本發(fā)明屬于電站鍋爐監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種垃圾焚燒爐爐內(nèi)煙氣850℃條件下停留時間的實(shí)時測量方法。
背景技術(shù)：
二惡英(Dioxin)，又稱二氧雜芑，是一種無色無味、毒性嚴(yán)重的脂溶性物質(zhì)，它能干擾機(jī)體的內(nèi)分泌，產(chǎn)生廣泛的健康影響，二惡英是環(huán)境污染物，屬于“12大危害物”。垃圾焚燒易帶來二次污染，其中危害嚴(yán)重的是二惡英污染。二惡英是迄今為止人類無意識合成的毒性最強(qiáng)的副產(chǎn)品，它的理化性質(zhì)穩(wěn)定，很難自然降解，對人體健康和生態(tài)環(huán)境存在著巨大的安全隱患。固體廢物焚燒是其主要產(chǎn)生源之一，據(jù)統(tǒng)計，其貢獻(xiàn)率可達(dá)到50％-80％。
生活垃圾焚燒廠煙氣中二惡英的濃度范圍約為10-4～10-6mg/m3之間，對周圍環(huán)境空氣產(chǎn)生影響，從生活垃圾焚燒爐排放出來的二惡英往往占各國二惡英排放總量的相當(dāng)大的比重，在建設(shè)生活垃圾焚燒廠或者在生活垃圾焚燒廠的運(yùn)行管理中，要注意改善生活垃圾的燃燒條件，嚴(yán)格控制二惡英的排放。
生活垃圾在焚燒過程中，二惡英的生成機(jī)理相當(dāng)復(fù)雜，至今為止國內(nèi)外的研究成果還不足以完全說明問題，已知的生成途徑可能有：
(1)生活垃圾中本身含有微量的二惡英，由于二惡英具有熱穩(wěn)定性，盡管大部分在高溫燃燒時得以分解，但仍會有一部分在燃燒以后排放出來；
(2)在燃燒過程中由含氯前體物生成二惡英，前體物包括聚氯乙烯、氯代苯、五氯苯酚等，在燃燒中前體物分子通過重排、自由基縮合、脫氯或其它分子反應(yīng)等過程會生成二惡英，這部分二惡英在高溫燃燒條件下大部分會被分解；
(3)當(dāng)因燃燒不充分而在煙氣中產(chǎn)生過多的未燃燼物質(zhì)，并遇適量的觸媒物質(zhì)(主要為重金屬，特別是銅等)及300～500℃的溫度環(huán)境，則在高溫燃燒中已經(jīng)分解的二惡英將會重新生成。
因此，在此前提下垃圾發(fā)電廠要求煙氣溫度在＞850℃的條件下于爐膛內(nèi)停留至少2s以保證二惡英分解，因此，垃圾發(fā)電廠確定其煙氣850℃/2S是否達(dá)標(biāo)，變得尤為重要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明解決的問題在于提供一種垃圾焚燒爐爐內(nèi)煙氣850℃條件下停留時間的實(shí)時測量方法，構(gòu)建焚燒爐爐內(nèi)沿爐膛高度的實(shí)時溫度場分布，確定煙道內(nèi)煙氣溫度變化梯度，并且實(shí)時修正煙氣流速，確定煙氣在850℃以上于爐膛內(nèi)停留時間，是否能夠滿足垃圾發(fā)電廠運(yùn)行下的850℃/2S排放指標(biāo)驗(yàn)證。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
一種垃圾焚燒爐爐內(nèi)煙氣850℃條件下停留時間的實(shí)時測量方法，其特征在于，包括以下操作：
1)構(gòu)建焚燒爐爐內(nèi)沿爐膛高度的實(shí)時溫度場分布：
在垃圾焚燒爐內(nèi)沿爐膛豎直煙道的高度方向設(shè)置多排煙溫測點(diǎn)，煙溫測點(diǎn)伸入爐膛深度200mm至400mm；焚燒爐爐內(nèi)實(shí)時溫度場分布沿爐膛高度為線性衰減，即爐膛下部溫度始終大于爐膛出口溫度，并可用線性函數(shù)擬合；
2)計算煙氣煙溫在垃圾焚燒爐爐內(nèi)高于850℃條件下的停留時間：
