CN112818509A - 垃圾焚烧热值在线快速计算的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种垃圾焚烧热值在线快速计算的方法，包括采集垃圾池的实时温湿度数据与垃圾发酵时间数据、采集燃烧室各段炉排的实时温度数据与风室压差数据；将数据库中的历史数据输入数据模型公式中与上述采集的实时数据自动进行对比，通过大数据统计和数据模型公式快速分析出某一区域垃圾热值，在快速分析出垃圾热值的支持下可直接对炉排速度、风机开度进行调控，实现最佳的燃烧工作状况，保证垃圾焚烧处理的效果和污染物排放指标符合国家相关标准要求。经过垃圾热值快速分析后，进入垃圾焚烧炉控制系统的调节环节更加有的放矢，提高了垃圾焚烧效率，实现了对垃圾固体废弃物无害化、减量化和资源化的处理要求。
Description
技术领域
本发明涉及垃圾处理领域，尤其涉及一种垃圾焚烧热值在线快速计算的方法。
背景技术
随着经济的发展、人口的增加和城市化进程的加快，生活垃圾废弃物产量日益增多。垃圾焚烧发电是目前技术条件下的快速、大批量、环保处置的首选方式。随着人们环保意识的增强，对于污染防治的要求也日益严格。垃圾焚烧电厂污染物对环境、人体都有严重的影响，重金属离子、二噁英、有毒有害气体等通过大气、水、食物链进入人体后很难排除，将在人体器官中累积，如果超过人体所能的限度，会造成人体急性或慢性中毒，具有致畸、致突变、致癌毒性、遗传毒性、致突变作用，对人体和环境危害极大。
2019年1月以来，生态环境部对垃圾发电企业的数据传输有了新的要求，垃圾发电企业端标记平台要求实时对污染物异常传输数据进行标记，同时每日公开前一日的各烟气污染物数据及曲线情况，因此全国各地垃圾发电企业对垃圾焚烧炉燃烧控制要求也上升到了新的高度，而实现低污染物排放的最佳解决手段就是控制锅炉尽可能在最佳工况下运行，并且保持负荷稳定。
燃烧一定质量的垃圾，经完全燃烧所能放出的热量称为垃圾的发热量，也称为垃圾的热值。完全燃烧是指燃烧产物为二氧化碳和水、渣等不能再进行燃烧的稳定物质。其常用单位: 千卡/kg（kcal/kg），因垃圾成分复杂且有非常大的不确定性很难进行大批量精准统计，无法像燃油、燃煤、燃气电厂一样对可燃物热值进行精确分析和计算。若要精确知道垃圾的热值从采样到测量、计算需要耗费大量的人力物力进行，因工艺复杂、测量周期长、成本高等原因，导致垃圾焚烧电厂的垃圾热值统计和垃圾热值分析未能大规模应用。只能进行少量的零星采样测量，无法提供连续且可靠的数据，传统的采样和分析方法对垃圾焚烧电厂的运行和调节控制指导意义不大。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种垃圾焚烧热值在线快速计算的方法，通过将采集到的实时数据包括：垃圾池的环境温度、湿度数据、垃圾发酵时间、燃烧室各段炉排温度和风室差压等存入数据库中，并将实时数据输入数据模型公式中与数据库中的历史数据进行对比，这样就可以快速的分析计算出垃圾热值，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，所计算出的热值能够稳定代表当前入炉垃圾的平均水平，分析计算的结果较为准确。同时，根据该计算结果能够深入了解区域的垃圾热值变化规律，提高了垃圾焚烧效率，实现了对垃圾固体废弃物无害化、减量化和资源化的处理要求。
为实现上述目的，本发明提供一种垃圾焚烧热值在线快速计算的方法，包括：
采集垃圾池的第一实时数据，所述第一实时数据包括温湿度数据与垃圾发酵时间；
采集燃烧室各段炉排的第二实时数据：所述第二实时数据包括各段炉排的温度与风室压差；
将数据库中的历史数据输入数据模型公式中与所述第一实时数据、所述第二实时数据自动进行对比，分析计算出垃圾焚烧热值；
