CN101788150B - 一种滚筒炉排垃圾焚烧炉及其预热燃烧方法 - Google Patents

一种滚筒炉排垃圾焚烧炉及其预热燃烧方法 Download PDF

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    • Y02E20/344
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Abstract

一种滚筒式垃圾焚烧炉及其预热燃烧方法,属于固体废弃物处理技术中使用的一种垃圾焚烧设备及工艺。采用滚筒炉排作为燃烧装置,滚筒炉排与水冷壁、炉膛、过热器、省煤器、空气预热器等组合在一起,形成一种处理垃圾并回收其热能的工艺及其装置。这种滚筒炉排的特点在于在滚筒炉排的前部设置一预热干燥栅,可充分预热、干燥垃圾,有利于垃圾在滚筒炉排上的完全燃烧。滚筒炉排分为干燥燃烧段和燃尽段,干燥燃烧段呈阶梯状倾斜布置,燃尽段水平布置。在炉膛侧墙布置有富氧空气喷嘴,可以根据垃圾热值、含水率等情况,通过富氧空气喷嘴向炉膛内通入富氧空气进行助燃,提高垃圾燃烧温度。

Description

一种滚筒炉排垃圾焚烧炉及其预热燃烧方法

技术领域

[0001] 本发明涉及燃烧设备,尤其涉及一种城市生活垃圾焚烧炉的滚筒炉排垃圾焚烧炉及其预热燃烧方法。

背景技术

[0002] 近20年来,我国经济高速发展,城市规模不断扩大,城市化进程迅猛。据统计,我国城市人口比例已由1991年的27%增加到2005年的43%,城市数量由1986年的353个增加到2005年的657个。随着城市化进程和规模的扩大、城市人口增多、市场的开放、居民消费结构的改变以及旅游事业的发展,城市垃圾的产生量和堆积量逐年增加,2005年,生活垃圾清运量已达I. 56亿吨,据预测,到2030年,我国的垃圾清运量将达到I. 85〜2. 03亿吨。过去,我国垃圾处理以填埋为主,由于生活水平的提高,特别是大城市,燃气进入家庭,垃圾中的可燃组分逐步提高,从而“减容量”大的焚烧方法逐步得到发展。·[0003] 垃圾焚烧是处理固体废弃物的一种良好方法,其目的是通过焚烧实现垃圾减量化、资源化、无害化。用于垃圾焚烧的炉型有炉排炉、回转窑、循环流化床、热解炉等。第一个城市生活垃圾焚烧炉于1874年建于英国的诺丁汉市,我国第一座工业化垃圾焚烧发电厂1988年建于深圳市,日处理城市生活垃圾300吨,为2台150吨/天焚烧炉,其技术和设备自日本三菱重工引进。由于国家产业政策的支持及焚烧技术的发展,我国垃圾焚烧厂的建设数量增加很快,垃圾焚烧处理在我国呈现出迅猛增长的势头。我国大部分建成的垃圾焚烧发电厂的焚烧设备由国外引进,例如,深圳环卫综合处理厂、广州李坑焚烧厂采用日本三菱公司的焚烧炉,天津双港、北京高安屯等采用日本田熊公司的焚烧炉,苏州、常熟等使用西格斯公司的翻转炉排焚烧炉,哈尔滨垃圾焚烧发电厂、太原垃圾焚烧厂采用日本荏原公司的回旋流化床垃圾焚烧炉等。

[0004] 我国的垃圾焚烧技术的开发始于20世纪90年代初,在循环流化床焚烧领域,经过多年的研究,已取得很大的成绩,国内很多科研单位推出了代表各自技术特征的循环流化床垃圾焚烧技术。例如,北京朝来农艺园供热厂、长春垃圾焚烧发电厂等采用了清华大学的层燃-流化复合圾焚烧技术;浙江嘉兴、四川彭州等垃圾焚烧厂采用了中科院的垃圾焚烧技术;杭州乔司、山东菏泽等焚烧厂采用了浙江大学异重流化床垃圾焚烧技术。针对目前国内原生垃圾的特点以及国内外垃圾焚烧方面存在的技术难题,国、内外都在积极进行技术开发。层燃与流化床燃烧是两种主要的垃圾焚烧方式,与流化床技术相比,层燃技术较成熟,对垃圾的预处理要求低,焚烧后的灰渣灼减率高,对垃圾的热值要求较高;而流化床技术开发较晚,对垃圾的预处理和排渣要求高,灰渣的热灼减率低,燃烧效率高,燃料适用性强,对环境污染小。更重要的是,对我国的高水分、低热值垃圾,层燃技术如果不投油助燃,污染排放很高,如果投油则运行成本相当高,经济性差。

