大型垃圾焚烧炉采用冷热二次风比较

表2. MCR工况下垃圾元素分析（wt. %）750t/h大型垃圾焚烧炉二次风分别采用冷、热风的分析计算一、 分析计算的目的伟伦对750t/h大型垃圾焚烧炉二次风设计温度为 23C，如将其改成220E热风，分别计算冷、热风条件下，锅炉的燃烧效率、同参数蒸汽量及烟气在炉膛内停留时间，以其分析采用冷风或者热风的合理性。计算参数750t/h大型垃圾焚烧炉相关参数如表1所示:表1.计算相关参数参数数值单位参数数值单位蒸汽流量t/h脱NOx水量kg/h出口蒸汽压力MPa出口蒸汽温度400C出后蒸汽焓值kJ/kg进口水压MPa进口水温130C进口水焓值kJ/kg总过量空气系数一次风过量空气系数冷风风温23C冷风焓值kJ/Nm3热风风温220C热风焓值kJ/Nm3环境参考温度25C环境空气焓值kJ/Nm3烟气出口温度195C烟气出口焓值kJ/Nm3空气密度kg/Nm3湿度gr/kg干空气灰温度300C灰中碳含量2%炉膛容积m3炉膛周界面积m2焚烧炉MCR工况下垃圾的元素分析如表2:CHONSCLWA5018 J垃圾低位发热量为6800kJ/kg三、计算结果及其分析表3.垃圾燃烧产生的烟气成分（脱NOx 前）参数数值单位计算公式O2N2CO2根据质量平衡H2O3/ 3 m /m和化学反应生SO2成产物计算HCLArPkg/Nm3表4.垃圾燃烧产生的烟气成分（脱 NOx后）参数数值单位计算公式O2N2根据质量平衡CO2和化学反应生H2O3/ 3 m /m成产物关系计SO2算HCLArPkg/Nm3由于垃圾中的水分含量较高，达 50%，同时脱NOx水的加入，使得生成烟气中水分含量较高，占23%左右表5当二次风为冷风时的计算结果参数符号数值单位百分比/%公式烟气热损失q2kJ/kg_fuelVyA h散热热损失q5(Qi/1000)A2)A*1000进料器损失q6设计值未燃烧损失q3c碳未燃q碳+m碳未燃c碳* T灰渣热损失q4Ar*c Ar* T脱NOx损失q7m脱nox水*h水-m氨水*h氨水其他损失q834设计值总损失qioss输入垃圾热量qfuel6800mfuel*Q fuel输入空气热量qairmair*h air总热量q锅炉效率n%有效利用热QikJ/hD* h燃料消耗量Bkg/hq/Qfuel749t/d蒸汽流量Dkg/h设计值t/d理论燃烧温度0 aC先计算燃烧产物拥有热量：Qar,ne(100-(q3+q4)/(100-q3)+Qair再查出对于焓值下的温度炉膛出口烟温OiT850C假设，然后校核炉膛有效辐射层厚度sm炉膛/F炉膛保热系数1-q5/( n +q5)烟气中三原子气体容积份额rRO2(VSO2+VCO2)/Vy烟气中水蒸气容积份额rH2OVH2O/Vy飞灰浓度pfhKg/kgAar a/100Gy飞灰颗粒平均直径dfh20ym查表烟气密度pkg/Nm3见表3烟气成分（脱NOx前）三原子辐射减弱系数kqrx(+/ 刀 s)A*(*Tll/1000)飞灰辐射减弱系数kfh ffh1/43000 pyh/(T ” d)A(2/3)焦炭颗粒辐射减弱系数kjX1X2kjX1X2火焰辐射吸收率kps(kqrE+kfh pfh + kjX1X2)pS火焰黑度a1-eA(-kps)炉膛黑度ala/( h+(1- a)咖)火焰中心高度系数M(Qfuel+Qair-Q3)/V 炉膛)八炉膛出口烟温9iCTa/(M(*10-11odFiTa3/( jVc)A+1)当二次风为冷风时，计算得到锅炉的效率为 。在损失的热量中，烟气损失占进入 炉膛总热量的，而为完全燃烧热损失占，这两部分热量占了总热损失的 。