大型垃圾焚烧炉采用冷、热二次风比较.doc

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23，如将其改成220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。二、 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63.57t/h脱NOx水量789.57kg/h出口蒸汽压力4.1MPa出口蒸汽温度400出后蒸汽焓值3212.62kJ/kg进口水压5.0MPa进口水温130进口水焓值549.60kJ/kg总过量空气系数1.743一次风过量空气系数1.2冷风风温23冷风焓值29.87kJ/Nm3热风风温220热风焓值289.53kJ/Nm3环境参考温度25环境空气焓值32.47kJ/Nm3烟气出口温度195烟气出口焓值271.58kJ/Nm3空气密度1.280kg/Nm3湿度16.17gr/kg干空气灰温度300灰中碳含量2%炉膛容积919.4m3炉膛周界面积513.376m2焚烧炉MCR工况下垃圾的元素分析如表2：表2. MCR工况下垃圾元素分析(wt. %)CHONSCLWA18.442.70510.080.0750.150.555018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O20.07032m3/m3根据质量平衡和化学反应生成产物计算N20.615078CO20.076757H2O0.22936SO20.000238HCL0.000789Ar0.0073791.219335kg/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O20.069681m3/m3根据质量平衡和化学反应生成产物关系计算N20.610781CO20.07621H2O0.234983SO20.000236HCL0.000783Ar0.0073271.2163225kg/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q21054.3kJ/kg_fuel15.53Vyh散热热损失q553.810.79(Q1/1000)2)0.35*0.0315*1000进料器损失q648.380.17设计值未燃烧损失q3171.732.53c碳未燃*q碳+m碳未燃*c碳*T灰渣热损失q40.710.01Ar*cAr*T脱NOx损失q748.380.71m脱NOx水*h水-m氨水*h氨水其他损失q8340.50设计值总损失qloss1374.36输入垃圾热量qfuel6800mfuel*Qfuel输入空气热量qair-9.03mair*hair总热量q6790.8锅炉效率79.76%有效利用热Q147024.5kJ/hD*h燃料消耗量B8.67kg/hq/Qfuel749t/d蒸汽流量D17.658kg/h设计值63.57t/d理论燃烧温度a1084.3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”ll850假设，然后校核炉膛有效辐射层厚度s6.447m3.6V炉膛/F炉膛保热系数0.991-q5/(+q5)烟气中三原子气体容积份额rRO20.077（VSO2+VCO2）/Vy烟气中水蒸气容积份额rH2O0.229VH2O/Vy飞灰浓度fh0.0033Kg/kgAarfh/100Gy飞灰颗粒平均直径dfh20m查表烟气密度y1.219kg/Nm3见表3.烟气成分（脱NOx前）三原子辐射减弱系数kqr1.2841/(MPa.m)10.2(0.78+1.6rH2O)/(10.2ps)0.5-1)*（1-0.37*Tll/1000)飞灰辐射减弱系数kfhfh0.2243000yfh/(T”d)(2/3)焦炭颗粒辐射减弱系数kjx1x20.15kjx1x2火焰辐射吸收率kps1.067(kqr+kfhfh+kjx1x2)ps火焰黑度h0.661-e(-kps)炉膛黑度l0.88h/(h+(1-h)pj)火焰中心高度系数M0.1556.45(（Qfuel+Qair-Q3）/V炉膛)1.4炉膛出口烟温ll848.9Ta/(M（5.67*10-11lFlTa3/(BjVc)）0.6+1)-273.15当二次风为冷风时，计算得到锅炉的效率为79.76%。在损失的热量中，烟气损失占进入炉膛总热量的15.53%，而为完全燃烧热损失占2.53%，这两部分热量占了总热损失的90.3%。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1084.3，炉膛出口温度为850。满足炉内出口温度850的要求，能够有效的减少二噁英的排放，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q21054.3kJ/kg_fuel14.73Vyh散热热损失q556.260.79(Q1/1000)2)0.35*0.0315*1000进料器损失q648.380.16设计值未燃烧损失q3171.732.4c碳未燃*q碳+m碳未燃*c碳*T灰渣热损失q40.710.01Ar*cAr*T脱NOx损失q748.380.68m脱NOx水*h水-m氨水*h氨水其他损失q83435.80.50设计值总损失qloss1374.36输入垃圾热量qfuel6800mfuel*Qfuel输入空气热量qair277.034mair*hair总热量q7077.0锅炉效率80.74%有效利用热Q149405.58kJ/hD*h燃料消耗量B8.67kg/sq/Qfuel749t/d蒸汽流量D18.55kg/s设计值66.79t/d理论燃烧温度a1138.3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”ll870假设，然后校核炉膛有效辐射层厚度s6.447m3.6V炉膛/F炉膛保热系数0.991-q5/(+q5)烟气中三原子气体容积份额rRO20.077（VSO2+VCO2）/Vy烟气中水蒸气容积份额rH2O0.229VH2O/Vy飞灰浓度fh0.0033kg/kgAarfh/100Gy飞灰颗粒平均直径dfh20m查表烟气密度y1.219kg/Nm3见表3.烟气成分（脱NOx前）三原子辐射减弱系数kqr1.2681/(MPa.m)10.2(0.78+1.6rH2O)/(10.2ps)0.5-1)*（1-0.37*Tll/1000)飞灰辐射减弱系数kfhfh0.21843000yfh/(T”d)(2/3)焦炭颗粒辐射减弱系数kjx1x20.150kjx1x2火焰辐射吸收率kps1.055(kqr+kfhfh+kjx1x2)ps火焰黑度h0.6521-e(-kps)炉膛黑度l0.879h/(h+(1-h)pj)火焰中心高度系数M0.1556.45(（Qfuel+Qair-Q3）/V炉膛)1.4炉膛出口烟温ll870.2Ta/(M（5.67*10-11lFlTa3/(BjVc)）0.6+1)-273.15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80.74%，比冷二次风有所提高。在损失的热量中，烟气热损失为14.73%，为完全燃烧热损失为2.4%，均较二次风为冷风时有所下降。理论燃烧温度为1138.3，而炉膛出口温度为870。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54，炉膛出口烟温提高20。炉内温度均满足减少二噁英及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4.17t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。电量7e357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Fluent，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Fluent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23二次风从前后墙的二次风口喷入二次风速度80m/s炉膛出口压力0.10325MPa炉墙394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口喷入二次风速度142.78m/s炉膛出口压力0.10325MPa炉墙394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2。图1.冷二次风炉内等速度分布图(m/s)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2.1s，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32.2%，为1.424s。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。图3.冷二次风炉内温度分布(K)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79.76%上升到80.74%。同时理论燃烧温度也有较大的提高，从1084.3提高到1138.3，从而导致炉膛出口烟温从850上升到870，均可以有效的减少二噁英的排放。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4.17t/h的额定蒸汽量，增大发电量。(2) 二次风若采用220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