所述大数据库中的历史数据包括历史垃圾池的温湿度与垃圾发酵时间数据、历史燃烧室各段炉排的温度与风室压差数据。
作为优选，所述采集垃圾池的第一实时数据的过程包括：采集垃圾池的环境温度、环境湿度数据并将环境温度、环境湿度数据存入数据库；采集垃圾堆放的发酵时间，并进行数字量化标签统计。
作为优选，所述数字量化标签统计包括将垃圾池的空间划分为多个网格区域，对每个区域进行标识，并对每个区域中的垃圾存放时间进行统计。
作为优选，其特征在于，采集燃烧室各段炉排的第二实时数据的过程包括：在燃烧室各段炉排底部设置温度测量装置采集温度值，在燃烧室各段炉排上、下部设置取样口进行差压测量，并计算出所述各段炉排的风室差压。
作为优选，将数据库中的历史数据输入数据模型公式中与所述第一实时数据、所述第二实时数据自动进行比对，分析计算出垃圾焚烧热值的过程包括：
采集所述各段炉排的局部区域温度值并计算温度变化速率，采集各段炉排局部区域风室压差值并分析变化趋势，结合所述各段炉排的局部区域温度值及温度变化速率和所述各段炉排局部区域风室压差值及变化趋势计算出所述局部区域的垃圾焚烧热值。
作为优选，结合所述各段炉排的局部区域温度值及温度变化速率和所述各段炉排局部区域风室压差值及变化趋势，与数据库中的历史数据进行比对，分析判断所述燃烧室是否发生燃烧不均或垃圾烧空等燃烧状况。
作为优选，分析计算出所述局部区域的垃圾焚烧热值和是否发生燃烧不均或垃圾烧空等燃烧状况之后，根据所述局部区域的垃圾焚烧热值和燃烧状况调控对应燃烧室各段炉排的速度与风室的配风量。
作为优选，将数据库中的历史数据输入数据模型公式中与所述第一实时数据、所述第二实时数据自动进行比对，分析计算出垃圾焚烧热值之后，还包括：对计算出的垃圾焚烧热值进行反向推算验证。
作为优选，对计算出的垃圾焚烧热值进行反向推算验证的过程包括：采集锅炉蒸汽运行参数并对锅炉在单位时间内吸收到的热值进行计算得出锅炉吸收总热量值，将所述锅炉吸收总热量值与所述垃圾焚烧热值进行比较，验证锅炉吸收总热量值是否与垃圾焚烧热值相等。
作为优选，验证锅炉吸收总热量值是否与垃圾焚烧热值相等之后，还包括：根据所述锅炉吸收总热量值与垃圾焚烧热值对所述数据模型公式进行校准和优化。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的一种垃圾焚烧热值在线快速计算的方法，包括采集垃圾池的实时温湿度数据与垃圾发酵时间数据、采集燃烧室各段炉排的实时温度数据与风室压差数据；将数据库中的历史数据输入数据模型公式中与垃圾池的实时温湿度数据与垃圾发酵时间数据、采集燃烧室各段炉排的实时温度数据与风室压差数据自动进行比对，通过大数据统计和数据模型公式快速分析出某一区域垃圾热值，数字量化各种影响因素和区分各类工作状况变化，在快速分析出垃圾热值的支持下可直接对炉排速度、风机开度进行调控，实现最佳的燃烧工作状况，保证垃圾焚烧处理的效果和污染物排放指标符合国家相关标准要求。经过垃圾热值快速分析后，进入垃圾焚烧炉控制系统的调节环节更加有的放矢，提高了垃圾焚烧效率，实现了对垃圾固体废弃物无害化、减量化和资源化的处理要求。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是本发明提出的一个实施例的工艺流程图；
图3是本发明提出的垃圾热值分析方法在某垃圾焚烧发电厂实际现场的应用范例；
图4是本发明垃圾热值分析方法的数据模型统计分析出的垃圾最佳燃烧工况区域；
图5是本发明采用垃圾热值分析的数据模型实际用于调控后锅炉连续24小时的运行参数曲线。
具体实施方式
为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。
请参阅图1和图2，本发明的一种垃圾焚烧热值在线快速计算的方法，包括：
