一种垃圾焚烧炉的阀门开度调节方法与流程

本发明涉及垃圾处理领域，特别是涉及一种垃圾焚烧炉的阀门开度调节方法。

背景技术：

垃圾焚烧炉是焚烧生活垃圾并产生热量的设备，一般与余热锅炉进行连接，在焚烧处理生活垃圾的同时进行发电。生活垃圾相比于普通燃料，其水分含量较大，在焚烧炉燃烧室中燃烧时，一般先经过干燥段进行干燥和预热，再进入燃烧段进行燃烧，未燃烧充分的垃圾残渣在接下来的燃尽段进行充分焚烧。生活垃圾燃烧时所需的一次风经由母管分配至干燥风分支管、燃烧风分支管和燃尽风分支管，与此对应分别进入燃烧室的干燥段、燃烧段和燃尽段，满足各段对一次风量的需求。垃圾焚烧炉在实际运行过程中，为了达到较好的燃烧效果，需要根据不同的垃圾热值和燃烧情况，设定和控制一次风总量和一次风流量在干燥段、燃烧段和燃尽段的分配比例。

垃圾焚烧炉通常在干燥风分支管、燃烧风分支管和燃尽风分支管上分别设置开度可调的阀门，现场运行人员根据自身运行经验设置阀门的开度组合，实现当前燃烧所需的一次风流量分配比例。在运行实践中，对于一次风流量的分配比例，不同班组的运行人员通常会根据自身经验形成不同的阀门开度组合的经验值，实现同一设定的一次风流量分配比例。现场运行人员对阀门开度组合的进行控制的方法，一般将各个阀门的开度设定在中间的某一位置，只关注实现当前燃烧所需的一次风流量分配比例，而忽视了阀门开度对流动阻力的影响。在垃圾焚烧炉的长期运行过程中，上述阀门开度控制方法会造成能源的浪费并加速风机的损耗耗。

技术实现要素：

本发明的目的是要提供一种可以实现垃圾焚烧炉的各阀门最优开度调节的方法。

特别地，本发明提供一种垃圾焚烧炉的阀门开度调节方法，包括如下步骤：

步骤100，获取向燃烧室输送一次风的各个子管上的阀门在不同开度下的管路特性曲线；

步骤200，根据一次风总流量和各个子管的流量分配比例，确定各个子管的流量，并以流量线的方式分别表示在各子管的管路特性曲线构成的管路特性曲线图中；

步骤300，确定每个子管的阀门在百分百开度时与其管路特性曲线的交点，依据此交点分别做垂直于y轴的直线，其中在y轴上最大值的直线与各子管的管路特性曲线的交点，即为当前各子管上阀门的优化开度组合。

在本发明的一个实施方式中，所述步骤100中的管路特性曲线由压头损失δp和流量qv之间的函数关系形成。

在本发明的一个实施方式中，在步骤300中，如其它的交点不位于其管路特性曲线上时，则可以通过两条临近曲线差值的方法确定该交点所代表的开度值。

在本发明的一个实施方式中，所述开度值的计算方法如下：

其中，a、b分别为穿过该交点的支管流量线与相邻两条管路特性曲线的交点，k为阀门开度值，l表示线段长度。

在本发明的一个实施方式中，所述的垃圾焚烧炉包括：

燃烧炉，用于焚烧垃圾，依次分为干燥段、燃烧段和燃尽段；

母管，向所述燃烧炉提供一次风，连接有风机；

支管，用于连通所述母管和所述燃烧炉，包括与所述干燥段连通的干燥支管，与所述燃烧段连通的燃烧子管，与所述燃尽段连通的燃尽子管，在每个子管上分别安装有控制风量的阀门。

本发明可以在保证实现一次风量在各个子管间分配比例的前提下，将各个阀门开度设置在当前分配比例下的允许的最大值，最大限度地降低各个阀门处产生的节流损失，降低风机的负荷，节约能源。

