CN101055081B - 采用水煤浆焚烧垃圾的方法及焚烧系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用水煤浆焚烧垃圾的方法及焚烧系统，该系统包括一次燃烧室、二次燃烧室以及安装于一次燃烧室上用于驱动一次燃烧室回转的驱动装置，该垃圾焚烧系统还包括至少一个安装于一次燃烧室上的第一燃烧器以及至少一个安装于二次燃烧室上的第二燃烧器，其中，第一燃烧器与第二燃烧器均为水煤浆燃烧器，水煤浆燃烧器包括水煤浆通道、旋流风通道、直流风通道，该水煤浆通道、旋流风通道以及直流风通道同轴套装在一起。

Description

采用水煤浆焚烧垃圾的方法及焚烧系统

技术领域

本发明涉及一种垃圾处理方法及对应设备，尤其是一种回转炉垃圾焚烧方法及系统。

背景技术

目前的垃圾焚烧处理装置根据炉型的不同，可分为炉排炉、流化床和回转炉等。炉排炉和流化床各自存在其缺陷。采用炉排炉不易将垃圾烧透，并且需要很高的过量空气系数，而过量空气系数越大，随之产生的废气也越多，热损失也越大；采用流化床则需要对垃圾进行破碎等预处理，因而需要增加垃圾预处理装置。而回转炉对垃圾的适应性好，可以使垃圾在燃烧中上下回转翻动，有利于垃圾的充分焚烧，且焚烧能力强，操作维修方便。

另外，由于生活垃圾本身的热值较低，在焚烧处理过程中必须利用燃料助燃。根据焚烧炉辅助燃料的不同，目前的垃圾焚烧炉一般采用劣质煤或轻柴油。而劣质煤为非清洁能源，污染较严重；轻柴油的价格昂贵，会增加垃圾处理的成本。如中国专利第200410054193号所揭示的一种垃圾三合一焚烧方法，其包括：将粉煤掺入垃圾中混和备用，其掺加量为垃圾重量百分比的1～5％；在水中加入乳化剂和油，配制成乳化油，乳化剂和油的加入量分别为水重量百分比的1～5％和30～70％；将含粉煤的垃圾送入锅炉炉膛进行燃烧，同时将配制的乳化油喷入锅炉炉膛进行燃烧。但是，乳化油价格较贵，不适合大面积推广应用。此外，这种燃烧方式中的燃料的燃烧效率不高，而且垃圾也得不到充分的燃烧。

又如中国专利第CN99254313.4号所揭示的一种回转式垃圾焚烧炉，包括料斗、回转式主燃烧室和与其连接的燃尽室、安装在主燃烧室前端的一级燃烧器、安装在燃尽室上的二级燃烧器、一次风口、二次风口、余热回收装置及除尘器，其中在回转式主燃烧室的内壁上开有一头或多头螺旋型凹槽或螺旋型凸起。但是，这种回转式垃圾焚烧炉的燃烧器是以油为燃料，但由于油价上涨，处理垃圾的成本太高，不符合国家节约与替代燃料油的能源政策。而且，这种回转式垃圾焚烧炉的料斗与一级燃烧器设于回转炉的同一端，不利于垃圾的燃烧；其燃尽室的烟气的流动路径较短，因此燃尽室内的烟气的二次燃烧时间较短，不利于烟气的二次燃烧。

又如中国专利第CN98110616.1号所揭示的一种多喷嘴对置式水煤浆或煤粉气化炉，主要由炉体和喷嘴所构成，其中：在气化炉壳体上同一个水平面或多个水平面上沿炉体周边对称设置两个或两个以上的喷嘴室，喷嘴室由金属壳体和耐火衬里所组成，中间为空腔，以放置喷嘴，喷嘴以机械方法固定于喷嘴室中，第一层喷嘴室与炉顶的间距为炉膛内直径的0.5～2倍，两层喷嘴室的间距为炉膛内直径的0.5～2倍；人孔设置于气化炉上部；煤气和液渣出口设置于气化炉下部，煤气和液渣从出口排出炉外。但是，这种多喷嘴对置式水煤浆或煤粉气化炉是竖向设置并且不能回转，垃圾在未充分燃烧的情况下就已经在重力作用下从出口掉出，因此，这种多喷嘴对置式水煤浆或煤粉气化炉不适于垃圾的焚烧。

