CN108629495B - 一种垃圾热值的估算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种垃圾热值的估算方法，所述方法包括：采集垃圾焚烧炉温度测点的温度信号计算焚烧炉出口截面的平均温度；采集垃圾焚烧炉烟囱出口烟气总量，烟囱出口的含氧量，余热锅炉的含氧量，垃圾焚烧炉的给料量，结合余热锅炉的漏风系数计算垃圾焚烧炉出口烟气总量；根据焚烧炉出口截面的平均温度和垃圾焚烧炉出口烟气总量，计算垃圾焚烧炉烟气中的能量；采集垃圾焚烧炉一二次风量和风温计算一二次风带入的能量；根据烟气中的能量和一二次风带入的能量计算垃圾带入的能量，从而计算垃圾热值。根据本发明的方法，避免了繁琐的垃圾取样制样以及垃圾取样造成的偏差，有助于垃圾焚烧炉设备的设计优化，从而提高垃圾焚烧炉的运行稳定性。

Description

一种垃圾热值的估算方法
技术领域
本发明涉及垃圾焚烧技术领域，更具体地涉及一种垃圾热值的估算方法。
背景技术
垃圾热值是设计运行垃圾焚烧发电项目的重要参数之一，极大程度影响了垃圾焚烧炉的配风方式、燃烧方式。传统的获取方式主要分为两种，一种是通过分析垃圾中各类垃圾所占的比例，根据各类垃圾典型热值及分配比例进行加权计算；另一种是对混合后的垃圾进行取样制样，利用热值分析仪对样品进行热值测定。
上述两种垃圾热值获取方法均有一定的弊端。第一，由于入场垃圾已经混合在一起，很难分离，因此很难确定各类垃圾所占比例，仅能够根据附近生活垃圾来源的构成进行逆推，如写字楼较多，则纸类生活垃圾比例较大，该方法将带来巨大的误差，常常因为特殊的生产单位(如写字楼、农业基地等)而放大某类垃圾的影响；第二，由于垃圾成分较为复杂，在未经过破碎的情况下，成分极为不均，对垃圾进行取样测量时常常因为取样量过小而造成取样偏差，并且常见现场人员为了方便，随意取样，致使测得的垃圾热值不能代表入场垃圾的平均水平。同时，由于中国的垃圾暂时并没有进行分类投放，垃圾取样极易造成偏差，利用偏差较大的热值数据对生产进行指导，容易造成焚烧炉偏离最优运行工况、生产效率低、垃圾燃烧不完全等现象。
因此，现有技术中传统的垃圾热值获得方式，不能稳定代表当前入炉垃圾的平均水平，估计结果不准确，无法准确高效地为设备的设计提供指导以提高垃圾焚烧炉的运行稳定性。
发明内容
考虑到上述问题而提出了本发明。本发明提供了一种垃圾热值的估算方法，打破这种传统的垃圾热值获得方式，利用垃圾焚烧发电厂DCS(Distributed Control System，分布式控制系统)中监测采集到的数据，如运行项目上的温度、氧量等测量数据，结合燃烧学原理对垃圾热值进行估算，从而避免对垃圾取样进行热值测量，和因为取样偏差对热值测量的影响，所估计的热值能够稳定代表当前入炉垃圾的平均水平，估计结果较为准确，能够为生产以及未来的设备设计提供一定的指导。
根据本发明提供的一种垃圾热值的估算方法，包括：
采集垃圾焚烧炉温度测点的温度信号，根据所述温度信号和所述温度测点的位置信息计算焚烧炉出口截面的平均温度
Figure BDA0001637973590000021
采集垃圾焚烧炉烟囱出口烟气总量Vyc，烟囱出口的含氧量VO,2，余热锅炉的含氧量VO,1，垃圾焚烧炉的给料量B，结合余热锅炉的漏风系数αyr计算垃圾焚烧炉出口烟气总量Vf，out；
根据所述焚烧炉出口截面的平均温度
Figure BDA0001637973590000022
和所述垃圾焚烧炉出口烟气总量Vf，out，计算垃圾焚烧炉烟气中的能量Qy；
采集垃圾焚烧炉一次风量V1，一次风温T1，二次风量V2，二次风温T2，计算一二次风带入的能量Qkq；
根据所述垃圾焚烧炉烟气中的能量Qy和所述一二次风带入的能量Qkq计算垃圾带入的能量QL；
根据所述垃圾带入的能量QL，所述垃圾焚烧炉的给料量B以及垃圾焚烧炉能量损失经验值计算垃圾热值Qar，net。
示例性地，所述温度测点的位置信息包括标高h，根据所述温度信号和所述温度测点的标高h进行拟合，计算焚烧炉出口截面的平均温度
Figure BDA0001637973590000023
示例性地，所述垃圾焚烧炉能量损失经验值包括化学不完全燃烧损失经验值q3，机械不完全燃烧损失经验值q4，散热损失经验值q5，灰渣物理热损失经验值q6。
示例性地，根据如下公式计算垃圾焚烧炉出口烟气总量Vf，out，单位是Nm3/h：Vf，out＝Vyc-(αyr+αyq)×B×V0，其中，Vyc为烟囱出口烟气总量，单位是Nm3/h；αyr为余热锅炉漏风系数，αyq为烟气净化系统漏风系数；B为垃圾焚烧炉的给料量，单位是kg/h；V0为理论燃烧空气量，单位是Nm3/kg。
