CN106770456A - 一种垃圾焚烧炉炉内烟气850℃条件下停留时间的实时测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明解决的问题在于提供一种垃圾焚烧炉炉内烟气850℃条件下停留时间的实时测量方法，构建焚烧炉炉内沿炉膛高度的实时温度场分布，确定烟道内烟气温度变化梯度，并且实时修正烟气流速，确定烟气在850℃以上于炉膛内停留时间，是否能够满足垃圾发电厂运行下的850℃/2S排放指标验证；机组运行时，分布式控制系统DCS实时采集热电偶测量值，在DCS画面上展示并同步发送数据至电厂的SIS系统，SIS系统接受DCS传来的数据后，在SIS系统的实时服务器存储并将数据传至计算服务器，在计算服务器中实时计算烟气在温度高于850℃时的停留时间t和低于850℃的位置，并实时展现在SIS页面的生产过程中；电厂运行人员可以在SIS页面中实时监控，实时监测烟气在炉膛内满足850℃温度条件下的停留时间以满足环保要求。

Description

一种垃圾焚烧炉炉内烟气850℃条件下停留时间的实时测量 方法

技术领域

本发明属于电站锅炉监测技术领域，涉及一种垃圾焚烧炉炉内烟气850℃条件下停留时间的实时测量方法。

背景技术

二恶英(Dioxin)，又称二氧杂芑，是一种无色无味、毒性严重的脂溶性物质，它能干扰机体的内分泌，产生广泛的健康影响，二恶英是环境污染物，属于“12大危害物”。垃圾焚烧易带来二次污染，其中危害严重的是二恶英污染。二恶英是迄今为止人类无意识合成的毒性最强的副产品，它的理化性质稳定，很难自然降解，对人体健康和生态环境存在着巨大的安全隐患。固体废物焚烧是其主要产生源之一，据统计，其贡献率可达到50％-80％。

生活垃圾焚烧厂烟气中二恶英的浓度范围约为10^-4～10^-6mg/m³之间，对周围环境空气产生影响，从生活垃圾焚烧炉排放出来的二恶英往往占各国二恶英排放总量的相当大的比重，在建设生活垃圾焚烧厂或者在生活垃圾焚烧厂的运行管理中，要注意改善生活垃圾的燃烧条件，严格控制二恶英的排放。

生活垃圾在焚烧过程中，二恶英的生成机理相当复杂，至今为止国内外的研究成果还不足以完全说明问题，已知的生成途径可能有：

(1)生活垃圾中本身含有微量的二恶英，由于二恶英具有热稳定性，尽管大部分在高温燃烧时得以分解，但仍会有一部分在燃烧以后排放出来；

(2)在燃烧过程中由含氯前体物生成二恶英，前体物包括聚氯乙烯、氯代苯、五氯苯酚等，在燃烧中前体物分子通过重排、自由基缩合、脱氯或其它分子反应等过程会生成二恶英，这部分二恶英在高温燃烧条件下大部分会被分解；

(3)当因燃烧不充分而在烟气中产生过多的未燃烬物质，并遇适量的触媒物质(主要为重金属，特别是铜等)及300～500℃的温度环境，则在高温燃烧中已经分解的二恶英将会重新生成。

因此，在此前提下垃圾发电厂要求烟气温度在＞850℃的条件下于炉膛内停留至少2s以保证二恶英分解，因此，垃圾发电厂确定其烟气850℃/2S是否达标，变得尤为重要。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种垃圾焚烧炉炉内烟气850℃条件下停留时间的实时测量方法，构建焚烧炉炉内沿炉膛高度的实时温度场分布，确定烟道内烟气温度变化梯度，并且实时修正烟气流速，确定烟气在850℃以上于炉膛内停留时间，是否能够满足垃圾发电厂运行下的850℃/2S排放指标验证。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种垃圾焚烧炉炉内烟气850℃条件下停留时间的实时测量方法，其特征在于，包括以下操作：

