一种垃圾焚烧炉第一烟道烟气主控温度的测算方法与流程
本发明涉及城市生活垃圾焚烧技术领域，特别是涉及一种垃圾焚烧炉第一烟道烟气主控温度的测算方法。
背景技术：
二噁英类物质英文名为dioxin，指的是分子结构、物理性质和化学性质相似的一类平面芳烃类化合物的统称，共有210种物质。二噁英具有高亲脂性,进入人体后即积存在脂肪中。另外,它与土壤或其它颗粒物质之间也容易形成强键,一旦造成污染,极不容易清除，因此具有高度的持久性和累积性，并且可通过食物链的放大对人类造成严重的危害。
二噁英一般为白色晶体，熔点为302℃～305℃，500℃时开始分解，800℃时在2s内完全分解。二噁英类物质是垃圾焚烧发电过程主要监控的污染物，由于生活垃圾产生的途径不同，垃圾成分复杂，有的垃圾产生过程中会生成二噁英，有文献显示生活垃圾中含有二噁英约0.03-0.1ngteq/kg，这部分二噁英在高温焚烧阶段不能彻底分解，将进入后部烟气中。国内外现有在线监测技术尚未实现二噁英类物质的在线监测，环境监测一般采用定期取样检测的方式。
国内外研究表明只有满足主控温度（烟气温度大于850℃，停留时间大于2s），流场充分扰动的前提下才能保证二噁英类物质的充分分解。现有的主控温度监测技术，大部分往往只监测烟气停留时间到达2s时的温度。虽然有技术提出了对烟气温度在850℃时实际停留时间的计算方法进行研究，但是没有充分考虑典型垃圾焚烧炉的实际物理结构、炉膛温度分布，导致实际计算的停留时间偏小，甚至难以达到理论停留时间，从而难以保证二噁英类物质的有效控制。
同时，按照现有环保政策,现有技术计算起点的选择存在一定错误,烟气流速也没有通过实际真实烟气量与烟道有效容积进行计算,因此难以满足现行环保政策的要求。
技术实现要素：
本发明解决技术问题采用的技术方案是，一种垃圾焚烧炉第一烟道烟气主控温度的测算方法，包括以下步骤：
第一，确定计算主控温度的计算起点即零标高h0位置，
按照环保规定，h0应为末次二次风（焚烧炉设置的最高一层二次风）喷入口位置；
第二，指定各温度监测断面并分别测算其对应的炉膛断面温度，进一步了解炉膛温度分布，以垃圾焚烧炉末次二次风断面开始，由低向高分别设置不同标高的温度监测断面，包括标高为h0的第0温度监测断面（末次二次风喷入口断面），标高为h顶的顶棚温度监测断面（位于最上层的温度监测断面）以及标高在h0与h顶之间的若干温度监测断面；
第三，测算第一烟道烟气温度达到850℃时的烟气停留时间t850，
t850=
式中t850为第一烟道烟气达到850℃的停留时间，单位为s（秒）；
h0为标高原点（起算点，对应第0温度监测断面）；
h1为后燃室出口标高（对应第一温度监测断面）；
h850为第一烟道烟气温度达到850℃时烟气的标高，单位为m（米）；
dh为计算起点h0至h850的高度差，单位为m（米）；
dh0为起算点标高h0至后燃烧室出口标高h1之间的高度差,单位为m（米）；
dh1为h850至后燃烧室出口标高h1之间的高度差,单位为m（米）；
t1为起算点至后燃烧室出口内的烟气停留时间，单位为s（秒）；
t2为烟气在第一烟道中的停留时间,单位为s（秒）；
v2为h850至后燃烧室出口的第一烟道烟气平均流速，单位为m/s（米/秒）；
第四，测算第一烟道主烟气温度达到850℃时烟气的高度h850，通过各监测断面的平均校正温度tnc，利用线性化近似的原理，采用插值法进行简化计算，
从标高原点h0（起算点）开始，由下至上各断面校正后平均温度tnc分别和850℃进行判断，当某一断面校正后平均温度小于850℃时，由该温度监测断面与下一层温度监测断面确定h850的具体位置，其中，tnc为某温度监测断面校正后平均温度，如，标高为h0的第0温度监测断面校正后平均温度t0c，标高为h1的第一温度监测断面校正后平均温度t1c，……,直至标高为h顶的第一烟道顶棚温度监测断面校正后平均温度t项c（最上一层的温度监测断面），
