CN109099434A - 一种垃圾焚烧炉低氮燃烧控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种垃圾焚烧炉低氮燃烧控制方法，在垃圾焚烧炉膛内设置水冷分隔屏，将炉膛沿横向方向分割成前炉膛、后炉膛两个部份，将焚烧炉产生的烟气分隔成前烟气、后烟气，使干燥段、热解段产生的前烟气在前炉膛中流动，燃烧段、燃尽段产生的后烟气在后炉膛中流动，使高温的后烟气处于低氧的环境中，通过检测前炉膛出口烟气温度、后炉膛出口烟气温度、混合炉膛出口烟气温度以及前、后炉膛出口烟气中可燃成分含量(CH4、CO、H2等)以及烟气氧量O21数据等数据，计算出前炉膛烟气可燃成分完全燃烧后(假设100％燃尽)的烟气温度T和混合后的烟气温度，进行床层垃圾着火延后或提前控制，达到抑制、减少NOx(氮化物)生成的目的。
Description
技术领域
本发明涉及垃圾处理设备，尤其涉及一种垃圾焚烧炉低氮燃烧控制方法。
背景技术
与垃圾填埋、堆肥等垃圾处理技术相比，焚烧处理技术具有减容、减重效果明显，无害化彻底，且占地面积小，另外余热还能用于供热或发电，二次污染较少且可控等优点，已逐渐成为我国城市生活垃圾处理的主流技术。随着焚烧技术的大规模运用和发展，人们关注的焦点已经从焚烧技术可以处理转到了如何才能处理好，如何才能尽可能地回收垃圾中的能源，提高利用效率以及如何才能减少二次污染物的生产和排放。
现有炉排式垃圾焚烧炉炉排可划分为干燥段、热解段、燃烧段和燃尽段四个阶段。在垃圾焚烧过程中，不同炉段产生的烟气成份差异很大，如干燥段、热解段由于温度较低，其产生的烟气温度相对较低，氧含量较高，含有CO、CH4等可燃气体；而燃烧段和燃尽段由于温度较高，产生的烟气温度较高，氧含量较低，腐蚀性气体含量少，腐蚀性弱。现有技术中，干燥段、热解段、燃烧段和燃尽段共用一个炉膛，各个炉段产生的不同成份的烟气在一个炉膛内混合流动，由于处于高温高氧状态，极易产生氮氧化物等有害气体。
现有的技术主要是通过还原剂将烟气中的氮氧化物还原为氮气，主要有选择性非催化还原技术(SNCR)和选择性催化还原技术(SCR)，但是这两种技术运行成本较高，需要消耗还原剂和催化剂。中国专利CN105371282A通过抽取炉排尾段的烟气，经旋风除尘后，从焚烧炉喉口位置送入焚烧炉，达到抑制氮氧化物的目的。该专利虽解决了锅炉出口烟气飞灰量增加的风险，但是此种技术与从余热锅炉或布袋除尘器出口抽取烟气送入焚烧炉的烟气再循环技术并无太大不同，均存在循环烟气管道需要保温，防止低温腐蚀，同时增加的设备较多，运行维护工作量大、费用高，运行控制也较为复杂。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明提出一种低氮燃烧垃圾焚烧炉，在垃圾焚烧炉膛内设置水冷分隔屏，将炉膛沿横向方向分割成前炉膛、后炉膛两个部份，将焚烧炉产生的烟气分隔成前烟气、后烟气，使干燥段、热解段产生的前烟气在前炉膛中流动，燃烧段、燃尽段产生的后烟气在后炉膛中流动，使高温的后烟气处于低氧的环境中，在后炉膛中还设置水冷降温器，使后烟气经过所述水冷降温器时温度进一步降低，并且在炉膛喉口处喷入二次风，使前烟气、后烟气与二次风混合之后的混合烟气进一步燃烧，进一步减少有害物质的形成。同时，本发明还提出一种垃圾焚烧炉低氮燃烧控制方法，通过检测前炉膛出口烟气温度、后炉膛出口烟气温度、混合炉膛出口烟气温度以及前、后炉膛出口烟气中可燃成分含量(CH4、CO、H2等)以及烟气氧量O21数据等数据，计算出前炉膛烟气可燃成分完全燃烧后(假设100％燃尽)的烟气温度T和混合后的烟气温度，进行床层垃圾着火延后或提前控制，达到抑制、减少NOx(氮化物)生成的目的。
