CN101713543B - 一种零辅助燃料的污泥焚烧炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及环保工程领域，具体地说是一种污泥焚烧技术。解决现有技术焚烧污泥必须有辅助燃料——如煤，的缺陷。这种污泥焚烧炉主要由沸腾段、悬浮室、喷管、导气管、支撑拱、出渣口、降温喷头、燃烧器、风室及高温空气预热器、渣仓、砂提升机、加砂机、中间仓、给料机组成。本发明的有益效果是：通过采用这种技术的焚烧炉，可以在不添加煤的情况下，实现污泥的稳定焚烧，达到无害化处理污泥的目标；该技术焚烧炉炉内可以蓄存大量热量，床层反应温度均匀，不会发生局部过热现象，床内温度容易控制；在处理含有大量易挥发性物质时(如含油污泥)，也很安全；流化床的结构简单，设有机械传动部件、故障少、建造费用低；空气过剩系数可以较少，减少动力消耗；燃料适应性广，易于实现对有害气体SO₂和NO_x等的控制，还可获得较高的燃烧效率，污泥焚烧的灰份有多种用途。

Description

一种零辅助燃料的污泥焚烧炉

所属技术领域：

本发明涉及一种零辅助燃料的鼓泡流化床污泥焚烧炉，能通过焚烧方式处理低热值、高水分、难燃的均质颗粒、粉末状物质。尤其能焚烧市政污泥、工业污泥。具体是指该焚烧炉。

背景技术

工业污水、生活污水及市政自来水处理过程中，会产生各种性质的污泥，其成分和性质有比较大的差异，有部分还属于危险废弃物。随着近来来，我国环保事业的发展，污泥处理也开始起步，而大部分地方污水处理及工业生产的伴生产品——污泥都没有得到很好的处置，有相当部分都送往填埋甚至丢弃在河边、旷野中，造成了二次污染，这造成污染物在植物中残留，超过环境自我调节的承受能力，极大的破坏了环境，使之长时间不能自行修复，还危及当代和后代的身体健康，破坏了可持续发展。

随着经济的发展、人民生活水平的提高，对环保的要求也逐步在提高，特别是国家加大了对环保的执法力度，相当部分企业也开始重视污泥的处理处置。也逐渐添加了各种设备和装置，对污泥进行了各种无害化处理，如对石油胶泥进行高压反应，对污水污泥添加到电厂锅炉中进行焚烧，将污泥制砖，将污泥制肥等。但一般的做法不能完全彻底无害化，特别是通过将污泥这种高浓度污染物放入低浓度污染物中稀释排放，造成隐含的超标排放，而不是彻底无害化，这种处理方法在欧美等工业化国家是不允许的，而有严格的环保措施应对，由于中国在这方面执法不严，法规缺失，而暂时不能解决这个问题。。

污泥焚烧是利用焚烧炉高温氧化污泥中的有机物，使污泥完全矿化为少量灰烬的处置方式。以焚烧技术为核心的污泥处理方法是最彻底的处理方法，是发达国家开始普遍采用的处理方法。

污泥焚烧技术主要有回转焚烧炉、立式多段焚烧炉、流化床式焚烧炉等，过去国外常用立式多段炉，最近常用流化床焚烧炉。

焚烧处理污泥的优点是占用场地小，处理快速、量大，减量明显，灰渣中的重金属不易浸出，也可用作建筑材料或铺路等。国内已开始意识到焚烧的优点，各地均在积极探索和因地制宜应用。我国在污泥焚烧这一领域缺乏系统的研究，有可靠焚烧污泥的焚烧炉生产厂家较少。

污泥焚烧技术分类

20世纪60年代以前，用作污泥焚烧的主要是多膛式焚烧炉，但由于辅助燃料成本上升和更加严格的气体排放标准，多膛炉逐渐失去竞争力，促使流化床焚烧炉成为较受欢迎的污泥焚烧装置。

流化床焚烧炉于20世纪60年代开始于欧洲，70年代出现于美国和日本。自1962年以来，已有125台流化床焚烧炉在美国安装，其中43台是1988年以后安装运行的。此外，回转式焚烧炉在焚烧工业污泥方面也有大量的工程应用。而国内在工程应用中的污泥焚烧设备仍没有可靠案例，以下所列均为国外技术。

◆多膛式焚烧炉(立式多段焚烧炉)

该种焚烧炉由若干用耐火砖砌成的上下串联炉膛和圆柱形钢壳体组成，一般可含有4～14个炉膛，从炉子底部到顶部有一个可旋转的中心轴。每个炉膛上都有搅拌装置，可以耙动污泥，使之以螺旋型轨道通过炉膛。

