CN110118801B

CN110118801B - 一种陈腐垃圾-原生垃圾协同焚烧混合物料热值测定方法

Info

Publication number: CN110118801B
Application number: CN201910417650.9A
Authority: CN
Inventors: 汪洋; 徐方利
Original assignee: Chengdu Xingrong Renewable Energy Co ltd
Current assignee: Chengdu Xingrong Renewable Energy Co ltd
Priority date: 2019-05-20
Filing date: 2019-05-20
Publication date: 2022-05-31
Anticipated expiration: 2039-05-20
Also published as: CN110118801A

Abstract

本发明涉及垃圾焚烧处理领域，具体涉及一种陈腐垃圾‑原生垃圾协同焚烧混合物料热值测定方法。本发明的测定方法包括原生垃圾的高位热值估测，测得原生垃圾和陈腐垃圾的含水率来估测两者的低位热值及通过掺烧比例得到混合物料低位热值。本方法可快速得到入炉混合物料的较准确热值，确定其燃烧性质，充分考虑了垃圾中的不同组分分类，并保证提供了充足的多点位的取样样品，并对实施步骤中易产生误差的环节进行了参数修正，数据准确性高；本估测方法投入成本较小，无需送样外测，测试时间仅约1.5小时，可适用于运行人员较准确地根据入炉物料热值对垃圾焚烧系统运行工况的调整及跟踪要求，值得推广。

Description

一种陈腐垃圾-原生垃圾协同焚烧混合物料热值测定方法

技术领域

本发明涉及垃圾焚烧处理领域，具体涉及一种陈腐垃圾-原生垃圾协同焚烧混合物料热值测定方法。

背景技术

目前,我国许多大城市垃圾填埋场剩余库容已告急。然而新建垃圾填埋场面临着选址困难的困境，为解决城市高速发展即将带来的“垃圾围城”困境，许多城市拟对现有已封场的垃圾填埋场陈腐垃圾进行重新开挖+分选+资源化处理，以腾挪填埋场库容。理论上讲，填埋场的陈腐垃圾也可以送入垃圾焚烧发电厂作为燃烧原料。然而，由于陈腐垃圾性质与原生垃圾性质有区别，如不经分选送入垃圾焚烧发电厂焚烧，会有以下弊端：一方面填埋场的陈腐垃圾，经过多年物理化学作用，垃圾中的易降解物质已几乎完全降解并深度矿化，此部分物质已转化为稳定化、无害化的腐殖渣土，此腐殖渣土热值低、灰分高，为不可燃物，但此腐殖渣土含代谢能力极强的微生物群落，可作为是一种性能优良的生物降解介质和污染修复填料。因此将腐殖渣土送入垃圾焚烧发电厂焚烧，热值低且产生大量灰分，浪费了它的其它资源化利用途径；另一方面过去大多垃圾未实现分类填埋，陈腐垃圾大多混杂了砖瓦石块等骨料和金属类。此类物质属于不可燃物，燃烧产生灰分。而实际剩下可燃物(主要成分为橡塑类、木竹类、织物纸张类)在陈腐垃圾中占的比例约15％～35％。