本发明解决技术问题所提供方案是，一种低氮燃烧垃圾焚烧炉，炉体主要包括炉排、垃圾入口、落灰口及炉膛，所述炉排分为干燥段、热解段、燃烧段和燃尽段四个阶段，在所述干燥段、热解段、燃烧段和燃尽段下侧分别接入一次风发挥助燃作用，其特征是，在所述炉膛内设置水冷分隔屏，所述水冷分隔屏将炉膛沿横向方向分割成前炉膛、后炉膛两个部份，将焚烧炉产生的烟气分隔成前烟气和后烟气，并使干燥段、热解段产生的前烟气被限制在前炉膛中流动，而燃烧段、燃尽段产生的后烟气被限制在后炉膛中流动，使高温的后烟气处于低氧的环境中，并且在后炉膛中还设置水冷降温器，使后烟气经过所述水冷降温器时温度进一步降低，所述前烟气与后烟气在炉膛内位于分隔屏上部汇合，在炉膛喉口处喷入二次风，使所述前烟气、后烟气与二次风混合之后的混合烟气进一步燃烧，进一步减少有害物质的形成。
本发明的优选方案，所述水冷降温器采用蛇形管换热器。
一种垃圾焚烧炉低氮燃烧控制方法，包括以下步骤：
步骤1：
在前炉膛1.5A出口布置检测点2.1，采集前炉膛出口烟气温度T1、烟气中可燃成分CH4、CO、H2以及烟气氧量O21数据；在后炉膛1.5B出口布置检测点2.2，采集后炉膛出口烟气温度T2、烟气氧量O22数据。
步骤2：
根据前炉膛1.5A烟气温度T1和氧量O21数据，进行垃圾着火提前或延后判断，并给出信号，为保证垃圾干燥、热解的烟气大部分能流入前炉膛，而燃烧和燃尽的烟气能流入后炉膛，通过燃烧调整保证垃圾着火位置与分隔屏的位置相匹配。
当前炉膛1.5A温度T1低于期望值T、氧量O21高于期望值O，进行床层垃圾着火延后预警，给出燃烧调整信号，包括干燥段风温和风量，燃烧段风量，给料炉排以及燃烧炉排动作频率；同时，给出水冷降温器入口调节阀动作信号，提高换热介质流量，增加水冷降温器吸热量，控制后炉膛烟气温度T2不高于期望高值；
当前炉膛1.5A温度T1高于设定值T、氧量O21低于设定值O，进行床层垃圾着火提前预警，给出燃烧调整信号，包括干燥段风温和风量，燃烧段风量，给料炉排以及燃烧炉排动作频率；同时，给出水冷降温器入口调节阀动作信号，降低换热介质流量，减少水冷降温器吸热量，控制后炉膛烟气温度T2不低于期望低值。
步骤3：
根据前炉膛1.5A烟气中可燃成分CH4、CO、H2数据，以100％燃尽计算前炉膛烟气可燃成分完全燃烧后的烟气温度T1j；
计算公式：
其中：
VCH4、VCO、VH2分别为前炉膛烟气中可燃成分含量，vol％；
C1为前炉膛烟气的比热，kJ/kg℃；
p为烟气密度，kg/Nm3；
步骤4：
采集二次风流量、温度数据；
步骤5：
根据前炉膛1.5A的计算温度T1j和后炉膛1.5B的测量温度T2，以及二次风流量数据，计算混合后的烟气温度Tmix；
其中：
C1、C2、CSA、Cmix分别为前炉膛、后炉膛、二次风及混合后烟气的比热，kJ/kg℃；
m1、m2、mSA分别为前炉膛、后炉膛、二次风的质量流量，kg/h；
T1j、T2、TSA、Tmix分别为前炉膛、后炉膛、二次风及混合后烟气的温度，单位为℃；
步骤6：在混合炉膛1.5C的混合区域出口布置测点2.3，采集混合烟气温度T3数据；
步骤7：将混合烟气温度的测量值T3、计算值Tmix分别与期望的温度范围进行比较，若偏离期望范围，给出动作信号。
当计算值Tmix、测量值T3与期望值的比值均超出期望范围的高值，进行混合后烟气温度T3超高预警，给出水冷降温器入口调节阀动作信号，提高换热介质流量，增加水冷降温器吸热量，控制混合后烟气温度T3不高于期望高值；
