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某垃圾焚烧发电厂焚烧炉炉膛温度建模试验情况

来源:www.nsbgq.cn作者:王亚伟发表时间:2019-07-23 16:54:19

摘 要:以广州某垃圾焚烧发电厂两台焚烧炉炉膛温度建模试验情况为例,介绍生活垃圾焚烧炉炉膛各断面不同负荷下的温度测试比对结果及建模修正情况,以便将准确的温度 DCS 数据提供给运行人员作为精确操作调整依据。
0 引言
生活垃圾焚烧发电是近 30 年来开发出的一项新技术,相较于垃圾填埋,可节约大量的土地资源,同时减少可能带来的二次污染,并可对垃圾进行能源资源化利用。因此,日益成为一些发达国家垃圾处理的主要方式。垃圾焚烧炉炉膛温度合理控制对抑制二噁英和 SNCR 脱硝反应效率至关重要。本次温度建模试验的目的是通过对垃圾焚烧电厂焚烧炉二次空气喷入点所在断面、炉膛中部断面和炉膛上部断面分别设置的温度测点进行不同负荷下的温度测试比对,根据比对测试结果对炉膛温度测点进行修正建模,以便将准确的炉膛温度数据提供给运行人员作为精确操作调整依据。
1 设备概况
该垃圾焚烧发电厂主要由地衡称重系统、垃圾卸料平台、垃圾贮坑、垃圾焚烧系统、余热利用系统、烟气处理系统、灰渣处理系统、水处理系统、助燃空气系统、废水处理系统、液压系统、控制系统等组成。焚烧炉的处理量是每台 500 t/d,余热锅炉和汽轮发电机组采用中温中压及相关配套辅助设备。焚烧炉是采用丹麦进口技术的风冷的往复机械式炉排,运动炉排单元与固定炉排单元间隔布置,整副炉排由四级组成,用来集中焚烧处理生活垃圾。进料挡板的挡板门在启停炉和紧急状态下是关闭的,正常运行时水冷斜槽内充满了垃圾,炉排下灰斗出口插入水封式输渣机,组成一个密封的供垃圾燃烧的空间。空气漏入少,烟气不泄漏。
生活垃圾由垃圾运输车运入垃圾焚烧处理厂,经过地衡称重后进入垃圾卸料平台,按控制系统指定的卸料门将垃圾倒入垃圾贮坑。垃圾贮坑内的垃圾由设在垃圾贮坑上方的吊车抓斗送入垃圾进料斗,垃圾经进料挡板,水冷斜槽,由推料器推入焚烧室内的炉排上,与从炉排下灰斗上来的预热空气( 一次风)充分接触,使垃圾在炉排上干燥、燃烧、燃烬。炉排在液压系统驱动机构的作用下使垃圾依次经过预热段、燃烧段和燃烬段。炉排漏灰和炉渣通过输送系统送到渣坑,进行炉渣回收处置。烟气净化系统的飞灰输送到固化中心集中处理。从推料器渗漏下的渗滤液经推料器下灰斗收集送到垃圾坑渗滤液池统一收集,送往污水处理厂处理。
垃圾坑上部设有抽风口,引风机从坑内抽出有害气体,作为一次风,经蒸汽空气预热器预热至 220℃从炉排下灰斗送入炉内,与垃圾充分接触,作为焚烧炉的主要燃烧空气。二次风机从锅炉房顶抽取空气,从余热锅炉前拱与第一通道进口处送入,作为二次风。燃烧过程可根据垃圾热值及运行状况控制一次风、二次风各风门的开度。推料器和炉膛两侧墙的冷却风也被送到一次风进口处作为一次风。
燃烧产生的高温烟气,经余热锅炉各受热面吸热降温后,烟气经过烟气处理系统、布袋除尘器处理过的洁净烟气由烟囱排出。
燃烧室内部根据焚烧区域的不同,砌筑不同特性的耐火、耐磨、耐高温材料,砌筑层厚度是 600 mm。在二、三级炉排上方炉膛两侧的炉墙采用风冷炉墙。在炉排框架内表面、出渣斜槽内表面均衬有耐火保温材料。水冷斜槽、炉排下灰斗外表面覆盖有保温和外护板。
本套焚烧装置垃圾设计低位热值( LHV) 6 800 kJ/kg,额定处理量为 20. 83 t/h。锅炉出口烟气量 92 187 Nm 3 / h,含氧量7. 0%,三原子分子体积百分比 7. 7%,含水量 23. 2%,含氮量62. 1%,均为体积百分比。垃圾正常处理量范围为 13. 3 ~ 20.83 t/h,垃圾低位热值( LHV) 范围 4 200 ~9 500 kJ/kg。一次风温度 220℃,二次风温度 23℃。