示例性地，所述烟气净化系统漏风系数αyq根据烟囱出口的含氧量VO,2与余热锅炉的含氧量VO,1之差，查表获得。
示例性地，正常运行时余热锅炉出口含氧量为6％-8％，烟囱出口含氧量为8％-10％。
示例性地，对于一般垃圾，V0取2Nm3/kg。
示例性地，根据如下公式计算烟气中的能量Qy，单位是kJ/h：
Figure BDA0001637973590000031
其中，cp，flue为焚烧炉出口烟气比容热，是随温度变化的函数，单位为kJ/(Nm3·K)。
示例性地，根据如下公式计算一二次风带入的能量Qkq，单位是kJ/h：
Figure BDA0001637973590000032
其中，cp，1为一次风比热容，单位是kJ/(Nm3·K)；V1为一次风风量，单位是Nm3/h；T1为一次风温，单位是K；cp，2为一次风比热容，单位是kJ/(Nm3·K)；V2为二次风量，单位是Nm3/h；T2为二次风温，单位是K；cp，1，cp，2均是随温度变化的函数。
示例性地，根据下列热平衡方程计算垃圾带入的能量QL，单位是kJ/h：一二次风带入的能量Qkq+垃圾带入的能量QL＝烟气中的能量Qy。
示例性地，根据下列公式计算垃圾热值Qar，net，单位是kJ/kg：QL＝B×Qar，net×η，其中，η＝1-q3-q4-q5-q6。
示例性地，η取0.95。
示例性地，所述垃圾热值的估算方法可采用DCS(Distributed Control System，分布式控制系统)实现，方便快捷。
根据本发明的垃圾热值的估算方法，仅利用DCS现成的测量数据对垃圾热值进行估算，从而避免对垃圾取样进行热值测量，即避免了繁琐的垃圾取样制样，以及因为取样偏差对热值测量的影响，所估计的热值能够稳定代表当前入炉垃圾的平均水平，估计结果较为准确。同时，根据该估计结果能够深入了解区域的垃圾热值变化规律，对垃圾焚烧炉设备的设计、优化、运行进行指导，从而提高垃圾焚烧炉的运行稳定性。
附图说明
通过结合附图对本发明实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
图1是用于实现根据本发明实施例的垃圾热值的估算方法的示意性流程图。
图2是垃圾焚烧炉中温度测点设置的示意图。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本发明的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是本发明的全部实施例，应理解，本发明不受这里描述的示例实施例的限制。基于本发明中描述的本发明实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本发明的保护范围之内。
热值是指单位重量的物质在供氧过剩的情况下，按规定条件燃烧所释放出来的热量。燃烧过程中被测物质中水分和燃烧产物中水的状态不同，热值又有高位与低位之分：当这部分水凝结成液态，其相应的热值成为高位热值；当仍呈蒸汽状态时，则称低位热值。计算和选择焚烧工艺及设备时，需要的是被焚烧物的低位热值。
参考图1来描述用于实现本发明实施例的垃圾热值的估算方法100。
如图1所示，首先，在步骤S110，采集垃圾焚烧炉温度测点的温度信号，根据所述温度信号和所述温度测点的位置信息计算焚烧炉出口截面的平均温度
Figure BDA0001637973590000051
在步骤S120，采集垃圾焚烧炉烟囱出口烟气总量Vyc，烟囱出口的含氧量VO,2，余热锅炉的含氧量VO,1，垃圾焚烧炉的给料量B，结合余热锅炉的漏风系数αyr计算垃圾焚烧炉出口烟气总量Vf，out；
在步骤S130，根据所述焚烧炉出口截面的平均温度
Figure BDA0001637973590000052
和垃圾焚烧炉出口烟气总量Vf，out，计算垃圾焚烧炉烟气中的能量Qy；
在步骤S140，采集垃圾焚烧炉一次风量V1，一次风温T1，二次风量V2，二次风温T2，计算一二次风带入的能量Qkq；
在步骤S150，根据所述烟气中的能量Qy和所述一二次风带入的能量Qkq计算垃圾带入的能量QL；
在步骤S160，根据所述垃圾带入的能量QL和所述垃圾焚烧炉的给料量B计算垃圾热值Qar，net。
根据本发明的垃圾热值的估算方法，仅利用DCS现成的测量数据对垃圾热值进行估算，从而避免对垃圾取样进行热值测量，即避免了繁琐的垃圾取样制样，以及因为取样偏差对热值测量的影响，所估计的热值能够稳定代表当前入炉垃圾的平均水平，估计结果较为准确。同时，根据该估计结果能够深入了解区域的垃圾热值变化规律，对垃圾焚烧炉设备的设计、优化、运行进行指导，从而提高垃圾焚烧炉的运行稳定性。
