垃圾焚化余热锅炉热平衡计算特点及实用程序

垃圾焚化余热锅炉热平衡计算特点及实用程序

摘要：余热锅炉的出力计算有三种方法，在实际计算的过程中只有知道焚烧炉

出口烟气成分的流量和温度，才能进行估算。如果您还知道元素分析和垃圾消耗，那么计算将更加精确。最后介绍了数值焚烧炉烟气出口参数的模拟方法，城市生

活垃圾焚烧技术更为复杂。

关键字：垃圾焚化；余热锅炉；热平衡计算

1、前言

相比较之下我国的垃圾焚化余热锅炉没有较长的运行时间，因而难以进行针

对性的控制过程。在一些城市，在考虑焚烧时，仍然首选进口设备，而在这样的

背景下兼容性的余热锅炉则更加适合进入市场。近年来，公司参与为多家生活垃

圾发电厂设计制造余热锅炉，锅炉热平衡计算有其自身的特点。

2、相关背景

余热锅炉（hrsg）是一种与城市垃圾焚烧设备相结合，利用焚烧设备产生的

蒸汽发电的余热锅炉。当焚烧炉为热解窑或回转窑时，焚烧炉与余热锅炉的接口

清晰，两个功能不同的独立单元也不同。当焚烧炉为炉排或流化床时，焚烧炉与

余热锅炉组合。在这两种情况下，余热焚烧炉的热表面设计是相同的。为简单起见，废热锅炉被称为废水锅炉。目前，我国垃圾发电厂主要是小容量、中、低参

数发电厂。然而，与使用普通燃料的小型电厂相比，垃圾电厂有其自身的特点。

和正常的普通参数锅炉相比，余热锅炉的热面设计以及容量等都会有很大的差异。通过对典型垃圾锅炉的分析，阐述了锅炉受热面的设计特点。在过去，过热蒸汽

是从余热发电厂冷却的，以避免活性区的高温腐蚀。近些年来垃圾发电场都是使

用市场常见的运行模式进行运行的，为了追求更高的热效率，缩短余热发电厂的

回收期，在不同的环境条件下很难确定高温腐蚀活性区。因此，过热蒸汽温升的

主要原因是管道的选择。延长过热器使用寿命，这显然是不合理的，比如热风温

度等都难以满足其运行需求的。进水再生系统在最坏情况下不能保证进水温度。

排气温度不能满足所有条件。

3、实用程序

该计划考虑了燃料的两个组成部分即废物和燃料，二次空气流量中燃烧空气

的数量不受限制，而是根据工艺要求确定。在这个过程中，焚烧炉出口的过量空

气比和垃圾的热值是可变的。前者可以改变焚烧炉烟气成分的速率，后者可以改

变烟气温度。目前，生活垃圾发电厂都是小型热力装置。设计时应考虑余热锅炉

的过热蒸汽或者过饱和蒸汽的内容，过热蒸汽参数为中到低。调节过热蒸汽温度

时应考虑表面温度。表面减温器可返回省煤器或除氧器。在某些情况下，它甚至

没有储水系统。以上因素将影响锅炉出力。程序中预先设定了凝汽式汽轮发电机

管道过热蒸汽的热耗、蒸汽耗和压降。当然，由于设备的多样性，该程序还允许

直接输入热量或蒸汽消耗来计算设备的功率和垃圾处理厂的主要技术经济指标。

4、垃圾锅炉

烟道里的烟含量很高，沉降烟道的横截面应足够大，使烟气速度足够低，并

能通过重力将粗颗粒固体颗粒从烟气中分离出来。当烟道旋转时，气流旋转，灰

尘被惯性力进一步分离。烟道壁设计为水冷壁。为了保证燃煤锅炉正常运行时进

入对流受热面时烟气温度的安全，将烟气与烟气之间的辐射换热冷却到对流受热面。在废锅炉温度下，辐射换热能力随烟气温度的降低而降低。在一定程度上，

减少烟气需要一定的烟气空间，温度和热量的计算精度也不如普通锅炉，这不仅

是因为对传热特性缺乏全面的了解。废气及受热面污染程度（余热锅炉受热面是

一个难以解决的问题）。由于炉渣成分差异较大，锅炉投运后应预留一定的受热