当t1c≤850℃时，此时属于焚烧炉启动低负荷阶段：
h850=
式中t0c、t1c分别为二次风喷入口、第一监测断面的平均校正温度，单位为℃，
当t次顶c＞850℃时，此时属于焚烧炉超负荷阶段，其中t次顶c为第一烟道次顶棚温度监测断面（次顶棚温度监测断面为最上一层温度监测断面往下的第一个断面），
h850=
式中t次顶c、t顶c分别为第一烟道次顶棚的平均校正温度、第一烟道顶棚的平均校正温度，单位为℃，
当t850介于t1c与t次顶c之间时，采用前述原则，由相邻断面的平均校正温度确定h850，
第五，测算实际烟气流量及流速，
第六，测算第一烟道烟气运行2秒之后的实际高度h2s以及主控温度t2s，
h2s=
由h2s确定由于计算t2s的两个相邻温度断面，并利用线性插值方法计算得出，
t2s=
式中tncl为主控温度所在温度区域下部断面平均校正温度，单位为℃；tnch为主控温度所在温度区域上部断面平均校正温度，单位为℃；hh和hl分别为主控温度所在温度区域上、下断面的高度，单位为m。
本发明优选方案，在所述第二步骤中，在前述各温度监测断面还分别对应地设置温度探测装置，具体地，在各个断面的焚烧炉左、右侧墙和前墙分别设置一支温度计进行温度监测，tni代表各温度监测断面的监测点温度（其中，n代表第n温度监测断面，i=1,2,3），t01、t02、t03分别代表设置在第0温度监测断面的左、右侧墙和前墙的监测温度；t11、t12、t13分别代表设置在第一温度监测断面的左、右侧墙和前墙的监测温度；t顶1、t顶2、t顶3分别代表设置在第一烟道顶棚温度监测断面的左、右侧墙和前墙的监测温度。
本发明优选方案，在所述第四步骤中，所述温度测量装置为高温防腐耐磨k/s型热电偶，插入深度为500mm，考虑到热电偶测量的温度只能代表安装位置附近侧壁的温度，各断面真实的平均温度需要进行校正，tnc为校正后各断面的平均温度，t0c为第0临测断面的校正平均温度，t1c为第一临测断面的校正平均温度，t顶c为第一烟道顶棚温度监测断面的校正平均温度，
tnc=
式中qs为垃圾焚烧炉实际蒸发量，t/h；qn为垃圾焚烧炉额定蒸发量，t/h；a、b为无量纲负荷修正系数，依据焚烧炉定期性能试验校核；
本发明优选方案，在所述第五步骤中，第一烟道实际烟气流量可以通过参与焚烧炉焚烧过程的所有助燃风总量进行计算：
qs=
式中qs为第一烟道总烟气量，单位为nm³/h（标立方米每小时）；qpri、qsec、qpur、qlea1、qbur分别代表焚烧炉一次风总量、二次风总量、各类吹扫风总量、焚烧系统漏风、燃烧器燃烧产生的烟气量，单位为nm³/h；k为无量纲烟气系数，反应过程空气系数带来的影响，一般为1.1～1.192之间，通过性能实验定期对上述总风量校正，
本发明优选方案，在所述第五步骤中，第一烟道实际烟气流量也可以采用布置在烟气流程后端的烟气风量测量装置进行计算：
qs=
式中qs为第一烟道总烟气量，nm³/h；qyan、qlea2分别代表烟气流程后端总烟气量、烟气流程后端总漏风量，nm³/h；c为无量纲修正系数，反应烟气流程后端排放总量与第一烟道烟气总量的关系，通过性能实验定期对上述总风量校正，
起算点至后燃烧室出口内的烟气停留时间t1：
t1=
式中v1为起算点h0至后燃烧室出口h1之间的后燃室体积，单位为m³；qsj为标况湿基流量（标准工况下湿烟气流量）；d为无量纲烟气压力修正系数，自动控制下，一般取1.0028，
后燃烧室出口至第一烟道烟气温度达到850℃的停留时间t2：
t2=
式中s为第一烟道断面的横截面积，单位为㎡。
本发明提示，利用分散控制系统（dcs）实时采集炉膛各断面温度、助燃总风量等参数，利用动态可视化技术，在焚烧炉膛监控画面制作h850动态显示单元，实施显示相关停留时间，便于运行及时调整焚烧工况，保证二噁英类物质的排放控制。
所述炉膛温度动态显示技术易于通过dcs控制系统部署，并获得良好的动态显示效果。指定温度断面平均温度的计算有利于指导炉内脱硝（sncr）的科学运行。
