CN113849967A - 一种生活焚烧发电厂入炉垃圾热值评估方法 - Google Patents

一种生活焚烧发电厂入炉垃圾热值评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生活焚烧发电厂入炉垃圾热值评估方法，包含垃圾发酵时间统计、垃圾发桥温度修正系数修正发酵时间，确定一个插值修正系数KW，则实际发酵时间为KW*理论发酵时间、垃圾发酵时间与垃圾含水率建模，垃圾含水率与垃圾热值建模，垃圾发酵时间与垃圾热值建模，燃烧软热值修正入炉垃圾热值。本发明提出了一种全新的生活焚烧发电厂入炉垃圾热值评估方法，能够准确地估算出入炉垃圾热值，从而为后端垃圾燃烧效果以及自动燃烧控制系统提供可靠的参考依据。

Description

一种生活焚烧发电厂入炉垃圾热值评估方法
技术领域
本发明涉及一种垃圾热值评估方法，特别是一种生活焚烧发电厂入炉垃圾热值评估方法，属于垃圾焚烧厂控制技术领域。
背景技术
随着国内垃圾焚烧发电行业竞争愈发激烈，对垃圾焚烧发电项目的环保排放指标和对垃圾燃烧控制的自动化程度要求越来越高。目前考虑到国内城市生活垃圾的特点：混合收集、成分复杂多变、气候性变化较大、含水率较高、垃圾热值不稳定等问题。入炉垃圾热值主要由现场吊车司机通过观察垃圾发酵情况以及垃圾渗滤液产出量等情况进行判断，入炉垃圾的是否发酵到设计热值依赖运行人员经验。由于运行人员的经验差异，入炉垃圾热值也不稳定，影响后端燃烧稳定性，从而导致生产运营过程中许多工艺系统需要大量的人工操作与干预，因此增加了人工的工作强度，同时降低了生产效率，最终影响项目经济效益。
目前国内现有的垃圾焚烧发电厂在线检测入炉垃圾热值的的方法很少，甚至无法测量计算主要存在以下问题：
1、国内入厂垃圾的热值计算模型往往参考国外计算模型，不符合我国特有垃圾成分的模型，难以有效的模型；
2、国内入厂垃圾的垃圾组分复杂多变，含水率较高等特性，难以检测出垃圾热值；
3、对后端焚烧炉燃烧系统的稳定性，难以提供有效的依据。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种生活焚烧发电厂入炉垃圾热值评估方法，针对国内含水率高生活垃圾，准确估算出国内生活垃圾的热值，为后端燃烧系统提供可靠的依据。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种生活焚烧发电厂入炉垃圾热值评估方法，其特征在于包含以下步骤：
垃圾发酵时间统计；
垃圾发桥温度修正系数修正发酵时间，确定一个插值修正系数KW，则实际发酵时间为KW*理论发酵时间；
垃圾发酵时间与垃圾含水率建模，将含水率与发酵时间视为线性方程模型W=-k1*d+b1 ，W为当前含水率，K1为含水率斜率，d为垃圾发酵时间，b1为入场初始含水率；
垃圾含水率与垃圾热值建模，垃圾热值的变化与含水率的变化成单值的反比例关系，即LHV=-4.5*W+b2，LHV为垃圾热值，W为含水率，b2为初始入厂垃圾热值均值；
垃圾发酵时间与垃圾热值建模，LHW=4.5*k1*d-4.5*b1+b2；
燃烧软热值修正入炉垃圾热值，LHVr=4.5*kr*k1*D-4.5*kr*b1+kr*b2，LHVr 为入厂垃圾热值，kr为燃烧软热值修正系数。
进一步地，所述垃圾发酵时间统计具体为：
对垃圾仓进行区域划分，分为卸料区、发酵区和投料区，按顺序完成垃圾的混料、倒料、投料；
对每个区域进行空间单元格划分为若干个单元空间；
垃圾卸入卸料区后，将一个单元空间的垃圾倒入发酵区，并记录该单元空间垃圾的开始发酵时间；
一个单元空间垃圾发酵完成后，将该单元空间垃圾投入投料区中并记录垃圾入炉时间；
通过单元空间垃圾的开始发酵时间和垃圾入炉时间计算出该单元空间垃圾的垃圾发酵时间。
进一步地，所述垃圾发桥温度修正系数修正发酵时间具体为：
