高水分垃圾焚烧热回收和烟气净化系统的合理布置

3.1计算的初始化条件
为方便计算，对一些参数作了假定：
(1)烟气成分假定只有三原子气体、氮气、氧气、水蒸汽，其他成分忽略。
(2)垃圾燃烧生成的固体废物包括飞灰和炉渣两部分，根据垃圾厂实际运行经验，飞灰一般占固体废物总量的10%左右，而炉渣(包括受热面下面收集的灰)占固体废物总量的90%左右。
(3)根据实际运行经验，人为取过量空气系数随垃圾水分变化的规律如图2所示。

图2过量空气系数α及每小时消耗的总空气量随垃圾应用基水分的变化

图3干燥所消耗的烟气Π空气与总烟量Π风量之比随垃圾应用基水分的变化
3.2主要参数的计算方法
3.2.1输入热量项
垃圾的应用基低位发热量Qydw和助燃空气带入热量Qr，k，根据已知条件和假定条件按文献[1][2]的有关公式计算，过量空气系数从图2中取用。垃圾的物理热忽略不计。
3.2.2输出热量项
有常规的6项即有效利用热Q1、烟气排放热损失Q2、化学不完全燃烧热损失Q3、机械不完全燃烧热损Q4、散热损失Q5和灰渣热损失及冷却热损失Q6，它们均按文献[2]中的常规公式或图表计算，Q1用反平衡法求出。化学不完全燃烧热损失Q3很小可以忽略，散热损失Q5按文献[2]中的推荐值取1.5%。
3.2.3排烟热损失Q2的定义
按照图1中热平衡系统的划分，统一定义省煤器出口的烟气所对应的焓值为排烟热损失Q2，并设定其排烟出口温度在240～250℃；当采用烟道式空气预热器时，设定空气预热器排出烟气的温度在240～250℃(对应半干法烟气净化要求的进口温度)。
3.2.4机械不完全燃烧热损失Q4
包括飞灰中的未燃尽碳和炉渣中的未燃尽碳所含有的发热量。飞灰、炉渣的产生量和未燃尽碳含量之间有平衡式：

式中B——每小时燃烧的垃圾质量；
Ghz和Gfh——分别是每小时炉渣和飞灰中的产量。
根据前面的飞、渣比例假定。即有：
Gfh=0.1×(Ghz+Gfh)。
式中Rhz和Rfh——分别是炉渣和飞灰中的未燃尽碳含量。
实际测量发现，飞灰中未燃尽碳的含量Rfh基本稳定在2%～3%，因此计算中假定Rfh=2.5%。渣中残碳Rhz会随垃圾热值、应用基水分Wy和炉排机械燃烧强度(单位时间、单位面积炉排上燃尽的垃圾量)的变化而改变，为了模拟Rfh与低位热值的变化关系，在实验室里改变垃圾样品的含水率，在850℃的实验炉中对堆积为400mm厚度的垃圾式样进行模拟焚烧1.5h，测量灰渣的烧失量，并参考垃圾焚烧厂的灰渣烧失量的运行记录数据，可模拟出Rhz垃圾热值按下述规律变化：

而真实排渣量占进炉垃圾的比例可由应用基灰分Ay和灰、渣含碳量的平衡关系推算得出。
3.2.5焚烧炉净热效率η

当用蒸汽预热空气，Qq是预热空气所用去的蒸汽的焓与给水焓的差值。不用蒸汽预热空气时Qq=0。
3.2.6有效产汽量ε
定义ε为有效产汽量，代表每千克干垃圾所产生的可供发电或除空预器以外的供热所对应的蒸汽量，它可近似代表进入焚烧炉的总量垃圾所能产生的经济效益。

式中Iq——生成的过热蒸汽的焓；
Igs——给水焓。
为简化和使比较效果更明显起见，计算热效率时以进入焚烧厂的垃圾量不变为基准，此时对应的炉膛体积热负荷和炉排热负荷稍增。为了方便计算，用Visualbasic6.0编制了相应的计算程序。
4计算结果分析
4.1空气预热方案对焚烧系统热效率及系统布置的影响
表3空气预热方案对系统热效率等的影响

对方案“一”、“二”所代表的系统热平衡计算结果如表3所示。由表3可以看出，在它条件完全相同的条件下，在烟道尾部布置用烟气预热助燃空气的受热面，对应的热效率比用蒸汽预热空气的情况要高，特别是有效利用的蒸汽量ε这个表征效益的指标更高。但在此时计算出的空气预热器的低温端(冷空气进入端)壁面温度在100℃～150℃左右，有可能低于烟气露点，因此如果采用烟气预热冷空气，必须配合布置高温段烟气净化系统降低烟气中酸性气体的浓度，从而防止尾部结露。
4.2垃圾干燥对系统布置的影响