CN101526220B - 双工质双循环污泥焚烧炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于污泥焚烧和热能回用的双工质双循环污泥焚烧炉，焚烧炉的燃烧室下部为密相区绝热炉膛，上部为稀相区受热面炉膛，稀相区受热面炉膛内壁设有均匀排列的水冷管件，密相区绝热炉膛下方设置有布风装置，高温分离器分别通过管道及回料装置与稀相区受热面炉膛和密相区绝热炉膛连接，顶部则连接尾部烟道，尾部烟道中设有蒸汽换热系统、有机热载体换热器。本发明的污泥焚烧炉，既可减少燃料对炉膛的磨损，也可提高密相区的温度，强化燃料的干燥、着火，改善燃烧效果。本发明系统热效率高，设备磨损小，对入口污泥状态适应性好，污泥热能回用方式灵活，且能大规模处理。

Description

双工质双循环污泥焚烧炉

技术领域

本发明涉及一种用于污泥焚烧和热能回用的双工质双循环污泥焚烧炉，属于机械设备类。

背景技术

城市污水处理行业正在迅速发展，污泥作为污水处理最主要的副产物，弃置或填埋，会产生严重的二次污染，是污水处理行业发展急需解决的难题。污泥干化焚烧技术可以有效、彻底地实现污泥安全处置，并回收利用污泥热值，达到污泥处理处置“减量化、无害化、稳定化、资源化”。

目前的污泥焚烧工艺中，主要有直接焚烧全干化污泥的流化床锅炉和燃煤掺烧湿污泥的循环流化床锅炉和燃烧(半)干化污泥的鼓泡流化床锅炉三种。这三种锅炉分别存在以下问题：

1.直接焚烧全干化污泥的流化床锅炉：对污泥的预处理要求较高，只有将污泥全干化之后再送入焚烧才能达到较好的焚烧效果。对于半干化污泥，其适应性较差。而污泥全干化需耗大量热能，污泥干化焚烧系统整体热效率较低，污泥热值回用效率也较低，技术经济可行性较差。

2.燃煤掺烧湿污泥的循环流化床锅炉：这类锅炉主要是由原有电厂燃煤锅炉经过改造后掺烧污泥的。由于湿污泥含水率较大，锅炉受热面污染高，湿污泥的焚烧对原有系统的燃烧有较大影响，大大降低了原有锅炉的热效率，且存在设备磨损严重，处理能力有限等问题。

3.燃烧(半)干化污泥的鼓泡流化床锅炉：这类锅炉使用的是鼓泡床，带离燃烧室的细颗粒份额较大，炭未完全燃烧损失相对较高，且由于鼓泡床横向粒子混合特性较差，炉前给料点较多，分布复杂，不利于流化床焚烧设备的大型化。此外这种锅炉燃烧强度较小，炉膛截面积较大。

另外，这三种锅炉都是单工质锅炉，污泥热能回用方式的灵活性较差。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的在于为污泥干化焚烧工艺，配套一种具有较高燃烧效率和系统热效率，灵活的原料与产品适应性和较低的设备磨损等特点的双工质双循环污泥焚烧炉，其技术解决方案为：