采集垃圾池的第一实时数据，第一实时数据包括温湿度数据与垃圾发酵时间；具体的，将垃圾焚烧发电厂所在地的垃圾池的环境温度、湿度数据进行采集并存入数据库中，不同的环境温度、湿度对垃圾发酵的效果有非常直接的硬性影响，温度越高或者湿度越大垃圾发酵的速度越快，将进入垃圾焚烧发电厂的垃圾进行分区堆放，并对垃圾进场时间进行统计，将垃圾池中垃圾的堆放发酵时间分为0-15天，加入数字量化标签统计，例如通过对垃圾存放区域进行规划，将垃圾池内的空间划分为多个网格区域，并赋予不同区域不同的代码标示（例如：划分为A、B、C、D、E、F六个区域），每天的进厂垃圾存放在不同的网格区域内就能很好进行区分和存放时间统计；
通过数据库统计，夏季垃圾的最佳发酵时间大约为5天左右，此时的垃圾热值最高，冬季垃圾的最佳发酵时间需有所加长。发酵时间过短将导致垃圾不能充分发酵，热值会降低很多而且不利于燃烧；发酵时间过长将导致垃圾中的可燃物发酵过于剧烈并产生大量沼气挥发逃逸，剩余的垃圾热值也会降低很多而且不利于燃烧。简而言之，时间有一个最佳范围，无论发酵时间过短或过长，垃圾热值均会减少。垃圾发酵的效果被数字量化后直接进入垃圾热值计算；通过历史同期大数据统计，能够对数据模型进行优化，得到十分贴近实际热值的修正参数。
燃烧室各段炉排都是由金属材质制成，因此金属温度是垃圾焚烧过程中一个非常关键的数据，垃圾焚烧料层铺在炉排上的燃烧经热传导的温度可以较精确的反应出垃圾焚烧产生的热值。当燃烧室某段炉排金属温度太低时，表明垃圾焚烧无法充分燃烧，无法达到最佳燃烧状态，污染物排放量会明显增大，同时未燃尽垃圾量也会增多。当燃烧室某段炉排金属温度很高时，产生的原因需要综合判断，一方面可能是该区域的垃圾热值比较高，另一方面可能表明该处垃圾的分布不均，例如炉排某段区域垃圾分布非常薄会导致该区域炉排上、下部之间风室差压很小（即炉排风阻很低），较低的风阻会引起该处风力加大，在风力作用下就会导致该区域猛烈燃烧，但这样的高温情况不会持久，超温区域因燃烧迅猛而燃料烧空，引起该区域垃圾燃料耗尽而熄火，同时燃料耗尽又会加剧该区域的漏风，温度会快速下降。最佳的燃烧状况是维持在一个最佳的炉排金属温度范围内，保持垃圾燃烧稳定且持久。
本发明的一种垃圾焚烧热值在线快速计算的方法，还包括采集燃烧室各段炉排的第二实时数据，第二实时数据包括各段炉排的温度与风室压差：
采集燃烧室各段炉排的温度时，应当选取适当位置，本实施例中，在焚烧炉各段炉排底部设有温度测量装置，通过温度测量装置能够对各段炉排底部的温度进行测量。一般情况下可以依据炉排的物理宽度在各段炉排上均匀布置2—3个温度测点，就可以精确反应出燃烧室各段的燃烧情况。
采集燃烧室各段炉排风室压差时，在焚烧炉各段炉排上、下部选取适当位置布置取样口进行差压测量。通过各段炉排所处位置的差压测点测量出该段炉排的风室差压，精确的反应出焚烧炉各段的风机配风情况。更优的，可以采集各段炉排的局部区域温度值并计算温度变化速率，采集各段炉排局部区域风室压差值并分析变化趋势，将各段炉排的局部区域温度值及温度变化速率和各段炉排局部区域风室压差值及变化趋势相结合，这样就可以更加准确的计算出局部区域的垃圾焚烧热值。
在本实施例中，由于并不能简单的通过某段炉排温度的高低、某处炉排风室差压的大小来判断垃圾的热值，因此应该通过该局部区域温度的数值和变化速率，结合该区域风室差压的数值和变化趋势，以及第一实时数据，将上述数据输入数据模型公式中与将数据库中的历史数据进行对比，这样就能够快速计算出垃圾焚烧热值，并分析判断所述燃烧室是否发生燃烧不均或垃圾烧空等燃烧状况。其中，第一实时数据为定值，局部区域温度的数值和变化速率、风室差压的数值和变化趋势为变化值。
