人人图书馆_垃圾炉排焚烧炉及余热锅炉热力计算修正方法

(3) 《标准方法》中不同燃料品种对应的灰污系
数 ξ 是常数，ξ 值与结焦性以及一些运行因素有关，
目前标准中没有给出专门与垃圾这一特殊燃料相对
的灰污系数。ψ=ξx，灰污系数 ξ 的误差会影响热有效
系数 ψ 的准确性。
2.2 系统黑度 α1 的修正 假定火焰和高温烟气为等温灰体介质， 炉壁为
等温漫灰表面，出口窗为黑体表面且温度很低。文献
图 1 给出垃圾焚烧炉及其余热锅炉的热力分 区，I 是燃烧室，包括焚烧炉炉排以上与第一通道的 垂直部分；II 是燃尽室，包括第一通道的拐角部分和 第二、三两个垂直通道；III 区为尾部受热面。
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第 31 卷第 6 期
工业炉
热20工09计年算11：垃月圾炉排焚烧炉及余热锅炉热力计算修I正nd方ust法rial Furnace
度。 实际上，M 值还与燃料的着火及燃烧特性、一次
风的初温、燃料细度、燃料浓度、过量空气系数、锅炉
负荷及二次风的预混程度等因素有关[4]。 垃圾的燃
烧特性与煤差别很大， 垃圾焚烧的空气过量系数为
1.75， 和 常 规 燃 料 比 偏 大 ， 因 此 简 单 套 用 煤 燃 料 的 经
验值是不合理的。
窗的影响， 忽略了燃烧室通过出口窗辐射到炉外的
热量。另外在公式（5）里也没针对垃圾的燃烧特性对
烟气黑度 αh 提出相应修正方法。 (2) 根据此标准，厚煤层层燃炉火焰中心高度系
数 M=0.52，这一推荐值并不适合此焚烧锅炉。 《标准
方法》 规定：M 值是反映炉内燃烧条件影响的一个
参量， 主要取决于燃料种类及燃烧器中心的相对高
热 面 面 积 ；Ars 表 示 燃 烧 室 的 包 覆 面 积 ；αb、αh 分 别 表示炉壁和介质的吸收率(等于黑度)[3]。
将这个方法运用在垃圾焚烧锅炉，会有较大的
偏差，原因有以下几点：
(1) 通 过 公 式 （5）求 解 系 统 黑 度 α1 时 并 没 有 考
虑到垃圾炉排焚烧锅炉结构的特殊性， 没考虑出口
关键词：垃圾焚烧炉；余热锅炉；热力计算；修正算法 中图分类号：X705；TK229.92+9 文献标识码：A 文章编号：1001-6988（2009）06蛳 0033蛳 04
Correction Method for Thermal Calculation of a Layer Incinerator and Its Heat Recovery Steam Boiler
4
x 换成 ψ，沿用公式（1）的标准形式 Qf，rs=αlψArsσTh ，则 系统黑度改为：
αl=
αbM （x'+ψαb）+（1-x'-ψαb）M
（8）
式（8）考虑了水冷壁表面灰污系数 ξ 的系统黑
度，用它修正公式（5）。
34
2.3 烟气黑度 αh 的修正 《标准方法 》 烟 气 黑 度 采 用 经 验 公 式 αh=1-e-
得到 αH2 O、αCO2 、CH2 O、CCO2 、Δα。 利用公式：αy=CH2 O
αH2 O+CCO2·αCO2 -Δα 求出烟气黑度。
2.4 火焰中心高度系数 M、灰污系数 ξ 的修正
为了 分 析 M、ξ 值 变 化 对 垃 圾 焚 烧 炉 燃 烧 室 烟
气出口温度的影响，进行了敏感性分析计算，结果发
TANG Yu-ting, MA Xiao-qian （College of Electric Power, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China）
Abstract: A 250 t/d layer incinerator for municipal solid waste and its heat recovery steam boiler is thermal calculated by employing "Boiler Unit Standard method of Thermodynamic Calculation". Taking this calculation as an example, the correction method of the system blackness and the flue gas blackness is proposed, and the impact of both flame center height coefficient and fouling coefficient on the flue gas outlet temperature of the combustion chamber is discussed. Meanwhile, the algorithm of the radiation heat transfer coefficient of flue gas side, the staggered tube bundles cross-flow coefficient, and the total heat transfer coefficient are also discussed.
