CN100441952C - 用于城市生活垃圾高效洁净燃烧的复合循环流化床系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于城市生活垃圾高效洁净燃烧的复合循环流化床系统，流化床炉膛底部设有排渣口，流化床炉膛底部内设有锥形布风板，炉墙水冷壁中部为缩腰水冷壁，缩腰水冷壁上方设置下凹型燃料循环强化板，在下凹型燃料循环强化板上方采用四角切圆燃烧的方式布置二次风，在流化床炉膛最上端出口处设置高温气固分离器，高温气固分离器下方有物料通道，物料通道最下端设置回料器，物料通道的下端通过管道连通至流化床炉膛内的回料口，高温气固分离器上方有烟气通道，烟气通道与尾部烟道相连通，在尾部烟道内依次设置高温过热器、低温过热器、高温省煤器、高温空气预热器、低温省煤器、低温空气预热器。本发明燃烧效率高，提高飞灰的燃尽度和热效率。

Description

用于城市生活垃圾高效洁净燃烧的复合循环流化床系统
技术领域
本发明属于环保型高效燃烧系统，特别涉及实现城市生活垃圾洁净高效燃烧的具有稀相区旋转气流燃烧的新型复合循环流化床系统。
现有技术
目前，我国的城市生活垃圾的年产量已经达到1.5亿吨左右，累积量则在60亿吨以上，而到2010年时中国城市垃圾将达3.7亿吨。据专家统计全国现有668个市，三分之二都在垃圾环带的包围中。目前，一方面我国城市生活垃圾年产生量在迅速增长，另一方面我们有效处理垃圾的方法还不多，垃圾处理技术还很落后，真正符合国家环境控制标准和建设标准的垃圾无害化处理率仅有25％左右。而且垃圾长期大量堆积，给环境带来了极大的危害。
垃圾焚烧是通过高温燃烧减少可燃废物，将垃圾变成惰性残余物。垃圾焚烧处置具有显著的特点，即减容减量效果明显，一般减容80％～90％；无能彻底地消除细菌、病毒、氨气、有机质废气，并能使有害气体和烟尘通过净化处理达到环保要求；适应能力较强，只要垃圾的热值达到3344kJ/kg以上就具有利用价值；节约场地，运行费用低。但是，垃圾焚烧也存在一些缺点，如：一次性投资大，投资回收周期长；传统的焚烧技术难以保证焚烧处理的无害化程度，也难以适应生活垃圾因季节和气候变化而导致生活垃圾中热值、水分含量的变化；而且，如果焚烧技术不先进，配套设备不完善，生活垃圾的焚烧容易产生严重的二次污染，这种污染主要体现在焚烧后尾气的排放上，如排放废气中的烟尘、排烟黑度、一氧化碳、二氧化硫等污染物严重超标，更令人担忧的是焚烧厂排放废气中的二噁英类物质严重超标。
目前，世界上大多数国家大型生活垃圾焚烧炉的主流设备为机械炉排式焚烧炉和流化床式焚烧炉。一般说来，前者适合于焚烧热值比较高的生活垃圾，燃烧效率比较低、产汽量低、造价昂贵、维修费用高；后者对低热值的垃圾适应性好，燃烧效率较高，但若采用传统的流化床焚烧技术则容易产生二次污染，主要原因在于炉膛温度过低，一般在850摄氏度左右，烟气停留时间短，容易导致如二噁英的生成。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提出一种用于城市生活垃圾高效洁净燃烧的复合循环流化床系统，用于实现城市生活垃圾的高效、洁净焚烧。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明包括流化床炉膛和炉墙水冷壁，流化床炉膛底部设有排渣口，流化床炉膛底部内设有锥形布风板，炉墙水冷壁中部为缩腰水冷壁，缩腰水冷壁上方设置下凹型燃料循环强化板，在下凹型燃料循环强化板上方采用四角切圆燃烧的方式布置二次风，在流化床炉膛最上端出口处设置高温气固分离器，高温气固分离器下方有物料通道，物料通道最下端设置回料器，物料通道的下端通过管道连通至流化床炉膛内的回料口，高温气固分离器上方有烟气通道，烟气通道与尾部烟道相连通，在尾部烟道内由上至下依次设置高温过热器、低温过热器、高温省煤器、高温空气预热器、低温省煤器、低温空气预热器。