[0005] 开发适合我国城市垃圾高水分、低热值特点的焚烧技术是推广焚烧方法应用于垃圾处理的重要措施。为解决垃圾的干燥问题,中国专利(CN 1164628A)公开了一种焚烧低热值的垃圾的方法,采用炉排干燥和流化床燃烧结合的方法。为提高垃圾的燃烧温度,中国专利(公开号:CN 101029727A)工况了一种垃圾炉排高温混合层燃焚烧方法及其装置,采用高温空气燃烧技术和混合器来提高低热值垃圾的焚烧效果,但是由于垃圾本身热值较低并且成分复杂,很难通过合适的设备提高预热空气的温度。中国专利(ZL 03126962. 1,ZL200520045674. X,CN1521448A)公开了炉排焚烧垃圾的方法及设备,其炉排采用了大量的活动炉排片,检修困难。采用滚筒炉排可降低检修、维护的成本,并有利于焚烧炉过程对垃圾的翻动。本发明人曾发明了一种滚筒式垃圾焚烧炉(ZL 00254043. 6),该装置成功的解决了高水分垃圾的焚烧问题,但是垃圾的预热段受炉排纵向长度的限制仍然不够充足,燃烧过低热值的垃圾焚烧温度偏低。其他发明人也提出了类似的专利,中国专利(ZL 00227154. O)公开了一种半滚筒阶梯式垃圾焚烧炉炉排具有运动部件少的优点,但是由于存在大部分的静止炉排面,垃圾在炉排上的移动和翻动效果不好。中国专利(ZL 02216740.4)公开了一种摆动齿辊式炉排焚烧炉,但其滚筒是只是摆动的,削弱了滚筒对垃圾的翻动效果。中国专利(CN 101008490A)公开了一种回转炉排,密封效果好,可解决漏风的问题,但是其炉排的下部设置有空气预热器,滚筒的轴处于热环境中,容易变形,影响运行。中国专利(ZL01277503. 7)公开了一种高效高温滚动炉排,采用“托辊”驱动“辊子”,这种炉排的缺点在 于两个辊子之间的缝隙大,烧垃圾时容易卡塞。中国专利(申请号:94105722. 4)、欧洲专利(94105827. 3)、国际专利(W096/29539)公开了用于燃烧设备的滚筒式炉篦,滚筒采用平行布置,对垃圾的翻动效果不好。针对我国垃圾高水分、低热值的状况,现有技术存在干燥段不足、燃烧前垃圾干燥不充分、翻动效果差、燃烧温度低等不足和缺陷。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于克服现有垃圾焚烧技术干燥段不足、燃烧前垃圾干燥不充分、翻动效果差等缺陷,提供一种滚筒炉排垃圾焚烧炉及其预热燃烧方法,该焚烧炉对于热值低、水分高的垃圾具有很好的适应性,可以将生活垃圾充分燃尽,从而降低燃烧过程的污染排放。

[0007] 本发明的另一个目的是提供一种滚筒炉排垃圾焚烧炉及其预热燃烧方法,通过空气预热和富氧燃烧,提高垃圾的焚烧温度,并通过炉膛、过热器、省煤器、空气预热器等回收垃圾焚烧产生的热量。

[0008] 本发明是通过以下技术方案来实现的:

[0009] 一种滚筒炉排式垃圾焚烧炉,含有垃圾斗、滚筒炉排、炉膛、燃烧室、燃烧室侧墙、前拱、后拱、二次风喷嘴、第一通道、第二通道、第三通道和炉膛水冷壁;所述滚筒炉排由多个滚筒组构成,滚筒炉排分为干燥燃烧段和燃尽段,每个滚筒组通过传动装置分别驱动;所述的干燥燃烧段倾斜布置,燃尽段水平布置;每个滚筒组配置一个一次风分仓风室,其特征在于:所述的滚筒炉排式垃圾焚烧炉还包括干燥栅,该干燥栅位于燃烧室的垃圾入口的上方和前拱的下方,且干燥栅所在的平面与竖直平面的夹角Y为O〜15°,所述的干燥栅由干燥栅管组成,干燥栅管通过集箱、联络管与所述的炉膛水冷壁相连。