因此陈腐垃圾在焚烧前需要进行有效分选，但若将陈腐垃圾分选后的可燃物单独焚烧则会存在由于热值不稳定而使得焚烧炉控制度不佳，并且易超出焚烧炉的设计负荷。有必要将分选后的陈腐垃圾与原生垃圾进行一定比例的掺烧，并且对混合物料的热值进行相对准确地估测，以对垃圾焚烧炉的运行进行有效控制。现有技术中的垃圾热值的测定方法有：(1)工业分析预测经验模型；(2)物理组分分析预测经验模型；(3)元素分析预测模型；(4)生活垃圾采样和物理分析方法(CJ/T313-2009)中用氧弹式量热仪测定的方法。采用氧弹式量热仪进行测定，投入大，且此方法主要参考煤热值测定方法，由于垃圾性质和煤的性质有很大的差异，需优化测定条件以得到更准确的热值检测结果，然而这本身就存在一定难度。工业分析预测经验模型法和元素分析预测模型法需以委托外部检测单位测定C,H,O,N,S,Cl等元素为基础，且测定周期长，并非垃圾焚烧发电厂运营企业能自主快速估算。物理组分分析预测经验模型法也需以委托外部检测单位测定11种基本物理组成为基础，且测定周期长，并非垃圾焚烧发电厂运营企业能自主快速估算。以上对垃圾热值测定方法不便于垃圾焚烧发电厂运营企业快速并实时测定协同焚烧入炉混合燃料的热值，待得出较准确的入炉混合燃料热值，则存在检测出的入炉燃料热值与实时垃圾焚烧炉运行工况存在滞后性，不便于垃圾焚烧发电厂运营企业根据入炉混合燃料热值对掺烧陈腐垃圾的垃圾焚烧炉运行工况的调整把控。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种陈腐垃圾-原生垃圾协同焚烧混合物料热值测定方法，可快速测定垃圾混合物的热值，并且数据准确性高，为根据入炉混合物料热值而对垃圾焚烧系统的控制参数进行适应性调控提供数据支撑。

热值又称卡值或发热量。在燃料化学中，表示燃料质量的一种重要指标。单位质量(或体积)的燃料完全燃烧时所放出的热量。燃料热值有高位热值与低位热值两种。高位热值是指燃料在完全燃烧时释放出来的全部热量，即在燃烧生成物中的水蒸汽凝结成水时的发热量，也称毛热。低位热值是指燃料完全燃烧，其燃烧产物中的水蒸汽以气态存在时的发热量，也称净热。高位热值与低位热值的区别，在于燃料燃烧产物中的水呈液态还是气态，水呈液态是高位热值，水呈气态是低位热值。低位热值等于从高位热值中扣除水蒸汽的凝结热。业内对垃圾焚烧厂主体设备——垃圾焚烧炉排设计参数选择以垃圾的湿基低位热值为参考。

本发明方案如下所述：

一种陈腐垃圾-原生垃圾协同焚烧混合物料热值测定方法：

1)通过垃圾分选测得原生垃圾中的非塑料组分含量和塑料组分含量，进一步分选测得非塑料组分与塑料组分中的有机物含量，基于所得数据根据以下经验公式测得垃圾的高位热值：

HHV(原生垃圾)＝[E×R×A％+F×(1-R)×B％]×1000，单位KJ/kg，

其中：HHV(原生垃圾)—原生垃圾高位热值，R—垃圾中非塑料组分比例，A—垃圾非塑料组分中有机物的百分含量，B—垃圾中塑料组分的有机物百分含量,E-非塑料组分热值系数，F-塑料组分热值常数；

所述分选操作可采用人工分选。将垃圾分为塑料组分及非塑料组分，垃圾中热值的来源通常是有机物燃烧，因此进一步细分出有机物含量，并根据塑料组分热值系数及非塑料组分热值系数与相关组分比例的关系进行垃圾高位热值的估算。塑料组分热值系数及非塑料组分热值系数根据地域及城市级别的不同有所区别，作为本方案的一个实施例，所述塑料组分热值常数取值为32.5，所述非塑料组分热值常数取值为23.1。

2)估测原生垃圾含水率，结合步骤1中所述的高位热值数据，根据以下经验公式测得垃圾的低位热值：

LHV(原生垃圾)＝HHV(原生垃圾)×(100-H×W1％)/(100-I-W1％)，单位KJ/kg；其中：HHV(原生垃圾)—原生垃圾高位热值，LHV(原生垃圾)—原生垃圾低位热值，W1％—垃圾含水率，H-含水率热值损失系数，I-含水率热值修正系数；

采用人工物理压榨方法测量垃圾的含水率，经验数据表明经过该方法处理后，垃圾本身还会残留水分约为30％左右，因此在公式中进行修正处理。利用获得的高位热值数据及含水率，根据含水率热值损失系数及含水率热值修正系数计算获得垃圾的低位热值。不同区域的垃圾其损失系数及修正系数有所区别，作为本方案的一个实施例，所述含水率热值损失系数为24.1，所述含水率热值修正系数为0.19。

