CN101539297B - 干化污泥链条炉排焚烧装置 - Google Patents

Abstract

干化污泥链条炉排焚烧装置，属有害废弃物焚烧设备技术领域。其目的是提供一种飞灰粉额小、炉膛出口烟温高的干化污泥链条炉排焚烧装置。其技术要点是：链条炉排(3)上方的炉膛内设置有相互配合的纵截面为F形的前拱(6)和纵截面为横置Y形的后拱(5)，F形前拱的水平段上枝紧贴炉顶，其水平段下枝位于横置Y形后拱的上、下枝之间，后拱出口到前拱之间的空间形成主燃烧区；二次风系统中风道(4)的喷口贴壁置于后拱的后部，炉膛出口处与出口烟窗(8)之间设有辐射冷却室(7)。实现了高温焚烧有害固体废弃物彻底无害化的两个基本条件：极低飞灰粉额和极高炉膛出口烟温，且其结构简单，易于操作，是有害废弃物焚烧的理想设备。

Description

干化污泥链条炉排焚烧装置

技术领域

本发明涉及一种有害废弃物的焚烧装置，特别是一种在火床炉内焚烧污泥的装置。

背景技术

有害固体废弃物，如各种垃圾和污泥，经过高温焚烧处理后，可以彻底杀灭细菌和病毒，消除恶臭类、二噁英类、包含苯并芘在内的多环芳烃类等有害物质，同时可以使得重金属组分充分固化(高温烧结可以大幅度降低重金属在水中的可溶出量)，因此高温焚烧是一种将有害固体废弃物彻底无害化的有效手段。

在已有的燃煤装置内直接掺烧，是成本最低的湿污泥焚烧方式。对于高水分含量的湿污泥，水分蒸发大量吸热，理论燃烧温度极低，因此通常需要使用高热值辅助燃料(柴油或天然气)，才能获取稳定的炉膛高温，以致焚烧处理费用特别昂贵，即使在有公共财政补贴的条件下，达到真正的高温焚烧时运营经济性也非常差。减少高热值辅助燃料的消耗，会使得炉膛温度降低，不能达到有害废弃物真正的无害化。受经济性的驱动，仅仅依靠被动监督无法完全解决运营中无害化不彻底的问题。因此，未经干化处理的污泥，无其他特殊技术措施时，直接焚烧不具备可行性，直接在燃煤锅炉的炉膛内掺烧也不具备彻底无害化的条件。只有经过预先干化的污泥或垃圾，才可能通过焚烧处理真正实现无害化。

对于预干化后的污泥的焚烧，目前主要有循环流化床、鼓泡流化床等燃烧方式，预干化一般使用焚烧产生的高温烟气作为干化的原始热源，干化后的污泥在燃煤锅炉中直接焚烧或与煤掺烧。中国专利200810224995.4和200510102966.7利用循环流化床作为焚烧装置，尾部烟道中设置热交换器吸热进一步作为湿污泥的干化热源，干化乏气作为二次风，炉膛温度850～900℃；中国专利200720039539.3提出添加生物质燃料后对污泥进行干化的焚烧装置，烟道中设置热交换器吸热进一步作为湿污泥的干化热源，干化乏气循环使用并作为二次风；中国专利200510111467.4利用鼓泡流化床作为焚烧装置，燃烧产生的高温烟气用于加热导热油进一步作为湿污泥的干化热源；中国专利200710176475.6利用水泥回转窑作为干化装置并使得干污泥直接焚烧；中国专利200510084351.6提出使用部分干化污泥与湿污泥混烧等。为了避免使用高热值辅助燃料并提高燃烧温度，中国专利200610130413.7提出使用富氧燃烧的方法。

通过高温焚烧实现有害固体废弃物彻底无害化，有两个基本条件必须同时得到满足：足够高的焚烧温度以及在高温环境中足够长的停留时间。比如：二噁英类在700℃以上开始分解，在850℃的条件下完全分解需要21秒以上的停留时间，在1200℃的条件下完全分解需要2秒左右的停留时间；恶臭类物质和多环芳烃类物质在高温焚烧时的分解特性与二噁英类物质类似；重金属组分高温烧结的固化的条件则更加苛刻，需要1200℃以上的高温和千秒量级的停留时间。

对于不使用高热值辅助燃料(柴油或天然气)或富氧助燃的干化污泥焚烧装置(包括纯污泥焚烧装置和干污泥掺烧固体燃料的装置)而言，现有的各种燃烧技术不足以同时满足焚烧温度和停留时间两个条件：对于气相产物(焚烧产生的烟气)，各种焚烧装置的炉内总停留时间大约在2～3秒左右，其中在高温区的停留时间约占总停留时间的一半，所以只有在炉膛出口温度达到1200℃以上时才能保证气相中的主要毒性污染物彻底无害化；对于固相产物(焚烧掺烧的灰渣和飞灰)，其中含有重金属组分并吸附有大量气相有毒污染物，要保证重金属和吸附的有害气体完全无害化，则必须保证燃烧室内有足够的高温同时固相物质在炉内有千秒以上的停留时间。