在本实施例中，分析计算出所述局部区域的垃圾焚烧热值和是否发生燃烧不均或垃圾烧空等燃烧状况之后，根据所述局部区域的垃圾焚烧热值和燃烧状况可以指导控制炉排的速度、各风机的配风量等参数的精准调控，实现将焚烧炉的燃烧状况维持在一个最佳的工作状态中。
在本实施例中，将数据库中的历史数据输入数据模型公式中与第一实时数据、第二实时数据自动进行对比，分析计算出垃圾焚烧热值之后，还包括：对计算出的垃圾焚烧热值进行反向推算验证，具体的，采集锅炉蒸汽运行参数并对锅炉在单位时间内吸收到的热值进行计算得出锅炉吸收总热量值，将锅炉吸收总热量值与垃圾焚烧热值进行比较，验证锅炉吸收总热量值是否与分析计算出的垃圾焚烧热值相等；锅炉蒸汽运行参数包括：主蒸汽流量、主汽温度、主给水流量、主给水温度和汽包压力等参数。
通过对锅炉的主蒸汽流量、主汽温度、主给水流量、主给水温度、汽包压力参数进行采集，可以将锅炉在单位时间内吸收到的热值进行比较精确的计算，产生的热值可进行反向推算，即根据锅炉吸收总热量值与垃圾焚烧热值对数据模型公式进行校准和优化，还能够对相应时间段的投入垃圾热值进行验证，通过数据库统计，可以对数据模型公式进行长期优化；这样分析计算的结果较为准确。同时，根据该计算结果能够深入了解区域的垃圾热值变化规律，提高了垃圾焚烧效率，实现了对垃圾固体废弃物无害化、减量化和资源化的处理要求。
具体的，
锅炉吸收总热量H 1 = 垃圾产生总热值 x 锅炉效率
锅炉吸收总热量H 1 = A x主蒸汽流量 x主汽温度 + B x主给水流量 x 主给水温度 + 热损失
其中：A、B为相应的转换修正系数
根据热量守恒原理：垃圾的总热值应该与通过锅炉吸收总热量反向推算出的热值相等，故可以得到一个时间段内精确的垃圾总热值，进而可以对数据模型公式进行进一步的校准和优化。
具体的，数据模型垃圾热值= 同时间段反向推算的垃圾热值（即通过锅炉吸收总热量进行计算）因锅炉的管道阻力基本恒定，汽包压力与主蒸汽流量正向相关，锅炉吸收总热量也可采用汽包压力进行推导计算。
图3是本发明提出的垃圾热值分析方法在某垃圾焚烧发电厂实际现场的应用范例。本实施例中所提到的锅炉蒸汽流量、压力、炉排温度等的测量数据在图3中有所体现，在图中左下角表格内的炉排温度分别为燃烧室1~5段炉排的左、右侧的实际炉排温度测量值。图3中上部所列风室差压分别为燃烧室1~4段炉排左右两侧的风室差压，因第5段炉排为垃圾燃烬段，其上部为炉渣，几乎没有未燃烬的垃圾，该区域未设计布置一次风进风口，风室差压很低，故可不进行测量。
图4是本实施例中垃圾热值分析方法的数据模型统计分析出的垃圾最佳燃烧工况区域。画面中的黑实线框选出的区域为垃圾的最佳燃烧区域，将垃圾燃烧工况调整控制在该区域范围内可以获得最佳的燃烧工况。
图5是本实施例采用垃圾热值分析的数据模型实际用于调控后锅炉连续24小时的运行参数曲线。通过大数据统计和数据模型公式快速分析出某一区域垃圾热值，数字量化各种影响因素，在快速分析出垃圾热值的支持下直接对炉排速度、风室的配风进行调控，实现最佳的燃烧工况。从图5中可看出，锅炉蒸汽流量参数稳定，汽包压力稳定且跟随运行人员指令调节迅速灵敏，机组在满负荷区域运行，垃圾燃烧稳定且持久，实现了很好的垃圾焚烧效果。
本发明的优势在于：
1、将进入垃圾焚烧发电厂的垃圾进行分区堆放，并对垃圾进场时间进行统计，垃圾发酵的效果被数字量化后直接进入垃圾目标热值计算；通过历史同期大数据统计，能够对数据模型进行优化，得到十分贴近实际热值的修正参数。
2、采集各段炉排局部区域风室压差值并分析变化趋势，将各段炉排的局部区域温度值及温度变化速率和各段炉排局部区域风室压差值及变化趋势相结合，这样就可以更加准确的计算出局部区域的垃圾焚烧热值；与数据库中的历史数据进行比对，分析判断所述燃烧室是否发生燃烧不均或垃圾烧空等燃烧状况。根据所述局部区域的垃圾焚烧热值和燃烧状况调控对应燃烧室各段炉排的速度与风室的配风量。