垃圾仓内设置远传温度计，监视垃圾仓内环境温度；
垃圾仓环境温度影响垃圾发酵时间，将这个环境温度做一个插值修正系数KW；
当处在夏季5-7月时，环境温度高，有利于垃圾发酵成熟，此时环境温度应修正垃圾理论发酵天数，修正系数KW为0.8-0.95之间的参数值，从而夏季修正理论发酵天数为理论发酵天数乘以温度修正系数KW；
当处在冬季11-1月时，环境温度低，不利于垃圾发酵成熟，此时修正系数KW在1.05-1.2之间的参数值，从而冬季修正理论发酵天数为理论发酵天数乘以温度修正系数KW；
当处在春季2-4月时，环境温度仍然低于最佳发酵温度，不利于垃圾发酵成熟，此时环境温度应修正垃圾理论发酵天数，修正系数KW为1.0-1.05之间的参数值，从而春季修正理论发酵天数为理论发酵天数乘以温度修正系数KW；
当处在秋季8-10月时，环境温度正常，垃圾正常发酵，此时环境温度不修正垃圾理论发酵天数，修正系数KW为1的参数值，从而秋季修正理论发酵天数为理论发酵天数乘以温度修正系数KW；
所得的修正理论发酵天数作为垃圾发酵天数的目标值，参与垃圾含水率的计算。
进一步地，所述垃圾发酵时间与垃圾含水率建模具体为：
统计待处理地区生活垃圾发酵时间与焚烧热值以及含水率的关系参数；
将统计的含水率与发酵时间的数据做线性回归方程拟合，得出含水率与垃圾发酵时间成反比例关系，即
W=-k1*d+b1 ， （1）
其中，W为当前含水率，K1为含水率斜率，d为垃圾发酵时间，b1为入场初始含水率。
进一步地，所述垃圾含水率与垃圾热值建模具体为：
根据热值经验公式
LHV= 41.1R+22.96G+20.7P-4.5W （2）
其中，LHV为垃圾热值，W为含水率，R为橡塑含量，G为餐余垃圾含量，P为纸类含量；
长期运行几组的垃圾组分含量的竖直趋于一个平稳数值，将41.1R+22.96G+20.7P视为这个平稳数值，记为b2；
则热值经验公式转化为LHV=-4.5*W+b2，垃圾热值的变化与含水率的变化成单值的反比例关系。
进一步地，所述垃圾发酵时间与垃圾热值建模具体为：
将垃圾热值与发酵时间的数据做线性回归方程拟合，得出垃圾热值与垃圾发酵时间成正比例关系，
将公式（1）代入公式（2）中，得到
LHW=4.5*k1*d-4.5*b1+b2 （3）
这样，垃圾热值的变化与垃圾发酵时间的变化成正比例关系。
进一步地，所述燃烧软热值修正入炉垃圾热值具体为：
燃烧软热值根据能量守恒，由后端焚烧炉燃烧释放热量和垃圾处理量，反算出燃烧软热值；
将燃烧软热值与垃圾热值的比值作为一个入炉垃圾热值的修正系数，记为kr，调整入炉垃圾热值的大小；
因此得到入炉垃圾热值的模型
LHVr=Kr*LHV （4）
由公式3代入公式4中，得出
LHVr=4.5*kr*k1*D-4.5*kr*b1+kr*b2 （5）
其中， LHVr为入厂垃圾热值，kr为燃烧软热值修正系数，k1为含水率的斜率，d为垃圾发酵时间,b1为垃圾入厂含水率，b2为初始入厂垃圾热值均值。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明针对国内入厂垃圾组分复杂多变、含水率较高等特性，针对性提出了一种全新的生活焚烧发电厂入炉垃圾热值评估方法，能够准确地估算出入炉垃圾热值，从而为后端垃圾燃烧效果以及自动燃烧控制系统提供可靠的参考依据。
附图说明
图1是本发明的一种生活焚烧发电厂入炉垃圾热值评估方法的流程图。
图2是本发明的实施例的生活垃圾发酵时间与焚烧热值及含水率的关系实验的数据表格图。
图3是本发明的实施例的含水率和发酵时间的拟合公式示意图。
图4是本发明的实施例的热值与发酵时间的拟合公式示意图。
具体实施方式