当计算值Tmix、测量值T3与期望值的比值均超出期望范围的低值，进行混合后烟气温度T3超低预警，给出水冷降温器入口调节阀动作信号，降低换热介质流量，减少水冷降温器吸热量，控制混合后烟气温度T3不低于期望低值。该期望低值，是保证烟气满足“850℃、2S”控制指标的最低值。
本发明的有益效果：本发明提出一种垃圾焚烧炉低氮燃烧控制方法，通过检测前炉膛出口烟气温度、后炉膛出口烟气温度、混合炉膛出口烟气温度以及前、后炉膛出口烟气中可燃成分含量(CH4、CO、H2等)以及烟气氧量O21数据等数据，计算出前炉膛烟气可燃成分完全燃烧后(假设100％燃尽)的烟气温度T和混合后的烟气温度，进行床层垃圾着火延后或提前控制，达到抑制、减少NOx(氮化物)生成的目的。
附图说明
图1为现有技术一个实施例的结构布置示意图。
图2为本发明一个实施例的结构布置示意图。
图中：
1炉体，
1.1垃圾入口，
1.21干燥段、1.22热解段、1.23燃烧段、1.24燃尽段，
1.3落灰口，
1.4烟气，1.4A前烟气，1.4B后烟气，
1.5炉膛，1.5A前炉膛，1.5B后炉膛，1.5C烟气混合炉膛，
1.6水冷分隔屏，
1.7水冷降温器，
1.8A一次风，1.8B二次风，
1.9炉膛喉口处，
2.1前炉膛烟气温度检测点，
2.2后炉膛烟气温度检测点，
2.3温合炉膛烟气温度检测点。
具体实施方式
图1为现有技术一个实施例的结构布置示意图。图中显示，一种低氮燃烧垃圾焚烧炉，炉体1主要包括炉排、垃圾入口1.1、落灰口1.3及炉膛1.5，炉排分为干燥段1.21、热解段1.22、燃烧段1.23和燃尽段1.24四个阶段，在干燥段1.21、热解段1.22、燃烧段1.23和燃尽段1.24下侧分别接入一次风1.8A发挥助燃作用。
在垃圾焚烧过程中，不同炉段产生的烟气成份差异很大，如干燥段、热解段由于温度较低，其产生的烟气温度相对较低，氧含量较高，含有CO、CH4等可燃气体，同时也含有会对余热锅炉受热面产生腐蚀的HCl、Cl2等腐蚀气体，腐蚀性强；而燃烧段和燃尽段由于温度较高，因此产生的烟气温度较高，氧含量较低，腐蚀性气体含量少，腐蚀性弱。图中显示，现有技术中，干燥段、热解段、燃烧段和燃尽段共用一个炉膛1.5，各个炉段产生的不同成份的烟气在炉膛内混合形成烟气1.4，烟气1.4在炉膛1.5内流动过程中。由于处于高温高氧状态，因此极易产生氮氧化物等有害气体。
图2为本发明一个实施例的结构布置示意图。图中显示，与现有技术不同的是，本例中，在炉膛内还设置水冷分隔屏1.6，水冷分隔屏1.6将炉膛沿横向方向分割成前炉膛1.5A、后炉膛1.5B两个部份，将焚烧炉产生的烟气分隔成前烟气1.4A和后烟气1.4B，并使干燥段1.21、热解段1.22产生的前烟气1.4A被限制在前炉膛1.5A中流动，而燃烧段1.23、燃尽段1.24产生的后烟气1.4B被限制在后炉膛1.5B中流动，使高温的后烟气1.4B处于低氧的环境中，并且在后炉膛1.5B中还设置水冷降温器1.7，使后烟气1.4B经过水冷降温器1.7时温度进一步降低，前烟气1.4A与后烟气1.4B在炉膛内位于水冷分隔屏1.6上部汇合，在炉膛喉口处1.9喷入二次风1.8B，使前烟气1.4A、后烟气1.4B与二次风1.8B混合之后的混合烟气进一步燃烧，进一步减少有害物质的形成。
本例中，在后炉膛1.5B中设置降温器1.7的是控制、降低后烟气1.4B的温度，从而控制前烟气1.4A和后烟气1.4B混合后烟气的温度。前烟气1.4A与经降温后的后烟气1.4B于分隔屏上部汇合，并在炉膛喉口处1.9喷入二次风，使前烟气1.4A、后烟气1.4B与二次风1.8B混合。因为前烟气1.4A中含有部分未燃尽的CO、CH4等可燃气体，在与后烟气1.4B和二次风1.8B于炉膛喉口处1.9混合时，这些可燃气体会再次燃烧，烟气温度会再次升高。通过降低后烟气1.4B的温度，控制混合烟气再次燃烧后烟气温度，并使其温度避开氮氧化物生成的温度区间，由于烟气温度受到控制，实现烟气在炉膛内实现隔离并分级燃烧，有效抑制、减少氮氧化物的生成。