3)通过分选得到陈腐垃圾可燃物，所述陈腐垃圾的分选方法为将陈腐垃圾先经过筛分，筛上物经过重力分选，分选后的轻质物最后通过磁选除去磁性物质即得陈腐垃圾可燃物。采用滚筒筛对陈腐垃圾进行筛分；所述滚筒筛外层筛板的筛孔为10mm，内层筛板的筛孔为20mm，滚筒筛的安装倾角为10°；设置两梯极筛板，有利于提高筛分效率，将滚筒筛安装为有一定的倾斜角度，可以利用垃圾自身的势能转化为动能，从而实现垃圾的传动。筛分后将渣土和骨料中及金属类中的小型颗粒物进行去除。

采用风机将筛上物吹入沉降室进行重力分选；所述风机风量可调，调整范围8000-18000cm³/h，风机风压为1000-4500Pa。将筛上物分为重质物与轻质物。

采用传送带传入磁选转筒对分选后的轻质物进行磁选。所述传送带的传输速度为2m/s，磁选转筒的磁感应强度≥50mT，间隙边缘磁场强度为15000Oe。磁选后将陈腐垃圾轻质物中的小金属颗粒进行进一步去除，减少焚烧灰分。将陈腐垃圾分选后主要得到橡塑类、木竹类、织物纸张类等易燃性物质。

需要说明的是，由于陈腐垃圾在焚烧利用中需要分选，因此实际这个步骤是在估测前均已完成，则不占用估测的实际时间。

估测准备入炉的陈腐垃圾可燃物的含水率，根据以下经验公式测得陈腐垃圾可燃物的低位热值：

LHV(陈腐垃圾)＝J*(1-W2％)-K*W2％；其中：LHV(陈腐垃圾)—陈腐垃圾可燃物低位热值，W2％—陈腐垃圾含水率，J-陈腐垃圾可燃物干基热值常数，K-湿基热值修正常数；

作为本方案的一个实施例，所述干基热值常数J为17550，所述湿基热值修正常数K为2440。

4)根据以下经验公式估算混合物料总热值：

LHV(总)＝[LHV(陈腐垃圾)*D+LHV(原生垃圾)*(100-D)]/100，

其中：LHV(总)-混合物料总热值；D-垃圾焚烧发电厂掺烧陈腐垃圾的比例％。

进一步地，为出于热值上限控制考虑，所述掺烧比例控制在20-30％。

进一步地，所述原生垃圾和陈腐垃圾可燃物含水率的估测方法为：将样品放置于筛网架上，用铁板进行压榨不低于10分钟，称取经压榨后垃圾样品的重量，根据经验公式估算该垃圾样品含水率：

W1＝(M1-M2)*100/M1+L；

M1—压榨前样品重量，M2—压榨后样品重量，W1％—垃圾含水率，L-含水率修正系数；

其中，对于原生垃圾，L值取30；对于陈腐垃圾，L值取15。

针对原生垃圾和陈腐垃圾，经验数据表明经过该方法处理后，原生垃圾本身还会残留水分约为30％左右，而陈腐垃圾在填埋场中经过多年渗滤液已经被收集，其本身含水率低于原生垃圾，因此还会残留约为15％的水分。

进一步地，在垃圾取样过程中，采用多点位取样并混合均匀，再将混合后样品测得含水率，以保证样品均匀性及代表性。

对入炉垃圾热值的实时掌握对于控制垃圾焚烧系统的一次风和二次风配风量、垃圾焚烧炉的给料速度、焚烧炉排往复速度、垃圾在炉内的停留时间等的实际运行参数具有重要指导意义。在垃圾焚烧发电厂，对入炉垃圾的实际热值若是进行实验室分析或者根据某段时间的燃烧参数累积分析，其热值分析结果滞后，对于实时把控垃圾焚烧系统运行工况指导意义不大。