本发明的有益效果：本发明提出的一种垃圾焚烧炉第一烟道烟气主控温度的动态显示技术，能够充分结合焚烧炉物理构造、烟气真实流速以及炉膛温度段面的平均温度，实时反映焚烧炉烟气温度达到850℃时，真实的停留时间和烟气高度，有利于运行人员及时调整焚烧，保证二噁英类物质的充分分解。
附图说明
图1、图2及图3为本发明提出的第一个实施例的结构示意图。其中，图1为垃圾焚烧炉第一烟道结构示意图，图2为垃圾焚烧炉第一烟道各监测断面标高示意图，图3为第一烟道监测断面温度计布置图。
图中
1.炉膛，
2.第一烟道，2a顶棚，2.0标高为h0的第0温度监测断面（末次二次风喷入口断面），2.1标高为h1的第一温度监测断面（后燃烧室出口），2.2标高为h2的第二温度监测断面，2.3标高为h3的第三温度监测断面，2.4标高为h顶的顶棚温度监测断面（即最顶层的第四温度监测断面），2.5标高为h2秒的烟气停留2秒时温度监测断面，2.6标高为h850℃的烟气达到850℃的温度监测断面，
3.二次风风机，
4.二次风管道，
5.1左侧墙温度计，5.2右侧墙温度计，5.3前墙温度计。
具体实施方式
图1、图2及图3为本发明提出的第一个实施例的结构示意图。其中，图1为垃圾焚烧炉第一烟道结构示意图，图2为垃圾焚烧炉第一烟道各监测断面标高示意图，图3为第一烟道监测断面温度计布置图。
本例中，一种垃圾焚烧炉第一烟道烟气主控温度的测算方法，包括以下步骤：
第一，确定计算主控温度的计算起点即零标高h0，
按照环保规定，h0应为末次二次风（焚烧炉设置的最高一层二次风）喷入口位置。
第二，指定各温度监测断面并分别测算其对应的炉膛断面温度，进一步了解炉膛温度分布。图2显示，本例中，以垃圾焚烧炉末次二次风断面开始，由低向高总共设置五个不同标高的温度监测断面，包括标高为h0（零标高）的第0温度监测断面2.0（末次二次风喷入口断面），标高为h1的第一温度监测断面2.1（后燃烧室出口），标高为h2的第二温度监测断面2.2，标高为h3的第三温度监测断面2.3及标高为h顶的顶棚温度监测断面2.4（即位于最顶层的第四温度监测断面）。
本例中，在各温度监测断面分别对应地设置温度探测装置；如图3所示，在各个断面的焚烧炉左、右侧墙和前墙分别设置一支温度计进行温度监测，tni代表各监测断面的监测点温度，其中，n=0，1，2，3，4（代表第0温度监测断面至第四温度监测断面），i=1,2,3（分别代表左、右侧墙及前墙监测温度），t01、t02、t03分别代表设置在第0温度监测断面的左、右侧墙及前墙的监测温度；t11、t12、t13分别代表设置在第一温度监测断面的左、右侧墙及前墙的监测温度；t41、t42、t43分别代表设置在第一烟道顶棚温度监测断面的左、右侧墙及前墙的监测温度。
第三，测算第一烟道烟气温度达到850℃时的烟气停留时间t850，
t850=
式中t850为第一烟道烟气达到850℃的停留时间，单位为s（秒）；
h0为标高原点即零标高（起算点，对应第0温度监测断面）；
h1为后燃室出口标高（对应第一温度监测断面）；
h850为第一烟道烟气温度达到850℃时烟气的标高，单位为m（米）；
dh为计算起点h0至h850的高度差，单位为m（米）；
dh0为起算点标高h0至后燃烧室出口标高h1之间的高度差,单位为m（米）；
dh1为h850至后燃烧室出口标高h1之间的高度差,单位为m（米）；
t1为起算点至后燃烧室出口内的烟气停留时间，单位为s（秒）；
t2为烟气在第一烟道中的停留时间,单位为s（秒）；
v2为h850至后燃烧室出口的第一烟道烟气平均流速，单位为m/s（米/秒）；
第四，测算第一烟道主烟气温度达到850℃时烟气的高度h850，通过各监测断面的平均校正温度tnc，利用线性化近似的原理，采用插值法进行简化计算。