[0010] 本发明的技术特征还在于:滚筒组内部的滚筒与滚筒之间采用“哑铃”型的密封构件。

[0011] 所述干燥燃烧段与水平方向的倾角β为5〜15°,且成阶梯状布置。

[0012] 本发明又一技术特征是:在所述的燃烧室侧墙上设置富氧空气喷嘴,该富氧空气喷嘴位于二次风喷嘴的下方。所述的富氧空气喷嘴呈“一”字排开,且喷嘴连线与水平方向夹角α为5〜15°。

[0013] 本发明还提供了一种所述的滚筒炉排式垃圾焚烧炉的预热燃烧方法,其特征在于,垃圾燃料在落入滚筒炉排前先经过预热和干燥,干燥后的垃圾在滚筒炉排上形成燃料层,该燃料层在滚筒炉排的驱动下移动,由空气预热器预热后的空气经一次风分仓风室送入燃烧室作为助燃一次风,对于热值超过5000kJ/kg或者水分的质量百分含量小于50%的垃圾燃料,预热空气温度为150〜200°C ;对于热值低于或等于5000kJ/kg或者水分的质量百分含量大于等于50%的垃圾燃料,预热空气温度为200〜300°C。

[0014] 本发明还提供了一种在燃烧室侧墙上设有富氧空气喷嘴的滚筒炉排式垃圾焚烧炉的预热燃烧方法,其特征在于,垃圾燃料在落入滚筒炉排前先经过预热和干燥,干燥后的垃圾在滚筒炉排上形成燃料层,该燃料层在滚筒炉排的驱动下移动,由空气预热器预热后的空气经一次风分仓风室送入燃烧室作为助燃一次风,对于热值低于3200kJ/kg的垃圾燃 料,在炉膛富氧喷口内通入氧气的质量百分含量为23%〜31%的助燃风。

[0015] 本发明与现有技术相比,具有以下优点及有益效果:由于设置了干燥栅,对垃圾提前进行干燥,有利于稳定垃圾燃烧;采用炉排阶梯布置,强化了垃圾的翻动效果;局部供入富氧,提高了垃圾的燃烧温度,有效降低了污染排放。采用本技术的垃圾焚烧,可以有效且经济地焚烧中国低热值、高水分的垃圾,具有广阔的应用前景。

[0016] 附图说明

[0017] 图I为本发明所提供的滚筒炉排垃圾焚烧炉的整体结构示意图。

[0018] 图2为本发明所涉及的干燥栅的结构及连接关系示意图。

[0019] 图3为本发明所涉及的滚筒炉排的结构示意图。

[0020] 图4为相邻两滚筒组之间的T形密封结构。

[0021]图5为本发明所涉及滚筒炉排的滚筒组内部滚筒与滚筒之间的密封示意图。

[0022] 图6为本发明所涉及滚筒炉排的一次风布风孔示意图(a为滚筒炉排表面展开图,b为滚筒炉排的截面,c为滚筒的正面图)。

[0023] 图7为本发明所涉及的富氧喷口位置示意图。

[0024] 图中:1 一燃尽段;2—一次风分仓风室;3—干燥燃烧段;4一推料装置;5—垃圾;6—干燥栅;7—联络管;8—前拱;9一辅助燃烧器;10—垃圾斗;11 一富氧空气喷嘴;12—耐火材料顶部;13 —下降管;14一炉膛;15—炉膛水冷壁;16—锅筒;17—饱和蒸汽管;18—汽水引出管;19—第一通道;20—第二通道;21—第二通道;22—垃圾入口 ;23—省煤器;24 —过热器;25—空气预热器;26—燃烧室侧墙;27—炉膛绝热段;28—二次风喷嘴;29—后拱;30—点火燃烧器;31—滚筒炉排;32—燃烧室;33—滚筒;34—滚筒组;36——次风风管;41 一滚筒组之间密封顶板;42—拉杆;43—导向管;44一弹簧;45—固定装置;48—哑铃形密封构件;49一滚筒组之间的T型密封;50—阶梯台阶;51—滚筒上的一次风口 ;52—辐条;53—环形轴;54—心轴;57—传动装置;61—联箱;62—干燥栅管;63—入口联箱;65—福射热;71—富氧喷口排的中心线;72—干燥燃烧段炉排的中心线。