本发明提示，本例中，水冷降温器1.7采用蛇形管换热器。
一种垃圾焚烧炉低氮燃烧控制方法，包括以下步骤：
步骤1：
在前炉膛1.5A出口布置检测点2.1，采集前炉膛出口烟气温度T1、烟气中可燃成分CH4、CO、H2以及烟气氧量O21数据；在后炉膛1.5B出口布置检测点2.2，采集后炉膛出口烟气温度T2、烟气氧量O22数据。
步骤2：
根据前炉膛1.5A烟气温度T1和氧量O21数据，进行垃圾着火提前或延后判断，并给出信号，为保证垃圾干燥、热解的烟气大部分能流入前炉膛，而燃烧和燃尽的烟气能流入后炉膛，通过燃烧调整保证垃圾着火位置与分隔屏的位置相匹配。
当前炉膛1.5A温度T1低于期望值T、氧量O21高于期望值O，进行床层垃圾着火延后预警，给出燃烧调整信号，包括干燥段风温和风量，燃烧段风量，给料炉排以及燃烧炉排动作频率；同时，给出水冷降温器入口调节阀动作信号，提高换热介质流量，增加水冷降温器吸热量，控制后炉膛烟气温度T2不高于期望高值；
当前炉膛1.5A温度T1高于设定值T、氧量O21低于设定值O，进行床层垃圾着火提前预警，给出燃烧调整信号，包括干燥段风温和风量，燃烧段风量，给料炉排以及燃烧炉排动作频率；同时，给出水冷降温器入口调节阀动作信号，降低换热介质流量，减少水冷降温器吸热量，控制后炉膛烟气温度T2不低于期望低值。
本步骤的主要目的是对焚烧炉高温区域后炉膛区域烟气温度和氧量进行控制，从而达到抑制、减少NOx的生成。
步骤3：
根据前炉膛1.5A烟气中可燃成分CH4、CO、H2数据，以100％燃尽计算前炉膛烟气可燃成分完全燃烧后的烟气温度T1j；
计算公式：
其中：
VCH4、VCO、VH2分别为前炉膛烟气中可燃成分含量，vol％；
C1为前炉膛烟气的比热，kJ/kg℃；
p为烟气密度，kg/Nm3；
步骤4：
采集二次风流量、温度数据；
步骤5：
根据前炉膛1.5A的计算温度T1j和后炉膛1.5B的测量温度T2，以及二次风流量数据，计算混合后的烟气温度Tmix；
其中：
C1、C2、CSA、Cmix分别为前炉膛、后炉膛、二次风及混合后烟气的比热，kJ/kg℃；
m1、m2、mSA分别为前炉膛、后炉膛、二次风的质量流量，kg/h；
T1j、T2、TSA、Tmix分别为前炉膛、后炉膛、二次风及混合后烟气的温度，单位为℃；
步骤6：在混合炉膛1.5C的混合区域出口布置测点2.3，采集混合烟气温度T3数据；
步骤7：将混合烟气温度的测量值T3、计算值Tmix分别与期望的温度范围进行比较，若偏离期望范围，给出动作信号。
当计算值Tmix、测量值T3与期望值的比值均超出期望范围的高值，进行混合后烟气温度T3超高预警，给出水冷降温器入口调节阀动作信号，提高换热介质流量，增加水冷降温器吸热量，控制混合后烟气温度T3不高于期望高值；
当计算值Tmix、测量值T3与期望值的比值均超出期望范围的低值，进行混合后烟气温度T3超低预警，给出水冷降温器入口调节阀动作信号，降低换热介质流量，减少水冷降温器吸热量，控制混合后烟气温度T3不低于期望低值。该期望低值，是保证烟气满足“850℃、2S”控制指标的最低值。
本步骤的主要目的在于控制混合区域的烟气温度，达到抑制、减少NOx的生成。
本低NOx燃烧控制方法，可对实现垃圾着火情况的判断和预警，对燃烧烟气温度以及“850℃、2S”等指标的进行预警；同时，通过对焚烧炉膛高温区域，即后炉膛区域和混合区域的烟气温度、氧量的有效控制，从而达到抑制、减少NOx的生成。另外，在控制NOx的同时，能保证烟气满足“850℃、2S”控制指标。
