CN112487728A - 一种垃圾焚烧炉喉口结焦风险评价方法 - Google Patents

一种垃圾焚烧炉喉口结焦风险评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种垃圾焚烧炉喉口结焦风险评价方法，包括：获取所述焚烧炉喉口处的飞灰捕捉率；基于所述焚烧炉喉口的几何尺寸获取焚烧炉喉口几何系数；基于所述飞灰捕捉率和所述焚烧炉喉口几何系数获取所述焚烧炉喉口的结焦风险系数。根据本发明提供的垃圾焚烧炉喉口结焦风险评价方法，基于飞灰捕捉率和焚烧炉喉口几何系数计算焚烧炉喉口的结焦风险系数，以表征焚烧炉喉口的结焦风险，进而优化对垃圾焚烧炉的喉口结构设计。

Description

一种垃圾焚烧炉喉口结焦风险评价方法
技术领域
本发明涉及垃圾处理领域，具体而言涉及一种垃圾焚烧炉喉口结焦风险评价方法。
背景技术
随着我国城市化进程的不断加快，对生活垃圾进行有效、环保的处理刻不容缓。目前，垃圾焚烧是一种被广泛采用的垃圾无害化处理方式，可以在实现垃圾减量化的同时进行发电，创造一定的经济效益。
然而，由于垃圾焚烧与一般燃料燃烧相比，垃圾热值低而含水量高，质地相当低劣，焚烧过程极为复杂，气、液、固多相反应混合发展，因此，垃圾焚烧中易发生结焦，影响垃圾焚烧炉的安全稳定运行。特别是焚烧炉喉口部位，由于喉口处空间较小，易形成严重的结焦、积灰，而增大喉口则可能影响垃圾的焚烧过程。
因此，有必要提出一种垃圾焚烧炉喉口结焦风险评价方法，并据此对焚烧炉喉口结构进行不断优化。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本发明提供了一种垃圾焚烧炉喉口结焦风险评价方法，包括：
获取所述焚烧炉喉口处的飞灰捕捉率；
基于所述焚烧炉喉口的几何尺寸获取焚烧炉喉口几何系数；
基于所述飞灰捕捉率和所述焚烧炉喉口几何系数获取所述焚烧炉喉口的结焦风险系数。
进一步，所述焚烧炉喉口几何系数包括喉口形状系数和喉口截面修正系数。
进一步，所述焚烧炉喉口的结焦风险系数包括：
F＝Q*X/K3
其中，F表示所述焚烧炉喉口的结焦风险系数；
Q表示所述焚烧炉喉口处的飞灰捕捉率；
X表示所述喉口截面修正系数；
K表示所述喉口形状系数。
进一步，获取所述焚烧炉喉口处的飞灰捕捉率的方法包括：
对垃圾进行取样并进行灰化处理，以制得飞灰；
测试所述飞灰的软化温度和熔融温度；
对所述垃圾焚烧炉进行建模以获取飞灰在所述焚烧炉内的流场和温度场；
基于飞灰行为判定准则计算所述飞灰捕捉率。
进一步，所述飞灰行为判定准则包括：
当飞灰的温度小于软化温度和熔融温度时，所述飞灰被反射；
当飞灰的温度大于软化温度并小于熔融温度，且飞灰的法向速度小于阈值速度时，所述飞灰被反射；
当飞灰的温度大于软化温度并小于熔融温度，且飞灰的法向速度大于阈值速度时，所述飞灰被捕捉；
当飞灰的温度大于软化温度和熔融温度时，所述飞灰被捕捉。
进一步，所述喉口形状系数包括：
K＝L2/L1
其中，K表示所述喉口形状系数；
L2表示所述喉口的垂直高度；
L1表示所述喉口的斜面长度。
进一步，所述喉口截面修正系数包括：
X＝10×max(W/L,L/W)/(W×L)
其中，X表示所述喉口截面修正系数；
W表示所述喉口最小截面的深度；
L表示所述喉口最小界面的宽度。
进一步，利用灰熔点测试仪测试所述飞灰的软化温度和熔融温度，所述软化温度小于所述熔融温度。
进一步，利用计算流体动力学技术对所述垃圾焚烧炉进行建模以获取飞灰在所述焚烧炉内的流场和温度场。
进一步，利用低温灰化仪进行所述灰化处理。
根据本发明提供的垃圾焚烧炉喉口结焦风险评价方法，基于飞灰捕捉率和焚烧炉喉口几何系数计算焚烧炉喉口的结焦风险系数，以表征焚烧炉喉口的结焦风险，进而优化对垃圾焚烧炉的喉口结构设计。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1为根据本发明的示例性实施例的垃圾焚烧炉的结构示意图；