由于采用了上述方案，本发明的有益效果在于：1、本方案公开了一种快速估算陈腐垃圾-原生垃圾协同焚烧混合物料热值的方法，可通过在陈腐垃圾-原生垃圾混合物入炉之前的简单估测而快速得到较准确的热值，确定入炉垃圾混合物的燃烧性质，从而有利于垃圾焚烧发电厂运行人员及时根据入炉物料热值把握和调整垃圾焚烧系统的运行工况；2、本测量方法充分考虑了垃圾中的不同组分分类，并保证提供了充足的多点位的取样样品，并对实施步骤中易产生误差的环节进行了参数修正，均通过高位热值而得到低位热值，使得最终所得数据准确性高；3、本估测方法步骤简单易实施，投入成本较小，无需送样外测，测试时间仅为约1.5小时，可适应垃圾焚烧系统参数调整及跟踪要求，值得推广。

具体实施方式

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例

针对隆丰成都市隆丰环保发电厂进行陈腐垃圾-原生垃圾的混合物料热值进行测定，包括以下步骤：

1)由于本发电厂采取陈腐垃圾与原生垃圾掺烧发电的方式，因此在事先对陈腐垃圾进行了分选预处理，以提高陈腐垃圾的入炉品质，减少灰分，提高热值。

预处理方法为：将陈腐垃圾中的渣土类、骨料类和金属类分离，筛选出陈腐垃圾可燃物；将陈腐垃圾通过进料口进入双层滚筒筛对陈腐垃圾进行筛分；所述滚筒筛外层筛板的筛孔为10mm，内层筛板的筛孔为20mm，滚筒筛的安装倾角为10°；将陈腐垃圾分为筛上物与筛下物，筛分后将渣土、骨料及金属类中的小型颗粒物进行去除。将筛上物进入重力分选单元，重力分选单元采用风机将筛上物吹入的沉降室进行重力分选；所述风机风量可调，调整范围8000-18000cm³/h，风机风压为1000-4500Pa。其中，沉降室上方出口为将筛上物为轻质物，下方为重质物，将大型渣土、骨料及金属去除。轻质物通过传送带传入磁选转筒对分选后的轻质物进行磁选。所述传送带的传输速度为2m/s，磁选转筒的磁感应强度≥50mT，间隙边缘磁场强度为15000Oe。磁选后将陈腐垃圾轻质物中的小金属颗粒进行进一步去除，减少焚烧灰分。此时，陈腐垃圾分选后主要得到橡塑类、木竹类、织物纸张类等轻质易燃性物质。

2)在将陈腐垃圾可燃物与原生垃圾混料入炉焚烧前，分别估测原生垃圾及陈腐垃圾可燃物的热值，再根据各自热值确定陈腐垃圾可燃物的掺烧比例，并对混料热值进行估算；所述热值测定采用下述方法：

步骤1、在垃圾储坑中多点位分散取样原生垃圾共100千克，人工搅拌混匀后均分为两份，分别记作A份和B份。针对A份样品，采用人工方法将原生垃圾分选，分选为塑料及非塑料组分，进一步分选得到两组分中有机物的含量。测得原生垃圾中的非塑料组分含量R为40％，非塑料组分中有机物含量A为50％，塑料组分中有机物含量B为20％，基于所得数据根据以下经验公式测得垃圾的高位热值：