1)构建焚烧炉炉内沿炉膛高度的实时温度场分布：

在垃圾焚烧炉内沿炉膛竖直烟道的高度方向设置多排烟温测点，烟温测点伸入炉膛深度200mm至400mm；焚烧炉炉内实时温度场分布沿炉膛高度为线性衰减，即炉膛下部温度始终大于炉膛出口温度，并可用线性函数拟合；

2)计算烟气烟温在垃圾焚烧炉炉内高于850℃条件下的停留时间：

t＝ΔH/_u＝(H₈₅₀-H₀)/_u (1)

式中：

t为烟气高于850℃条件下在炉膛内的停留时间，s；ΔH为沿垃圾焚烧炉炉膛高度中心线方向上，炉膛底部到烟气温度850℃处的距离，m；u为炉膛烟气流速，m/s；H₈₅₀为炉膛烟气温度为850℃的位置，m；H₀为计算起点，m：

其中，H₀的确定为：若垃圾焚烧炉仅有一个燃烧室时，选择第一烟道起始的标高作为H₀计算起点；垃圾焚烧炉有多个燃烧室时，将第一烟道及第二燃室的入口作为H₀计算起点；

H₈₅₀的确定为：

若竖直烟道内只设置分别位于烟道底部及烟道顶部的两排烟温测点D₁、D₂，对应的高度分别为H₁和H₂；底部的测点分别为D₁₁、D₁₂，所测温度为T₁₁、T₁₂；顶部的测点分别为D₂₁、D₂₂，所测温度为T₂₁、T₂₂；温度满足如下条件：

T₁＞T₂ (2)

T₁＝(T₁₁+T₁₂)/2 (3)

T₂＝(T₂₁+T₂₂)/2 (4)

当D₂点温度T₂大于等于850℃时，那么位于D₂点以下的烟气温度均大于850℃，焚烧炉炉内烟气停留时间全部大于850℃，则：

H₈₅₀＝H₂ (5)

当D₂处的烟气温度小于850℃时，设烟气温度随烟道内的距离H呈线性变化，此时：

若竖直烟道内设置有3排以上测点，此时采用最小二乘法拟合出烟气高度在烟道内随烟气温度的变化曲线，则：

H₈₅₀＝a+bT₈₅₀ (7)

炉膛烟气流速u通过烟气温度对设计烟气流速的修正得到，采用以下两种不同的算法分别确定：

式中：u_sj为炉膛烟气流速设计值，Nm³/h；B_sj为设计负荷，t/h；B_i为实际负荷，t/h；T_sj为炉膛内烟气设计温度，℃；为炉膛内烟气实际温度，℃；

或：

式中：Q_y为实际烟气流量，Nm³/s；F为炉膛内截面积，m²；

所述的烟温测点的分布为：

在垃圾焚烧炉的第一烟道下部于同一标高，左中右间隔均匀的布置3个温度测点；

在第一烟道中部于同一标高，左中右间隔均匀布置3个温度测点；

在第一烟道上部于同一标高，左中右间隔均匀布置3个温度测点。

每个烟温测点采用防磨热电偶，可耐受1200℃的环境温度，满足焚烧炉烟气温度范围。

所述的防磨热电偶安装时将套管一端与锅炉炉管间的鳍片焊接，鳍片宽度不够时进行让管处理，另一端焊接法兰，长度超出炉墙保温层。

实际烟气流量根据燃烧风的总量进行计算，垃圾焚烧之后烟气根据下式进行计算：

Q_flue＝Q₀+1.0161(α-1)Q₀ (14)

式中：α为过量空气系数，一般设定为1.1；Q₀为理论空气量，Nm³/s。

实际烟气流量Q_y替换为如下方法计算：

Q_y＝Q₁+Q₂ (15)