3、通过对锅炉的主蒸汽流量、主汽温度、主给水流量、主给水温度、汽包压力参数进行采集，可以将锅炉在单位时间内吸收到的热值进行比较精确的计算，产生的热值可进行反向推算，即根据锅炉吸收总热量值与垃圾焚烧热值对数据模型公式进行校准和优化，还能够对相应时间段的投入垃圾热值进行验证，这样分析计算的结果较为准确。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种垃圾焚烧热值在线快速计算的方法，其特征在于，包括：
采集垃圾池的第一实时数据，所述第一实时数据包括温湿度数据与垃圾发酵时间；
采集燃烧室各段炉排的第二实时数据：所述第二实时数据包括各段炉排的温度与风室压差；
将数据库中的历史数据输入数据模型公式中与所述第一实时数据、所述第二实时数据自动进行对比，分析计算出垃圾焚烧热值；
所述大数据库中的历史数据包括历史垃圾池的温湿度与垃圾发酵时间数据、历史燃烧室各段炉排的温度与风室压差数据。
2.根据权利要求1所述的垃圾焚烧热值在线快速计算的方法，其特征在于，所述采集垃圾池的第一实时数据的过程包括：采集垃圾池的环境温度、环境湿度数据并将环境温度、环境湿度数据存入数据库；采集垃圾堆放的发酵时间，并进行数字量化标签统计。
3.根据权利要求2所述的垃圾焚烧热值在线快速计算的方法，其特征在于，所述数字量化标签统计包括将垃圾池的空间划分为多个网格区域，对每个区域进行标识，并对每个区域中的垃圾存放时间进行统计。
4.根据权利要求1所述的垃圾焚烧热值在线快速计算的方法，其特征在于，采集燃烧室各段炉排的第二实时数据的过程包括：在燃烧室各段炉排底部设置温度测量装置采集温度值，在燃烧室各段炉排上、下部设置取样口进行差压测量，并计算出所述各段炉排的风室差压。
5.根据权利要求1所述的垃圾焚烧热值在线快速计算的方法，其特征在于，将数据库中的历史数据输入数据模型公式中与所述第一实时数据、所述第二实时数据自动进行比对，分析计算出垃圾焚烧热值的过程包括：
采集所述各段炉排的局部区域温度值并计算温度变化速率，采集各段炉排局部区域风室压差值并分析变化趋势，结合所述各段炉排的局部区域温度值及温度变化速率和所述各段炉排局部区域风室压差值及变化趋势计算出所述局部区域的垃圾焚烧热值。
6.根据权利要求5所述的垃圾焚烧热值在线快速计算的方法，其特征在于，结合所述各段炉排的局部区域温度值及温度变化速率和所述各段炉排局部区域风室压差值及变化趋势，与数据库中的历史数据进行比对，分析判断所述燃烧室是否发生燃烧不均或垃圾烧空等燃烧状况。
7.根据权利要求5所述的垃圾焚烧热值在线快速计算的方法，其特征在于，分析计算出所述局部区域的垃圾焚烧热值和是否发生燃烧不均或垃圾烧空等燃烧状况之后，根据所述局部区域的垃圾焚烧热值和燃烧状况调控对应燃烧室各段炉排的速度与风室的配风量。
8.根据权利要求1所述的垃圾焚烧热值在线快速计算的方法，其特征在于，将数据库中的历史数据输入数据模型公式中与所述第一实时数据、所述第二实时数据自动进行对比，分析计算出垃圾焚烧热值之后，还包括：对计算出的垃圾焚烧热值进行反向推算验证。
9.根据权利要求8所述的垃圾焚烧热值在线快速计算的方法，其特征在于，对计算出的垃圾焚烧热值进行反向推算验证的过程包括：采集锅炉蒸汽运行参数并对锅炉在单位时间内吸收到的热值进行计算得出锅炉吸收总热量值，将所述锅炉吸收总热量值与所述垃圾焚烧热值进行比较，验证锅炉吸收总热量值是否与垃圾焚烧热值相等。
10.根据权利要求9所述的垃圾焚烧热值在线快速计算的方法，其特征在于，验证锅炉吸收总热量值是否与垃圾焚烧热值相等之后，还包括：根据所述锅炉吸收总热量值与垃圾焚烧热值对所述数据模型公式进行校准和优化。
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