t＝ΔH/u＝(H850-H0)/u (1)
式中：
t為煙氣高于850℃條件下在爐膛內(nèi)的停留時間，s；ΔH為沿垃圾焚燒爐爐膛高度中心線方向上，爐膛底部到煙氣溫度850℃處的距離，m；u為爐膛煙氣流速，m/s；H850為爐膛煙氣溫度為850℃的位置，m；H0為計算起點(diǎn)，m：
其中，H0的確定為：若垃圾焚燒爐僅有一個燃燒室時，選擇第一煙道起始的標(biāo)高作為H0計算起點(diǎn)；垃圾焚燒爐有多個燃燒室時，將第一煙道及第二燃室的入口作為H0計算起點(diǎn)；
H850的確定為：
若豎直煙道內(nèi)只設(shè)置分別位于煙道底部及煙道頂部的兩排煙溫測點(diǎn)D1、D2，對應(yīng)的高度分別為H1和H2；底部的測點(diǎn)分別為D11、D12，所測溫度為T11、T12；頂部的測點(diǎn)分別為D21、D22，所測溫度為T21、T22；溫度滿足如下條件：
T1＞T2 (2)
T1＝(T11+T12)/2 (3)
T2＝(T21+T22)/2 (4)
當(dāng)D2點(diǎn)溫度T2大于等于850℃時，那么位于D2點(diǎn)以下的煙氣溫度均大于850℃，焚燒爐爐內(nèi)煙氣停留時間全部大于850℃，則：
H850＝H2 (5)
當(dāng)D2處的煙氣溫度小于850℃時，設(shè)煙氣溫度隨煙道內(nèi)的距離H呈線性變化，此時：
若豎直煙道內(nèi)設(shè)置有3排以上測點(diǎn)，此時采用最小二乘法擬合出煙氣高度在煙道內(nèi)隨煙氣溫度的變化曲線，則：
H850＝a+bT850 (7)
爐膛煙氣流速u通過煙氣溫度對設(shè)計煙氣流速的修正得到，采用以下兩種不同的算法分別確定：
式中：usj為爐膛煙氣流速設(shè)計值，Nm3/h；Bsj為設(shè)計負(fù)荷，t/h；Bi為實(shí)際負(fù)荷，t/h；Tsj為爐膛內(nèi)煙氣設(shè)計溫度，℃；為爐膛內(nèi)煙氣實(shí)際溫度，℃；
或：
式中：Qy為實(shí)際煙氣流量，Nm3/s；F為爐膛內(nèi)截面積，m2；
所述的煙溫測點(diǎn)的分布為：
在垃圾焚燒爐的第一煙道下部于同一標(biāo)高，左中右間隔均勻的布置3個溫度測點(diǎn)；
在第一煙道中部于同一標(biāo)高，左中右間隔均勻布置3個溫度測點(diǎn)；
在第一煙道上部于同一標(biāo)高，左中右間隔均勻布置3個溫度測點(diǎn)。
每個煙溫測點(diǎn)采用防磨熱電偶，可耐受1200℃的環(huán)境溫度，滿足焚燒爐煙氣溫度范圍。
所述的防磨熱電偶安裝時將套管一端與鍋爐爐管間的鰭片焊接，鰭片寬度不夠時進(jìn)行讓管處理，另一端焊接法蘭，長度超出爐墻保溫層。
實(shí)際煙氣流量根據(jù)燃燒風(fēng)的總量進(jìn)行計算，垃圾焚燒之后煙氣根據(jù)下式進(jìn)行計算：
Qflue＝Q0+1.0161(α-1)Q0 (14)
式中：α為過量空氣系數(shù)，一般設(shè)定為1.1；Q0為理論空氣量，Nm3/s。
實(shí)際煙氣流量Qy替換為如下方法計算：
Qy＝Q1+Q2 (15)
式中：Q1為一次風(fēng)流量，Nm3/s；Q2為二次風(fēng)流量，Nm3/s。
在機(jī)組運(yùn)行時，分布式控制系統(tǒng)DCS實(shí)時采集煙溫測點(diǎn)的測量值，在DCS畫面上展示并同步發(fā)送數(shù)據(jù)至電廠的SIS系統(tǒng)，SIS系統(tǒng)接受DCS傳來的數(shù)據(jù)后，在SIS系統(tǒng)的實(shí)時服務(wù)器存儲并將數(shù)據(jù)傳至計算服務(wù)器，在計算服務(wù)器中實(shí)時計算煙氣在溫度高于850℃時的停留時間t和低于850℃的位置，并實(shí)時展現(xiàn)在SIS頁面的生產(chǎn)過程中；在SIS頁面中實(shí)時監(jiān)控，監(jiān)測煙氣在爐膛內(nèi)滿足850℃溫度條件下的停留時間以滿足環(huán)保要求。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：