此外，本发明可以为现场运行人员提供在各个流量分配比例设定值下，阀门开度组合调节的最优情况和调节目标，并且给出了对于不同班组的运行人员根据自身运行经验各自形成的阀门开度组合孰优孰劣的判别依据。

附图说明

图1是本发明一个实施方式的垃圾焚烧炉结构示意图；

图2是本发明一个实施方式的阀门开度调节方法流程图；

图3是图1中各子管的管路特性曲线示意图；

图4是现有技术中阀门开度组合调节示意图；

图5是本发明一个实施方式中阀门开度调节示意图；

图6是本发明一个实施方式的阀门开度状态示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一个实施方式的阀门开度调节方法所涉及的垃圾焚烧炉一般性地包括燃烧炉1、母管2和支管3。

该燃烧炉1用于焚烧垃圾，根据对垃圾的处理温度不同，依次分为干燥段、燃烧段和燃尽段。

该母管2用于向燃烧炉1提供一次风，一次风来自连接的变频风机4。

该支管3用于连通母管2和燃烧炉1，分别包括与干燥段连通的干燥子管31，与燃烧段连通的燃烧子管32，和与燃尽段连通的燃尽子管33，在干燥子管31、燃烧子管32和燃尽子管33上分别安装有控制各子管进入燃烧炉1内风量的阀门5。

在运行时，变频风机4根据母管2的总流量信号控制变频风机4的转速，使母管2中的一次风总流量保持在设定值，通过调节干燥子管31、燃烧子管32和燃尽子管33上各阀门5的开度，使母管2中的一次风按照设定的流量比例在各子管之间进行分配，然后进入燃烧炉1的不同位置。

其中，各子管上的阀门5中，至少有一个阀门5的开度是全开状态(100％)，对应此状态下其它两个阀门5的流量分配比例，即是当前燃烧炉1的各子管节流损失最小的阀门优化开度组合。

如图2所示，在本发明的一个实施方式中，提供一种前述垃圾焚烧炉的阀门开度调节方法，包括如下步骤：

步骤100，获取向燃烧室输送一次风的各个子管上的阀门在不同开度下的管路特性曲线；

管路特性曲线可通过实验测量的方式由各子管的压头损失δp(y轴)和流量qv(x轴)之间的函数关系用曲线表达出来。

根据流体力学的知识，压头损失δp和流量qv满足关系式：δp＝kqv²，即压头损失δp和流量qv的平方成正比，其中k称为管路的综合阻力系数，与管路的局部阻力和沿程阻力等多种因素有关。随着阀门开度的变化，k值也相应改变，因此对于每个子管的不同开度各得到了一组管路特性曲线。如图3的(a)、(b)、(c)分别示出干燥子管31、燃烧子管32和燃尽子管33的管路特性曲线图。

步骤200，根据一次风总流量和各个子管的流量分配比例，确定各个子管的流量，并以流量线的方式分别表示在各子管的管路特性曲线构成的管路特性曲线图中；

如图4所示，对于各个子管的某一特定流量，如干燥子管31的流量qv1，沿着该流量在图4中对应的虚线从下往上，阀门开度逐渐减小，对应的压头损失迅速增加。与燃烧炉1连接的干燥子管31、燃烧子管32、燃尽子管33可视为并联管路，根据流体力学的知识，各并联管路的压头损失相等。即，无论母管2的总流量和各子管的阀门开度如何变化，各个子管的压头损失总是相同的。因此，在各子管的管路流量线示意图中作一条垂直于y轴(压头损失)的水平虚线，该虚线与上述流量qv1、qv2和qv3所确定的三条垂直于x轴(流量)的虚线的交点所代表的开度值，即为对应于所设定的干燥子管流量qv1、燃烧子管流量qv2和燃尽子管流量qv3工况的一组开度组合。