根据本发明实施例，步骤S110可以进一步地包括：所述温度测点的位置信息包括标高H，根据所述温度信号和所述温度测点的标高h进行拟合，计算焚烧炉出口截面的平均温度
Figure BDA0001637973590000053
示例性地，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。
在一个实施例中，参见附图2，在锅炉第一烟道加装9个烟气温度测点(可以在锅炉制造时预留)，测点分布为：第一烟道下部于同一标高h3，分左中右布置3个温度测点，第一烟道中部于同一标高h2，分左中右布置3个温度测点，第一烟道上部于同一标高h1，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。安装烟气温度测点时使用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。
参见附图2，第三层测点平均温度：
Figure BDA0001637973590000061
第二层测点平均温度：
Figure BDA0001637973590000062
第一层测点平均温度：
Figure BDA0001637973590000063
烟气温度随烟道内的距h呈线性变化，利用三个数据点
Figure BDA0001637973590000064
拟合二次曲线T＝ah2+bh+c，而后将h＝0带入拟合曲线，算出焚烧炉出口温度
Figure BDA0001637973590000065
示例性地，若竖直烟道内设置有3排以上测点，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。
示例性地，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(Safety Instrumented System安全仪表系统)，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焚烧炉出口截面的平均温度Tout，并实时展现在SIS页面的生产过程中。
根据本发明实施例，步骤S120可以进一步地包括：根据如下公式计算垃圾焚烧炉出口烟气总量Vf，out，单位是Nm3/h：Vf，out＝Vyc-(αyr+αyq)×B×V0，其中，Vyc为烟囱出口烟气总量，单位是Nm3/h；αyr为余热锅炉漏风系数，αyq为烟气净化系统漏风系数；B为垃圾焚烧炉的给料量，单位是kg/h；V0为理论燃烧空气量，单位是Nm3/kg。
示例性地，所述烟气净化系统漏风系数αyq根据烟囱出口的含氧量VO,2与余热锅炉的含氧量VO,1之差，查表获得。
示例性地，所述余热锅炉漏风系数αyr与锅炉厂的设计安装有关，一般在电厂设计的时候锅炉厂家会提供余热锅炉的漏风系数。在一个实施例中，αyr＝0.15。
示例性地，正常运行时余热锅炉出口含氧量VO,1为6％-8％，烟囱出口含氧量VO,2为8％-10％。
示例性地，对于一般垃圾，V0取2Nm3/kg。
示例性地，所述垃圾焚烧炉的给料量B通过垃圾仓的抓斗称重模块测量获取。
根据本发明实施例，步骤S130可以进一步地包括：根据如下公式计算烟气中的能量Qy，单位是kJ/h：
Figure BDA0001637973590000071
其中，cp，flue为焚烧炉出口烟气比容热，是随温度变化的函数，单位为kJ/(Nm3·K)。
根据本发明实施例，步骤S140可以进一步地包括：根据如下公式计算一二次风带入的能量Qkq，单位是kJ/h：
Figure BDA0001637973590000072
其中，cp，1为一次风比热容，单位是kJ/(Nm3·K)；V1为一次风风量，单位是Nm3/h；T1为一次风温，单位是K；cp，2为一次风比热容，单位是kJ/(Nm3·K)；V2为二次风量，单位是Nm3/h；T2为二次风温，单位是K；cp，1，cp，2均是随温度变化的函数。
根据本发明实施例，步骤S150可以进一步地包括：根据下列热平衡方程计算垃圾带入的能量QL，单位是kJ/h：一二次风带入的能量Qkq+垃圾带入的能量QL＝烟气中的能量Qy。
根据本发明实施例，步骤S160可以进一步地包括：根据下列公式计算垃圾热值Qar，net，单位是kJ/kg：QL＝B×Qar，net×η，其中，η＝1-q3-q4-q5-q6。
示例性地，η取0.95。