因此，提供一种新型高效的回转炉垃圾焚烧方法和系统成为业界目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种采用水煤浆焚烧垃圾的方法。

本发明的另一个目的是提供一种可实现垃圾的无害化燃烧且成本低廉的垃圾焚烧系统。

本发明的一种技术方案是：提供一种焚烧垃圾的方法，该方法包括：(一)第一燃烧器产生的高温火焰从一次燃烧室的邻近出料口的一端喷射入一次燃烧室内；(二)垃圾从一次燃烧室的进料口送入一次燃烧室内，一次燃烧室的中轴线与水平面之间设有一倾角，在一次燃烧室的回转以及垃圾的自身重力的共同作用下，垃圾在一次燃烧室内不断向一次燃烧室的出料口运动，垃圾在一次燃烧室内与高温火焰逆向接触并混合燃烧；以及(三)一次燃烧室内燃烧产生的高温烟气进入二次燃烧室，二次燃烧室设置的第二燃烧器的高温火焰使高温烟气进行第二次燃烧。

优选地，二次燃烧室设有烟气滞留机构，高温烟气在烟气滞留机构的作用下在二次燃烧室内滞留预定的一段时间以便使高温烟气充分的进行第二次燃烧以去除其中的二恶英等有害物质。作为一种优选的具体方案，烟气滞留机构为在二次燃烧室设置的至少一个侧旋风道，侧旋风道内的侧旋风使进入二次燃烧室的高温烟气在二次燃烧室内的流动方向发生弯转，延长高温烟气在二次燃烧室的滞留时间并促进高温烟气与第二燃烧器产生的高温火焰混合燃烧。

可选择地，烟气滞留机构可以是在二次燃烧室内设置的多回程结构，经过上一回程燃烧后的尾气进入下一回程再次燃烧，直到有害物质被充分燃烧去除后，烟气才从二次燃烧室内排出。

可选择地，烟气滞留机构还可以采用在二次燃烧室内的轴向方向的中后段设置的挡板，该挡板将二次燃烧室内的腔室分为前后两部分，而且该挡板将二次燃烧室内的腔室的高度方向的中上部封闭，烟气只能沿着挡板的底侧从二次燃烧室的腔室的前部进入后部，从而增加了烟气的滞留时间。

其中，第一燃烧器或第二燃烧器中的至少一个是采用侧面旋流配风的水煤浆燃烧器。优选的是，两个燃烧器均采用侧面旋流配风的水煤浆燃烧器。

为了更充分的燃烧垃圾，一次燃烧室的中轴线与水平面之间的倾角为1～10度，优选的是1.5～5度。一次燃烧室长度与直径之比为1.5～10，优选的是2～5。一次燃烧室的回转速度为0.5～15转/分钟，优选的是0.75～5转/分钟。第一燃烧器的水煤浆喷射速度5～50米/秒，侧面旋流配风的风速20～150米/秒，优选的是水煤浆喷射速度15～25米/秒，侧面旋流配风的风速50～80米/秒。

垃圾在一次燃烧室内的运动可以是翻动、滚动、滑动、或者无规律运动。

通过调节第一水煤浆燃烧器的喷浆量和垃圾的给料量等参数，将一次燃烧室的温度控制在850℃～1100℃之间，使垃圾充分焚烧。通过调节第二水煤浆燃烧器的喷浆量和旋流风的风量等参数，将二次燃烧室的温度控制在950℃～1200℃之间，使烟气中的二恶英等有害物质充分分解。

为了使进入一次燃烧室的垃圾有效燃烧，可以对垃圾进行预先加热处理，比如可以将二次燃烧室内燃烧后的高温烟气进一步经过余热利用装置的吸热后排入大气，余热利用装置吸收的热量可以用于对垃圾进行预加热。