脱水污泥从炉子顶部注入炉膛，在焚烧的同时向下流动，依次流过各个炉膛。炉内温度中间高两头低，顶部两层起污泥干燥作用，温度为480℃～680℃，可使污泥含水率降至40％以下；中部几层为污泥焚烧层，温度可达760℃～980℃，污泥在此与上升的高温气体和侧壁加入的辅助燃料一并燃烧；下部几层为缓慢冷却层，主要起冷却并预热空气的作用，温度为260℃～350℃，炉渣在此冷却后从底部排灰口排出，而热烟气流到炉子顶部后一部分回流到炉底，一部分经除尘净化后排空。有时，污泥可从顶部第二个炉膛注入，将顶部炉膛作为后燃室，以便燃尽烟气中剩余的碳氢化合物。

多膛式焚烧炉由于具有对各种不同含水率的污泥都有较好的适应性、燃烧效率高、燃烧温度易于控制等优点而一度得到了广泛的应用，但在长期的使用过程中发现其二次污染严重。

◆炉排型焚烧炉

炉排型焚烧炉是使用最普遍的一种连续式焚烧炉，常在处理量较大的城市生活垃圾焚烧厂中使用。炉排型焚烧炉的特点是垃圾在大面积的炉排上分布，厚薄较均匀，空气沿排片上升，供氧均匀。炉排炉的关键技术是炉排，一般可采用往复式、滚筒式、振动式等型式。由于炉排型焚烧炉的空气是通过炉排的缝隙穿越与垃圾混合助燃，所以，小颗粒的渣土、塑料(粒径＜5mm)等废物会阻塞炉排的透气孔，影响燃料效果。针对污泥性状来看，污泥焚烧会阻塞炉排的透气孔，因此炉排炉不适于焚烧污泥。

◆旋转窑式焚烧炉

也称为回转炉、回转窑等，主要用于处理有毒有害的医疗垃圾、化工废料、工业污泥等废物。

回转式焚烧炉的燃烧设备主要是一个缓慢旋转的回转窑，其内壁可采用耐火砖砌筑或用管式水冷壁，以保护外筒，回转窑直径一般为4m～6m，长度约10m～20m，由挡轮、托轮支撑，倾斜放置。

根据污泥含水量的高低，一般选择顺流式焚烧系统，被焚烧的固体流向与烟气流动方向相同，回转炉以每分钟几转左右的转速缓慢转动本体，利用内壁耐高温抄板将污泥由下部带到上部，然后靠污泥自重落下。污泥在筒内翻滚，可与空气充分接触，进行较完全的燃烧。污泥由滚筒一端送入，利用热烟气对其进行干燥，在达到着火温度后燃烧，一直到筒体出口排出灰渣。当污泥含水率过高时，可在筒体尾部增加一级炉排，来满足燃尽要求，滚筒中排出的烟气通过一垂直的燃尽室，烟气中的可燃成分可在此得到充分燃烧。燃尽室温度一般控制在1000℃～1200℃。回转式焚烧炉因其能自动地对物料连续翻动，对于低热值的污泥或生活垃圾的焚烧比较有效、彻底。但回转式焚烧炉设备投资和运行费用稍高。

◆流化床焚烧炉

流化床焚烧技术是近40年来迅速发展起来的一种新型清洁高效焚烧技术。流化床污泥焚烧炉采用一定粒度范围的石英砂作为床料，空气经风帽进入焚烧炉，促使炉内的砂床流化。污泥由给料装置给入焚烧炉后，立即被大量运动着的高温惰性物料冲散并与炽热的砂粒迅速混合，由于床料的蓄热量极大，污泥在流化床中迅速干燥、着火和燃烧，焚烧条件优于其它焚烧设备，能够取得较好的燃烧效率；为了避免污泥中的灰分熔化，一般须将焚烧炉的温度控制在850℃，这对于流化床焚烧炉是可以并容易做到的。

流化床床料材质组成的选用应考虑到不被高温融化，且不得含有氯化钠(钾)或硫酸钠(钾)等低熔点化合物，其粒径应尽可能均匀。一般常用的流化床床料多以二氧化硅(SiO₂)为主，其中含有微量的三氧化二铝(Al₂O₃)及三氧化二铁(Fe₂O₃)等物。与其它焚烧方式相比，流化床焚烧技术具有以下显著优点：