"
T =l
Tj
3
（4）
M（ σαl ψFlTj ）0.6+1
准BjVlCpj
式中：αl 为系统黑度；Th 为火焰平均温度，K；Fl 为辐
射传热面积，m2；ψ 为热有效系数，ψ=ξx；准 为保热系
数 ；Bj 为 计 算 燃 烧 量 ，kg/s；Vl 为 炉 膛 容 积 ，m3；Cpj 为 烟气平均比热，kJ/(kg·°C) ；M 为火焰中心高度系数。
因素有关。为了完善 ξ 值取值方法，将一个关键性指
标— ——结渣指数 R 引入 ξ 取值方法中。 R 越高，结
（7）
式 中 ：x′=Ac,rs/Ars；Ac,rs表 示 燃 烧 室 烟 气 出 口 窗 面
积；Ars 表示燃烧室的包覆面积，即等于出口窗加燃
烧室受热面面积与不布置受热面的炉墙面积之和；
Th 为火焰平均温度；Tb 为受热面表面平均温度。 上述讨论没考虑水冷壁表面积灰， 若考虑积灰
的影响，则需引入热有效系数 ψ。 ψ 是个经验系数，把
下得到的。其实验和适应条件为：温度 450～1 650 ℃；
pCO2/pH2O =0.5~5；L=0.1~8 m；pH2O L=（0.004~1.32）×105 m·Pa；pCO2L=(0.081~1.66)×105 m·Pa[5]。 是烟气黑度及 吸收率的最为常用求解方法。 另外还有来自窄谱带
模 型 的 Leckner 方 法 和 来 源 于 窄 带 模 型 对 不 同 谱
第 31 卷第 6 期 2009 年 11 月
工业炉
Industrial Furnace
Vol.31 No.6 Nov. 2009
垃圾炉排焚烧炉及余热锅炉热力计算修正方法
唐玉婷，马晓茜 （华南理工大学 电力学院， 广东 广州 510640）
摘 要：根据《锅炉机组热力 计 算 标 准 方 法 》对 某 250 t/d 生 活 垃 圾 炉 排 焚 烧 炉 及 其 余 热 锅 炉 进 行 热 力 计 算 ，提 出 系 统黑度和烟气黑度的修正方法，讨论火焰中心高度系数、灰污系数对燃烧室烟气出口温度影响。 同时，也对烟气侧辐射换 热系数、横向冲刷错列管束系数和换热总系数的算法进行了讨论。
Key words: municipal solid waste incinerator; heat recovery steam boiler; thermal calculation; correction method
近年来各大城市纷纷建立生活垃圾焚烧发电 厂，目前我国建有 60 多家垃圾焚烧厂，垃圾处理总 容量达到了 55 420 t/d [1]。 我国垃圾不仅具有多成 分、多形态、高水分、高挥发分、低热值、低固定碳等 特点，而且还具有腐蚀成分与热值波动特性，因此 垃圾焚烧炉及其余热锅炉的设计与计算有其特殊 性。 目前我国 200 MW 以下锅炉机组设计计算普遍 采用 《锅炉机组热力计算标准方法》（简称标准方 法）， 国内外很多研究表明此方法用于垃圾焚烧需 要作一定的修正。 本文选取某处理量为 250 t/d，垃 圾热值为 6 800 kJ/kg，蒸发量为 21 t/h 的生活垃圾 炉排型焚烧炉为研究对象， 根据该锅炉的基本结
[4] 推导了燃烧室受热面吸收的及通过出口窗的辐
射热量。 燃烧室通过出口窗向外辐射的热量 Qc，rs：
4
Qc，rs=
x'MArsσTh （x'+xαb）+（1-x'-xαb）M
（6）
燃烧室炉壁受热面吸收的辐射热量 Qf，rs：
44
Qf，rs=
αbxMArsσ（Th -Tb ） （x'+xαb）+（1-x'-xαb）M
值又考虑了燃烧室的结构参数， 用它代替 FM （M=