示例性地，化学不完全燃烧损失经验值q3，机械不完全燃烧损失经验值q4，散热损失经验值q5，灰渣物理热损失经验值q6可以根据炉膛结构、燃烧方式与炉排形式查表可以获得。
根据本发明的垃圾热值的估算方法，仅利用DCS现成的测量数据对垃圾热值进行估算，从而避免对垃圾取样进行热值测量，即避免了繁琐的垃圾取样制样，以及因为取样偏差对热值测量的影响，所估计的热值能够稳定代表当前入炉垃圾的平均水平，估计结果较为准确。同时，根据该估计结果能够深入了解区域的垃圾热值变化规律，对垃圾焚烧炉设备的设计、优化、运行进行指导，从而提高垃圾焚烧炉的运行稳定性。
尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本发明的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本发明的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本发明的范围之内。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本发明的的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种垃圾热值的估算方法，其特征在于，所述方法包括：
采集垃圾焚烧炉温度测点的温度信号，根据所述温度信号和所述温度测点的位置信息计算焚烧炉出口截面的平均温度
Figure FDA0003083574950000011
采集垃圾焚烧炉烟囱出口烟气总量Vyc，烟囱出口的含氧量VO,2，余热锅炉的含氧量VO,1，垃圾焚烧炉的给料量B，结合余热锅炉的漏风系数αyr计算垃圾焚烧炉出口烟气总量Vf，out；
根据所述焚烧炉出口截面的平均温度
Figure FDA0003083574950000012
和所述垃圾焚烧炉出口烟气总量Vf，out，计算垃圾焚烧炉烟气中的能量Qy；
采集垃圾焚烧炉一次风量V1，一次风温T1，二次风量V2，二次风温T2，计算一二次风带入的能量Qkq；
根据所述垃圾焚烧炉烟气中的能量Qy和所述一二次风带入的能量Qkq计算垃圾带入的能量QL；
根据所述垃圾带入的能量QL，所述垃圾焚烧炉的给料量B以及垃圾焚烧炉能量损失经验值计算垃圾热值Qar，net；
根据如下公式计算垃圾焚烧炉出口烟气总量Vf，out，单位是Nm3/h：Vf，out＝Vyc-(αyr+αyq)×B×V0，其中，Vyc为烟囱出口烟气总量，单位是Nm3/h；αyr为余热锅炉漏风系数，αyq为烟气净化系统漏风系数；B为垃圾焚烧炉的给料量，单位是kg/h；V0为理论燃烧空气量，单位是Nm3/kg。
2.如权利要求1所述的估算方法，其特征在于，所述温度测点的位置信息包括标高h，根据所述温度信号和所述温度测点的标高h进行拟合，计算焚烧炉出口截面的平均温度
Figure FDA0003083574950000013
3.如权利要求1所述的估算方法，其特征在于，所述烟气净化系统漏风系数αyq根据烟囱出口的含氧量VO,2与余热锅炉的含氧量VO,1之差，查表获得。
4.如权利要求1所述的估算方法，其特征在于，根据如下公式计算烟气中的能量Qy，单位是kJ/h：
Figure FDA0003083574950000014
其中，cp，flue为焚烧炉出口烟气比容热，是随温度变化的函数，单位为kJ/(Nm3·K)。
5.如权利要求1所述的估算方法，其特征在于，根据如下公式计算一二次风带入的能量Qkq，单位是
Figure FDA0003083574950000021
其中，cp，1为一次风比热容，单位是kJ/(Nm3·K)；V1为一次风风量，单位是Nm3/h；T1为一次风温，单位是K；cp，2为一次风比热容，单位是kJ/(Nm3·K)；V2为二次风量，单位是Nm3/h；T2为二次风温，单位是K；cp，1，cp，2均是随温度变化的函数。
6.如权利要求1所述的估算方法，其特征在于，根据下列热平衡方程计算垃圾带入的能量QL，单位是kJ/h：一二次风带入的能量Qkq+垃圾带入的能量QL＝烟气中的能量Qy。
7.如权利要求1所述的估算方法，其特征在于，根据下列公式计算垃圾热值Qar，net，单位是kJ/kg：QL＝B×Qar，net×η，其中，η＝1-q3-q4-q5-q6，q3为化学不完全燃烧损失经验值，q4为机械不完全燃烧损失经验值，q5为散热损失经验值，q6为灰渣物理热损失经验值。
8.如权利要求7所述的估算方法，其特征在于，η取0.95。
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