1.废物适应性好，可焚烧低热值、高水分、在其他燃烧装置中难以稳定燃烧的废弃物。

2.焚烧效率高，市污泥属高水分、低热值废料，对于这种废料的焚烧，流化床具有优势。

3.燃烧强度高，单位截面的废物处理量大，结构紧凑，占地面积小。

4.炉内无活动部件，运行故障少。

5.能够满足苛刻的环保要求。

因此，流化床污泥焚烧炉在国际上得到了较好的应用。在过去的20年中污泥的焚烧量大幅增加，据不完全统计，在需要焚烧的污泥中约65％以上的污泥是通过流化床焚烧炉实施焚烧处理的。

本发明提供了一种流化床污泥焚烧炉，采用鼓泡流化床燃烧方式焚烧各种污泥，能实现污染物较低排放：850℃-950℃中温燃烧，属于最适合脱硫的温度范围，分段供风，燃烧稳定，炉内温度分布均匀。

控制二噁英生成：保证炉内燃烧温度控制在850℃～950℃，有利于有机物的完全分解、焚烧燃料产生的烟气在炉内大于一般垃圾焚烧规定的2秒、通过二层二次风的切向旋转促进炉内气体的湍流。

污泥在流化床中焚烧，还可以通过在流化床内加入石灰石等固硫剂进行燃烧固硫，脱酸。

2HCl+Ca(OH)₂→CaCl₂+2H₂O    SO₂+Ca(OH)₂→CaSO₃+H₂O

石灰粉在流化床中与酸性物质发生反应，反应后的生成物被蒸干呈粉末状，部分大颗粒落回流化床焚 烧系统，降低后续脱酸剂的耗量，少量由出灰机构排出，其余随烟气从烟气管带出。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

这种污泥焚烧炉主要由沸腾段、悬浮室、喷管、导气管、支撑拱、出渣口、降温喷头、燃烧器、风室及高温空气预热器、渣仓、砂提升机、加砂机、中间仓、给料机组成。

炉本体是由耐热砖、保温砖及钢结构组成的圆形腔体。耐热砖在炉内侧，起到耐火的作用；保温砖在中间，防止炉内热量通过炉墙向大气散失；钢结构在最外侧，起到固定支撑的作用。

炉本体的最下部为风室，经过加热的空气被引入风室，同时在此区域还布置了一个柴油燃烧器，在焚烧炉启动或者焚烧不正常而造成低温时，燃烧器启动，提高炉膛温度，使焚烧得以进行。在风室的两侧设有导气管开口，将风室的空气引入导气管并经喷管射到支撑拱上的污泥中，对污泥进行扰动，并提供污泥燃烧用空气。

在支撑拱的上方，为污泥的主要焚烧区域——沸腾段，污泥在此区域呈沸腾状态进行燃烧。污泥块之间，污泥块与烟气之间发生剧烈的传热和传质，使燃烧相当彻底。污泥块在沸腾段跳动，污泥块之间发生剧烈的碰撞、挤压，然后破碎变小，部分小颗粒进入沸腾段上方的悬浮室继续燃烧直至燃烬。