本發(fā)明在垃圾焚燒爐內(nèi)沿爐膛豎直煙道的高度方向設(shè)置多排煙溫測點(diǎn)，煙溫測點(diǎn)可采用防磨熱電偶，構(gòu)建焚燒爐爐內(nèi)沿爐膛高度的實(shí)時溫度場分布，線性度好，熱電動勢較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和均勻性較好，滿足大型焚燒爐爐膛出口高溫?zé)煔猸h(huán)境下煙氣溫度的長期可靠測量(大于6個月)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)立體測量爐膛出口和第一煙道內(nèi)高溫?zé)煔鉁囟葓觥?/p>
本發(fā)明不需要再對鍋爐負(fù)荷進(jìn)行計算，通過鍋爐第一煙道的鍋爐溫度分布曲線，擬合做線性化處理，確定煙氣溫度在溫度降低至850℃時所達(dá)到高度，較真實(shí)的反應(yīng)煙氣流動距離。
附圖說明
圖1是焚燒爐第一煙道煙溫測量系統(tǒng)測點(diǎn)位置示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。
一種垃圾焚燒爐爐內(nèi)煙氣850℃條件下停留時間的實(shí)時測量方法，包括以下操作：
1)構(gòu)建焚燒爐爐內(nèi)沿爐膛高度的實(shí)時溫度場分布：
在垃圾焚燒爐內(nèi)沿爐膛豎直煙道的高度方向設(shè)置多排煙溫測點(diǎn)，煙溫測點(diǎn)伸入爐膛深度200mm至400mm；焚燒爐爐內(nèi)實(shí)時溫度場分布沿爐膛高度為線性衰減，即爐膛下部溫度始終大于爐膛出口溫度，并可用線性函數(shù)擬合；
具體的：在鍋爐第一煙道加裝9個煙溫測點(diǎn)(建議在鍋爐制造時預(yù)留)，測點(diǎn)分布為：第一煙道下部于同一標(biāo)高，分左中右布置3個溫度測點(diǎn)，第一煙道中部于同一標(biāo)高，分左中右布置3個溫度測點(diǎn)，第一煙道上部于同一標(biāo)高，分左中右布置3個溫度測點(diǎn)，每個煙溫測點(diǎn)采用8mm直徑的防磨熱電偶，保護(hù)管直徑16mm，該直徑熱電偶可耐受1200℃的環(huán)境溫度，滿足焚燒爐煙氣溫度范圍。
安裝時使用Φ40×5mm的套管一端與鍋爐爐管間的鰭片焊接(鰭片寬度不夠時可進(jìn)行讓管處理)，另一端焊接法蘭，長度適當(dāng)超出爐墻保溫層。套管的主要作用是穿過鍋爐爐墻保溫，避免高溫的熱電偶保護(hù)管與保溫層接觸，外側(cè)焊接法蘭，支撐固定熱電偶。防磨熱電偶插入套管后用法蘭與套管連接固定，其進(jìn)入爐膛深度不低于300mm。
2)計算煙氣煙溫在垃圾焚燒爐爐內(nèi)高于850℃條件下的停留時間：
t＝ΔH/u＝(H850-H0)/u (1)
式中：
t為煙氣高于850℃條件下在爐膛內(nèi)的停留時間，s；ΔH為沿垃圾焚燒爐爐膛高度中心線方向上，爐膛底部到煙氣溫度850℃處的距離，m；u為爐膛煙氣流速，m/s；H850為爐膛煙氣溫度為850℃的位置，m；H0為計算起點(diǎn)，m。
下面給出各參數(shù)的確定過程：
其中，H0的確定為：若垃圾焚燒爐僅有一個燃燒室時，選擇第一煙道起始的標(biāo)高作為H0計算起點(diǎn)；垃圾焚燒爐有多個燃燒室時，將第一煙道及第二燃室的入口作為H0計算起點(diǎn)；