2 试验项目设计
1) 试验项目: 100%、80%与 60%三个负荷温度点。
2) 试验内容简况: 该厂共 2 台垃圾焚烧炉,每台焚烧炉的二次空气喷入点所在断面、炉膛中部断面和炉膛上部断面分别设置的 12 个温度测点做温度标定测试。
根据实测炉膛温度和自带热电偶温度表盘结果比对,进行温度模型建立及 DCS 修正。此次温度建模未考虑炉膛配风量、垃圾热值等影响因子,只考虑温度因子建立温度补偿模型,可通过二次空气喷入点所在断面、炉膛中部断面和炉膛上部断面分别设置的 12 个温度测点经温度模型补偿后的平均值作为DCS 温度。
3 试验内容及测试方法简介
3. 1 测点布置
温度标定测点位置为焚烧炉的原有的二次空气喷入点所在断面、炉膛中部断面和炉膛上部断面设置的 12 个温度测点位置( 每个断面 4 个测点) 。测点布置图如图 1 所示。
镍铝合金与镍铬合金K型热电偶是最常见的通用热电偶
3. 2 测试方法
试验时,当锅炉达到稳定的试验负荷( 100%负荷) 时,记录下锅炉原热电偶显示温度数值后,将热电偶拆卸并抽出套筒。试验人员用自带校准过的热电偶对原有热电偶测孔进行温度测量( 共测量 3 次,每 5 min 记录一次,结果取平均值) 。测量结束后调整试验负荷,同时将热电偶回装,待第二个试验负荷( 80%负荷) 稳定后,按同样程序进行测量,如此直到完成第三个负荷( 60%负荷) 温度校正测量。
4 试验结果及分析
本次试验分别在焚烧锅炉 100%、80% 和 60% 负荷工况下,即锅炉蒸发量分别大致在43 t/h、35 t/h 和28 t/h 左右工况下测试了电厂共 2 台焚烧炉的二次空气喷入点所在断面、炉膛中部断面和炉膛上部断面分别设置的 12 个温度测点温度。测试期间无进行风量的调整; 锅炉不进行吹灰、打渣、放灰等,并尽量减少炉膛漏风; 送、引风机挡板开度和电流值不变; 保持风、垃圾比例一致。此外,试验期间炉膛负压表、氧量、压力、温度、流量等热工表计投入并指示正确,由于垃圾热值有变化,所以实际测试时即使锅炉燃烧不做调整,锅炉主汽流量等参数都有一定范围的波动。
根据温度测量和比对结果: 2 台焚烧炉实际测量炉膛平均温度均比表盘显示温度高,且差值不一。这主要是因为焚烧炉温度测量元件热电偶主要安装在靠近炉墙水冷壁( 约 30 cm)处,其受到锅炉水冷壁( 温度较低,工质温度 130℃ ~260℃) 的影响,因此热电偶显示温度会比炉膛实际平均温度偏低。同时,试验中还对热电偶在大气环境中显示值和实际环境温度进行了比对,结果为: 当环境温度为 25℃ 时,热电偶显示值也约为 25℃; 当环境温度为 45℃( 焚烧炉底层热电偶测点安装斜面位置) 时,热电偶显示值约为 46℃,热电偶显示温度与环境温度相差不大。
此外,此次试验中在焚烧炉即使在满负荷运行中实测炉膛温度基本在 1 100℃以下,因此在建立温度模型时,对于热电偶显示温度大于 1 150℃情况,不对热电偶温度进行补偿。结合试验测量数据结果及其特点情况,采用非线性拟合方法对焚烧炉 DCS 显示温度建立非线性数学模型。
5 1、2 号锅炉炉膛温度建模结果
1、2 号锅炉炉膛温度建模结果见表 1 和表 2 所列,据此电厂可对现有锅炉运行画面上的 12 个温度点显示数据进行修正。
1 号锅炉炉膛温度2 号锅炉炉膛温度
6 结语
通过以上模型对各测点进行准确修正,运行人员可获得更为准确的炉膛温度情况。垃圾焚烧炉炉膛温度合理控制对抑制二噁英和提高 SNCR 脱硝反应效率至关重要。

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