为了详细阐述本发明为达到预定技术目的而所采取的技术方案，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晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例，并且，在不付出创造性劳动的前提下，本发明的实施例中的技术手段或技术特征可以替换，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，本发明的一种生活焚烧发电厂入炉垃圾热值评估方法，包含以下步骤：
S1、垃圾发酵时间统计；
对垃圾仓进行区域划分，分为卸料区、发酵区和投料区，按顺序完成垃圾的混料、倒料、投料；
对每个区域进行空间单元格划分为若干个单元空间；
垃圾卸入卸料区后，将一个单元空间的垃圾倒入发酵区，并记录该单元空间垃圾的开始发酵时间；
一个单元空间垃圾发酵完成后，将该单元空间垃圾投入投料区中并记录垃圾入炉时间；
通过单元空间垃圾的开始发酵时间和垃圾入炉时间计算出该单元空间垃圾的垃圾发酵时间。
S2、垃圾发桥温度修正系数修正发酵时间，确定一个插值修正系数KW，则实际发酵时间为KW*理论发酵时间；
垃圾仓内设置远传温度计，监视垃圾仓内环境温度；垃圾在堆酵过程中,垃圾仓内环境温度变高时，垃圾需要发酵时间短；垃圾仓内环境温度变低时，垃圾需要发酵时间长。
垃圾仓环境温度影响垃圾发酵时间，将这个环境温度做一个插值修正系数KW；考虑到一年四季的环境温度变化不一，对垃圾发酵时间有一定影响，而垃圾焚烧发电厂运行规程要求在夏季理论垃圾发酵一般为3-5天，在冬季理论垃圾发酵一般为5-7天，而春季、秋季建议理论垃圾发酵5-7天。
当处在夏季5-7月时，环境温度高，有利于垃圾发酵成熟，此时环境温度应修正垃圾理论发酵天数，修正系数KW为0.8-0.95之间的参数值，从而夏季修正理论发酵天数为理论发酵天数乘以温度修正系数KW；
当处在冬季11-1月时，环境温度低，不利于垃圾发酵成熟，此时修正系数KW在1.05-1.2之间的参数值，从而冬季修正理论发酵天数为理论发酵天数乘以温度修正系数KW；
当处在春季2-4月时，环境温度仍然低于最佳发酵温度，不利于垃圾发酵成熟，此时环境温度应修正垃圾理论发酵天数，修正系数KW为1.0-1.05之间的参数值，从而春季修正理论发酵天数为理论发酵天数乘以温度修正系数KW；
当处在秋季8-10月时，环境温度正常，垃圾正常发酵，此时环境温度不修正垃圾理论发酵天数，修正系数KW为1的参数值，从而秋季修正理论发酵天数为理论发酵天数乘以温度修正系数KW；
所得的修正理论发酵天数作为垃圾发酵天数的目标值，参与垃圾含水率的计算。
S3、垃圾发酵时间与垃圾含水率建模，将含水率与发酵时间视为线性方程模型W=-k1*d+b1 ，W为当前含水率，K1为含水率斜率，d为垃圾发酵时间，b1为入场初始含水率；
如图2所示，是由唐素琴等研究的杭州市生活垃圾发酵时间与焚烧热值及含水率的关系实验的数据，根据其数据做深入分析，将含水率与发酵时间的数据做线性回归方程拟合，得出含水率与垃圾发酵时间成反比例关系，如图3所示，其中回归拟合方程模型y=-1.8714x+67.123，相关度R2=0.9435，x为自变量，代表垃圾发酵天数，y为因变量，是指垃圾含水率。这与前人的研究基本一致，如吴立的城市生活垃圾堆酵实验研究的结果一致，其结论垃圾发酵过程中析出水分随发酵时间增加而增大，到达一定时间几乎不在变化。而析出水分与垃圾含水率成反比，故得出含水率与垃圾发酵时间成反比例关系。
统计待处理地区生活垃圾发酵时间与焚烧热值以及含水率的关系参数；
将统计的含水率与发酵时间的数据做线性回归方程拟合，得出含水率与垃圾发酵时间成反比例关系，即
W=-k1*d+b1 ， （1）
其中，W为当前含水率，K1为含水率斜率，d为垃圾发酵时间，b1为入场初始含水率。
S4、垃圾含水率与垃圾热值建模，垃圾热值的变化与含水率的变化成单值的反比例关系，即LHV=-4.5*W+b2，LHV为垃圾热值，W为含水率，b2为初始入厂垃圾热值均值；