0.52） 代 入 公 式 （4） 求 得 燃 烧 室 出 口 温 度 为 969 ℃
（灰污系数 ξ 假定为 0.7），此温度满足垃圾燃烧室出
口温度的设计要求。
在文献[9]可查表 10-10 得 灰 污 系 数 ξ，但 此 方
法过于简化， 后人发现 ξ 值与结焦性以及一些运行
带的计算叠加的Edwards方法[6]。 用Edwards、Leckn-
er、《标准方法》 分别求解烟气黑度随水蒸汽质量分
数变化的结果。 发现当 rH2O >0.25 时，不同方法的计 算偏差随rH2O增长而增加（由10%增加到20%）[7]。 这是 由于垃圾中水分较多，超出了标准方法经验公式的使
用范围。 故本文推荐查图法，由 Th、p、pH2 O L 查文献[8]
古尔维奇零维模型进行计算。
A.M 古尔维奇方法建立在能量平衡的基础上：
4
Q1 =σαl Fl ψTh
（1）
"
Q1=准BjVlCpj（Tj-T l ）
（2）
根据仆略克-肖琳公式求烟气平均温度：
4（1-n） "4n
Th =mTj Tl
（3）
联立公式，整理成无因次准关系，由实验确定相
应的经验系数，经转换得炉膛出口温度：
收稿日期：2009- 07- 10 作者简介：唐王婷（1987—），女，工学硕士，主要从事高效低污
染研究工作。
构、设计参数进行热力计算，探讨城市生活垃圾炉 排焚烧炉及其余热锅炉的热力计算修正的问题，为 大型垃圾焚烧炉及其余热锅炉设计、制造的国产化 提供参考。
1 垃圾焚烧炉及其余热锅炉的热力分区
所研究的垃圾焚烧炉和余热锅炉是连接在一起 的，即一体式余热锅炉。余热锅炉的水冷壁构成垃圾 焚烧炉燃烧炉室和炉膛的全部或部分外壁， 垃圾焚 烧炉排挂在余热锅炉的水冷壁上[2]。
根据此标准，火焰中心高度系数 M=0.52（厚煤
层层燃炉），系统黑度 α1 为：
α1=
1
1 +ψ（ 1
= -1）
1
+ψ
1 （1-αh）（1-r）
（5）
αb
M
αb 1-（ຫໍສະໝຸດ Baidu-αh）（1-r）
其中： 中间变量 M=αh+(1-αh)r；r=AR /Ars；x=Af，rs /
Ars；AR 表示火床层状面积；Af，rs 表示燃烧 室 内 受
Vol.31 No.6 Nov. 2009
Ⅲ尾部受热面
Ⅱ燃尽室
Ⅰ 燃 烧 室
图 1 焚烧炉及其余热锅炉热力分区图
2 燃烧室的传热计算
2.1 《锅炉机组热力计算标准方法》偏差分析
《标准方法》 给出了 2 种炉膛热力计算方法：A.
M 古尔维奇全炉膛计算方法和米多尔分区段计算
方法。 目前工程设计和运行校核中， 主要是按 A.M
现：M 值在 0.1~0.4 范围内，每升高 0.1，燃烧室出口
温度降低 80.81 ℃。ξ 值在 0.4~0.7 范围变化，每升高
0.1，燃烧室出口温度则降低6.23 ℃，结果见表 1。
表 1 显示，火焰中心高度系数 M、灰污系数 ξ 对
烟气出口温度影响较大，如果在设计中选用不当，会
造成较大误差。 本文推荐 M=6.45 (QinBj /1 000 Vl)1.4， 用此公式求出 M=0.061， 此公式既考虑了垃圾的热
kps。 这是由贝尔定律导出的气体单色黑度公式，近
似地推广到多组分和非单色烟气辐射得到的。 气体
辐射减弱系数为：
k=10.2（ b
-0.1）（1-0.37 Th ）=
姨10.2rps
1 000
10.2（ 0.78+1.6rH2O -0.1）（1-0.37 Th ） （9）
姨10.2rps
1 000
此求法是由前苏联研究人员在一定实验条件