本发明的另一种技术方案是：提供一种垃圾焚烧系统，包括一次燃烧室、二次燃烧室以及安装于一次燃烧室上用于驱动一次燃烧室回转的驱动装置，该垃圾焚烧系统还包括至少一个安装于一次燃烧室上的第一燃烧器以及至少一个安装于二次燃烧室上的第二燃烧器，其中，第一燃烧器装设于邻近一次燃烧室的出料口的一端，一次燃烧室的进料口设置于一次燃烧室的另一端并远离第一燃烧器。

第一燃烧器为包括水煤浆通道与至少一个套装于水煤浆通道外围的旋流风通道的水煤浆燃烧器。作为优先的方式，第一燃烧器与第二燃烧器均为水煤浆燃烧器。可供选择的，第一燃烧器和第二燃烧器均设有多个，可以部分采用燃油燃烧器或者燃气燃烧器。水煤浆燃烧器包括水煤浆通道、旋流风通道以及直流风通道，各通道同轴套装在一起，旋流风通道套装于水煤浆通道的外围，直流风通道套装于旋流风通道的外围。其中，旋流风通道的末端设置侧面旋流配风器。

进一步的，旋流风通道包括第一旋流风通道及第二旋流风通道，第二旋流风通道套装于第一旋流风通道的外围。其中，水煤浆通道可以为水煤浆喷枪。

为了增加烟气在二次燃烧室内的停留时间，提高二次燃烧的效率，在二次燃烧室的炉壁上设有至少一个侧旋风道。优选的是，侧旋风道沿二次燃烧室炉壁的切向方向设置。

为了使垃圾顺利地在一次燃烧室内滚动燃烧，一次燃烧室设置出料口的一端低于其设置进料口的一端，一次燃烧室与水平方向之间的夹角大约成1～10度。优选的是一次燃烧室与水平方向之间的夹角大约成1.5～5度。具体的，可以是回转炉的炉腔是倾斜的，而回转炉的外壳的前后端是等高的。也可以是回转炉的前后端是不等高的，从而使炉腔与水平面之间出现倾角。

该系统在二次燃烧室的后端还可选择设置余热锅炉、空气预热器、烟气处理装置、引风机等，垃圾焚烧产生的高温烟气的余热可用于发电，和/或用于供蒸汽，从而实现垃圾的资源化利用。另外，空气预热器产生的高温空气可以用于对垃圾进行预热。

本发明的有益效果是：水煤浆高温火焰的前进方向与垃圾的前进方向相反，从而高温火焰在一次燃烧室内可以与垃圾充分的接触燃烧，提高了垃圾的燃烧效率；采用水煤浆作为燃料辅助垃圾燃烧，有效地节省了石油等重要的自然资源，降低了处理垃圾的成本；采用两级旋流配风的水煤浆燃烧器使水煤浆与空气充分混合，有效提高了水煤浆的燃烧效率；二次燃烧室设置侧旋风道使其内的烟气产生旋流，提高了烟气在二次燃烧室内的停留时间，保证了二恶英等有害物质在二次燃烧室内充分地燃烧分解，并且侧旋风也有利于火焰与空气的充分混合燃烧；此外，一次燃烧室中的垃圾焚烧产生的高温烟气的流动方向与垃圾的前进方向也相反，从而垃圾焚烧产生的高温烟气与一次燃烧室内尚未开始焚烧的垃圾可以充分接触并将垃圾充分加热，以利于接下来的垃圾焚烧。

以下结合附图和实施例，来进一步说明本发明，但本发明不局限于这些实施例，任何在本发明基本精神上的改进或替代，仍属于本发明权利要求书中所要求保护的范围。

附图说明

图1是本发明的垃圾焚烧系统的结构示意图。

图2是本发明的垃圾焚烧系统的二次燃烧室的工作示意图。

图3是本发明的垃圾焚烧系统的水煤浆燃烧器的侧面剖视图。

具体实施方式

实施例1

请参照图1，本发明的垃圾焚烧系统，包括一次燃烧室4、二次燃烧室7、安装于一次燃烧室上的驱动装置5、安装于一次燃烧室4前端的第一燃烧器3以及安装于二次燃烧室7前端的第二燃烧器8。在本实施例中，第一燃烧器3与第二燃烧器8均为水煤浆燃烧器，以下分别称为第一水煤浆燃烧器3、第二水煤浆燃烧器8。