HHV(垃圾)＝[E×R×A％+F×(1-R)×B％]×1000，单位KJ/kg，

在本实施例中，所述塑料组分热值常数F取值为32.5，所述非塑料组分热值常数E取值为23.1。则计算所得HHV(原生垃圾)为8527.2KJ/Kg。

步骤2、将B样品放置于筛网架上，用铁板进行压榨约12分钟，称取经压榨后垃圾样品的重量，根据经验公式估算该垃圾样品含水率：

W1＝(M1-M2)*100/M1+L；

其中，M1—压榨前样品重量，M2—压榨后样品重量，W1％—垃圾含水率，L-含水率修正系数。

结合步骤1中所述的高位热值数据，根据以下经验公式测得垃圾的低位热值：

LHV(原生垃圾)＝HHV(原生垃圾)×(100-H×W1％)/(100-I-W1％)，单位KJ/kg；

其中：HHV(原生垃圾)—原生垃圾高位热值，LHV(原生垃圾)—原生垃圾低位热值，W1％—垃圾含水率，H-含水率热值损失系数，I-含水率热值修正系数；

利用获得的高位热值数据及含水率，根据含水率热值损失系数及含水率热值修正系数计算获得垃圾的低位热值。不同区域的垃圾其损失系统及修正系数有所区别，作为本方案的一个实施例，所述含水率热值损失系数H为24.1，所述含水率热值修正系数I为0.19。

本实施例中，原生垃圾压榨前重量M1为50Kg，压榨后重量为M2为45Kg，L取30，测得垃圾含水率W1为40％，结合HHV(原生垃圾)和W1,根据公式LHV(原生垃圾)＝HHV(原生垃圾)×(100-24.3×W1％)/(100-0.19-W1％)，得到LHV(原生垃圾)为7743.3KJ/Kg。

步骤3、采用步骤2的同样的方法对陈腐垃圾多点取样后，估测准备入炉的陈腐垃圾可燃物的含水率，根据以下经验公式测得陈腐垃圾可燃物的低位热值：

LHV(陈腐垃圾)＝J*(1-W2％)-K*W2％；

其中：LHV——低位热值；W2％——陈腐垃圾含水率，J—干基热值常数，K—湿基热值修正常数。

本实施例中，所述干基热值常数J为17550，所述湿基热值修正常数K为2440。在L取15的条件下，测得经分选后陈腐垃圾筛上轻质物含水率W2为35％，经计算经分选后陈腐垃圾筛上轻质物湿基低位热值为10553.5KJ/Kg。

步骤4、根据以下经验公式估算混合物料总热值：

LHV(总)＝[LHV(陈腐垃圾)*D+LHV(原生垃圾)*(100-D)]/100，

其中：LHV(总)-混合物料总热值；D-垃圾焚烧发电厂掺烧陈腐的比例％。

在本实施例中，为出于热值上限控制考虑，所述掺烧比例控制在25％，计算所得的陈腐垃圾-原生垃圾混合物料的混合热值LHV(总)为：8445.85KJ/Kg。

根据燃烧炉所能承受的热负荷范围，将一定量的混料送入垃圾焚烧炉进行垃圾焚烧，针对不同批次的进样混料热值均进行热值估算，以此作为垃圾焚烧炉运行工况的调整依据。针对本实施例，本厂入炉垃圾低位热值范围为4190～8800kJ/kg，设计焚烧炉排热负荷1548MJ/m².h，焚烧炉排最大热负荷1703MJ/m².h，则本混合热值符合设计要求。

对比例

以成都市隆丰环保发电厂为例，采用实施例1不包括陈腐垃圾分选步骤，仅1.5小时左右即可测定出入炉混合物料热值为8445.85KJ/Kg。再将同样的原生垃圾样品50-100kg和陈腐垃圾可燃物50-100kg外送第三方检测机构测定混合物料热值。所述第三方机构采用的是氧弹式量热仪进行热值检测，并且测定完后需用工业分析预测经验模型、物理组分分析预测经验模型、元素分析预测模型等方法测定并计算垃圾热值数据，将用以上方法测定出的热值数据用以修订氧弹式量热仪测定的热值数据。从寄送样品到收到报告，整个测定程序耗费数天后，得出混合物料热值为8110KJ/Kg。经计算，与采用本发明方法测定的混合物料热值误差未超过±5％，表明本热值测定方法准确度较高。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims

1.一种陈腐垃圾-原生垃圾协同焚烧混合物料热值测定方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)原生垃圾高位热值估测；

