概 述:
以武漢市某垃圾焚燒發(fā)電廠兩臺焚燒爐爐膛溫度建模試驗情況為例，介紹生活垃圾焚燒爐爐膛各斷面不同負荷下的溫度測試比對結果及建模修正情況，以便將準確的溫度 DCS 數(shù)據(jù)提供給運行人員作為精確操作調(diào)整依據(jù)。
0 引言
生活垃圾焚燒發(fā)電是近 30 年來開發(fā)出的一項新技術，相較于垃圾填埋，可節(jié)約大量的土地資源，同時減少可能帶來的二次污染，并可對垃圾進行能源資源化利用。因此，日益成為一些發(fā)達國家垃圾處理的主要方式。垃圾焚燒爐爐膛溫度合理控制對抑制二噁英和 SNCＲ 脫硝反應效率至關重要。本次溫度建模試驗的目的是通過對垃圾焚燒電廠焚燒爐二次空氣噴入點所在斷面、爐膛中部斷面和爐膛上部斷面分別設置的溫度測點進行不同負荷下的溫度測試比對，根據(jù)比對測試結果對爐膛溫度測點進行修正建模，以便將準確的爐膛溫度數(shù)據(jù)提供給運行人員作為精確操作調(diào)整依據(jù)。
1 設備概況
該垃圾焚燒發(fā)電廠主要由地衡稱重系統(tǒng)、垃圾卸料平臺、垃圾貯坑、垃圾焚燒系統(tǒng)、余熱利用系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)、灰渣處理系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、助燃空氣系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。焚燒爐的處理量是每臺 500 t/d，余熱鍋爐和汽輪發(fā)電機組采用中溫中壓及相關配套輔助設備。焚燒爐是采用丹麥進口技術的風冷的往復機械式爐排，運動爐排單元與固定爐排單元間隔布置，整副爐排由四級組成，用來集中焚燒處理生活垃圾。進料擋板的擋板門在啟停爐和緊急狀態(tài)下是關閉的，正常運行時水冷斜槽內(nèi)充滿了垃圾，爐排下灰斗出口插入水封式輸渣機，組成一個密封的供垃圾燃燒的空間?？諝饴┤肷伲瑹煔獠恍孤?。
生活垃圾由垃圾運輸車運入垃圾焚燒處理廠，經(jīng)過地衡稱重后進入垃圾卸料平臺，按控制系統(tǒng)指定的卸料門將垃圾倒入垃圾貯坑。垃圾貯坑內(nèi)的垃圾由設在垃圾貯坑上方的吊車抓斗送入垃圾進料斗，垃圾經(jīng)進料擋板，水冷斜槽，由推料器推入焚燒室內(nèi)的爐排上，與從爐排下灰斗上來的預熱空氣( 一次風)充分接觸，使垃圾在爐排上干燥、燃燒、燃燼。爐排在液壓系統(tǒng)驅動機構的作用下使垃圾依次經(jīng)過預熱段、燃燒段和燃燼段。爐排漏灰和爐渣通過輸送系統(tǒng)送到渣坑，進行爐渣回收處置。煙氣凈化系統(tǒng)的飛灰輸送到固化中心集中處理。從推料器滲漏下的滲濾液經(jīng)推料器下灰斗收集送到垃圾坑滲濾液池統(tǒng)一收集，送往污水處理廠處理。
垃圾坑上部設有抽風口，引風機從坑內(nèi)抽出有害氣體，作為一次風，經(jīng)蒸汽空氣預熱器預熱至 220℃從爐排下灰斗送入爐內(nèi)，與垃圾充分接觸，作為焚燒爐的主要燃燒空氣。二次風機從鍋爐房頂抽取空氣，從余熱鍋爐前拱與第一通道進口處送入，作為二次風。燃燒過程可根據(jù)垃圾熱值及運行狀況控制一次風、二次風各風門的開度。推料器和爐膛兩側墻的冷卻風也被送到一次風進口處作為一次風。
燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣，經(jīng)余熱鍋爐各受熱面吸熱降溫后，煙氣經(jīng)過煙氣處理系統(tǒng)、布袋除塵器處理過的潔凈煙氣由煙囪排出。
燃燒室內(nèi)部根據(jù)焚燒區(qū)域的不同，砌筑不同特性的耐火、耐磨、耐高溫材料，砌筑層厚度是 600 mm。在二、三級爐排上方爐膛兩側的爐墻采用風冷爐墻。在爐排框架內(nèi)表面、出渣斜槽內(nèi)表面均襯有耐火保溫材料。水冷斜槽、爐排下灰斗外表面覆蓋有保溫和外護板。
