摻煤量對(duì)垃圾CFB鍋爐運(yùn)行的影響研究

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:由于中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及城市化進(jìn)程的不斷加快，生活垃圾增長迅速。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2011年全國688個(gè)城市的生活垃圾產(chǎn)量約1．64億t，保守估計(jì)生活垃圾的產(chǎn)量還在以每年超過6%的速度增長。預(yù)計(jì)到2020年，我國的城市生活垃圾產(chǎn)量將達(dá)到3．23億t。

采用焚燒的方式進(jìn)行生活垃圾的處理在實(shí)現(xiàn)垃圾的減量化無害化的同時(shí)，還可以利用垃圾燃燒釋放的熱能進(jìn)行發(fā)電，實(shí)現(xiàn)垃圾的資源化是生活垃圾處理較為理想的一種方法。在“十二五”期間，全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害處理設(shè)施建設(shè)總投資約2636億元，其中超千億元切給了生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目.針對(duì)于我國生活垃圾的燃料特點(diǎn)，目前最有優(yōu)勢(shì)的垃圾焚燒技術(shù)就是循環(huán)流化床焚燒技術(shù)。

我國現(xiàn)階段城市垃圾以廚余垃圾為主，要想保證它的穩(wěn)定燃燒，摻燒燃煤成了不可避免的一種手段。國內(nèi)外的一些學(xué)者對(duì)循環(huán)流化床焚燒垃圾的過程中摻燒燃煤進(jìn)行了研究。法國EstelleDesroches-Ducarne等人的研究發(fā)現(xiàn):隨著摻燒垃圾量的增大，爐內(nèi)的燃燒效率提高，稀相區(qū)的溫度升高，煙氣中的HCl含量顯著增大。

德國漢堡大學(xué)的Ver-fahrenst－echnik等則證實(shí)了在循環(huán)流化床鍋爐中，垃圾與煤混燒比單獨(dú)燃燒一種燃料時(shí)，有害氣體的排放量要低的多。即使在燃用的垃圾中硫和氮的含量都較高時(shí)仍然可以通過循環(huán)流化床燃燒技術(shù)降低SO和NOx的排放量。Lawrence研究表明摻燒10%和20%的城市生活垃圾，使鍋爐熱效率分別下降了1．3%和3．3%。國內(nèi)的相關(guān)研究也得到了類似的結(jié)論。

燃煤的摻入量多，混合燃料的發(fā)熱量高，發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益會(huì)更好。因此，垃圾焚燒廠就會(huì)想方設(shè)法增加燃煤的摻入量，盡可能達(dá)到國家允許摻煤量最大值。但這樣做會(huì)帶來更多的污染和浪費(fèi)。另外，國家新政策對(duì)流化床垃圾焚燒爐有了更高的要求:原先政策為垃圾與煤的摻燒比(重量比)4∶1;而現(xiàn)在要求垃圾與煤的摻燒比(熱量比)4∶1，折算成重量比將達(dá)16∶1以上，有了本質(zhì)的區(qū)別。

另外，由于現(xiàn)有的流化床垃圾焚燒爐摻燒比(重量比)均按4∶1設(shè)計(jì)，所以也不能享受新的優(yōu)惠政策。因此，如何能在降低摻煤量的同時(shí)，保證垃圾CFB焚燒爐的穩(wěn)定燃燒，同時(shí)各主要運(yùn)行參數(shù)滿足要求，成為現(xiàn)今垃圾CFB焚燒爐運(yùn)行中的一個(gè)關(guān)鍵問題。

本文根據(jù)國內(nèi)某12MW循環(huán)流化床垃圾焚燒爐建立模擬系統(tǒng)，進(jìn)行不同摻煤量下的運(yùn)行參數(shù)調(diào)整模擬，分析不同摻煤量下鍋爐運(yùn)行參數(shù)的變化規(guī)律;在實(shí)際的垃圾焚燒CFB鍋爐進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試，驗(yàn)證仿真模擬的結(jié)果是否具有實(shí)際應(yīng)用的意義。