图2A为根据本发明的示例性实施例的垃圾焚烧炉的喉口剖面图；
图2B为根据本发明的示例性实施例的垃圾焚烧炉的喉口最小截面图；
图3为根据本发明的示例性实施例的垃圾焚烧炉喉口结焦风险评价方法的流程图。
附图标记
100、焚烧区
200、喉口区
201、前墙
202、后墙
300、烟道区
400、顶棚区
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述，以说明本发明的垃圾焚烧炉喉口结焦风险评价方法。显然，本发明的施行并不限于垃圾处理领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的元件，因而将省略对它们的描述。
针对现有技术中垃圾焚烧炉喉口处易发生结焦，为了便于优化焚烧炉喉口结构，本发明提供了一种垃圾焚烧炉喉口结焦风险评价方法，如图3所示，包括：
S301：获取所述焚烧炉喉口处的飞灰捕捉率；
S302：基于所述焚烧炉喉口的几何尺寸获取焚烧炉喉口几何系数；
S303：基于所述飞灰捕捉率和所述焚烧炉喉口几何系数获取所述焚烧炉喉口的结焦风险系数。
进一步，所述焚烧炉喉口系数包括喉口形状系数和喉口截面修正系数。
进一步，所述焚烧炉喉口的结焦风险系数包括：
F＝Q*X/K3
其中，F表示所述焚烧炉喉口的结焦风险系数；
Q表示所述焚烧炉喉口处的飞灰捕捉率；
X表示所述喉口截面修正系数；
K表示所述喉口形状系数。
示例性地，垃圾焚烧炉的结焦风险与焚烧炉中的飞灰行为相关联。进一步，垃圾焚烧炉喉口的结焦风险系数F与所述焚烧炉喉口处的飞灰捕捉率Q成正比。其中，所述飞灰捕捉率Q表示在单位时间内单位面积上捕捉的飞灰的质量。
示例性地，获取所述焚烧炉喉口处的飞灰捕捉率的方法包括：
对垃圾进行取样并进行灰化处理，以制得飞灰；
测试所述飞灰的软化温度和熔融温度；
对所述垃圾焚烧炉进行建模以获取飞灰在所述焚烧炉内的流场和温度场；
基于飞灰行为判定准则计算所述飞灰捕捉率。
示例性地，首先对待焚烧的垃圾进行破碎、取样，利用低温灰化仪对破碎后的垃圾进行灰化处理，以获取与垃圾焚烧炉中产生的飞灰性质基本相同的飞灰。接下来，利用灰熔点测试仪测试所述飞灰的软化温度和熔融温度，通常，所述软化温度小于所述熔融温度。
示例性地，利用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics，CDF)技术(例如，Ansys Fluent软件)对所述垃圾焚烧炉进行建模，并在焚烧炉炉排上方模拟飞灰生成并进入焚烧炉的过程，以制得飞灰的流场和温度场。其中，基于对所述流场的分析，可以获得焚烧炉中每一颗飞灰颗粒的速度，通过与壁面法向向量的相关计算，可以获得飞灰颗粒的法向速度，基于对所述温度场的分析，可以获得焚烧炉中每一颗飞灰颗粒的温度。
接下来，基于飞灰行为判定准则判断飞灰是否被喉口壁面捕捉以形成结焦：
当飞灰的温度小于软化温度和熔融温度时，所述飞灰被反射；
当飞灰的温度大于软化温度并小于熔融温度，且飞灰的法向速度小于阈值速度时，所述飞灰被反射；
当飞灰的温度大于软化温度并小于熔融温度，且飞灰的法向速度大于阈值速度时，所述飞灰被捕捉；
当飞灰的温度大于软化温度和熔融温度时，所述飞灰被捕捉。
示例性地，基于上述飞灰行为判定准则判断每个飞灰颗粒的行为，并结合上述飞灰的流场和温度场对焚烧炉中飞灰颗粒的行为进行统计即可获得飞灰捕捉量，在单位时间内单位面积上获得的飞灰捕捉量即为飞灰捕捉率Q。
在一个实施例中，采用300t/d垃圾焚烧炉，在设计垃圾热值约为1500kcal/kg，一次风与二次风的配风比例约为7:3，过量空气系数约为1.6的边界条件下，采用AnsysFluent软件对焚烧炉进行建模并计算流场与温度场，基于上述飞灰行为判定准则，计算出的飞灰捕捉率Q为3.9x10-5kg/m2〃s，约占飞灰总量的1.94％。
示例性地，垃圾焚烧炉喉口的结焦风险还与焚烧炉喉口的几何尺寸相关联。进一步，所述焚烧炉喉口系数包括喉口形状系数和喉口截面修正系数。