式中：Q₁为一次风流量，Nm³/s；Q₂为二次风流量，Nm³/s。

在机组运行时，分布式控制系统DCS实时采集烟温测点的测量值，在DCS画面上展示并同步发送数据至电厂的SIS系统，SIS系统接受DCS传来的数据后，在SIS系统的实时服务器存储并将数据传至计算服务器，在计算服务器中实时计算烟气在温度高于850℃时的停留时间t和低于850℃的位置，并实时展现在SIS页面的生产过程中；在SIS页面中实时监控，监测烟气在炉膛内满足850℃温度条件下的停留时间以满足环保要求。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明在垃圾焚烧炉内沿炉膛竖直烟道的高度方向设置多排烟温测点，烟温测点可采用防磨热电偶，构建焚烧炉炉内沿炉膛高度的实时温度场分布，线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，满足大型焚烧炉炉膛出口高温烟气环境下烟气温度的长期可靠测量(大于6个月)，实现多点立体测量炉膛出口和第一烟道内高温烟气温度场。

本发明不需要再对锅炉负荷进行计算，通过锅炉第一烟道的锅炉温度分布曲线，拟合做线性化处理，确定烟气温度在温度降低至850℃时所达到高度，较真实的反应烟气流动距离。

附图说明

图1是焚烧炉第一烟道烟温测量系统测点位置示意图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

一种垃圾焚烧炉炉内烟气850℃条件下停留时间的实时测量方法，包括以下操作：

1)构建焚烧炉炉内沿炉膛高度的实时温度场分布：

在垃圾焚烧炉内沿炉膛竖直烟道的高度方向设置多排烟温测点，烟温测点伸入炉膛深度200mm至400mm；焚烧炉炉内实时温度场分布沿炉膛高度为线性衰减，即炉膛下部温度始终大于炉膛出口温度，并可用线性函数拟合；

具体的：在锅炉第一烟道加装9个烟温测点(建议在锅炉制造时预留)，测点分布为：第一烟道下部于同一标高，分左中右布置3个温度测点，第一烟道中部于同一标高，分左中右布置3个温度测点，第一烟道上部于同一标高，分左中右布置3个温度测点，每个烟温测点采用8mm直径的防磨热电偶，保护管直径16mm，该直径热电偶可耐受1200℃的环境温度，满足焚烧炉烟气温度范围。

安装时使用Φ40×5mm的套管一端与锅炉炉管间的鳍片焊接(鳍片宽度不够时可进行让管处理)，另一端焊接法兰，长度适当超出炉墙保温层。套管的主要作用是穿过锅炉炉墙保温，避免高温的热电偶保护管与保温层接触，外侧焊接法兰，支撑固定热电偶。防磨热电偶插入套管后用法兰与套管连接固定，其进入炉膛深度不低于300mm。

2)计算烟气烟温在垃圾焚烧炉炉内高于850℃条件下的停留时间：

t＝ΔH/_u＝(H₈₅₀-H₀)/_u (1)

式中：

t为烟气高于850℃条件下在炉膛内的停留时间，s；ΔH为沿垃圾焚烧炉炉膛高度中心线方向上，炉膛底部到烟气温度850℃处的距离，m；u为炉膛烟气流速，m/s；H₈₅₀为炉膛烟气温度为850℃的位置，m；H₀为计算起点，m。

下面给出各参数的确定过程：

其中，H₀的确定为：若垃圾焚烧炉仅有一个燃烧室时，选择第一烟道起始的标高作为H₀计算起点；垃圾焚烧炉有多个燃烧室时，将第一烟道及第二燃室的入口作为H₀计算起点；

H₈₅₀的确定为：

若竖直烟道内只设置分别位于烟道底部及烟道顶部的两排烟温测点D₁、D₂，对应的高度分别为H₁和H₂；底部的测点分别为D₁₁、D₁₂，所测温度为T₁₁、T₁₂；顶部的测点分别为D₂₁、D₂₂，所测温度为T₂₁、T₂₂；温度满足如下条件：

T₁＞T₂ (2)

T₁＝(T₁₁+T₁₂)/2 (3)

T₂＝(T₂₁+T₂₂)/2 (4)

当D₂点温度T₂大于等于850℃寸，那么位于D₂点以下的烟气温度均大于850℃，焚烧炉炉内烟气停留时间全部大于850℃，则：

H₈₅₀＝H₂ (5)

