生活垃圾焚烧低位发热量计算及运用.docx
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生活垃圾焚烧低位发热量计算及运用
生活垃圾焚烧低位发热量计算及运用
作者江勇（1969.12--）男三峰卡万塔公司市大渡口区邮编400084
摘要：
不同城市的生活垃圾，其化学成分和分类情况不尽相同，由于其成分的复杂性和取样的不合理性，垃圾低位热值的取样分析难度较大，给实际生产中生产人员的操作带来困难，不便于生产管理人员的生产管理。
本文讨论了生活垃圾低位热值的计算方法和及其在实际中的运用，希望能对垃圾焚烧发电行业的生产管理有所帮助,能够对垃圾焚烧生产人员的燃烧调整有所启发。
关键词：
生活垃圾；燃烧调整；低位发热量；生产管理
Abstract:
Lifewasteindifferentcityhasdifferentchemicalcompositionandclassification.Becauseofthecomplexityofcompositionandsamplingoftheirrationalityofwaste,itisverydifficulttogettheLowHeatValueofthewaste,anditisnotconvenientforproductionmanagement.ThispapergivesonewaytohowtocalculatethewasteLowHeatValueandhopesitcanbehelpfultotheproductionmanagementandwasteincinerationcombustionadjustmentinthewasteincinerationpowergeneration.
Keywords:
LifeWaste;IncinerationCombustion;LowHeatValue;ProductionManagement
前言：
垃圾处理（以下简称公司）于2001年12月24日注册登记成立，注册资本金1.01亿元，以BOT方式运作的项目公司。
公司采用三峰环境公司引进的德国马丁SITY2000逆推倾斜炉排技术，日处理能力为1200吨（2×600）吨，发电机装机容量2×12MW，特许运营期25年（含建设期二年），是中国第一个以BOT（即建设-运营-移交）方式运作的垃圾焚烧发电项目，也是西南地区第一个大型垃圾焚烧发电厂。
项目于2005年3月28日正式投产，能够不添加辅助燃料焚烧垃圾热值4500～10000kJ/kg、水分高的城市生活垃圾，烟气处理技术采用喷雾反应塔+活性炭喷射+布袋除尘器+尾气在线监测的半干法烟气处理装置。
投产以来,公司年处理垃圾57万吨，年上网电量12000万度，烟气净化指标等各项参数均达到设计能力。
由于城市生活垃圾成分复杂，热值低、水分高，燃烧调整控制难度较大，如何控制稳定的燃烧，做到真正的城市生活垃圾处理“无害化、减量化、资源化”意义重大。
本文讨论了生活垃圾低位热值的计算方法和及其在实际中的运用，希望能对垃圾焚烧发电行业的生产管理有所帮助,能够对垃圾焚烧生产人员的燃烧调整有所启发。
1问题的提出
1.1城市生活垃圾成分
城市生活垃圾伴随着人们生活而产生，其成分和产量随着城市规模、人口、经济水平、消费方式、自然条件等不同而差异很大。
城市生活垃圾是一种成分异常庞杂的混合体，数据的获取有一定的困难，其化学成分与燃料结构相关。
根据我国国情，越是经济发达的城市，城市生活垃圾中可燃物所占比例越高，垃圾热值越高。
现在举例说明某城市生活垃圾化学成分和生活垃圾分类情况：
垃圾化学成分表（单位：
%）
总碳
（Cd）
总氢
（Hd）
总氧
（Od）
总氮
（Nd）
总磷
（P）
总硫
（St,d）
总氯
（CL）
30.74
3.77
16.37
0.93
0.296
0.44
0.369
生活垃圾分类情况表（单位：
%）
灰土
砖瓦
动物类
植物茎叶果皮类
纸类
布类
橡塑类
木材类
金属类
玻璃
14．28
2.85
2.98
36.15
6.82
4.56
15.99
14.08
1.09
1.20
不同城市的生活垃圾，其化学成分和分类情况不尽相同，由于其成分的复杂性和取样的不合理性，在垃圾发电企业正常运行中，垃圾低位热值的取样分析难度较大，给实际生产中生产人员的操作带来困难，不便于生产管理人员的生产管理。
本文就以上问题，提出一套生活垃圾燃烧时低位发热量的计算方法。
2通过DCS监测等数据计算垃圾低位发热量
通常情况下，垃圾发电企业DCS监测系统中，为便于生产人员运行操作，都会将一些关键性的生产数据进行监控。
我们可以借助这些数据，对垃圾低位发热量进行计算。
2.1公司一次风空气预热器加热系统
