。此外，試驗(yàn)期間爐膛負(fù)壓表、氧量、壓力、溫度、流量等熱工表計(jì)投入并指示正確，由于垃圾熱值有變化，所以實(shí)際測試時即使鍋爐燃燒不做調(diào)整，鍋爐主汽流量等參數(shù)都有一定范圍的波動。
根據(jù)溫度測量和比對結(jié)果: 2 臺焚燒爐實(shí)際測量爐膛平均溫度均比表盤顯示溫度高，且差值不一。這主要是因?yàn)榉贌隣t溫度測量元件熱電偶主要安裝在靠近爐墻水冷壁( 約 30 cm)處，其受到鍋爐水冷壁( 溫度較低，工質(zhì)溫度 130℃ ～260℃) 的影響，因此熱電偶顯示溫度會比爐膛實(shí)際平均溫度偏低。同時，試驗(yàn)中還對熱電偶在大氣環(huán)境中顯示值和實(shí)際環(huán)境溫度進(jìn)行了比對，結(jié)果為: 當(dāng)環(huán)境溫度為 25℃ 時，熱電偶顯示值也約為 25℃; 當(dāng)環(huán)境溫度為 45℃( 焚燒爐底層熱電偶測點(diǎn)安裝斜面位置) 時，熱電偶顯示值約為 46℃，熱電偶顯示溫度與環(huán)境溫度相差不大。
此外，此次試驗(yàn)中在焚燒爐即使在滿負(fù)荷運(yùn)行中實(shí)測爐膛溫度基本在 1 100℃以下，因此在建立溫度模型時，對于熱電偶顯示溫度大于 1 150℃情況，不對熱電偶溫度進(jìn)行補(bǔ)償。結(jié)合試驗(yàn)測量數(shù)據(jù)結(jié)果及其特點(diǎn)情況，采用非線性擬合方法對焚燒爐 DCS 顯示溫度建立非線性數(shù)學(xué)模型。
5 1、2 號鍋爐爐膛溫度建模結(jié)果
1、2 號鍋爐爐膛溫度建模結(jié)果見表 1 和表 2 所列，據(jù)此電廠可對現(xiàn)有鍋爐運(yùn)行畫面上的 12 個溫度點(diǎn)顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。
6 結(jié)語
通過以上模型對各測點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確修正，運(yùn)行人員可獲得更為準(zhǔn)確的爐膛溫度情況。垃圾焚燒爐爐膛溫度合理控制對抑制二噁英和提高 SNCＲ 脫硝反應(yīng)效率至關(guān)重要。