影响垃圾热值的因素主要有垃圾组分含量、含水率。目前垃圾组分含量在线检测方法很少并不准确，由长期运行机组的大数据反应到垃圾组分含量的数据趋于一个平稳值。
李晓东提出的符合我国垃圾特性的热值经验公式
LHV= 41.1R+22.96G+20.7P-4.5W （2）
其中，LHV为垃圾热值，W为含水率，R为橡塑含量，G为餐余垃圾含量，P为纸类含量；
长期运行几组的垃圾组分含量的竖直趋于一个平稳数值，将41.1R+22.96G+20.7P视为这个平稳数值，记为b2；一般为初始入厂垃圾热值均值。
则热值经验公式转化为LHV=-4.5*W+b2，垃圾热值的变化与含水率的变化成单值的反比例关系。
S5、垃圾发酵时间与垃圾热值建模，LHW=4.5*k1*d-4.5*b1+b2；
由唐素琴等研究的杭州市生活垃圾发酵时间与焚烧热值及含水率的关系实验的数据见图2，根据其数据做深入分析，将垃圾热值与发酵时间的数据做线性回归方程拟合，得出垃圾热值与垃圾发酵时间成正比例关系，如图4所示。其中回归拟合方程y=607.97*x+2328.6,相关度R2=0.9786，x为自变量，代表垃圾发酵时间，y为因变量，是指垃圾热值。
因此李晓东的研究结果和唐素琴研究结果，都一致得出垃圾热值的变化与垃圾发酵时间的变化成正比例关系。所以将垃圾发酵时间做自变量，计算垃圾热值的方法是可行的。
将公式（1）代入公式（2）中，得到
LHW=4.5*k1*d-4.5*b1+b2 （3）
这样，垃圾热值的变化与垃圾发酵时间的变化成正比例关系。
S6、燃烧软热值修正入炉垃圾热值，LHVr=4.5*kr*k1*D-4.5*kr*b1+kr*b2，LHVr 为入厂垃圾热值，kr为燃烧软热值修正系数。
燃烧软热值根据能量守恒，由后端焚烧炉燃烧释放热量和垃圾处理量，反算出燃烧软热值；
将燃烧软热值与垃圾热值的比值作为一个入炉垃圾热值的修正系数，记为kr，调整入炉垃圾热值的大小；
因此得到入炉垃圾热值的模型
LHVr=Kr*LHV （4）
由公式3代入公式4中，得出
LHVr=4.5*kr*k1*D-4.5*kr*b1+kr*b2 （5）
其中， LHVr为入厂垃圾热值，kr为燃烧软热值修正系数，k1为含水率的斜率，d为垃圾发酵时间,b1为垃圾入厂含水率，b2为初始入厂垃圾热值均值。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明针对国内入厂垃圾组分复杂多变、含水率较高等特性，针对性提出了一种全新的生活焚烧发电厂入炉垃圾热值评估方法，能够准确地估算出入炉垃圾热值，从而为后端垃圾燃烧效果以及自动燃烧控制系统提供可靠的参考依据。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种生活焚烧发电厂入炉垃圾热值评估方法，其特征在于包含以下步骤：
垃圾发酵时间统计；
垃圾发桥温度修正系数修正发酵时间，确定一个插值修正系数KW，则实际发酵时间为KW*理论发酵时间；
垃圾发酵时间与垃圾含水率建模，将含水率与发酵时间视为线性方程模型W=-k1*d+b1，W为当前含水率，K1为含水率斜率，d为垃圾发酵时间，b1为入场初始含水率；
垃圾含水率与垃圾热值建模，垃圾热值的变化与含水率的变化成单值的反比例关系，即LHV=-4.5*W+b2，LHV为垃圾热值，W为含水率，b2为初始入厂垃圾热值均值；
垃圾发酵时间与垃圾热值建模，LHW=4.5*k1*d-4.5*b1+b2；
燃烧软热值修正入炉垃圾热值，LHVr=4.5*kr*k1*D-4.5*kr*b1+kr*b2，LHVr 为入厂垃圾热值，kr为燃烧软热值修正系数。
2.根据权利要求1所述的一种生活焚烧发电厂入炉垃圾热值评估方法，其特征在于：所述垃圾发酵时间统计具体为：
对垃圾仓进行区域划分，分为卸料区、发酵区和投料区，按顺序完成垃圾的混料、倒料、投料；