汽轮机抽汽来汽
环境温度30166220
疏水疏水汽包来汽
2.2垃圾低位热值和锅炉效率计算输入量
数据输入
序号
项目
单位
（1）
一次风量
m3/h
（2）
一次风出口温度
℃
（3）
二次风量
m3/h
（4）
二次风出口温度
℃
（5）
一次风空预器第一级进口温度
℃
（6）
一次风空预器第一级出口温度
℃
（7）
一次风空预器第三级进口温度
℃
（8）
一次风空预器第三级出口温度
℃
（9）
一次风空预器疏水温度
℃
（10）
入炉垃圾量
kg/h
（11）
主蒸汽蒸发量
kg/h
（12）
主蒸汽温度
℃
（13）
主蒸汽绝对压力
MPa
（14）
汽包温度
℃
（15）
汽包绝对压力
MPa
（16）
环境温度
℃
（17）
锅炉出口排烟温度
℃
（18）
引风机后排烟温度
℃
（19）
引风机后排烟气量排烟温度（表盘读数）
m3/h
（20）
锅炉出口烟气含O2量（表盘读数）
%vol
（21）
引风机后烟气含O2含量（表盘读数）
%vol
（22）
引风机后烟气含CO量（表盘读数）
%vol
（23）
引风机后烟气含H2O量（表盘读数）
%vol
（24）
引风机后烟气含SO2量（表盘读数）
%vol
（25）
引风机后烟气含CO2量（表盘读数）
%vol
（26）
引风机后烟气含N2量（表盘读数）
%vol
（27）
引风机后烟气含HCl量（表盘读数）
%vol
（28）
合计
100%
（29）
除氧器水温度
℃
（30）
除氧器绝对压力
Mpa
（31）
给水流量
kg/h
（32）
当地绝对大气压
Mpa
（33）
表盘读数是干烟气
（34）
烟气处理喷水量
Kg/h
（35）
锅炉出口飞灰量估算
Kg/h
计算过程
序号
项目
单位
计算公式
（36）
排污量估算（占主蒸汽量）
%mass
2%
（37）
化学+机械+灰渣显热+散热估算
KJ/kg.fuel
200
（38）
烟气处理喷水的水蒸汽容积
Nm3/h
=（34）÷18×22.4
（39）
烟气计算系数
=（19）×273÷（273+（18））
（40）
锅炉出口排烟气量排烟温度
Nm3/h
=（（39）×（0.21-（21））-（38）×0.21））÷（0.21-（20））
（41）
判断氧量计是否测不准
（42）
烟气处理漏风量
Nm3/h
=（39）-（40）-（38）
（43）
锅炉出口烟气含H2O量
%vol
=（（39）×（23））-（38））÷（40）
（44）
锅炉出口烟气含CO量
%vol
=（39）×（22）÷（40）
（45）
锅炉出口烟气含SO2量
%vol
=（39）×（24）÷（40）
（46）
锅炉出口烟气含CO2量
%vol
=（39）×（25）÷（40）
（47）
锅炉出口烟气含N2量
%vol
=100-（43）-（44）-（45）-（46）-（48）
（48）
锅炉出口烟气含HCl量
%vol
=（39）×（27）÷（40）
（49）
合计
%vol
100%
（50）
锅炉出口干烟气含氧量
%vol.dry
=（20）÷（1-（43））
（51）
锅炉出口干烟气含CO量
%vol.dry
=（44）÷（1-（43））
（52）
锅炉出口干烟气含SO2量
%vol.dry
=（45）÷（1-（43））
（53）
锅炉出口干烟气含CO2量
%vol.dry
=（46）÷（1-（43））
（54）
锅炉出口干烟气含N2量
%vol.dry
=100-（51）-（52）-（53）-（55）
（55）
锅炉出口干烟气含HCl量
%vol.dry
=（48）÷（1-（43））
（56）
不考虑漏风的实际助燃空气量
Nm3/h
=（40）×（47）÷0.79
（57）
不考虑漏风的实际空气量或为
Nm3/h
=（54）÷0.79×（40）×（1-（43））
（58）
不考虑漏风的实际过量空气
Nm3/h
=（20）÷0.21×（40）
（59）
不考虑漏风的实际过量空气或为
Nm3/h
=（50）÷0.79×（40）×（1-（43））
（60）
不考虑漏风的实际空气系数
/
=（57）÷（（57）-（59））
（61）
简化的公式
/
=21÷（（21-（50）×100）
（62）
单位锅炉出口烟气焓
（63）
ΘCO2
（kJ/Nm3）
=-0.000000100×
+0.000518336×
+1.792367973×（17）-13.886086957
（64）
ΘN2
（kJ/Nm3）
=-0.000000026×
+0.000170822×
+1.244956560×（17）+2.384494983
（65）
ΘO2
（kJ/Nm3）
=-0.000000028×
+0.000178001×
+1.329167296×（17）-4.001123746