在密相区设置了两块燃料循环强化板，该板是下凹型的，其截面呈圆弧状，两块板在水平方向上呈对称布置。
缩腰水冷壁是底角为27-33°的等腰三角形。
锥形布风板选用风帽式布风板，在其边缘布置相对密集的风帽，在其中间布置相对稀疏的风帽，锥形布风板与炉墙水冷壁之间留有空隙。
本发明具有以下优点：
(1)本发明通过下凹型燃料循环强化板、水冷壁缩腰、锥形布风板三者的综合作用，在密相区形成内循环，燃料在锥形布风板的两侧形成上升固体颗粒流，然后在下凹型燃料循环强化板的作用下，在锥形布风板中间位置的正上方形成下降流，下降的固体颗粒回落到锥形布风板上时，一部分不燃颗粒顺着布风板下滑到出渣口，另一部分继续参与内循环；且在同时，通过水冷壁缩腰回流的固体颗粒也参与到内循环中，这样就形成了两个物料循环。
(2)能够充分延长高温烟气和固体颗粒的炉内停留时间，在保持炉膛温度850℃以上的情况下，可以大大减少二噁英的生成，减少飞灰的含碳量，具有更加优越的环保性能；
(3)由于在外循环的基础上附设了有效的内循环，并利用类似于四角切圆燃烧的方式使二次风在稀相区形成高温烟气旋流燃烧，炉内湍流度增大，高温区停留时间延长，非常有利于高温烟气和固体粒子的充分燃尽，因此相比传统的循环流化床垃圾焚烧系统来说该系统具有更高的燃烧效率和传热效率；
(4)复合循环的设计使垃圾在炉内的停留时间延长，一些难燃物也得以燃烧，从而使得该方案对燃料的适应性范围更广；而且，在排放物中的C、NOX、SO2、HCl的含量以及烟尘的排放量减少上，保留了一般循环流化床焚烧系统的优势，比煤粉炉大大降低，更具有环保性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是A-A截面图。
具体实施方式
参照图1、2所示，炉膛6外侧底部设有排渣口1，流化床炉膛6内侧底部设有锥形布风板2，中部为缩腰水冷壁3，缩腰水冷壁3上方设置下凹型燃料循环强化板5，在下凹型燃料循环强化板5上方采用四角切圆燃烧的方式布置二次风口4，在流化床炉膛6最上端出口处设置高温气固分离器7，高温气固分离器7下方为物料通道16，物料通道16最下端设置回料器17，物料通道16的下端通过管道连通至流化床炉膛6内形成回料口18，高温气固分离器7上方为烟气通道8，烟气通道8与尾部烟道15相连通，在尾部烟道15内由上至下依次设置了高温过热器9、低温过热器10、高温省煤器11、高温空气预热器12、低温省煤器13、低温空气预热器14。
在密相区设置了两块下凹型燃料循环强化板5，该板是下凹型的，其截面呈圆弧状，两块板在水平方向上呈对称布置。
缩腰水冷壁3是底角为27-33°的等腰三角形。
锥形布风板2选用风帽式布风板，在其边缘布置相对密集的风帽，在其中间布置相对稀疏的风帽，并在炉墙水冷壁和锥形布风板2之间留有空隙。
工作流程：垃圾燃料燃烧产生高温烟气；烟气经过流化床炉膛6并对水冷壁内的工质进行加热，到达流化床炉膛6出口；通过在流化床炉膛6出口处设置高温气固分离器7，将大量的高温固体物料从气流中分离出来，再经由回料器17送回燃烧室，以维持燃烧室的快速流态化状态，保证燃料和脱硫剂多次循环、反复燃烧和反应；其余的高温烟气则顺序经过高温过热器9、低温过热器10将工质加热至过热状态；然后按顺序经过高温省煤器11、高温空气预热器12、低温省煤器13、低温空气预热器14，最终排出。