双工质双循环污泥焚烧炉，主要包括燃烧室、高温分离器、尾部烟道、给料装置、布风装置、一次风机、二次风机及汽包，燃烧室由密相区绝热炉膛和稀相区受热面炉膛组成，其中密相区绝热炉膛设置在稀相区受热面炉膛下方，在稀相区受热面炉膛内壁设有均匀排列的水冷管件，水冷管件一端并联连接在水冷集箱上，另一端均接入汽包。在密相区绝热炉膛下方设置有布风装置，稀相区受热面炉膛上方通过烟道与高温分离器连接，高温分离器通过管道经回料装置与密相区绝热炉膛连接。由密相区绝热炉膛和稀相区受热面炉膛构成的燃烧室为内循环系统；燃烧室和高温分离器、回料装置组成外循环系统。高温分离器顶部连接尾部烟道，尾部烟道中沿烟气流动方向依次设置高温蒸汽过热器、低温蒸汽过热器、一次风高温预热器、有机热载体换热器、高温省煤器、二次风预热器、低温省煤器和一次风低温预热器，一次风机通过管道连接一次风低温预热器，一次风低温预热器又通过管道连接到一次风高温预热器，一次风高温预热器再通过管道连接到布风装置，二次风机通过管道连接到二次风预热器，二次风预热器再通过管道连接到密相区绝热炉膛，低温省煤器通过管道与高温省煤器连接，汽包通过管道与低温蒸汽过热器连接，低温蒸汽过热器通过管道与高温蒸汽过热器连接，高温蒸汽过热器、低温蒸汽过热器、高温省煤器和低温省煤器构成蒸汽工质换热系统，给料装置与密相区绝热炉膛相连接。给料装置上设有给料口。

由于采用了以上技术方案，本发明的双工质双循环污泥焚烧炉可以解决污泥燃料对设备磨损，燃烧不稳定、燃烧效率低及热能回用方式不灵活等问题。燃料先在炉膛密相区蠕动、干燥后与床料一起被流化，其中粗大颗粒由于重量较大，在密相区上升后沿四周沉降，形成内循环系统，因此处燃料颗粒较大，炉膛内壁不设置水冷管件，既可减少燃料对炉膛的磨损，也可提高密相区的温度，强化燃料的干燥、着火，改善燃烧效果。燃料在密相区燃烧产生的细小颗粒吹入炉膛上部稀相区继续燃烧，稀相区设置受热水冷壁，吸收燃料焚烧释放的热量。燃烧室外设置的高温分离器收集燃烧室出来的飞灰，再回送至炉膛再燃烧。而燃烧产生的高温烟气经过高温蒸汽过热器和低温蒸汽过热器后，首先对初级预热空气进行高温加热，使一次风达到系统内循环所需的温度。然后再通过有机载体换热器对用于污泥干化的有机载体进行加热。尾部烟道后段则依次布置高温省煤器、二次风预热器和一次风低温预热器。本发明的技术方案，根据污泥焚烧的特点，合理设计焚烧炉的结构和烟气余热利用方式，系统热效率高，设备磨损小，对入口污泥状态适应性好，污泥热能回用方式灵活，且能大规模处理。