本燃烧控制方法可直接嵌入现有焚烧炉自动燃烧控制(ACC)系统中，也可单独作为电厂DCS系统中的一个控制子模块系统，向ACC系统输出相关信号，由ACC系统完成相关控制。
Claims (3)
1.一种垃圾焚烧炉低氮燃烧控制方法，其特征是，包括以下步骤:
步骤1:
在前炉膛1.5A出口布置检测点2.1，采集前炉膛出口烟气温度T1、烟气中可燃成分CH4、CO、H2以及烟气氧量O21数据；在后炉膛1.5B出口布置检测点2.2，采集后炉膛出口烟气温度T2、烟气氧量O22数据；
步骤2：
根据前炉膛1.5A烟气温度T1和氧量O21数据，进行垃圾着火提前或延后判断，并给出信号，为保证垃圾干燥、热解的烟气大部分能流入前炉膛，而燃烧和燃尽的烟气能流入后炉膛，通过燃烧调整保证垃圾着火位置与分隔屏的位置相匹配；
步骤3：
根据前炉膛1.5A烟气中可燃成分CH4、CO、H2数据，以100％燃尽计算前炉膛烟气可燃成分完全燃烧后的烟气温度T1；
计算公式：
其中：
VCH4、VCO、VH2分别为前炉膛烟气中可燃成分含量，vol％；
C1为前炉膛烟气的比热，kJ/kg℃；
p为烟气密度，kg/Nm3；
步骤4：
采集二次风流量、温度数据；
步骤5：
根据前炉膛1.5A的计算温度T1j和后炉膛1.5B的测量温度T2，以及二次风流量数据，计算混合后的烟气温度Tmix；
其中：
C1、C2、CSA、Cmix分别为前炉膛、后炉膛、二次风及混合后烟气的比热，kJ/kg℃；
m1、m2、mSA分别为前炉膛、后炉膛、二次风的质量流量，kg/h；
T1j、T2、TSA、Tmix分别为前炉膛、后炉膛、二次风及混合后烟气的温度，单位为℃；
步骤6：
在混合炉膛1.5C的混合区域出口布置测点2.3，采集混合烟气温度T3数据；
步骤7：
将混合烟气温度的测量值T3、计算值Tmix分别与期望的温度范围进行比较，若偏离期望范围，给出动作信号。
2.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉低氮燃烧控制方法，其特征是，在步骤2中，
当前炉膛1.5A温度T1低于期望值T、氧量O21高于期望值O，进行床层垃圾着火延后预警，给出燃烧调整信号，包括干燥段风温和风量，燃烧段风量，给料炉排以及燃烧炉排动作频率；同时，给出水冷降温器入口调节阀动作信号，提高换热介质流量，增加水冷降温器吸热量，控制后炉膛烟气温度T2不高于期望高值；
当前炉膛1.5A温度T1高于设定值T、氧量O21低于设定值O，进行床层垃圾着火提前预警，给出燃烧调整信号，包括干燥段风温和风量，燃烧段风量，给料炉排以及燃烧炉排动作频率；同时，给出水冷降温器入口调节阀动作信号，降低换热介质流量，减少水冷降温器吸热量，控制后炉膛烟气温度T2不低于期望低值。
3.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉低氮燃烧控制方法，其特征是，在步骤7中，
当计算值Tmix、测量值T3与期望值的比值均超出期望范围的高值，进行混合后烟气温度T3超高预警，给出水冷降温器入口调节阀动作信号，提高换热介质流量，增加水冷降温器吸热量，控制混合后烟气温度T3不高于期望高值；
当计算值Tmix、测量值T3与期望值的比值均超出期望范围的低值，进行混合后烟气温度T3超低预警，给出水冷降温器入口调节阀动作信号，降低换热介质流量，减少水冷降温器吸热量，控制混合后烟气温度T3不低于期望低值。
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