一次燃烧室4为一中空的回转炉。其前端略微向下倾斜，即其前端在高度方向上略低于其后端，一次燃烧室4与水平方向之间的夹角大约成2度。在一次燃烧室4的后端且在一次燃烧室4的顶壁上设置一进料口1，待处理的垃圾从进料口1进入一次燃烧室4。在一次燃烧室4的前端且在一次燃烧室4的底壁上设置一出料口2，焚烧后的垃圾从出料口2排出。

驱动装置5与一次燃烧室4连接以驱动一次燃烧室4的中段回转，从而使一次燃烧室4内的垃圾在重力作用下不断向前翻动。

第一水煤浆燃烧器3设置于一次燃烧室4的前端并与一次燃烧室4的内部连通。如图3所示，第一水煤浆燃烧器3包括水煤浆通道31、第一旋流风通道32、第二旋流风通道33以及直流风通道34。水煤浆通道31优先选用水煤浆喷枪。第一旋流风通道32套装于水煤浆通道31的外围，第二旋流风通道33套装于第一旋流风通道32，直流风通道34套装于第二旋流风通道33的外围。水煤浆及空气从第一水煤浆燃烧器3远离一次燃烧室4的一端进入，第一旋流风通道32及第二旋流风通道33内的空气在其末端设置的侧面旋流配风器36的作用下产生旋流以实现水煤浆的旋风燃烧。直流风通道34内没有设置侧面旋流配风器，因此为直流空气，这样可以保证火焰的稳定。水煤浆通道31内的水煤浆在两级旋流风的作用下与空气充分混合，混合后的水煤浆及空气保持在直流风所围成的筒形区域内集中燃烧并不断旋转着向后运动，同时，垃圾的前进方向与火焰的前进方向相反，从而高温火焰在一次燃烧室4内可以与垃圾充分的接触，大大提高了垃圾的燃烧效率。此外，一次燃烧室4中的垃圾焚烧产生的高温烟气的流动方向与垃圾的前进方向也相反，从而垃圾焚烧产生的高温烟气与一次燃烧室4内尚未开始焚烧的垃圾可以充分混合并将垃圾充分加热，以利于接下来的垃圾焚烧。

二次燃烧室7为一中空的壳体形状，其为水平设置并与一次燃烧室4相连通，一次燃烧室4内水煤浆燃烧产生的高温烟气、垃圾燃烧产生的烟气以及垃圾燃烧产生的臭气进入二次燃烧室7进行第二次燃烧处理。该二次燃烧室7在炉壁上靠近后端(即远离一次燃烧室4的一端)的位置设置一侧旋风道6，优选的，该侧旋风道6沿二次燃烧室7的切向方向设置。空气从侧旋风道6进入二次燃烧室7促使其内的烟气发生旋转，提高了烟气在二次燃烧室7内的停留时间，使烟气中的有害物质充分分解，同时也有利于烟气与空气的充分混合燃烧。

第二水煤浆燃烧器8设置于二次燃烧室7的前端并与二次燃烧室7的内部连通。其结构与第一水煤浆燃烧器3相似。根据具体需要，第二水煤浆燃烧器8的大小和/或喷浆量可以小于第一水煤浆燃烧器3。

使用时，垃圾从进料口1进入一次燃烧室4。第一水煤浆燃烧器3内的水煤浆燃烧产生的高温火焰进入到一次燃烧室4内，点燃其内的垃圾，并帮助其充分燃烧。一次燃烧室4在驱动装置5的作用下不断回转，其内的垃圾也随之不断翻动，并且由于一次燃烧室4倾斜一定的角度，其内的垃圾在自身重力的作用下，从后端不断向前端移动，燃烧后形成的废渣从出料口2排出，垃圾焚烧产生的烟气进入二次燃烧室7。第二水煤浆燃烧器8内的水煤浆燃烧产生的高温火焰也进入到二次燃烧室7内，使烟气进行二次燃烧。并且，空气从侧旋风道6切向进入二次燃烧室7，如图2所示，高温烟气在侧旋风的作用下在二次燃烧室7旋转流动，大大延长了烟气在二次燃烧室7内的有效反应时间，使烟气中的有害物质充分分解。