面空间。未设置余热锅炉一、二级转轮或仅设置少量对流受热面。通过烟气冲刷

进行对流换热，接收烟气空间的热辐射。设置高温过热器。分析了过热器的热态。烟气辐射换热计算在污水锅炉的设计中占有重要地位。在燃气燃烧过程中，需要

计算高温过热器下第一管和第二管的辐射换热。即使在高低温过热器、低温过热

器和高温空气预热器中，也有三种计算烟气空间辐射换热的方法来计算它们之间

的烟气室。构造一个数值楚化炉，通过质量平衡和热量平衡计算,得出焚化炉出口

烟气组分流量温度和过量空气系数，将其与焚化炉供方的数据进行比较，确认一

致后对《垃圾焚化炉-余热锅炉》系统进行整体计算。计算中需考虑一二次风加热,考虑垃圾锅炉进口处引入烟气再循环和喷水入焚化炉。式(12)~式(19)用来计算焚

化炉出口烟气各组分的流量或过量空气系数

受热面布置

普通锅炉的增负荷是通过增加燃料、负荷和烟气来实现的。提高垃圾锅炉的

负荷主要是通过提高垃圾锅炉的热值来实现的。在相同的焚烧条件下，烟气量随

负荷的增加变化不大，但烟气温度升高。因此，为了提高锅炉的负荷适应性，余

热锅炉的受热面布置与普通锅炉有很大的不同。城市生活垃圾热值和含水量随气

候和季节的变化而变化。发电锅炉的过热蒸汽参数一般要求在负荷变化率（最大

负荷与最小负荷之比）下稳定。在这种情况下，情况非常特殊。热平衡计算以用

户提供的锅炉蒸发量计算数据为基础。在最坏的情况下，输出小于最佳值，负载

变化率大于5。为了提高负荷适应性，设计了两个风口，并在烟室壁之间设置了

水冷壁。必要时可提供上下进水管和水冷管。在最佳运行条件下，烟气从上入口

进入锅炉，流至下入口中间高度，然后冷却。在其他情况下，烟气主要从锅炉下

部进入锅炉。根据负荷变化的需要，调整上下进气道的烟气比。为了能够让过热

蒸汽可以在各种不同的符合条件下进行温度稳定的过程，余热锅炉必须要有这远

大于传统锅炉的受热面积。当过热器系统采用低温过热器-吸热器-过热器时，过

热器的蒸汽将是普通锅炉的5倍。在使用上述对流辐射受热面时，应注意余热锅

炉过热器接收到的热烟气辐射空间有限，因为前两条烟气管道中较低的烟气温度

及其功能受到限制。空间。由于管柱的存在，过热器系统仍然是对流的。应特别

注意余热锅炉过热器管的金属温度。对于普通中压锅炉，过热器金属管温度高于

蒸汽温度。垃圾锅炉不会那样工作。可见，在大多数情况下，壁面金属温度高于

蒸汽温度。这种设计不使用加热器来节省蒸汽和最大限度地发电。空气预热器分

为高温和低温两部分。与普通锅炉一样，低温空气预热器位于烟气的下游。选择

管道应用效果的时候应当综合应用烟气纵向和空气横向的冲刷管道，且管道的直

径应当尽量保持较大的水平。在设计条件下，空气被加热并流出冷空气预热器。

为了满足温度压力的需求，高温预热的有关设施需要排布在第三烟气管道当中，

排列在过热对流管道之前。各种工况下烟气和空气的进出口温度。请参阅用户所

需的热空气温度，以了解两者之间的差异。为防止灰堵炉管，高温空气预热器组

水平放置，烟气从炉外水平冲洗，烟气从高炉左纵管右侧水平冲洗。显然，这种

布置存在较大的热偏差，因此在设计过程中有必要对热偏差进行计算。根据设计

条件的不同可以使用针对性的共识进行热偏差计算。亚无烟煤锅炉烟道出口高，

可增加过热器传热，减少炉内过热器数量。同时，随着锅炉放热量的增加，在锅

炉尾部增设省煤器和空气预热器，以降低锅炉烟气温度。