不同的燃烧方式的固相炉内停留差异极大，火室燃烧(主要是煤粉炉中掺烧污泥)主要产生飞灰，停留时间最短(约2～3秒)，循环流化床次之(约4～6秒)，鼓泡流化床和火床炉中，灰渣的炉内停留时间在千秒以上、飞灰的停留时间大约为2～3秒。

要保证焚烧过程能达到彻底无害化的效果，以下两个条件必须要满足：其一，炉膛出口烟温(注意不是炉内最高温度)大于1200℃；其二，固相在炉内的停留时间在千秒以上。现有的各种焚烧技术很难完全满足这两个苛刻要求，相对而言：火室燃烧方式(煤粉炉)可以达到高的炉膛出口烟温，但飞灰粉额在90％以上，飞灰不能达到无害化；循环流化床燃烧方式炉膛出口烟温低于煤粉炉，飞灰粉额在70％以上，烟气和飞灰都难以达到无害化；鼓泡流化床的炉膛出口烟温低、飞灰粉额大于50％，虽然灰渣停留时间长，灰渣可以彻底无害化，但烟气和飞灰都难以达到无害化；火床燃烧方式，特别是链条炉排，在所有的燃烧设备中具有最小的飞灰份额和很长的灰渣停留时间，因此最适合作为污泥的焚烧设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种飞灰粉额小、炉膛出口烟温高的干化污泥链条炉排焚烧装置。

其技术方案是：一种干化污泥链条炉排焚烧装置，包括炉膛、煤斗、煤闸门、链条炉排和炉排风、二次风系统，其特征在于：链条炉排上方的炉膛内设置有相互配合的纵截面为F形的前拱和纵截面为横置Y形的后拱，F形前拱的水平段上枝紧贴炉顶，其水平段下枝位于横置Y形后拱的上、下枝之间，后拱出口到前拱之间的空间形成主燃烧区；二次风系统中风道的喷口贴壁置于后拱的后部，炉膛出口处与出口烟窗之间设有辐射冷却室。

上述纵截面为横置Y形的后拱，其下枝反倾斜，倾角为30度至60度；上枝正倾斜，倾角为60度至75度。

上述二次风系统中的二次风，采用高二次风率和高二次风速，其空气量占总入炉空气量的30～60％。

上述二次风系统中风道的喷口为缝状喷嘴，喷口宽度为炉排宽度的40％～70％。

其技术效果是：本发明的干化污泥链条炉排焚烧装置，由于采用长后拱结构和特殊的后拱出口形状，使得二次风贴壁并经过后拱的引导到达火床的挥发分析出区，可以有效防止二次风短路飞出炉膛。且横置Y形后拱的下枝反倾斜设置，还可以减小后拱出口的烟气通流面积，结合二次风的贴壁效应，能够获取高的后拱出口流速，强化主燃烧区的湍流强度，横置Y形后拱的上枝则可以防止主燃烧区的烟气过早地飞出炉膛；第二，采用纵截面为F形的前拱，可以有效防止火床的挥发分析出区析出的挥发分短路飞出炉膛；且F形前拱和横置Y形后拱相互配合，在高度方向上，F形前拱的下枝位于横置Y形后拱的上下枝之间，对烟气形成强烈的搅拌，从而充分保证了主燃烧区内有足够高的燃烧强度、足够长的烟气停留时间，以及足够高的燃烧效率，保证了气相有害组分(恶臭类、二噁英类、多环芳烃类)的完全分解；第三，通过燃料的粒度控制和大幅度降低炉排风量而加大二次风量，可以最大限度地降低飞灰份额(飞灰份额小于5％)，显著降低飞灰的粒径，粒径显著降低和小份额的飞灰在穿越高温的主燃烧区时，使飞灰中吸附的毒性气体组分彻底分解，从而保障了固相产物的无害化。因此，本发明的干化污泥链条炉排焚烧装置，实现了高温焚烧有害固体废弃物彻底无害化的两个基本条件：极低飞灰粉额和极高炉膛出口烟温，且其结构简单，易于操作，是有害废弃物焚烧的理想设备。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一个处理量为每小时1吨的干化污泥的链条炉排焚烧装置，包括炉膛、煤斗、煤闸门、链条炉排和炉排风、二次风系统。链条炉排3的长度为3米，炉排宽度为2米。链条炉排上方的炉膛内设置有相互配合的纵截面为F形的前拱6和纵截面为横置Y形的后拱5。后拱水平投影长度为2米，后拱下枝反倾斜，倾角为30度；上枝正倾斜，倾角为60度，后拱下枝端点与炉排面的垂直距离500mm。F形前拱的垂直段为炉膛的前墙，水平段的上枝紧贴炉顶，与炉排面的垂直距离2200mm。其水平段的下枝位于横置Y形后拱的上、下枝之间，与炉排面的垂直距离1100mm。后拱出口到前拱之间的空间形成主燃烧区。二次风系统中管道4的喷口为缝状喷嘴，贴壁置于后拱的后部下缘，其宽度为1.2米，喷口高度30毫米。二次风系统中的二次风，采用高二次风率和高二次风速，其空气量占总入炉空气量的30～60％。二次风使用的工作介质，可以是空气，也可以是干化系统产生的乏气，或者是空气与乏气的混合物。炉膛出口与出口烟窗8之间设有辐射冷却室7。

