CN110007058A - 一种垃圾焚烧电厂燃料中水分含量的实时测量方法 - Google Patents

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徐凯
孟桂祥
姚胜
王祝成
韩国庆
曹寿峰
梁昊
王晖
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Abstract

本发明公开了一种垃圾焚烧电厂燃料中水分含量的实时测量方法，先实时测量余热锅炉出口的烟气量和烟气湿度，进入焚烧系统的一次风量及其空气湿度，进入焚烧系统的二次风量、漏风量及其空气湿度，进入焚烧系统的SNCR系统还原剂的流量及浓度，进入焚烧系统的SNCR系统稀释水流量，垃圾处理量；然后根据以上实测结果，实时计算垃圾燃料中的水分。根据本发明所述的垃圾焚烧电厂燃料中水分的实时测量方法，可实时获得燃料中水分含量，避免了繁琐的垃圾取样制样以及垃圾取样造成的偏差，有助于垃圾焚烧炉的优化设计；燃料水分的高低间接反映垃圾热值大小，也可作为运行人员运行锅炉、调整燃烧状况的一个间接手段，对锅炉高效运行具有重要意义。

Description

一种垃圾焚烧电厂燃料中水分含量的实时测量方法
技术领域
本发明属于垃圾焚烧锅炉监测技术领域，更具体地涉及一种垃圾焚烧电厂燃料中水分含量的实时测量方法。
背景技术
发达国家的垃圾绝大部分进行了分类收集，垃圾水分很低(一般为8％～20％)。目前我国垃圾的特征是：外在水分高、热值低、成分复杂、变化大。我国垃圾水分基本在40％～60％范围内。由于垃圾水分高，直接投入焚烧会降低燃烧温度，增加排烟热损失，同时燃烧过程很不稳定，机组负荷波动极大，严重影响了机组的经济高效运行。
垃圾焚烧炉实际运行过程中，垃圾水分含量的高低，直接影响了垃圾焚烧炉的配风方式和燃烧方式。机组运行过程中，传统的垃圾水分含量的获取方法为：通过现场取样以及烘箱干燥称重的方式，计算得到投入焚烧炉中的水分含量。但上述垃圾水分含量的获取方法有一定的弊端。第一，由于垃圾成分非常复杂，同时对垃圾进行取样时存在样品量过少而造成取样偏差，导致测得的垃圾水分含量不能代表实际燃烧过程中垃圾水分含量的平均水平。若实测垃圾水分含量与机组实际运行的水分含量偏差过大，在运行指导中，容易造成焚烧炉偏离最优运行工况、机组效率降低、炉渣热灼减率升高甚至超标等现象。第二，现场取样分析得出的水分含量为非连续取样操作及分析得出的含量，不能实时指导机组合理调整燃烧状况以及高效运行。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种垃圾焚烧电厂燃料中水分含量的实时测量方法，仅利用DCS现成的测量数据对垃圾水分含量进行计算，避免了垃圾的现场取样、制样及测量等繁琐过程，且测量结果准确。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：一种垃圾焚烧电厂燃料中水分含量的实时测量方法，包括如下步骤：
S1、实时测量垃圾焚烧机组运行过程中余热锅炉出口的烟气流量mG和烟气湿度
S2、实时测量垃圾焚烧机组运行过程中进入焚烧系统的一次风量mPA和一次风(垃圾坑内)的空气湿度
S3、实时测量垃圾焚烧机组运行过程中进入焚烧系统的二次风量mSA、漏风量mLA和二次风(二次风机进口处)的空气湿度
S4、如果使用SNCR脱硝系统，则实时测量垃圾焚烧机组运行过程中SNCR脱硝系统的还原剂(氨水或尿素)流量mSBCR和浓度χR；
S5、如果使用SNCR脱硝系统，则实时测量垃圾焚烧机组运行过程中SNCR脱硝系统的稀释水流量mDW；
S6、实时测量垃圾焚烧机组运行过程中的垃圾处理量mB；
S7、根据以上实测结果，计算垃圾中的水分含量γw，其计算公式为：