2)估测原生垃圾含水率，结合含水率估测原生垃圾低位热值；

3)估测陈腐垃圾可燃物的含水率，结合含水率估测陈腐垃圾可燃物的低位热值；

4)根据陈腐垃圾可燃物的掺烧比例，基于原生垃圾低位热值与陈腐垃圾可燃物低位热值测定混合物料的热值；

所述步骤(1)中，通过垃圾分选测得原生垃圾中的非塑料组分含量和塑料组分含量，进一步分选测得非塑料组分与塑料组分中的有机物含量，基于所得数据根据以下经验公式测得原生垃圾的高位热值：

原生垃圾HHV＝[E×R×A％+F×(1-R)×B％]×1000，单位KJ/kg，

其中：原生垃圾HHV—原生垃圾高位热值，R—垃圾中非塑料组分比例，A—垃圾非塑料组分中有机物的百分含量，B—垃圾中塑料组分的有机物百分含量，E-非塑料组分热值系数，F-塑料组分热值常数；

所述步骤(2)中，估测原生垃圾含水率，结合步骤1中所述的高位热值数据，根据以下经验公式测得垃圾的低位热值：

原生垃圾LHV＝原生垃圾HHV×(100-H×W1％)/(100-I-W1％)，单位KJ/kg，其

中：原生垃圾HHV—原生垃圾高位热值，原生垃圾LHV—垃圾低位热值，W1％—垃圾含水率，H-含水率热值损失系数，I-含水率热值修正系数；

所述步骤(3)中，估测准备入炉的陈腐垃圾可燃物的含水率，根据以下经验公式测得陈腐垃圾可燃物的低位热值：

陈腐垃圾LHV＝J*(1-W2％)-K*W2％；其中：陈腐垃圾LHV—陈腐垃圾可燃物位热值，W2％—陈腐垃圾含水率，J-陈腐垃圾可燃物干基热值常数，K-湿基热值修正常数。

2.根据权利要求1所述的热值测定方法，其特征在于，所述步骤(3)中，陈腐垃圾可燃物通过以下方式获取：先经过筛分，筛上物经过重力分选，分选后的轻质物最后通过磁选除去磁性物质即得陈腐垃圾可燃物。

3.根据权利要求2所述的热值测定方法，其特征在于：采用滚筒筛对陈腐垃圾进行筛分；采用风机将筛上物吹入沉降室进行重力分选；采用传送带传入磁选转筒对分选后的轻质物进行磁选。

4.根据权利要求3所述的热值测定方法，其特征在于：所述滚筒筛选用双层筛板滚筒筛，外层筛板的筛孔为10mm，内层筛板的筛孔为20mm，滚筒筛的安装倾角为10°；所述风机风量可调，调整范围8000-18000cm 3/h，风机风压为1000-4500Pa；所述传送带的传输速度为2m/s，磁选转筒的磁感应强度≥50mT，间隙边缘磁场强度为15000Oe。

5.根据权利要求1所述的热值测定方法，其特征在于，所述步骤(4)中，根据以下经验公式估算混合物料总热值：

总LHV＝[陈腐垃圾LHV*D+原生垃圾LHV*(100-D)]/100，其中：总LHV-混合物料总热值；D-垃圾焚烧发电厂掺烧陈腐垃圾的比例％。

6.根据权利要求1-5任一项所述的热值测定方法，其特征在于，所述原生垃圾和陈腐垃圾可燃物含水率的估测方法为：对原生垃圾和陈腐垃圾可燃物进行取样，将样品放置于筛网架上，用铁板进行压榨不低于10分钟，称取经压榨后垃圾样品的重量，根据以下经验公式估算该垃圾样品含水率：

W1＝(M1-M2)*100/M1+L1，W2＝(M1-M2)*100/M1+L2；

M1—压榨前样品重量，M2—压榨后样品重量，W1％—原生垃圾含水率，L1-原生垃圾含水率修正系数，L2-陈腐垃圾含水率修正系数；

其中，对于原生垃圾，L值取30；对于陈腐垃圾，L值取15。

7.根据权利要求6所述的热值测定方法，其特征在于，在垃圾取样过程中，采用多点位取样并混合均匀后再将混合后样品测得含水率。