由于锅 炉出口烟温不能太低，一防止低温腐蚀，烟气带走的热量不可避免，在设计及实际运行 时，要严格控制锅炉的排烟温度，防止烟气热损失过大。同时要尽量提高燃料的燃尽率， 以减少不完全燃烧热损失。锅炉的理论燃烧温度达10843C，炉膛出口温度为850C。满足炉内出口温度850C 的要求，能够有效的减少二恶英的排放，同时锅内温度不会太高，也有利于减少NOx的生成。表6当二次风为热风时的计算结果参数符号数值单位比例/%公式烟气热损失q274 h散热热损失q5(Qi/1000)A2)A*1000进料器损失q6设计值未燃烧损失q3kJ/kg_fuelc碳未燃q碳+m碳未燃c碳 T灰渣热损失q4Ar*c Ar* T脱NOx损失q7m脱nox水*h水-m氨水*h氨水其他损失q8设计值总损失qioss输入垃圾热量qfuel6800mfuel*Q fuel输入空气热量qairmair*h air总热量q锅炉效率n%有效利用热QikJ/hD* h燃料消耗Bkg/sq/Qfuel量749t/d蒸汽流量Dkg/s设计值t/d理论燃烧温度0 aC先计算燃烧产物拥有热量：Qar,net(100-(q3+q4)/(100-q3)+Qair再查出对于焓值下的温度炉膛出口烟温9 ”870C假设，然后校核炉膛有效辐射层厚度sm炉膛/F炉膛保热系数1-q5/( n +q5)烟气中三原子气体容积份额R02(VSO2+VCO2)/Vy烟气中水蒸气容积份额H20VH2O/Vy飞灰浓度(fhkg/kgAar ah/100Gy飞灰颗粒平均直径dfh20fm查表烟气密度Pkg/Nm3见表3.烟气成分(脱NOx前)三原子辐射减弱系数kqr E(+/ E s)A*(*Tll/1000)飞灰辐射减弱系数kfh fh1/43000 pfh/(T ” d)A(2/3)焦炭颗粒辐射减弱系数kjX1X2kjX1X2火焰辐射kps(kqrE+kfh fh + kjX1X2)pS吸收率火焰黑度a1-eA(-kps)炉膛黑度ala/( ha(1- a) gj)火焰中心高度系数M(Qfuel+Qair-Q3)N 炉膛)八炉膛出口烟温OnCTa/(M (*10-11 0iFlTa3/( jVc) A+1)在相同的垃圾处理量的情况下，当二次风为热风时，计算得到锅炉的效率为 ，比 冷二次风有所提高。在损失的热量中，烟气热损失为 %，为完全燃烧热损失为，均较 二次风为冷风时有所下降。理论燃烧温度为 11383C，而炉膛出口温度为870C。由于热二次风本身具有的热量，使得进入炉膛的热量增加，同时也减少了炉膛热量 加热二次风所消耗的热量，可以有效的改善炉内的燃烧状况，提高燃烧温度。理论燃烧 温度较冷二次风时增加了 54C，炉膛出口烟温提高20C。炉内温度均满足减少二恶英 及NOx生成的要求。其次，采用热二次风，在同样的垃圾处理量下，保证蒸汽温度和压力不变，每小时 可以多产生额定蒸汽，增加发电量。四、数值模拟4.1模拟方法与边界条件对冷二次风及热二次风进行数值模拟。根据垃圾焚烧炉的燃烧特点，用FLIC对炉排部分的垃圾干燥、热解、残余炭燃烧的情况进行模拟，将计算的结果导入Flue nt,进行气相燃烧及辐射传热的模拟计算。在气相燃烧及辐射传热上，采用Flue nt进行模拟计算，其边界条件如下：表8冷二次风边界条件参数数值单位备注二次风温度23C二次风从前后墙的二次二次风速度80m/s风口喷入炉膛出口压力MPa炉墙394C燃料入口将FLIC模拟结果导入表9热二次风边界条件参数数值单位备注二次风温度220次风从前后墙的二次风二次风速度m/s口喷入炉膛出口压力MPa炉墙394C燃料入口将FLIC模拟结果导入4.2模拟计算结果冷热二次风的等速度分布图分别见图 1和图2ESSC+D17SSC+D1 a ai+m7+O4sjattDi语“诙 心3呑询3.I HE+D1 2j57e*tHZZ2B+D11.7&+011.33t+D1 总耳心 4.4&+00 OffirtOD图1.