垃圾焚烧发电仿真机

垃圾焚烧发电仿真机

15MW循环流化床垃圾发电仿真系统

一、引言

二、仿真对象简介

三、仿真机简介

3.1 硬件系统构成

3.2 软件系统构成

四、数学模型

4.1 燃烧系统

4.2 烟气处理

五、小结

一、引言

随着人们生活水平的提高，产生了越来越多的生活垃圾，垃圾发电应运而生。垃圾发电可以变废为宝，不但充分利用了垃圾的热值，又能对燃烧产生的有害成份通过烟气处理系统进行统一处理，减少对环境的污染。但垃圾热值低，不易燃烧，造成锅炉燃烧不稳定。而循环流化床锅炉燃烧稳定的特点，正好解决了这一问题，因此循环流化床垃圾发电机组逐渐成为垃圾发电的主流方式。

为了满足循环流化床垃圾发电机组运行人员的培训需求，天津电力公司培训中心与清华大学和北京恒和大风软件技术有限公司合作开发了我国第一套循环流化床垃圾焚烧发电仿真系统。

二、仿真对象简介

本套仿真系统是以盐城垃圾发电厂2×15MW垃圾发电仿真机组为仿真对象。该电厂采用两台75t/h高温高压循环流化床垃圾焚烧炉和两台15MW抽凝式汽轮发电机组，单炉日处理垃圾400t。经过焚烧处理的垃圾体积可减小90%，重量可减轻80%，实现了垃圾的减量化处理。垃圾焚烧发电彻底解决了原填埋处理带来的土地浪费及环境污染问题，产生了可观的经济效益，日发电量66万kW，输入电网60万kW。

三、仿真机简介

本套仿真机是一套全范围、高逼真度的全数字仿真机，用软件实现现场的所有控制系统及其设备的运行。

3.1 硬件系统构成

硬件系统主要由计算机、网络设备和附属设备构成。计算机系统全部采用微型计算机，网络采用以太网，主要包括如下设备：仿真服务器（兼指导教师工作站），工程师站，DCS操作站，就地操作站，多媒体站、投影系统，网络设备，打印机等，如图一所示。

图一仿真机硬件构成

3.2 软件系统构成

软件系统由仿真引擎SimuEngine、图形化建模软件SimuBuilder、数学模型、DCS操作界面、就地操作界面以及多媒体软件等部分组成，如图二所示。

图二仿真机软件构成

仿真引擎SimuEngine 运行在服务器上，兼有指导教师工作站的功能。数学模型程序也运行于服务器上。服务器上可同时起５个不同流程的SimuEngine，每个流程运行各自的模型程序，相互之间互不干扰，可以同时进行多组人员的培训。

图形化建模系统SimuBuilder在开发阶段用于搭建和调试数学模型，交付用户后，则作为工程师站软件使用。使用SimuBuilder，可以方便地将实际物理设备及相互之间的连接关系用图形化的手段描述出来，然后自动生成对应的仿真系统模型。流体网络和电网的拓扑结构可以自动识别，并生成相应的算法程序，大大加速了建模和调试的速度。仿真引擎提供的指导教师工作站除提供传统的仿真功能如工况的加载和保存、冻结与解冻、改变仿真速度、回退、追忆、故障设置等功能外，还能提供操作记录、自动评分、远程培训等功能，使仿真机培训更加方便、灵活，提高了培训效率和效果。

DCS操作界面实现的是现场DCS控制系统的操作功能，操作方式及动态属性都与现场一致。

图三锅炉系统总貌DCS系统

就地操作画面实现对就地设备的操作，主要是对就地手动门的操作。

图四锅炉汽水系统就地画面

为了方便每个学员能够全面掌握电厂运行技术，特意对画面进行了改造，可以通过总控界面实现DCS与就地的切换，学员在一台学员机上就可以进入锅炉、汽机、电气等专业的DCS及就地画面。

四、数学模型

本套仿真机是包括锅炉、汽机、电气和控制系统的高逼真度的专业仿真机。即可以实现正常运行时的运行培训需要，也可以实现故障时的故障分析与故障处理。包括了锅炉、汽机、电气专业的100多个故障，事故现象与事故处理基本上与现场一致，让学员在仿真机上学习故障分析与故障处理将会减小故障带来的损失。

本仿真系统以理论数学模型为主、采用少量经验模型，通过清华大学在数学模型方面和恒和大风公司的建模技术方面的优势相结合，具有很高的仿真精度和实时性，可以同时进行多至5套仿真模型的同时运行。

循环流化床垃圾发电仿真机与传统机组最大的不同就是锅炉的燃烧系统和烟气处理部分，下面将着重对这两个系统进行介绍。

4.1 燃烧系统

燃烧系统主要以炉膛为中心，从下到上依次是风室、点火枪燃烧室、布风板、密相区，稀相区。煤和垃圾经一次风流化后，主要在密相区燃烧，析出的挥发份在稀相区燃烧，未燃烧的颗粒经分离器双回到密相区重新燃烧。引风机用于维持炉膛出口负压为-100Pa左右，运行过程中引为机可投自动。一次风机从炉膛下部的风室进入，经过布风板后将煤和垃圾流化燃烧。二次风从密相区进入炉膛用于助燃。由于垃圾燃烧易产生二恶英等有害物质，所以只有炉膛出口温度高于850摄氏度时才可投垃圾。

4.2 烟气处理

由于垃圾成份的特殊，燃烧后易产生二恶英、二氧化硫、氯化氢、重金属等有害物质。因此烟气处理也成了垃圾发电厂的必备系统。系统处理系统总图见图六所示。

由图六可知，烟气系统主要包括半干洗烟塔、活性碳喷射器和布袋除尘器等设备构成。半干洗烟塔使用石灰浆制备系统制备的石灰浆来除去烟气中的二氧化硫和氯化氢等有害气体。活性碳喷射装置在布袋前喷射，用于除去烟气中的二恶英和重金属。布袋除尘器主要用于除去烟气中的烟尘含量，将烟尘含量降到规定范围内。

图五烟气处理系统总图

五、总结

本文简要地介绍了国内首套15MW循环流化床垃圾发电仿真系统，它具有建模工具先进、仿真精度高、实时性好等特点，不但可以用于运行人员的培训，也可以用于这种新型电站的分析和研究，具有很高的研究与实际应用价值。