大型垃圾焚烧炉采用冷热二次风比较

1、LOGO大型垃圾焚烧炉釆用冷热二次风比较文档编制序号：KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08750t/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220C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13

2、0C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：表2. MCR工况下垃圾元素分析(wt. %)CHONSCLWA5018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O2N2根据质量平衡CO2H2Om3/m3和化学反应生

3、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。2m3/m3根据质量平衡 和化学反应生 成产物关系计 算N2CO2H2OSO2HCLArPkg/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_fuelV hy散热热损失q5(Q1/1000)A2)A*1000进料器损失q6设计值未燃烧损失q3c*q +m*c碳未燃碳碳未燃碳*1灰渣热损失q4Ar*cA *TAr脱NOx损

4、失q?m *h -m *h脱NOx水水氨水氨水其他损失q834设计值总损失qioss输入垃圾热量qfuel6800mfuei*Qfuel输入空气热量qair叫ir*hair总热量q锅炉效率n%有效利用热QikJ/hD*Ah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0aC先计算燃烧产物拥有热量：QaU（i-（q3+q4）/（i- q3）+Qair 再查出对于焓值下的温度炉膛出口烟温%850C假设，然后校核炉膛有效辐射层厚度sm/F炉膛炉膛保热系数屮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rH2O

5、VH2O/Vy积份额飞灰浓度fhKg/kgAarafh/100Gy飞灰颗粒平均直径dfh20pm查表烟气密度Pykg/Nm3见表3.烟气成分（脱NOx前）三原子辐射减弱系数k gq Z1/什/Is) (*Tll/1000)飞灰辐射减弱系数kfhfh43000PyPfh/(T-d)-(2/3)焦炭颗粒辐射减弱系数k.XX2j 1 2kjX1X2火焰辐射吸收率kps（气勺+略仏+榊匹贋火焰黑度ah1-eA(-kps)炉膛黑度alah/(ah+(1-ah)屮火焰中心高度系数M(Qfuel+QairQ)/V 炉膛A炉膛出口烟温OCT/(M (*10-11alFlT 3/(B.V)al l aj czA

6、+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1084.3C，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q2kJ/k

7、g_fuelV hy散热热损失q5(Q1/1000)A2)A*1000进料器损失q6设计值未燃烧损失q3c*q +m*c *T碳未燃碳碳未燃碳灰渣热损失q4Ar*cA *TAr脱NOx损失q7m *h -m *h脱NOx水水氨水氨水其他损失q8设计值总损失qioss输入垃圾热量qfuel6800mfuei*Qfuel输入空气热量qairm . *h .airair总热量q锅炉效率n%有效利用热QikJ/hD*h燃料消耗量Bkg/sq/Qfuel749t/d蒸汽流量Dkg/s设计值t/d理论燃烧温度0aC先计算燃烧产物拥有热量：Qt(100-ar,net(q3+q4)/(100-q3)+Qair

8、再查出对于焓值下的温度炉膛出口烟温870C假设，然后校核炉膛有效辐射层厚度sm/F炉膛炉膛保热系数屮l-q5/(n+q5)烟气中三原子气体容积份额rR02(V +v )/V烟气中水蒸气容积份额rH20/VH20 y飞灰浓度fhkg/kgAarafh/100Gfhy飞灰颗粒平均直径dfh20pm查表烟气密度Pykg/Nm3见表3.烟气成分（脱NOx前）三原子辐射减弱系数k乓q Z1/(+/s)A* (*Tll/1000)飞灰辐射 减弱系数kfhfh43000PyPfh/(T-d)-(2/3)焦炭颗粒辐射减弱系数k.XX2j i 2kjX1X2火焰辐射吸收率kps(kqrZ+kfhPfh+kjX1

9、X2)PS火焰黑度ah1-eA(-kps)炉膛黑度alah/(ah+(1-ah)屮 pj)火焰中心M(Qfl+Q.-Q3)/V )a wfuel air 03炉膛高度系数炉膛出口烟温CTa/(M (*10-iialFlTa3/(9BjVc)人+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1138.3C，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

10、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。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 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

11、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220C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 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

12、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

13、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 %上升到 %。同时 理论燃烧温度也有较大的提高，从1084.3C提高到1138.3C，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