其中，γw为垃圾中的水分含量，单位为wt.％；mG为余热锅炉出口的烟气流量，单位为t/h；为余热锅炉出口的烟气湿度，单位为wt.％；mPA为一次风量，单位为t/h；H为垃圾中的H元素含量，单位为wt.％，一般为2wt.％～6wt.％，此处取3wt.％；k为换算系数，k＝8.94；为一次风的空气湿度，单位为wt.％；mSA为二次风量，mLA为漏风量，mSA和mLA的单位均为t/h，为二次风的空气湿度，单位为wt.％；mSNCR为SNCR脱硝系统中还原剂流量，单位为t/h；χR为还原剂浓度，单位为wt.％；mDW为稀释水流量，单位为t/h，mB为垃圾处理量。
步骤S1中烟气流量的获取方式包括两种方式：第一种方式是利用省煤器出口在线烟气流量计得到；第二种方式是通过省煤器处能量平衡计算实时得出。
步骤S1中余热锅炉出口的烟气湿度通过省煤器出口在线烟气湿度计实时得到。
步骤S2中的一次风量由DCS在线表计得到，一次风的空气湿度由垃圾坑内的干球温度tDPA、相对湿度和大气压力PA，计算实时得出。
步骤S3中的二次风量由DCS在线表计得到，余热锅炉的漏风量取设计值，二次风的空气湿度由二次风机附近的干球温度tDSA、相对湿度和大气压力PA，计算实时得出。
步骤S4中的还原剂流量mSNCR和还原剂浓度χR由DCS数据实时得到，SNCR脱硝系统配制的还原剂中的水分流量＝mSNCR·(1-χR)。
步骤S5中的SNCR脱硝系统的稀释水流量mDW由DCS数据实时得到。
余热锅炉中的第一通道烟气中存在氮氧化物与还原剂反应生成水的过程，此部分水量很小，可以忽略不计。
步骤S6中垃圾焚烧机组运行过程中的垃圾处理量mB由DCS数据实时得到。
垃圾焚烧机组运行时，分布式控制系统DCS实时采集省煤器进出口水侧压力及温度、省煤器进出口烟气温度、一次风量、垃圾坑内的干球温度及相对湿度、二次风量、二次风机附近的干球温度及相对湿度、垃圾处理量、SNCR脱硝系统的还原剂流量及浓度、SNCR脱硝系统的稀释水流量，如果安装了省煤器出口在线烟气流量计，则分布式控制系统DCS可以直接采集省煤器出口在线烟气流量，无需采集省煤器进出口水侧压力及温度、省煤器进出口烟气温度，分布式控制系统DCS将以上参数的测量值同步传送到电厂SIS系统，并经过SIS系统的实时服务器存储并传送至计算服务器，在计算服务器中实时计算出垃圾湿度，并实时展现在SIS页面的生产过程中。
本发明的有益效果是：本发明的燃料中水分含量的实时测量方法，仅利用DCS现成的测量数据并根据本发明的计算公式对垃圾水分含量进行计算，避免了垃圾的现场取样、制样及测量等繁琐过程，测量方便，省时省力，且所测量的燃料中的水分含量代表了当前入炉垃圾水分含量的平均水平，测量结果准确。
本发明实时测量的燃料水分含量，可间接反映实际燃烧燃料的低位热值高低，能够在机组运行、调整燃烧工况时进行直接有效的指导及参考，保证机组按照最优运行工况工作，保证机组的高效运行。
附图说明
图1为本发明一种垃圾焚烧电厂燃料中水分含量的实时测量方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供的一种垃圾焚烧电厂燃料中水分含量的实时测量方法，包括如下步骤：
S1、实时测量垃圾焚烧机组运行过程中余热锅炉出口的烟气流量mG和烟气湿度
其中余热锅炉出口的烟气流量可通过如下方式得到：第一种方式是利用省煤器出口在线烟气流量计得到；第二种方式通过省煤器能量平衡实时计算得出。如果安装了省煤器出口在线烟气流量计，则可选择第一种方式。如果选择第二种方式，其具体所需参数为：DCS在线省煤器进口给水流量mEZ、进口给水压力PEZ1、进口给水温度tEZ1、出口给水压力PEZ2、出口给水温度tEZ2、省煤器进口烟气温度tG1及烟气比热cpG1、省煤器出口烟气温度tG2及烟气比热cpG2，利用这些参数计算实时得出余热锅炉出口的烟气流量。
第二种方式的具体计算公式如下：
公式中，mG为余热锅炉出口的烟气流量，单位为t/h；h(PEZ2,tEZ2)和h(PEZ1,tEZ1)分别是由省煤器的给水参数(压力，温度)得出的省煤器出口给水和进口焓值，单位为kJ/kg。PEZ2为省煤器出口给水压力，单位为MPa(a)；PEZ1为省煤器进口给水压力，单位为MPa(a)；tEZ2为省煤器出口给水温度，单位为℃；tEZ1为省煤器进口给水温度，单位为℃。