附图说明

图1为双工质双循环污泥焚烧炉结构示意图。

图2为密相区绝热炉膛上部加装水冷管件的结构示意图。

具体实施方案

下面结合附图对本发明作进一步详细描述

见附图

双工质双循环污泥焚烧炉具体结构为：

双工质双循环污泥焚烧炉，主要包括燃烧室、高温分离器24、尾部烟道、给料装置4、布风装置7、一次风机9、二次风机11及汽包29。燃烧室由密相区绝热炉膛5和稀相区受热面炉膛30组成，燃烧室采用绝热炉膛和受热面炉膛结合的方式可减少燃料颗粒对炉膛的磨损，也可提高燃料着火区的温度，改善污泥燃料的燃烧。密相区绝热炉膛5设置在稀相区受热面炉膛30下方。给料口1、2、3通过给料装置4与密相区绝热炉膛5连接。在密相区绝热炉膛5下方设置有布风装置7，布风装置7下方为排空口8，在密相区绝热炉膛5下部还设有排渣口6，用于排出燃料燃烧所产生的灰渣。稀相区受热面炉膛30上方通过烟道与高温分离器24连接，高温分离器24通过管道经回料装置10与密相区绝热炉膛5连接，高温分离器24顶部连接尾部烟道。由密相区绝热炉膛5和稀相区受热面炉膛30构成的燃烧室为内循环系统；燃烧室和高温分离器24、回料装置10组成外循环系统。在稀相区受热面炉膛30内壁设有均匀排列的水冷管件31，水冷管件31一端并联连接在水冷集箱32上，另一端均接入汽包29。尾部烟道中沿烟气流动方向依次设置高温蒸汽过热器27、低温蒸汽过热器25、一次风高温预热器23、有机热载体换热器21、高温省煤器18、二次风预热器17、低温省煤器16和一次风低温预热器14。一次风机9通过管道连接一次风低温预热器14，一次风低温预热器14又通过管道连接到一次风高温预热器23，一次风高温预热器23再通过管道连接到布风装置7。通过设置两级一次风预热器，且在尾部烟道中将一次风高温预热器23设置低温蒸汽过热器25之后，在使床料和燃料流化的同时，还可提高一次风的温度，保证燃料进入炉膛后能稳定有效的燃烧。二次风机11通过管道连接到二次风预热器17，二次风预热器17再通过管道连接到密相区绝热炉膛5，以保证燃料在炉膛内持续稳定燃烧。外部锅炉低温给水管道通过低温省煤器进口15与低温省煤器16连接，低温省煤器16又通过管道与高温省煤器18连接，高温省煤器18再通脱高温省煤器出口19与外部锅炉高温给水管道连接。汽包29通过管道与低温蒸汽过热器25连接，低温蒸汽过热器25通过管道与高温蒸汽过热器27连接，在高温蒸汽过热器27与低温蒸汽过热器25之间设有减温水进口26，用于控制蒸汽的过热度。高温蒸汽过热器27的通过高温蒸汽过热器出口28与外部用汽管道连接。有机热载体换热器21则通过有机热载体换热器进口20及有机热载体换热器出口22与外部用热管道连接。有机热载体换热器21构成有机热载体工质换热系统，而高温蒸汽过热器27、低温蒸汽过热器25、高温省煤器18和低温省煤器16则构成蒸汽工质换热系统。两种工质的换热系统可灵活适应用热要求。在尾部烟道后部设有尾部烟道排灰口12，用于排出尾部烟道中沉降下来的飞灰。尾部烟道则通过尾部烟道出口13与后续烟气处理系统连接。

双工质双循环污泥焚烧炉的工作原理如下：

一.污泥，脱硫剂、辅助燃料分别从炉侧给料口1、2、3通过给料器4进入密相区绝热炉膛5，经过两级预热的空气通过布风装置7向燃烧室内提供一次风，在使床料和燃料充分混合成流化状态的同时，对燃料进行充分的干燥，并强化燃料的着火，保证燃料能够持续稳定的燃烧。流化的燃料在密相区绝热

炉膛5内部被布风装置7吹起后，重量较大的大颗粒向四周沉降，完成燃烧室内的循环。

二.燃料在密相区绝热炉膛5燃烧产生的细小颗粒吹入燃烧室上部稀相区受热面炉膛30继续燃烧。燃烧产生的烟气及飞灰一起进入高温分离器24，在高温分离器24中，通过旋风分离收集的飞灰通过其下方的回料装置10回送至密相区绝热炉膛5，而烟气则进入后续的尾部烟道与各种换热器进行热交换。汽包29中的水通过均匀排列于稀相区受热面炉膛30内壁的水冷管件31吸收炉膛中燃料焚烧释放的热量后，产生的蒸汽进入顶部的汽包29。水冷管件31下端连接的水冷管件集箱32则用于联通所有水冷管件31中未蒸发的水。

三.经过高温蒸汽过热器27和低温蒸汽过热器25后的烟气按烟气流动方向依次与一次风高温预热器23、有机载体换热器21、高温省煤器18、二次风预热器17、低温省煤器16、一次风低温预热器14进行换热，然后从烟道出口13排出至后续烟气净化处理设施。锅炉给水从低温省煤器进口15进入，由高温省煤器出口19送出。汽包29中的蒸汽通过管道进入低温蒸汽过热器25，在低温蒸汽过热器25中吸收烟气的热量后通过管道进入高温蒸汽过热器27，然后从高温蒸汽过热器出口28送出，而用于调节蒸汽过热度的减温水则通过高温蒸汽过热器27与低温蒸汽过热器25之间的减温水入口26进入。有机热载体工质从有机热载体换热器进口20进入，由有机热载体换热器出口22送出。其中有机载体工质用于污泥的干化，蒸汽工质可用于发电或供热，可根据系统负荷及燃料情况合理分配两种工质换热比例，灵活适应燃料的变化及热能的利用方式。