H850的確定為：
若豎直煙道內(nèi)只設(shè)置分別位于煙道底部及煙道頂部的兩排煙溫測點(diǎn)D1、D2，對應(yīng)的高度分別為H1和H2；底部的測點(diǎn)分別為D11、D12，所測溫度為T11、T12；頂部的測點(diǎn)分別為D21、D22，所測溫度為T21、T22；溫度滿足如下條件：
T1＞T2 (2)
T1＝(T11+T12)/2 (3)
T2＝(T21+T22)/2 (4)
當(dāng)D2點(diǎn)溫度T2大于等于850℃寸，那么位于D2點(diǎn)以下的煙氣溫度均大于850℃，焚燒爐爐內(nèi)煙氣停留時間全部大于850℃，則：
H850＝H2 (5)
當(dāng)D2處的煙氣溫度小于850℃時，設(shè)煙氣溫度隨煙道內(nèi)的距離H呈線性變化，此時：
若豎直煙道內(nèi)設(shè)置有3排以上測點(diǎn)，此時采用最小二乘法擬合出煙氣高度在煙道內(nèi)隨煙氣溫度的變化曲線，則：
H850＝a+bT850 (7)
爐膛煙氣流速u通過煙氣溫度對設(shè)計煙氣流速的修正得到，采用以下兩種不同的算法分別確定：
式中：usj為爐膛煙氣流速設(shè)計值，Nm3/h；Bsj為設(shè)計負(fù)荷，t/h；Bi為實(shí)際負(fù)荷，t/h；Tsj為爐膛內(nèi)煙氣設(shè)計溫度，℃；為爐膛內(nèi)煙氣實(shí)際溫度，℃；
或：
式中：Qy為實(shí)際煙氣流量，Nm3/s；F為爐膛內(nèi)截面積，m2；
實(shí)際煙氣流量根據(jù)燃燒風(fēng)的總量進(jìn)行計算，垃圾焚燒之后煙氣根據(jù)下式進(jìn)行計算：
Qflue＝Q0+1.0161(α-1)Q0 (14)
式中：α為過量空氣系數(shù)，一般設(shè)定為1.1；Q0為理論空氣量，Nm3/s。
按照上述公式，在不同條件下計算出煙氣在溫度降低至850℃時于爐膛內(nèi)停留時間t。
在實(shí)際工程應(yīng)用中實(shí)際煙氣流量Qy也可采用如下方法計算：
Qy＝Q1+Q2 (15)
式中：Q1為一次風(fēng)流量，Nm3/s；Q2為二次風(fēng)流量，Nm3/s。
進(jìn)一步的，將改測量方法與監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行以下結(jié)合：
機(jī)組運(yùn)行時，分布式控制系統(tǒng)DCS實(shí)時采集熱電偶測量值，在DCS畫面上展示并同步發(fā)送數(shù)據(jù)至電廠的SIS系統(tǒng)，SIS系統(tǒng)接受DCS傳來的數(shù)據(jù)后，在SIS系統(tǒng)的實(shí)時服務(wù)器存儲并將數(shù)據(jù)傳至計算服務(wù)器，在計算服務(wù)器中實(shí)時計算煙氣在溫度高于850℃時的停留時間t和低于850℃的位置，并實(shí)時展現(xiàn)在SIS頁面的生產(chǎn)過程中。
本發(fā)明不需要再對鍋爐負(fù)荷進(jìn)行計算，通過鍋爐第一煙道的鍋爐溫度分布曲線，擬合做線性化處理，確定煙氣溫度在溫度降低至850℃時所達(dá)到高度，較真實(shí)的反應(yīng)煙氣流動距離。
以上給出的實(shí)施例是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明較優(yōu)的例子，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的技術(shù)特征所做出的任何非本質(zhì)的添加、替換，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。