在沸腾段的两个最低点，分别设置有出渣口，在沸腾段风压过大时，可适当放渣，进入渣仓。渣仓内储存的灰渣可通过砂提升机提高，可再通过加砂机进入炉膛或装车外运。

在沸腾段和悬浮室相接处，设有二次风喷口，向炉内吹入高速热风，造成旋流，延长炉内的燃烧时间。

在悬浮室顶部设置有喷头，在炉温不正常升高时可适当降温处理。

在炉本体外部设置有一个高温空气预热器，在降低炉膛出口温度的同时，加热燃烧用空气。

在炉外还设置有中间仓和给料机，用于暂时储存污泥和向炉内供料。

本发明的有益效果是：

1、通过采用这种技术的焚烧炉，可以在不添加煤的情况下，实现污泥的稳定焚烧，达到无害化处理     污泥的目标；

2、由于流化层内固体颗粒处于激烈运动状态，颗粒与气体之间的传质与传热速度很快，单位面积的     处理能力很大；

3、由于流化床层内处于完全混合状态，所以加到流化床的固体废物，都可以瞬间分散均匀；

4、由于载体本身可以蓄存大量热量，并且处于流动状态，所以床层反应温度均匀，不会发生局部过     热现象，床内温度容易控制；

5、在处理含有大量易挥发性物质时(如含油污泥)，也不会像多段炉那样有引起爆炸的危险；

6、流化床的结构简单，设有机械传动部件、故障少、建造费用低；

7、空气过剩系数可以较少，减少动力消耗；

8、燃料适应性广，易于实现对有害气体SO₂和NO_x等的控制，还可获得较高的燃烧效率。

9、污泥焚烧的灰份有多种用途。

图1是本发明的炉膛立面示意图。

图2是本发明的炉膛剖面图。

在图1的实施示例中，被焚烧物质首先被放置到中间仓中暂存，通过给料机均匀的输送到炉膛内。污泥由给料装置送入焚烧炉后，立即被大量运动着的高温惰性物料冲散并与炽热的砂粒迅速混合，由于床料 的蓄热量极大，污泥在流化床中迅速干燥、着火和燃烧，为了避免污泥中的灰分熔化，将焚烧温度控制在850℃～950℃。

污泥在炉内沸腾段跳跃、混合、互相挤压、碰撞、破碎，大颗粒逐渐变小，部分未完全燃烬的小颗粒被吹入悬浮室继续燃烧，直至完全燃烬。

在沸腾段和悬浮室设置的二次风喷口向炉内吹入高速热风，既为悬浮室燃烧提供充足的氧气，又造成了旋流，延长烟气中携带的飞灰在炉内高温环境下的停留时间，促进污泥的燃烬。

在悬浮室的顶部设置的喷头和风室中设置的燃烧器用于部分非正常工况下，对炉温的调节，确保炉膛温度时刻保持在正常的范围内，保证环保指标的正常。

燃烧完成的污泥部分被设置在支撑拱最低点的排渣口放出炉外，根据情况重新添加进炉内或装车外运。同时相当一部分燃烧的污泥变成飞灰，随烟气飞离炉膛。高温烟气夹带着飞灰离开炉膛后，首先冲刷高温空气预热器，来加热燃烧用的空气。之后，离开焚烧炉，进入余热锅炉和烟气净化装置，被降温和净化后排入大气。

燃烧用的空气被烟气加热后，被送入炉本体下部的风室，在这里空气被均压，使送入炉膛的空气在各个区域均匀分布，避免氧气与污泥混合不均匀，同时风室也保证了燃烧器的正常工作需要的空间。均压后的高温空气送导气管通过喷管引入沸腾段，与污泥均匀混合，提供燃烧用氧气和沸腾需要的上升推力。

在图2的实施示例中，可以看到喷管在炉内的布置情况，加料的方向及出渣口的设置位置。

Claims (7)

1.一种零辅助燃料的污泥焚烧炉，主要由沸腾段、悬浮室、喷管、导气管、支撑扒、出渣口、降温喷头、燃烧器、风室及高温空气预热器、渣仓、砂提升机、加砂机、中间仓、给料机组成，炉体最下方是风室，风室之上是支撑拱，支撑拱上部为喷管、沸腾段、悬浮室，支撑拱侧为出渣口，炉顶设置了降温喷头；在炉外有高温空气预热器、渣仓、砂提升机、加砂机、中间仓、给料机，污泥经进口送入炉内后，在支撑拱上，被喷管中喷出的高速气流吹起，大颗粒在沸腾段边呈沸腾状运动，边进行燃烧，小颗粒则进入悬浮室继续燃烧，直至燃烬。

2.根据权利要求1所说的污泥焚烧炉，其特征在于在炉本体内设有风室、沸腾段、悬浮室、支撑拱、喷管、导气管，风室内的热空气经导气管、喷管左右对称引入沸腾段与污泥进行混合后，使之呈沸腾态燃烧。

3.根据权利要求1所说的污泥焚烧炉，其特征在于在风室与沸腾段之间以支撑拱隔绝，并在支撑拱最低点设置有排渣口，根据需要有控制的进行排渣。

4.根据权利要求1所说的污泥焚烧炉，其特征在于在支撑拱上部设置有外包耐火材料的喷管，用于使空气与污泥均匀混合，并使污泥呈沸腾态燃烧。

5.根据权利要求1所说的污泥焚烧炉，其特征在于喷管轴线与两个出渣口的连线基本垂直。

6.根据权利要求1所说的污泥焚烧炉，其特征在于在支撑拱下部的风室侧面设置有柴油燃烧器，用于在焚烧炉启动或者焚烧不正常而造成低温时，提高炉膛温度，使焚烧得以进行。

7.根据权利要求1所说的污泥焚烧炉，其特征在于还设有二次风喷口，向炉内吹入高速热风，造成旋流，延长污泥在炉内的燃烧时间。

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