本例中，从标高原点h0（起算点）开始，由下至上总共设置五个温度监测断面，即第0温度监测断面至第四温度监测断面，其中第四温度监测断面即第一烟道顶棚温度监测断面（标高为h4）。各断面校正后平均温度tnc分别和850℃进行判断，当某一断面校正后平均温度小于850℃时，由该温度断面与下一层温度断面确定h850的具体位置。其中，tnc为某监测断面校正后平均温度，即，标高为h0的第0监测断面平均校正温度t0c，标高为h1的第一监测断面平均校正温度t1c，……,直至标高为h4的第一烟道顶棚温度监测断面平均校正温度t4c,
本例中，所述温度测量装置为高温防腐耐磨k/s型热电偶，插入深度为500mm，考虑到热电偶测量的温度只能代表安装位置附近侧壁的温度，各断面真实的平均温度需要进行校正，tnc为校正后各断面的平均温度，t0c为第0临测断面的校正平均温度，t1c为第一临测断面的校正平均温度，t顶c为第一烟道顶棚温度监测断面的校正平均温度，
tnc=
式中qs为垃圾焚烧炉实际蒸发量，t/h；qn为垃圾焚烧炉额定蒸发量，t/h；a、b为无量纲负荷修正系数，依据焚烧炉定期性能试验校核；
当t1c≤850℃时，此时属于焚烧炉启动低负荷阶段：
h850=
式中t0c、t1c分别为二次风喷入口、第一监测断面的平均校正温度，单位为℃，
当t3c＞850℃时，此时属于焚烧炉超负荷阶段，其中t3c为第三温度监测断面平均校正温度，
h850=
式中t3c、t4c分别为第三监测断面、第一烟道顶棚的平均校正温度，单位为℃。
当t850介于t1c与t3c之间时，采用前述原则，由相邻断面的平均校正温度确定h850，
第五，测算实际烟气流量及流速。本例中，第一烟道实际烟气流量可以通过参与焚烧炉焚烧过程的所有助燃风总量进行计算：
qs=
式中qs为第一烟道总烟气量，单位为nm³/h（标立方米每小时）；qpri、qsec、qpur、qlea1、qbur分别代表焚烧炉一次风总量、二次风总量、各类吹扫风总量、焚烧系统漏风、燃烧器燃烧产生的烟气量，单位为nm³/h；k为无量纲烟气系数，反应过程空气系数带来的影响，一般为1.1～1.192之间，通过性能实验定期对上述总风量校正。
第六，测算第一烟道烟气运行2秒之后的实际高度h2s以及主控温度t2s，
h2s=
由h2s确定由于计算t2s的两个相邻温度断面，并利用线性插值方法计算得出。
t2s=
式中tncl为主控温度所在温度区域下部断面平均校正温度，单位为℃；tnch为主控温度所在温度区域上部断面平均校正温度，单位为℃；hh和hl分别为主控温度所在温度区域上、下断面的高度，单位为m。
本发明提示，与第一实施例不同的是，在其它实施例中，在所述第五步骤中，第一烟道实际烟气流量也可以采用布置在烟气流程后端的烟气风量测量装置进行计算：
qs=
式中qs为第一烟道总烟气量，nm³/h；qyan、qlea2分别代表烟气流程后端总烟气量、烟气流程后端总漏风量，nm³/h；c为无量纲修正系数，反应烟气流程后端排放总量与第一烟道烟气总量的关系，通过性能实验定期对上述总风量校正，
起算点至后燃烧室出口内的烟气停留时间t1：
t1=
式中v1为起算点h0至后燃烧室出口h1之间的后燃室体积，单位为m³；qsj为标况湿基流量（标准工况下湿烟气流量）；d为无量纲烟气压力修正系数，自动控制下，一般取1.0028，
后燃烧室出口至第一烟道烟气温度达到850℃的停留时间t2：
t2=
式中s为第一烟道断面的横截面积，单位为㎡。
本发明提示，利用分散控制系统（dcs）实时采集炉膛各断面温度、助燃总风量等参数，利用动态可视化技术，在焚烧炉膛监控画面制作h850动态显示单元，实施显示相关停留时间，便于运行及时调整焚烧工况，保证二噁英类物质的排放控制。
所述炉膛温度动态显示技术易于通过dcs控制系统部署，并获得良好的动态显示效果。指定温度断面平均温度的计算有利于指导炉内脱硝（sncr）的科学运行。
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