四.由于污泥焚烧需要较高的助燃空气温度，一次风系统设置两级预热器，分别布置在尾部烟道两端。一次风通过一次风送风机9进入尾部烟道末端的一次风低温预热器14进行一级预热，再进入尾部烟道始端的一次风高温预热器23进行二级预热，然后通过密相区绝热炉膛5下部布风装置7均匀进入燃烧室。二次风通过二次风送风机11进入二次风预热器17，然后从密相区绝热炉膛5上部进入燃烧室。

五、燃料在燃烧室燃烧产生的灰渣由排渣口6排出，而燃烧室则通过排空口8来进行排空。尾部烟道中沉积下来的飞灰由尾部烟道排灰口12排出。

六、根据燃料特性的不同，可通过在密相区绝热炉膛5上部设均匀排列的水冷管件33和其下部连接的水冷管件集箱34组成的密相区炉膛换热系统来吸收一部分密相区绝热炉膛5的热量，以提高系统的热效率。

Claims (4)

1.双工质双循环污泥焚烧炉，主要包括燃烧室、高温分离器(24)、尾部烟道、给料装置(4)、布风装置(7)、一次风机(9)、二次风机(11)及汽包(29)，其特征在于：燃烧室由密相区绝热炉膛(5)和稀相区受热面炉膛(30)组成，其中密相区绝热炉膛(5)设置在稀相区受热面炉膛(30)下方，在密相区绝热炉膛(5)下方设置有布风装置(7)，稀相区受热面炉膛(30)上方通过烟道与高温分离器(24)连接，高温分离器(24)通过管道经回料装置(10)与密相区绝热炉膛(5)连接，高温分离器(24)顶部连接尾部烟道，尾部烟道中沿烟气流动方向依次设置高温蒸汽过热器(27)、低温蒸汽过热器(25)、一次风高温预热器(23)、有机热载体换热器(21)、高温省煤器(18)、二次风预热器(17)、低温省煤器(16)和一次风低温预热器(14)，一次风机(9)通过管道连接一次风低温预热器(14)，一次风低温预热器(14)又通过管道连接到一次风高温预热器(23)，一次风高温预热器(23)再通过管道连接到布风装置(7)，二次风机(11)通过管道连接到二次风预热器(17)，二次风预热器(17)再通过管道连接到密相区绝热炉膛(5)，低温省煤器(16)通过管道与高温省煤器(18)连接，汽包(29)通过管道与低温蒸汽过热器(25)连接，低温蒸汽过热器(25)通过管道与高温蒸汽过热器(28)连接，高温蒸汽过热器(27)、低温蒸汽过热器(25)、高温省煤器(18)和低温省煤器(16)构成蒸汽工质换热系统，给料装置(4)与密相区绝热炉膛(5)相连接。

2.2 .如权利要求1所述的双工质双循环污泥焚烧炉，其特征在于：所述由密相区绝热炉膛(5)和稀相区受热面炉膛(30)构成的燃烧室为内循环系统；燃烧室和高温分离器(24)、回料装置(10)组成外循环系统。

3.如权利要求1所述的双工质双循环污泥焚烧炉，其特征在于：在稀相区受热面炉膛(30)内壁设有均匀排列的水冷管件(31)，水冷管件(31)一端并联连接在水冷集箱(32)上，另一端均接入汽包(29)。

4.如权利要求1所述的双工质双循环污泥焚烧炉，其特征在于：在密相区绝热炉膛(5)内壁上部可加装水冷管件(33)，水冷管件(33)一端并联连接在水冷集箱(34)上，另一端均接入汽包(29)。

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