1AspenPlus建模

1．1模型說明

循環(huán)流化床垃圾焚燒爐的建模過程為:首先將垃圾CFB鍋爐系統(tǒng)簡(jiǎn)化為五個(gè)部分:垃圾和煤的熱解、燃料和石灰石的反應(yīng)、水冷壁及汽包的換熱、氣固分離裝置和尾部受熱面的換熱，模擬流程如圖1所示。煤和垃圾的熱解采用分解模型DECOMP(類型Ryield［9－10］)，設(shè)定COAL物流和GARBAGE物流的元素分析和工業(yè)分析(燃料的各收到基成分見表1)，可以得出單組分物質(zhì)的物性參數(shù)以及非常規(guī)固體組分的物性參數(shù)。

熱解產(chǎn)物IN1、IN2和助燃熱空氣以及脫硫劑生石灰(主要成分為CaO)同時(shí)進(jìn)入BURN模塊(類型Rgibbs)發(fā)生反應(yīng)。當(dāng)所有化學(xué)反應(yīng)的吉布斯自由能最小時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡，得出燃燒產(chǎn)物［11］。從BURN模塊出來的燃燒產(chǎn)物MIX進(jìn)入一系列類型為Split的分離模塊(ASHOUT和SEP)，ASHOUT用以模擬循環(huán)流化床鍋爐的排渣，SEP模擬高溫旋風(fēng)分離器。

經(jīng)分離模塊SEP分離凈化后的煙氣GAS1進(jìn)入尾部煙道后依次通過高溫過熱器、低溫過熱器、上省煤器、上一次風(fēng)空氣預(yù)熱器、二次風(fēng)空氣預(yù)熱器、下省煤器、下一次風(fēng)空氣預(yù)熱器。這些尾部受熱面均采用HEATX模型，根據(jù)受熱面的質(zhì)量平衡和能量平衡，自行計(jì)算出出口物流的物性參數(shù)。

從SEP下部排出的GAS2物流則代表再次返回鍋爐的循環(huán)灰。固體物料GAS2，進(jìn)入U(xiǎn)FA模塊(類型Fsplit)后要進(jìn)行固體物流的重新分配，分為兩股物流:一股物流ASH1進(jìn)入換熱器1(類型是HEATX)，模擬經(jīng)返料風(fēng)流化降溫，從換熱器1模塊流出的ASH11返回燃燒模型作為循環(huán)灰;另外一股物流ASH2作為排渣。

循環(huán)物料在爐內(nèi)反復(fù)燃燒，以達(dá)到較高的燃燒效率。用BOILER(類型Heater)來模擬水冷壁及汽包的換熱過程，人為輸入BOIL-ER模塊的出口物流壓力和含汽率，由模塊自動(dòng)計(jì)算出口物流的其他參數(shù)。

1．2模型參數(shù)設(shè)置

模擬過程使用的模型各參數(shù)數(shù)據(jù)由鍋爐設(shè)計(jì)說明書提供。設(shè)計(jì)燃煤和生活垃圾的各收到基成分見表1。

2測(cè)試對(duì)照與討論

對(duì)不同摻煤量下垃圾CFB鍋爐運(yùn)行參數(shù)的影

響分析由AspenPlus軟件模擬得出;與實(shí)際機(jī)組的對(duì)照則利用一臺(tái)200t/dT1F型流化床垃圾焚燒鍋爐進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行測(cè)試。為使得模擬結(jié)果和仿真結(jié)果具有可比性，將AspenPlus模型中燃料參數(shù)設(shè)定為試驗(yàn)燃料。垃圾爐的性能試驗(yàn)測(cè)試是按照循環(huán)流化床鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程(DT/T964－2005)進(jìn)行的［12］。

測(cè)試中，由K型熱電偶測(cè)定排煙溫度和底渣溫度;排煙中的各種氣體組分含量由德國ＲBＲ益康ECOM－J2KNIB煙氣分析儀進(jìn)行測(cè)量;鍋爐其他運(yùn)行參數(shù)由DCS記錄。測(cè)試期間鍋爐的其他參數(shù)始終保持額定參數(shù)，根據(jù)垃圾的摻入量不同，分為垃圾與燃煤的質(zhì)量摻燒比為4∶1、5∶1、8∶1、10∶1和14∶1五個(gè)工況。

在測(cè)試過程中，對(duì)燃料進(jìn)行爐前取樣分析，結(jié)果見表2。

延伸閱讀：

垃圾焚燒技術(shù)之垃圾焚燒爐燃燒控制(焚燒廠內(nèi)部培訓(xùn)資料)

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都這樣了 還看不懂垃圾焚燒爐我也就沒轍了