当D₂处的烟气温度小于850℃时，设烟气温度随烟道内的距离H呈线性变化，此时：

若竖直烟道内设置有3排以上测点，此时采用最小二乘法拟合出烟气高度在烟道内随烟气温度的变化曲线，则：

H₈₅₀＝a+bT₈₅₀ (7)

炉膛烟气流速u通过烟气温度对设计烟气流速的修正得到，采用以下两种不同的算法分别确定：

式中：u_sj为炉膛烟气流速设计值，Nm³/h；B_sj为设计负荷，t/h；B_i为实际负荷，t/h；T_sj为炉膛内烟气设计温度，℃；为炉膛内烟气实际温度，℃；

或：

式中：Q_y为实际烟气流量，Nm³/s；F为炉膛内截面积，m²；

实际烟气流量根据燃烧风的总量进行计算，垃圾焚烧之后烟气根据下式进行计算：

Q_flue＝Q₀+1.0161(α-1)Q₀ (14)

式中：α为过量空气系数，一般设定为1.1；Q₀为理论空气量，Nm³/s。

按照上述公式，在不同条件下计算出烟气在温度降低至850℃时于炉膛内停留时间t。

在实际工程应用中实际烟气流量Q_y也可采用如下方法计算：

Q_y＝Q₁+Q₂ (15)

式中：Q₁为一次风流量，Nm³/s；Q₂为二次风流量，Nm³/s。

进一步的，将改测量方法与监控系统进行以下结合：

机组运行时，分布式控制系统DCS实时采集热电偶测量值，在DCS画面上展示并同步发送数据至电厂的SIS系统，SIS系统接受DCS传来的数据后，在SIS系统的实时服务器存储并将数据传至计算服务器，在计算服务器中实时计算烟气在温度高于850℃时的停留时间t和低于850℃的位置，并实时展现在SIS页面的生产过程中。

本发明不需要再对锅炉负荷进行计算，通过锅炉第一烟道的锅炉温度分布曲线，拟合做线性化处理，确定烟气温度在温度降低至850℃时所达到高度，较真实的反应烟气流动距离。

以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种垃圾焚烧炉炉内烟气850℃条件下停留时间的实时测量方法，其特征在于，包括以下操作：

1)构建焚烧炉炉内沿炉膛高度的实时温度场分布：

在垃圾焚烧炉内沿炉膛竖直烟道的高度方向设置多排烟温测点，烟温测点伸入炉膛深度200mm至400mm；焚烧炉炉内实时温度场分布沿炉膛高度为线性衰减，即炉膛下部温度始终大于炉膛出口温度，并可用线性函数拟合；

2)计算烟气烟温在垃圾焚烧炉炉内高于850℃条件下的停留时间：

t＝ΔH/u＝(H₈₅₀-H₀)/u (1)

式中：

t为烟气高于850℃条件下在炉膛内的停留时间，s；ΔH为沿垃圾焚烧炉炉膛高度中心线方向上，炉膛底部到烟气温度850℃处的距离，m；u为炉膛烟气流速，m/s；H₈₅₀为炉膛烟气温度为850℃的位置，m；H₀为计算起点，m；

其中，H₀的确定为：若垃圾焚烧炉仅有一个燃烧室时，选择第一烟道起始的标高作为H₀计算起点；垃圾焚烧炉有多个燃烧室时，将第一烟道及第二燃室的入口作为H₀计算起点；

H₈₅₀的确定为：

若竖直烟道内只设置分别位于烟道底部及烟道顶部的两排烟温测点D₁、D₂，对应的高度分别为H₁和H₂；底部的测点分别为D₁₁、D₁₂，所测温度为T₁₁、T₁₂；顶部的测点分别为D₂₁、D₂₂，所测温度为T₂₁、T₂₂；温度满足如下条件：

T₁＞T₂ (2)

T₁＝(T₁₁+T₁₂)/2 (3)

T₂＝(T₂₁+T₂₂)/2 (4)

当D₂点温度T₂大于等于850℃时，那么位于D₂点以下的烟气温度均大于850℃，焚烧炉炉内烟气停留时间全部大于850℃，则：

H₈₅₀＝H₂ (5)