根据上述的方法。对于设定的各子管流量的一个工况，可以作出多条垂直于y轴的水平虚线，其与qv1、qv2和qv3所确定的三条垂直于x轴的虚线的每一组交点，分别对应一种阀门开度组合。即对于同一工况，存在着多种开度组合，均可以实现所设定的各分支管流量，它们的区别在于不同的压头损失。

如图5所示，上述作出的多条垂直于y轴的水平虚线在y轴上对应于不同的δp。现场运行人员根据自身经验所确定的对于某一流量分配比例的一种阀门开度组合，在图5中即对应着一组交点所代表的开度值组合。

步骤300，确定每个子管的阀门在百分百开度时与其管路特性曲线的交点，依据此交点分别做垂直于y轴的直线，其中在y轴上最大值的直线与各子管的管路特性曲线的交点，即为当前各子管上阀门的优化开度组合。

在图4的基础上，确定上述三条竖直虚线与各个分支管100％开度所对应的管路特性曲线的交点。过这三个交点分别作垂直于y轴的水平线，这三条水平线在y轴上对应着不同的压头损失值δp1、δp2和δp3。δp1、δp2和δp3中的最大值所对应的水平线，与分别代表各个子管流量qv1、qv2和qv3的三条竖直虚线的一组交点所代表的开度值，即得到在设定的一次风总流量和子管流量分配比例下，各阀门开度组合的最优值。

如在图5的示例中，δp2对应的水平实线与分别代表各个子管流量qv1、qv2和qv3的三条竖直虚线的一组交点所代表的开度值，即为此工况下各阀门开度组合的最优值。

从图5的示例中可以看出，在该工况所设定的一次风总流量和分支管流量分配比例下，三条水平线所对应的压头损失值存在δp2>δp3>δp1的大小关系。由图4可得，δp2对应的水平实线与代表各个分支管各自的流量qv1、qv2和qv3的三条竖直虚线的三个交点所代表的开度值分别为：20％，100％，40％。即燃烧子管32的阀门5的开度达到全开状态，而干燥子管31的阀门5的开度为20％，燃尽子管33的阀门5的开度为40％。根据上述分析可知，这个阀门开度组合即可以实现设定的一次风总流量和各子管流量分配比例，又满足了保证三个阀门中至少有一个阀门处于全开状态的调节要求。

本实施方式在设定的一次风总流量和分支管流量分配比例下，确定的各子管阀门开度组合是所有可行的阀门开度组合中，节流损失最小的，有利于降低风机负荷，节约能源。

在本发明的一个实施方式的，压头损失相比于δp2较小的δp3对应的水平虚线与代表燃尽子管33的流量qv3的竖直虚线的交点虽然也为100％开度，但是其与代表燃烧子管32的流量qv2的竖直虚线的交点却位于燃烧子管32的100％开度对应的管路特性曲线的右下方，这意味着为了实现设定的一次风总流量和各子管流量分配比例，需要将燃烧子管32的阀门开度设置到大于100％开度的位置，这是不可实现的，因此这一组开度组合不存在。压头损失更小的δp1对应的水平虚线也存在同样的问题。因此，低于步骤300所确定的δp2对应的水平实线的开度组合是不可实现的。

而在δp2对应的水平实线之上所作的水平线，虽然可以实现，但是其压头损失δp大于δp2，相比于δp2对应的水平实线所确定的阀门开度组合会造成额外的节流损失。

进一步地，在本发明的一个实施方式中，若步骤300中δp2对应的水平实线与代表各个子管各自的流量qv1、qv2和qv3的三条竖直虚线的三个交点当中出现不位于图4中显示的管路特性曲线上的情况时，则可以通过两条临近曲线差值的方法确定该交点所代表的开度值。如图6所示，δp2对应的水平实线与代表流量qv1的竖直虚线的交点c不位于管路特性曲线上。代表流量qv1的竖直虚线与交点c临近的两条管路特性曲线分别交于点a和点b。用k来表示阀门开度值，l表示线段长度，则交点c代表的阀门开度值kc可以用下面的差值方法来确定：

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。