余热锅炉出口的烟气湿度通过省煤器出口在线烟气湿度计得到。
S2、实时测量垃圾焚烧机组运行过程中进入焚烧系统的一次风量mPA和一次风(垃圾坑内)的空气湿度其中一次风量由DCS在线表计得到。一次风(垃圾坑内)的空气湿度由垃圾坑内的干球温度tDPA、相对湿度和大气压力PA，计算实时得出，公式如下：
式中，为一次风的空气湿度，单位为wt.％；为一次风的相对湿度，单位：％；PA为大气压力，单位为kPa；Pb1为饱和蒸汽压力，为一次风干球温度的函数，公式如下：
式中，tDPA为垃圾坑内的干球温度，单位为℃。
S3、实时测量垃圾焚烧机组运行过程中进入焚烧系统的二次风量mSA、漏风量mLA和二次风机进口处的空气湿度其中二次风量由DCS在线表计得到。余热锅炉的漏风量mLA采用余热锅炉设计漏风量。
二次风的空气湿度由二次风机附近的干球温度tDSA、相对湿度和大气压力PA，计算实时得出，公式如下：
式中，为二次风的空气湿度，单位为wt.％；为二次风相对湿度，单位：％；PA为大气压力，单位为kPa；Pb2为饱和蒸汽压力，为二次风干球温度的函数，公式如下：
式中，tDSA为二次风机附近的干球温度，单位为℃。
S4、实时测量垃圾焚烧机组运行过程中SNCR脱硝系统的还原剂(氨水或尿素)流量mSNCR和还原剂浓度χR。还原剂流量mSNCR和还原剂浓度由DCS数据实时得到，SNCR脱硝系统配制的还原剂中的水分流量＝mSNCR·(1-χR)。
S5、实时测量垃圾焚烧机组运行过程中SNCR脱硝系统的稀释水流量mDW。需要说明的是，余热锅炉中的第一通道烟气中存在氮氧化物与还原剂反应生成水的过程，此部分水量很小，可以忽略不计。
S6、实时测量垃圾焚烧机组运行过程中的垃圾处理量mB。垃圾处理量由DCS数据直接得到。
S7、根据以上实测结果，计算垃圾中的水分含量，其计算公式为：
其中，γw为垃圾中的水分含量，单位为wt.％；mG为余热锅炉出口的烟气流量，单位为t/h；为余热锅炉出口的烟气湿度，单位为wt.％；mPA为一次风质量流量，单位为t/h；H为垃圾中的H元素含量，单位为wt.％，一般为2wt.％～6wt.％，此处取3wt.％；k为换算系数，k＝8.94；为一次风的空气湿度，单位为wt.％；mSA为二次风质量流量，mLA为漏风量，mSA和mLA的单位均为t/h，为二次风的空气湿度，单位为wt.％；mSNCR为SNCR脱硝系统还原剂的质量流量，单位为t/h；χR为还原剂浓度，单位为wt.％；mDW为稀释水质量流量，单位为t/h，mB为垃圾处理量。
本发明的测量方法和监控系统相结合。
垃圾焚烧机组运行时，分布式控制系统DCS实时采集省煤器进出口水侧压力及温度、省煤器进出口烟气温度、一次风量、垃圾坑内的干球温度及相对湿度、二次风量、二次风机附近的干球温度及相对湿度、垃圾处理量、SNCR脱硝系统的还原剂流量及浓度、SNCR脱硝系统的稀释水流量，如果安装了省煤器出口在线烟气流量计，则分布式控制系统DCS可以直接采集省煤器出口在线烟气流量，无需采集省煤器进出口水侧压力及温度、省煤器进出口烟气温度，分布式控制系统DCS将以上参数的测量值同步传送到电厂SIS系统，并经过SIS系统的实时服务器存储并传送至计算服务器，在计算服务器中实时计算出垃圾湿度，并实时展现在SIS页面的生产过程中。
根据上述垃圾焚烧电厂垃圾中水分含量的实时测量方法，可计算获得运行过程中的垃圾水分含量，测量结果准确，能够在机组运行、调整燃烧工况时进行直接有效的指导及参考，保证机组按照最优运行工况工作，保证机组的高效运行。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种垃圾焚烧电厂燃料中水分含量的实时测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、实时测量垃圾焚烧机组运行过程中余热锅炉出口的烟气流量mG和烟气湿度
S2、实时测量垃圾焚烧机组运行过程中进入焚烧系统的一次风量mPA和一次风的空气湿度
S3、实时测量垃圾焚烧机组运行过程中进入焚烧系统的二次风量mSA、漏风量mLA和二次风的空气湿度