在本发明中，由于增加了第一水煤浆燃烧器3及第二水煤浆燃烧器8，可有效帮助垃圾充分燃烧，且成本较低。而且，第一水煤浆燃烧器3及第二水煤浆燃烧器8均分别设置了两个旋流风通道，其产生的两级旋流风可实现水煤浆的旋风燃烧，并使水煤浆燃烧产生的火焰旋转着进入一次燃烧室4，火焰的运动方向与垃圾的运动方向相反，便于火焰与垃圾的充分混合及燃烧。另外，二次燃烧室7内的侧旋风促进了其内烟气的旋转，大大增加了烟气在其内的有效反应时间，可使烟气内的有害物质充分分解。

实施例2

本发明的采用水煤浆焚烧垃圾的方法如下：第一燃烧器3产生的高温火焰从一次燃烧室4的邻近出料口2的一端喷射入一次燃烧室4内；垃圾从一次燃烧室4的进料口1送入一次燃烧室4内，并沿着一次燃烧室4的轴向方向不断向出料口2翻动，一次燃烧室4内翻动的垃圾在一次燃烧室4的前部与高温火焰迎面接触并充分混合燃烧；一次燃烧室4内的高温烟气进入二次燃烧室7，在二次燃烧室7设置的第二燃烧器8的高温火焰下使高温烟气进行第二次燃烧，在二次燃烧室7设置至少一个侧旋风道6，侧旋风道6内的侧旋风使进入二次燃烧室7的高温烟气在二次燃烧室7内的流动方向发生弯转，产生强旋流，从而延长高温烟气在二次燃烧室7的滞留时间并促进高温烟气与第二燃烧器8产生的高温火焰混合燃烧。优选的，第一燃烧器3与第二燃烧器8均采用侧面旋流配风的水煤浆燃烧器。

其中，位于一次燃烧室4前部的垃圾燃烧产生的高温烟气在一次燃烧室4的后部将尚未开始燃烧的垃圾进行加热，以便于接下来的燃烧。在二次燃烧室7的后端连接空气预热器10，以便于在垃圾进入一次燃烧室4之前对垃圾进行预先加热处理，以提高垃圾的燃烧效率。

二次燃烧室7还可以设置除侧旋风道6以外的其它形式的烟气滞留机构，高温烟气在烟气滞留机构的作用下在二次燃烧室7内滞留预定的一段时间，以便使高温烟气充分的进行第二次燃烧以去除其中的有害物质。

可供选择的，烟气滞留机构可以是在二次燃烧室7内设置的多回程结构，经过上一回程燃烧后的尾气进入下一回程再次燃烧，直到有害物质被充分燃烧去除后，烟气才从二次燃烧室7内排出。

可供选择的，烟气滞留机构还可以是在二次燃烧室7内的轴向方向的中后段设置的挡板，该挡板将二次燃烧室7内的腔室分为前后两部分，而且该挡板将二次燃烧室7内的腔室的高度方向的中上部封闭，烟气只能沿着挡板的底侧从二次燃烧室7的腔室的前部进入后部，从而增加了烟气的滞留时间。

为了充分的燃烧垃圾，一次燃烧室的中轴线与水平面之间的倾角为1～10度，优选的是2～5度；一次燃烧室长度与直径之比为1.5～10，优选的是2.5～5；一次燃烧室的回转速度为0.5～15转/分钟，优选的是1～5转/分钟；第一燃烧器的水煤浆喷射速度5～50米/秒，优选的是18～22米/秒；侧面旋流配风的风速20～150米/秒，优选的是60～70米/秒。

作为本发明的可选择的实施方式，根据实际需要可在一次燃烧室4上设置多个第一燃烧器3，也可在二次燃烧室7上设置多个第二燃烧器8。第一燃烧器3和第二燃烧器8可以都是水煤浆燃烧器，也可以部分是水煤浆燃烧器，比如部分的第一燃烧器3和/或第二燃烧器8采用燃油燃烧器或者燃气燃烧器。