（66）
ΘH2O
（kJ/Nm3）
=-0.000000034×
+0.000341490×
+1.412197838×（17）+5.595317725
（67）
Θair
（kJ/Nm3）
=-0.000000028×
+0.000179546×
+1.284439719×（17）+1.263719063
（68）
Θash
（kJ/kg.ash）
=0.000000152×
-0.000026826×
+0.882630995×（17）-3.057820440
（69）
锅炉出口排烟功率
kW
=（（66）×（43）+（65）×（20）+（64）×（47）+（63）×（46）+（63）×（（44）+（45）+（48）））×（40）÷3600+（68）×（35）÷3600
（70）
除氧器中水焓
kJ/kg
运行焊熵图软件或查找焊熵图
（71）
过热蒸汽焓
kJ/kg
运行焊熵图软件或查找焊熵图
（72）
过热蒸汽吸热功率
kW
=（（71）-（70））×（11）÷3600
（73）
锅筒饱和蒸汽焓
kJ/kg
运行焊熵图软件或查找焊熵图
（74）
一次风空预器疏水焓
kJ/kg
运行焊熵图软件或查找焊熵图
（75）
Θair20℃
（kJ/Nm3）
=-0.000000028×
+0.000179546×
+1.284439719×（5）+1.263719063
（76）
Θair31℃
（kJ/Nm3）
=-0.000000028×
+0.000179546×
+1.284439719×（6）+1.263719063
（77）
Θair166℃
（kJ/Nm3）
=-0.000000028×
+0.000179546×
+1.284439719×（7）+1.263719063
（78）
Θair220℃
（kJ/Nm3）
=-0.000000028×
+0.000179546×
+1.284439719×（8）+1.263719063
（79）
一次风空预器换热功率
kW
=
（1）×273÷（（273+（5））×（（78）-（77）+（76）-（75））÷3600
（80）
一次风空预器换热效率
%
95%
（81）
一次风空预器饱和汽耗量
kg/h
=（79）÷（（73）-（74））×3600÷（80）
（82）
一次风空预器耗汽功率
kW
=（81）×（（73）-（70））÷3600
（83）
化学+机械+灰渣显热+散热估算
kW
=（10）×（37）÷3600
（84）
排污功率损失
kW
=（36）×（11）×（（73）-（70））÷3600
（85）
给水量验算
kg/h
（86）
二次风出口焓
（kJ/Nm3）
=-0.000000028×
+0.000179546×
+1.284439719×（4）+1.263719063
（87）
二次风出口功率
kW
=（86）×（3）×273÷（（273+（16））÷3600
（88）
一次风出口功率
kW
=（78）×
（1）×273÷（（273+（16））÷3600
（89）
判断
（90）
冷却+密封+漏风量
Nm3/h
=（56）-（
（1）+（3））×273÷（（273+（16））
（91）
冷却+密封+漏风输入功率
kW
=（90）×（75）÷3600
（92）
输出总功率
kW
=（69）+（72）+（82）+（83）+（84）
（93）
垃圾热值
kJ/kg
=（（92）-（87）-（88）-（91））÷（10）×3600
（94）
余热锅炉及焚烧炉总效率
%
=（（72）+（82））÷（92）
（95）
排烟损失率
%
=（69）÷（92）
（96）
化学+机械+灰渣显热+散热损失率
%
=（83）÷（92）
（97）
锅炉排污损失率
%
=（84）÷（92）
3计算实例及运用
3.1公司低位发热量的计算
项目
单位
数据
一次风量
m3/h
70000
一次风出口温度
℃
220.00
二次风量
m3/h
8000
二次风出口温度
℃
38
一次风空预器第一级进口温度
℃
15.00
一次风空预器第一级出口温度
℃
30.00
一次风空预器第三级进口温度
℃
183
一次风空预器第三级出口温度
℃
220
一次风空预器疏水温度
℃
80
入炉垃圾量
kg/h
30000
主蒸汽蒸发量
kg/h
48000
主蒸汽温度
℃
400
主蒸汽绝对压力
MPa
4
汽包温度
℃
257
汽包绝对压力
MPa
4.5
环境温度
℃
15.00
锅炉出口排烟温度
℃
190
引风机后排烟温度
℃
150
引风机后排烟气量排烟温度（表盘读数）
m3/h
190000
锅炉出口烟气含O2量（表盘读数）
%vol
8.00%
引风机后烟气含O2含量（表盘读数）