本套焚燒裝置垃圾設計低位熱值( LHV) 6 800 kJ/kg，額定處理量為 20． 83 t/h。鍋爐出口煙氣量 92 187 Nm 3 / h，含氧量7． 0%，三原子分子體積百分比 7． 7%，含水量 23． 2%，含氮量62． 1%，均為體積百分比。垃圾正常處理量范圍為 13． 3 ～ 20．83 t/h，垃圾低位熱值( LHV) 范圍 4 200 ～9 500 kJ/kg。一次風溫度 220℃，二次風溫度 23℃。
2 試驗項目設計
1) 試驗項目: 100%、80%與 60%三個負荷溫度點。
2) 試驗內(nèi)容簡況: 該廠共 2 臺垃圾焚燒爐，每臺焚燒爐的二次空氣噴入點所在斷面、爐膛中部斷面和爐膛上部斷面分別設置的 12 個溫度測點做溫度標定測試。
根據(jù)實測爐膛溫度和自帶熱電偶溫度表盤結果比對，進行溫度模型建立及 DCS 修正。此次溫度建模未考慮爐膛配風量、垃圾熱值等影響因子，只考慮溫度因子建立溫度補償模型，可通過二次空氣噴入點所在斷面、爐膛中部斷面和爐膛上部斷面分別設置的 12 個溫度測點經(jīng)溫度模型補償后的平均值作為DCS 溫度。
3 試驗內(nèi)容及測試方法簡介
3． 1 測點布置
溫度標定測點位置為焚燒爐的原有的二次空氣噴入點所在斷面、爐膛中部斷面和爐膛上部斷面設置的 12 個溫度測點位置( 每個斷面 4 個測點) 。測點布置圖如圖 1 所示。
3． 2 測試方法
試驗時，當鍋爐達到穩(wěn)定的試驗負荷( 100%負荷) 時，記錄下鍋爐原熱電偶顯示溫度數(shù)值后，將熱電偶拆卸并抽出套筒。試驗人員用自帶校準過的熱電偶對原有熱電偶測孔進行溫度測量( 共測量 3 次，每 5 min 記錄一次，結果取平均值) 。測量結束后調(diào)整試驗負荷，同時將熱電偶回裝，待第二個試驗負荷( 80%負荷) 穩(wěn)定后，按同樣程序進行測量，如此直到完成第三個負荷( 60%負荷) 溫度校正測量。
4 試驗結果及分析
本次試驗分別在焚燒鍋爐 100%、80% 和 60% 負荷工況下，即鍋爐蒸發(fā)量分別大致在43 t/h、35 t/h 和28 t/h 左右工況下測試了電廠共 2 臺焚燒爐的二次空氣噴入點所在斷面、爐膛中部斷面和爐膛上部斷面分別設置的 12 個溫度測點溫度。測試期間無進行風量的調(diào)整; 鍋爐不進行吹灰、打渣、放灰等，并盡量減少爐膛漏風; 送、引風機擋板開度和電流值不變; 保持風、垃圾比例一致。此外，試驗期間爐膛負壓表、氧量、壓力、溫度、流量等熱工表計投入并指示正確，由于垃圾熱值有變化，所以實際測試時即使鍋爐燃燒不做調(diào)整，鍋爐主汽流量等參數(shù)都有一定范圍的波動。
根據(jù)溫度測量和比對結果: 2 臺焚燒爐實際測量爐膛平均溫度均比表盤顯示溫度高，且差值不一。這主要是因為焚燒爐溫度測量元件熱電偶主要安裝在靠近爐墻水冷壁( 約 30 cm)處，其受到鍋爐水冷壁( 溫度較低，工質(zhì)溫度 130℃ ～260℃) 的影響，因此熱電偶顯示溫度會比爐膛實際平均溫度偏低。同時，試驗中還對熱電偶在大氣環(huán)境中顯示值和實際環(huán)境溫度進行了比對，結果為: 當環(huán)境溫度為 25℃ 時，熱電偶顯示值也約為 25℃; 當環(huán)境溫度為 45℃( 焚燒爐底層熱電偶測點安裝斜面位置) 時，熱電偶顯示值約為 46℃，熱電偶顯示溫度與環(huán)境溫度相差不大。
此外，此次試驗中在焚燒爐即使在滿負荷運行中實測爐膛溫度基本在 1 100℃以下，因此在建立溫度模型時，對于熱電偶顯示溫度大于 1 150℃情況，不對熱電偶溫度進行補償。結合試驗測量數(shù)據(jù)結果及其特點情況，采用非線性擬合方法對焚燒爐 DCS 顯示溫度建立非線性數(shù)學模型。
5 1、2 號鍋爐爐膛溫度建模結果
1、2 號鍋爐爐膛溫度建模結果見表 1 和表 2 所列，據(jù)此電廠可對現(xiàn)有鍋爐運行畫面上的 12 個溫度點顯示數(shù)據(jù)進行修正。
6 結語
通過以上模型對各測點進行準確修正，運行人員可獲得更為準確的爐膛溫度情況。垃圾焚燒爐爐膛溫度合理控制對抑制二噁英和提高 SNCＲ 脫硝反應效率至關重要。