S4、如果使用SNCR脱硝系统，则实时测量垃圾焚烧机组运行过程中SNCR脱硝系统的还原剂流量mSNCR和浓度χR；
S5、如果使用SNCR脱硝系统，则实时测量垃圾焚烧机组运行过程中SNCR脱硝系统的稀释水流量mDW；
S6、实时测量垃圾焚烧机组运行过程中的垃圾处理量mB；
S7、根据以上实测结果，计算垃圾中的水分含量γw，其计算公式为：
其中，H为垃圾中的H元素含量，k为换算系数，k＝8.94。
2.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧电厂燃料中水分含量的实时测量方法，其特征在于，所述步骤S1中烟气流量的获取方式包括：第一种方式是利用省煤器出口在线烟气流量计得到；第二种方式是通过省煤器处能量平衡计算实时得出。
3.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧电厂燃料中水分含量的实时测量方法，其特征在于，所述步骤S1中余热锅炉出口的烟气湿度通过省煤器出口在线烟气湿度计实时得到。
4.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧电厂燃料中水分含量的实时测量方法，其特征在于，所述步骤S2中的一次风量由DCS在线表计得到，一次风的空气湿度由垃圾坑内的干球温度tDPA、相对湿度和大气压力PA，计算实时得出。
5.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧电厂燃料中水分含量的实时测量方法，其特征在于，所述步骤S3中的二次风量由DCS在线表计得到，余热锅炉的漏风量取设计值，二次风的空气湿度由二次风机附近的干球温度tDSA、相对湿度和大气压力PA，计算实时得出。
6.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧电厂燃料中水分含量的实时测量方法，其特征在于，所述步骤S4中的还原剂流量mSNCR和还原剂浓度χR由DCS数据实时得到，SNCR脱硝系统配制的还原剂中的水分流量＝mSNCR·(1-χR)。
7.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧电厂燃料中水分含量的实时测量方法，其特征在于，所述步骤S5中的SNCR脱硝系统的稀释水流量mDW由DCS数据实时得到。
8.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧电厂燃料中水分含量的实时测量方法，其特征在于，余热锅炉中的第一通道烟气中存在氮氧化物与还原剂反应生成水的过程，此部分水量很小，可以忽略不计。
9.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧电厂燃料中水分含量的实时测量方法，其特征在于，所述步骤S6中垃圾焚烧机组运行过程中的垃圾处理量mB由DCS数据实时得到。
10.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧电厂燃料中水分含量的实时测量方法，其特征在于，垃圾焚烧机组运行时，分布式控制系统DCS实时采集省煤器进出口水侧压力及温度、省煤器进出口烟气温度、一次风量、垃圾坑内的干球温度及相对湿度、二次风量、二次风机附近的干球温度及相对湿度、垃圾处理量、SNCR脱硝系统的还原剂流量及浓度、SNCR脱硝系统的稀释水流量，如果安装了省煤器出口在线烟气流量计，则分布式控制系统DCS可以直接采集省煤器出口在线烟气流量，无需采集省煤器进出口水侧压力及温度、省煤器进出口烟气温度，分布式控制系统DCS将以上参数的测量值同步传送到电厂SIS系统，并经过SIS系统的实时服务器存储并传送至计算服务器，在计算服务器中实时计算出垃圾湿度，并实时展现在SIS页面的生产过程中。
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