%vol
8.10%
引风机后烟气含CO量（表盘读数）
%vol
0.10%
引风机后烟气含H2O量（表盘读数）
%vol
15.00%
引风机后烟气含SO2量（表盘读数）
%vol
0.10%
引风机后烟气含CO2量（表盘读数）
%vol
7.00%
引风机后烟气含N2量（表盘读数）
%vol
68.90%
引风机后烟气含HCl量（表盘读数）
%vol
0.80%
100.00%
除氧器水温度
℃
105
除氧器绝对压力
MPa
0.12
给水流量
kg/h
52000
当地绝对大气压
MPa
0.1
表盘读数是否是干烟气
/
0
烟气处理喷水量
kg/h
4000
锅炉出口飞灰量估算
kg/h
900
排污量估算（占主蒸汽量）
%mass
2.00%
化学+机械+灰渣显热+散热估算
kJ/kg.fuel
200
烟气处理喷水的水蒸汽容积
Nm3/h
4977.78
锅炉出口排烟气量排烟温度
Nm3/h
113639.83
烟气处理漏风量
Nm3/h
4006.51
锅炉出口烟气含H2O量
%vol
11.81%
锅炉出口烟气含CO量
%vol
0.11%
锅炉出口烟气含SO2量
%vol
0.11%
锅炉出口烟气含CO2量
%vol
7.55%
锅炉出口烟气含N2量
%vol
71.56%
锅炉出口烟气含HCl量
%vol
0.86%
%vol
100.00%
锅炉出口干烟气含氧量
%vol.dry
9.07%
锅炉出口干烟气含CO量
%vol.dry
0.12%
锅炉出口干烟气含SO2量
%vol.dry
0.12%
锅炉出口干烟气含CO2量
%vol.dry
8.56%
锅炉出口干烟气含N2量
%vol.dry
81.14%
锅炉出口干烟气含HCl量
%vol.dry
0.98%
不考虑漏风的实际助燃空气量
Nm3/h
102940.34
不考虑漏风的实际空气量或为
Nm3/h
102940.34
不考虑漏风的实际过量空气
Nm3/h
43291.36
不考虑漏风的实际过量空气或为
Nm3/h
43291.36
不考虑漏风的实际空气系数
/
1.73
简化的公式
/
1.76
单位锅炉出口烟气焓
ΘCO2
（kJ/Nm3）
344.69
ΘN2
（kJ/Nm3）
244.91
ΘO2
（kJ/Nm3）
254.77
ΘH2O
（kJ/Nm3）
286.01
Θair
（kJ/Nm3）
251.60
Θash
（kJ/kg.ash）
164.72
锅炉出口排烟功率
kW
8222.23
除氧器中水焓
kJ/kg
439.30
过热蒸汽焓
kJ/kg
3214.37
过热蒸汽吸热功率
kW
37000.99
锅筒饱和蒸汽焓
kJ/kg
2798.00
一次风空预器疏水焓
kJ/kg
338.33
Θair20℃
（kJ/Nm3）
20.57
Θair31℃
（kJ/Nm3）
39.96
Θair166℃
（kJ/Nm3）
242.16
Θair220℃
（kJ/Nm3）
292.23
一次风空预器换热功率
kW
1280.30
一次风空预器换热效率
%
95.00%
一次风空预器饱和汽耗量
kg/h
1972.50
一次风空预器耗汽功率
kW
1292.37
化学+机械+灰渣显热+散热估算
kW
1666.67
排污功率损失
kW
628.99
给水量验算
kg/h
50932.50
二次风出口焓
（kJ/Nm3）
50.33
二次风出口功率
kW
106.02
一次风出口功率
kW
5386.34
冷却+密封+漏风量
Nm3/h
29002.84
冷却+密封+漏风输入功率
kW
165.72
输出总功率
kW
48811.24
垃圾热值
kJ/kg
5178.38
余热锅炉及焚烧炉总效率
%
78.45%
排烟损失率
%
16.84%
化学+机械+灰渣显热+散热损失率
%
3.41%
锅炉排污损失率
%
1.29%
100.00%
3.2垃圾低位发热量计算后在生产中的运用
根据表格中提供的低位发热量等计算公式，输入实际生产中必须掌握DCS上的提供生产数据后，通过计算机的自动计算，不但可以计算出城市生活入炉垃圾的低位发热量，而且可以计算出垃圾燃烧过程的锅炉效率、排烟损失等。
公司通过以上计算结果的周期性定量分析，可以明显地看出锅炉运行效率的高低，生产管理人员在生产中采取相应得措施，优化运行方式，提高垃圾焚烧燃烧效率，从而提高生产效率。
与此同时，通过入炉垃圾低位发热量的变化，可以预判未来一段时间的垃圾热值的变化趋势，使生产管理人员不但可以随时掌握入炉垃圾低位发热量的变化，给生产管理人员一双慧眼，以此为依据指导生产人员的生产操作，使燃烧管理不再盲目。
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