冷二次风炉内等速度分布图（m/s）SJSI4HCM76QitQ1 T iat*ai$114401S37t402r40-447e+0- 4021- 2史i9斗斗口勺3们HL2驱* 24tQ1 usrtai1 14MQ1 efi4*4CID 447*400 ooaac图2热二次风炉内等速度分布图（m/s）从图1和图2可以看出，为了保持炉内的过量空气系数，采用热二次风后，二次风 进入炉膛的速度大大提高，由此对炉膛内的气流组织产生较大的影响。二次风的喷入， 一方面有利于炉内可燃物质的燃尽，另一方面，高速的二次风喷射入炉内产生气体的扰 动，延长了烟气在炉内的停留时间，有利于降低污染物的排放。从图1和图2可以看出, 热空气对流程的扰动和影响更明显。但是当二次风采用热风时，密度减小，容积大幅度增加，二次风射入炉膛速度大大 提高，烟气在炉膛内的停留时间减少。在数值模拟中，采用示踪粒子的方式，在焚烧炉 膛和第一通道的交界处喷入示踪粒子，据计算，采用冷二次风，烟气在炉膛内的停留时 间为，采用热二次风之后，气体在炉膛内的停留时间比冷二次风时的停留时间减少%，为。冷热二次风炉内温度分布图见图 3和图4。从图3和图4可以看出，炉膛内的高温去集中在出于热分解区域的炉排上方，炉内 的高温区处于炉拱与炉排之间的气相燃烧区域。高速的热二次风在炉拱和炉排上部的空间形成的回流区，对热烟气进行有效的卷吸，但是由于热二次风本身带入的热量，改善 了炉膛整体的燃烧状况，高温区的温度较冷二次风时的温度有所升高，因此采用热二次 风，对加强燃烧的有一定的效果。I93F*CQl.Tn*03SJ*O39慈心l.Q+03ki4e*D3k*03iJSrtOS|壬心l-i le*U9uo*oigjor+n7J9&-+CE7JS+02*.59t*ce3.7er*cn图3.冷二次风炉内温度分布（K）1.0Se+433I S7*+： 1 79=n331.71&+Q31 fl?&+O31.54cfQ3n 4A*=nWISH1沁*31 II *+03fl 13iti331 0U4KQ血卫P.”自 92UH爭段曹“二！4.腔H占丁 &HH丽*2图4.热二次风炉内温度分布（K）五、结论(1)二次风采用热风送风可以有效的提高锅炉的效率，相比冷风的上升到。同时理论燃烧温度也有较大的提高，从 10843C提高到11383C，从而导致炉膛出口烟 温从850C上升到870C，均可以有效的减少二恶英的排放。此外，采用热二次风 可以有效的提高锅炉的蒸发量，计算结果显示热二次风可以增加h的额定蒸汽量，增大发电量。(2)二次风若采用220C的热二次风，进入炉膛的二次风速大大提高， 从而使得烟气在 炉膛内的停留时间降低。采用颗粒跟踪法，将颗粒进入炉膛的速度设置与二次风 速相同。冷二次风的入口风速为 80m/s,热二次风的入口风度为142.78m/s,据数值 模拟的结果显示，冷二次风烟气停留时间为，而采用220C的热二次风之后，烟气在炉膛内的停留时间只比采用冷二次风时烟气在炉膛内的停留时间减少了%，为。根据垃圾焚烧，有效控制二恶英排放的规定，烟气在炉膛中的停留时间不少于2s，因此，采用热二次风容易造成烟气炉膛内的停留时间过短，造成烟气中二恶英含 量过高，不符合排放标准，增加处理费用！