根据燃烧要求，第一水煤浆燃烧器3及第二水煤浆燃烧器8上均可仅设置一个旋流风通道，或者设置三个或三个以上旋流风通道。

在二次燃烧室7的烟气出口的后端还可选择设置余热锅炉9和/或空气预热器10等余热利用装置。进一步在余热利用装置的后端可以选择连接烟气处理装置11、引风机12及烟囱13等。其中，余热锅炉9产生的蒸汽可以用来发电，空气预热器10预热的空气可以用来烘干垃圾。

Claims (8)

1.一种采用水煤浆焚烧垃圾的方法，该方法包括：

(一)将第一燃烧器燃烧水煤浆产生的高温火焰从一次燃烧室的邻近出料口的一端喷射入所述一次燃烧室内；

(二)将垃圾从所述一次燃烧室的进料口送入所述一次燃烧室内，所述一次燃烧室的中轴线与水平面之间设有一倾角，在所述一次燃烧室的回转以及所述垃圾的自身重力的共同作用下，使所述垃圾在所述一次燃烧室内不断向所述一次燃烧室的出料口运动，所述垃圾在所述一次燃烧室内与所述高温火焰逆向接触并混合燃烧；以及

(三)所述一次燃烧室内燃烧产生的高温烟气进入二次燃烧室，所述二次燃烧室设置的第二燃烧器的高温火焰使所述高温烟气进行第二次燃烧；

其特征在于，所述二次燃烧室设有烟气滞留机构，使所述高温烟气在所述二次燃烧室内滞留一段时间，以使所述高温烟气进行第二次燃烧；其中，所述烟气滞留机构为在所述二次燃烧室设置的至少一个侧旋风道，所述侧旋风道内的侧旋风使进入所述二次燃烧室的高温烟气在所述二次燃烧室内的流动方向发生弯转，延长所述高温烟气在所述二次燃烧室的停留时间，并促进所述高温烟气与所述第二燃烧器产生的高温火焰混合燃烧，以充分去除烟气中的有害物质。

2.如权利要求1所述的采用水煤浆焚烧垃圾的方法，其特征在于，所述第一燃烧器或所述第二燃烧器中的至少一个是采用侧面旋流配风的水煤浆燃烧器。

3.如权利要求2所述的采用水煤浆焚烧垃圾的方法，其特征在于，所述一次燃烧室的中轴线与水平面之间的倾角为1～10度，所述一次燃烧室长度与直径之比为1.5～10，所述一次燃烧室的回转速度为0.5～15转/分钟。

4.如权利要求3所述的采用水煤浆焚烧垃圾的方法，其特征在于，所述第一燃烧器是采用侧面旋流配风的水煤浆燃烧器，所述第一燃烧器的水煤浆喷射速度5～50米/秒，所述侧面旋流配风的风速20～150米/秒。

5.一种采用权利要求1～4之一所述方法的垃圾焚烧系统，包括一次燃烧室、二次燃烧室以及安装于一次燃烧室上用于驱动所述一次燃烧室回转的驱动装置，该垃圾焚烧系统还包括至少一个安装于一次燃烧室上的第一燃烧器以及至少一个安装于二次燃烧室上的第二燃烧器，其特征在于，所述第一燃烧器装设于邻近所述一次燃烧室的出料口的一端，所述一次燃烧室的进料口设置于所述一次燃烧室的另一端并远离所述第一燃烧器。

6.如权利要求5所述的垃圾焚烧系统，其特征在于，所述第一燃烧器与所述第二燃烧器中的至少一个为包括水煤浆通道与至少一个套装于所述水煤浆通道外围的旋流风通道的水煤浆燃烧器。

7.如权利要求6所述的垃圾焚烧系统，其特征在于，所述水煤浆燃烧器进一步包括直流风通道，所述水煤浆通道、所述旋流风通道以及所述直流风通道同轴套装在一起，所述旋流风通道套装于所述水煤浆通道的外围，所述直流风通道套装于所述旋流风通道的外围。

8.如权利要求7所述的垃圾焚烧系统，其特征在于，所述二次燃烧室在炉壁上设置至少一个侧旋风道。

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