以下结合附图对本发明做进一步的详细描述。
首先，在锥形布风板2的边缘部分布置相对密集的风帽，而在中间部分布置相对稀疏的风帽，将布风板分成密相区和稀相区，并且将两区的风帽比例定位1∶8。形成锥形布风板2的不均匀布风。在工作时，锥形布风板2上风帽的送风都来自同一根送风管，从而保证进入流化床炉膛6的一次风具有相同的工况，这样有利于风帽工况的稳定，也有利于流化床炉膛6内固体颗粒的流态化。在送风稳定的情况下，炉膛内的固体颗粒处于流态化状态，将会在锥形布风板2两侧与中间的上部，出现压差，并且在下凹型燃料循环强化板5的作用下，形成内循环。
由于考虑到垃圾的循环量较同参数下的燃煤的循环量要大得多，燃料强化板将会受到很严重的磨损，因此将燃料强化板进行分块设计：根据不同部位的磨损情况，将燃料强化板分成几个部分，分别采用不同的钢材制作，最后组装在一起。燃料强化板在炉膛内布置成可拆装式，有利于减小磨损又便于拆换。这样在燃料强化板的作用下，在炉膛的密相区形成了更加有效的内循环。
考虑到有固体颗粒将会顺着流化床炉膛6水冷壁下滑，所以为了配合下凹型燃料循环强化板5，设计了一个缩腰水冷壁3，一方面可以将顺着水冷壁滑下来的固体颗粒回收到流化床炉膛6密相区，另一方面还可以减少流化床炉膛6一次风在下凹型燃料循环强化板5与水冷壁之间间隙的漏风量。通过流化床炉膛6、下凹型燃料循环强化板5、缩腰水冷壁3的综合作用，在流化床炉膛6的密相区形成内循环。在烟尘进入到稀相区之后，在流化床炉膛6前后墙的水冷壁的四个角上，将二次风类似于四角切圆布置，使烟尘形成螺旋型燃烧状况，这样可以充分延长高温烟气和固体颗粒在炉内的停留时间，实现燃料的高效燃烧。这将会非常有利于燃料的燃尽，提高燃烧效率；有利于二噁英类物质的去除和其他污染物的抑制，有利于环境保护。

Claims (3)

1、一种用于城市生活垃圾焚烧的新型循环流化床系统，包括：流化床炉膛(6)和炉墙水冷壁，其特征在于，流化床炉膛(6)底部设有排渣口(1)，流化床炉膛(6)底部内设有锥形布风板(2)，炉墙水冷壁的中部为缩腰水冷壁(3)，缩腰水冷壁(3)上方设置下凹型燃料循环强化板(5)，在下凹型燃料循环强化板(5)上方采用四角切圆燃烧的方式布置二次风口(4)，在流化床炉膛(6)最上端出口处设置高温气固分离器(7)，高温气固分离器(7)下方为物料通道(16)，物料通道(16)最下端设置回料器(17)，物料通道(16)的下端通过管道连通至流化床炉膛(6)内的回料口(18)，高温气固分离器(7)上方为烟气通道(8)，烟气通道(8)与尾部烟道(15)相连通，在尾部烟道(15)内由上至下依次设置有高温过热器(9)、低温过热器(10)、高温省煤器(11)、高温空气预热器(12)、低温省煤器(13)、低温空气预热器(14)，缩腰水冷壁(3)是底角为27-33°的等腰三角形。
2、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，下凹型燃料循环强化板(5)有两块，其下凹型的截面呈圆弧状，两块下凹型燃料循环强化板(5)在水平方向上对称布置。
3、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，锥形布风板(2)选用风帽式布风板，在其边缘布置相对密集的风帽，在其中间布置相对稀疏的风帽，锥形布风板(2)与炉墙水冷壁之间留有空隙。
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