辐射冷却室的炉膛左右两侧墙和后墙9敷设水冷壁(图中未示)。

本干化污泥链条炉排焚烧装置，使用基水分不大于20％的干化后的污泥为燃料，该燃料经过预先筛分，去除3mm以下和30mm以上的颗粒(去除的颗粒破碎后可以作为湿污泥的热干化装置的回流干粉)。

其工作过程如下：

物料流程为：煤斗1中的干化污泥颗粒经过可以调节高度的煤闸门2，在链条炉排3上形成堆积床层，进入炉膛后在火床上依次完成干燥、挥发分析出、挥发分着火燃烧、固定碳着火燃烧等过程，最后成为灰渣排出。

烟风流程为：来自炉排风室的空气(炉排风)经过链条炉排3，穿越火床进入炉膛；来自二次风系统的空气(二次风)由后拱5的后部通过风道4的喷口送入，流经后拱5进入主燃烧区。由炉排风和二次风燃烧生成的烟气通过炉膛出口进入辐射冷却室7，冷却后进入出口烟窗8次级受热面，最后排入大气。

后拱出口到前拱之间的空间为主燃烧区，是污泥焚烧无害化的关键部位。主燃烧区集中了来自炉排的烟气(这部分烟气富含可燃气体，包括燃料的挥发分，以及固定碳在火床还原区产生的一氧化碳)、来自贴壁的高二次风率和高二次风速的二次空气、来自火床干燥区的湿空气等，以上几股气流在主燃烧区汇合，由于特殊结构形状的前拱和后拱的相互配合作用，使气体在主燃烧区发生强烈的搅拌和强烈的气相燃烧反应，从而产生高温，充分保证了主燃烧区内有足够高的燃烧强度、足够长的烟气停留时间，以及足够高的燃烧效率，在主燃烧区的出口处(该位置视作炉膛出口)烟气温度在1200℃以上，烟气停留时间不小于2秒，从而保证了气相有害组分(恶臭类、二噁英类、多环芳烃类)的完全分解和飞灰中吸附的毒性气体组分的彻底分解。

辐射冷却室7的作用是保护对流受热面并防止结渣。高温焚烧的附加效应是大量的升华灰组分进入烟气中，如果炉膛出口烟气直接流入对流受热面，则升华灰组分凝华造成恶性结渣工况，不仅会使得对流受热面的烟气通流通道堵塞，还会造成对流受热面的硫酸盐型高温腐蚀。设置辐射冷却室7之后，烟气在大空间内辐射冷却，可以防止以上恶性工况的发生。

Claims (6)

1.一种干化污泥链条炉排焚烧装置，包括炉膛、煤斗、煤闸门、链条炉排和炉排风、二次风系统，其特征在于：链条炉排(3)上方的炉膛内设置有相互配合的纵截面为F形的前拱(6)和纵截面为横置Y形的后拱(5)，F形前拱的水平段上枝紧贴炉顶，其水平段下枝位于横置Y形后拱的上、下枝之间，后拱出口到前拱之间的空间形成主燃烧区；二次风系统中风道(4)的喷口贴壁置于后拱的后部，炉膛出口处与出口烟窗(8)之间设有辐射冷却室(7)。

2.根据权利要求1所述的干化污泥链条炉排焚烧装置，其特征在于：纵截面为横置Y形的后拱(5)，其下枝反倾斜，倾角为30度至60度；上枝正倾斜，倾角为60度至75度。

3.根据权利要求1所述的干化污泥链条炉排焚烧装置，其特征在于：二次风系统中的二次风，采用高二次风率和高二次风速，其空气量占总入炉空气量的30～60％。

4.根据权利要求1所述的干化污泥链条炉排焚烧装置，其特征在于：二次风系统中的二次风，是空气，或者是干化系统产生的乏气，或者是空气与乏气的混合物。

5.根据权利要求1所述的干化污泥链条炉排焚烧装置，其特征在于：二次风系统中风道(4)的喷口为缝状喷嘴，喷口宽度为炉排宽度的40％～70％。

6.根据权利要求1所述的干化污泥链条炉排焚烧装置，其特征在于：辐射冷却室(7)的炉膛左右两侧墙和后墙(9)敷设水冷壁。

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