如图1所示，垃圾焚烧炉包括焚烧区100、喉口区200、烟道区300和顶棚区400。其中，焚烧区100用于焚烧垃圾，生成的烟气依次经过喉口区200、烟道区300和顶棚区400后，从焚烧炉出口排出，进入后续的余热回收、烟气处理等装置。
如图2A所示，L1表示所述喉口的斜面长度，L2表示所述喉口的垂直高度，所述喉口形状系数K表示为：
K＝L2/L1
进一步，A-a截面为喉口的最小截面，即前墙201与后墙202之间最窄处的截面，结合图2B所示，W表示所述喉口最小截面的深度；L表示所述喉口最小截面的宽度，所述喉口截面修正系数表示为：
X＝10×max(W/L,L/W)/(W×L)
综合飞灰捕捉率Q和焚烧炉喉口的几何尺寸对垃圾焚烧炉喉口的结焦风险的影响，所述焚烧炉喉口的结焦风险系数F表示为：
F＝Q*X/K3
需要说明的是，所述结焦风险系数F仅用于表征焚烧炉喉口结焦风险的高低，该数值的绝对值无意义，但可以通过将不同设计方案的结焦风险系数进行比较，或者通过将结焦风险系数与预设值进行比较，以对垃圾焚烧炉喉口结焦风险进行评价，进而优化对垃圾焚烧炉的喉口结构设计。
根据本发明提供的垃圾焚烧炉喉口结焦风险评价方法，基于飞灰捕捉率和焚烧炉喉口几何系数计算焚烧炉喉口的结焦风险系数，以表征焚烧炉喉口的结焦风险，进而优化对垃圾焚烧炉的喉口结构设计。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (10)

1.一种垃圾焚烧炉喉口结焦风险评价方法，其特征在于，包括：
获取所述焚烧炉喉口处的飞灰捕捉率；
基于所述焚烧炉喉口的几何尺寸获取焚烧炉喉口几何系数；
基于所述飞灰捕捉率和所述焚烧炉喉口几何系数获取所述焚烧炉喉口的结焦风险系数。
2.如权利要求1所述的评价方法，其特征在于，所述焚烧炉喉口几何系数包括喉口形状系数和喉口截面修正系数。
3.如权利要求2所述的评价方法，其特征在于，所述焚烧炉喉口的结焦风险系数包括：
F＝Q*X/K3
其中，F表示所述焚烧炉喉口的结焦风险系数；
Q表示所述焚烧炉喉口处的飞灰捕捉率；
X表示所述喉口截面修正系数；
K表示所述喉口形状系数。
4.如权利要求1所述的评价方法，其特征在于，获取所述焚烧炉喉口处的飞灰捕捉率的方法包括：
对垃圾进行取样并进行灰化处理，以制得飞灰；
测试所述飞灰的软化温度和熔融温度；
对所述垃圾焚烧炉进行建模以获取飞灰在所述焚烧炉内的流场和温度场；
基于飞灰行为判定准则计算所述飞灰捕捉率。
5.如权利要求4所述的评价方法，其特征在于，所述飞灰行为判定准则包括：
当飞灰的温度小于软化温度和熔融温度时，所述飞灰被反射；
当飞灰的温度大于软化温度并小于熔融温度，且飞灰的法向速度小于阈值速度时，所述飞灰被反射；
当飞灰的温度大于软化温度并小于熔融温度，且飞灰的法向速度大于阈值速度时，所述飞灰被捕捉；
当飞灰的温度大于软化温度和熔融温度时，所述飞灰被捕捉。
6.如权利要求2所述的评价方法，其特征在于，所述喉口形状系数包括：
K＝L2/L1
其中，K表示所述喉口形状系数；
L2表示所述喉口的垂直高度；
L1表示所述喉口的斜面长度。
7.如权利要求2所述的评价方法，其特征在于，所述喉口截面修正系数包括：
X＝10×max(W/L,L/W)/(W×L)
其中，X表示所述喉口截面修正系数；
W表示所述喉口最小截面的深度；
L表示所述喉口最小界面的宽度。
8.如权利要求4所述的评价方法，其特征在于，利用灰熔点测试仪测试所述飞灰的软化温度和熔融温度，所述软化温度小于所述熔融温度。
9.如权利要求4所述的评价方法，其特征在于，利用计算流体动力学技术对所述垃圾焚烧炉进行建模以获取飞灰在所述焚烧炉内的流场和温度场。
10.如权利要求4所述的评价方法，其特征在于，利用低温灰化仪进行所述灰化处理。
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