当D₂处的烟气温度小于850℃时，设烟气温度随烟道内的距离H呈线性变化，此时：

$H_{850}=\frac{(T_{850}-T_1)(H_2-H_1)}{T_2-T_1}+H_1---\left(6\right)$

若竖直烟道内设置有3排以上测点，此时采用最小二乘法拟合出烟气高度在烟道内随烟气温度的变化曲线，则：

H₈₅₀＝a+bT₈₅₀ (7)

$b=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{T}_i{H}_i-n\stackrel{\‾}{T}\stackrel{\‾}{H}}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{T_i}^2-n{\stackrel{\‾}{T}}^2}---\left(8\right)$

$a=\stackrel{\‾}{H}-b\stackrel{\‾}{T}---\left(9\right)$

$\stackrel{\‾}{H}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{H}_i---\left(10\right)$

$\stackrel{\‾}{T}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{T}_i---\left(11\right)$

炉膛烟气流速u通过烟气温度对设计烟气流速的修正得到，采用以下两种不同的算法分别确定：

$u=u_{sj}\frac{B_i}{B_{sj}}\×\frac{273+\stackrel{\‾}{T}}{273+T_{sj}}---\left(12\right)$

式中：u_sj为炉膛烟气流速设计值，Nm³/h；B_sj为设计负荷，t/h；B_i为实际负荷，t/h；T_sj为炉膛内烟气设计温度，℃；为炉膛内烟气实际温度，℃；

或：

$u=\frac{Q_y}{F}\×\frac{273+\stackrel{\‾}{T}}{273+T_{sj}}---\left(13\right)$

式中：Q_y为实际烟气流量，Nm³/s；F为炉膛内截面积，m²；

实际烟气流量根据燃烧风的总量进行计算，垃圾焚烧之后烟气根据下式进行计算：

Q_flue＝Q₀+1.0161(a-1)Q₀ (14)

式中：α为过量空气系数，一般设定为1.1；Q₀为理论空气量，Nm³/s。

2.如权利要求1所述的垃圾焚烧炉炉内烟气850℃条件下停留时间的实时测量方法，其特征在于，所述的烟温测点的分布为：

在垃圾焚烧炉的第一烟道下部于同一标高，左中右间隔均匀的布置3个温度测点；

在第一烟道中部于同一标高，左中右间隔均匀布置3个温度测点；

在第一烟道上部于同一标高，左中右间隔均匀布置3个温度测点。

3.如权利要求1或2所述的垃圾焚烧炉炉内烟气850℃条件下停留时间的实时测量方法，其特征在于，每个烟温测点采用防磨热电偶，可耐受1200℃的环境温度，满足焚烧炉烟气温度范围。

4.如权利要求3所述的垃圾焚烧炉炉内烟气850℃条件下停留时间的实时测量方法，其特征在于，所述的防磨热电偶安装时将套管一端与锅炉炉管间的鳍片焊接，鳍片宽度不够时进行让管处理，另一端焊接法兰，长度超出炉墙保温层。

5.如权利要求1所述的垃圾焚烧炉炉内烟气850℃条件下停留时间的实时测量方法，其特征在于，实际烟气流量Q_y替换为如下方法计算：

Q_y＝Q₁+Q₂ (15)

式中：Q₁为一次风流量，Nm³/s；Q₂为二次风流量，Nm³/s。

6.如权利要求1所述的垃圾焚烧炉烟气温度降低至850℃时于烟道内停留时间的测量方法，其特征在于，在机组运行时，分布式控制系统DCS实时采集烟温测点的测量值，在DCS画面上展示并同步发送数据至电厂的SIS系统，SIS系统接受DCS传来的数据后，在SIS系统的实时服务器存储并将数据传至计算服务器，在计算服务器中实时计算烟气在温度高于850℃时的停留时间t和低于850℃的位置，并实时展现在SIS页面的生产过程中；在SIS页面中实时监控，监测烟气在炉膛内满足850℃温度条件下的停留时间以满足环保要求。