对每个区域进行空间单元格划分为若干个单元空间；
垃圾卸入卸料区后，将一个单元空间的垃圾倒入发酵区，并记录该单元空间垃圾的开始发酵时间；
一个单元空间垃圾发酵完成后，将该单元空间垃圾投入投料区中并记录垃圾入炉时间；
通过单元空间垃圾的开始发酵时间和垃圾入炉时间计算出该单元空间垃圾的垃圾发酵时间。
3.根据权利要求1所述的一种生活焚烧发电厂入炉垃圾热值评估方法，其特征在于：所述垃圾发桥温度修正系数修正发酵时间具体为：
垃圾仓内设置远传温度计，监视垃圾仓内环境温度；
垃圾仓环境温度影响垃圾发酵时间，将这个环境温度做一个插值修正系数KW；
当处在夏季5-7月时，环境温度高，有利于垃圾发酵成熟，此时环境温度应修正垃圾理论发酵天数，修正系数KW为0.8-0.95之间的参数值，从而夏季修正理论发酵天数为理论发酵天数乘以温度修正系数KW；
当处在冬季11-1月时，环境温度低，不利于垃圾发酵成熟，此时修正系数KW在1.05-1.2之间的参数值，从而冬季修正理论发酵天数为理论发酵天数乘以温度修正系数KW；
当处在春季2-4月时，环境温度仍然低于最佳发酵温度，不利于垃圾发酵成熟，此时环境温度应修正垃圾理论发酵天数，修正系数KW为1.0-1.05之间的参数值，从而春季修正理论发酵天数为理论发酵天数乘以温度修正系数KW；
当处在秋季8-10月时，环境温度正常，垃圾正常发酵，此时环境温度不修正垃圾理论发酵天数，修正系数KW为1的参数值，从而秋季修正理论发酵天数为理论发酵天数乘以温度修正系数KW；
所得的修正理论发酵天数作为垃圾发酵天数的目标值，参与垃圾含水率的计算。
4.根据权利要求1所述的一种生活焚烧发电厂入炉垃圾热值评估方法，其特征在于：所述垃圾发酵时间与垃圾含水率建模具体为：
统计待处理地区生活垃圾发酵时间与焚烧热值以及含水率的关系参数；
将统计的含水率与发酵时间的数据做线性回归方程拟合，得出含水率与垃圾发酵时间成反比例关系，即
W=-k1*d+b1 ， （1）
其中，W为当前含水率，K1为含水率斜率，d为垃圾发酵时间，b1为入场初始含水率。
5.根据权利要求4所述的一种生活焚烧发电厂入炉垃圾热值评估方法，其特征在于：所述垃圾含水率与垃圾热值建模具体为：
根据热值经验公式
LHV= 41.1R+22.96G+20.7P-4.5W （2）
其中，LHV为垃圾热值，W为含水率，R为橡塑含量，G为餐余垃圾含量，P为纸类含量；
长期运行几组的垃圾组分含量的竖直趋于一个平稳数值，将41.1R+22.96G+20.7P视为这个平稳数值，记为b2；
则热值经验公式转化为LHV=-4.5*W+b2，垃圾热值的变化与含水率的变化成单值的反比例关系。
6.根据权利要求5所述的一种生活焚烧发电厂入炉垃圾热值评估方法，其特征在于：所述垃圾发酵时间与垃圾热值建模具体为：
将垃圾热值与发酵时间的数据做线性回归方程拟合，得出垃圾热值与垃圾发酵时间成正比例关系，
将公式（1）代入公式（2）中，得到
LHW=4.5*k1*d-4.5*b1+b2 （3）
这样，垃圾热值的变化与垃圾发酵时间的变化成正比例关系。
7.根据权利要求6所述的一种生活焚烧发电厂入炉垃圾热值评估方法，其特征在于：所述燃烧软热值修正入炉垃圾热值具体为：
燃烧软热值根据能量守恒，由后端焚烧炉燃烧释放热量和垃圾处理量，反算出燃烧软热值；
将燃烧软热值与垃圾热值的比值作为一个入炉垃圾热值的修正系数，记为kr，调整入炉垃圾热值的大小；
因此得到入炉垃圾热值的模型
LHVr=Kr*LHV （4）
由公式3代入公式4中，得出
LHVr=4.5*kr*k1*D-4.5*kr*b1+kr*b2 （5）
其中， LHVr为入厂垃圾热值，kr为燃烧软热值修正系数，k1为含水率的斜率，d为垃圾发酵时间,b1为垃圾入厂含水率，b2为初始入厂垃圾热值均值。
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