具体实施方式

[0025] 下面结合附图详细描述本发明的具体结构、工作原理及实施方式:[0026]图I为本发明所提供的滚筒炉排垃圾焚烧炉的整体结构示意图,含有垃圾斗10、滚筒炉排31、炉膛14、燃烧室32、燃烧室侧墙26、前拱8、后拱29、二次风喷嘴28、第一通道

19、第二通道20、第三通道21、炉膛水冷壁15。滚筒炉排31包括若干滚筒组34,每个滚筒组由3〜5个滚筒33组成(参见图3)。每个滚筒组34通过传动装置57分别驱动。滚筒炉排31依据所处的位置分为干燥燃烧段3和燃尽段I两部分。干燥燃烧段3位于滚筒炉排31的前部,倾斜布置,燃尽段I位于滚筒炉排的后部,水平布置。每个滚筒组34配置一个一次风分仓风室2,滚筒33由滚筒心轴54、辐条52、传动装置57构成。为了延长干燥流程,在前拱8的下方和燃烧室垃圾入口 22的上方设置一干燥栅6,图2为本发明所提供的干燥栅的结构及连接关系示意图。干燥栅由干燥栅管62排列构成,干燥栅管通过集箱61、联络管7与所述的炉膛水冷壁15相连通。干燥栅管内的汽水混合物对干燥栅管起冷却和保护作用。干燥栅6所在的平面与竖直平面的夹角Y为O〜15°,干燥栅相当于一个位于炉膛14、燃烧室22和垃圾斗10之间的“篱笆”,垃圾5在进入干燥燃烧段3的滚筒炉排上方时,就已经透过干燥栅6吸收了炉膛和燃烧室的高温辐射热量65,从而提前对垃圾5进行了干燥,比普通的层燃垃圾焚烧炉具有干燥时间长、干燥充分的优点。滚筒33采用滚筒心轴54 支撑,采用环形轴53传动。在每个滚筒组34内部,相邻两个滚筒33之间采用哑铃形的密封构件48 (参见图5),相邻两个滚筒组之间孔隙采用T形密封结构49 (参见图4),T形密封结构49由滚筒组之间密封顶板41、拉杆42、导向管43、弹簧44及固定装置45构成,这样便于安装、检修和维护。位于滚筒炉排前部的干燥燃烧段3的干燥燃烧段炉排的中心线72与水平方向的倾角β为5〜15°,且相邻两个滚筒组之间有阶梯台阶50,滚筒组呈阶梯状布置(参见图3)。前拱8、后拱29、炉膛绝热段27由耐火材料砌筑而成,为了维持较高的燃烧温度,耐火材料沿着炉膛高度浇注到位于二次风喷嘴28之上的耐火材料顶部12。在燃烧室侧墙26上布置一排富氧空气喷嘴11,图7为富氧喷口位置示意图。该富氧空气喷嘴位于二次风喷嘴28的下部。位于炉膛侧墙26上的富氧空气喷口 11排列在一条直线71上,这条直线71与水平方向的夹角α保持在5〜15°。富氧空气为O2含量大于21%助燃气体。助燃气体通过富氧空气喷嘴11喷入焚烧炉炉膛14助燃,可大大提高绝热燃烧温度,力口快燃烧速度,促进二恶英等有害物质的分解。在焚烧炉炉膛14、第一通道19、第二通道20内,烟气以辐射换热为主,壁面布置辐射受热面。第二通道内布置过热器24、第三通道内布置省煤器23和空气预热器25等对流受热面。

[0027] 该焚烧炉的预热燃烧方法是通过如下方法实现的:

[0028] 干燥栅6是由干燥栅管62构成的一组栅栏,其内通入冷却介质(通常为水或者汽水混合物)对干燥栅进行冷却,每个干燥栅管之间的距离以小于垃圾的整体尺寸为宜,一般每个干燥栅管之间的距离为30〜50cm。垃圾斗中的垃圾在重力作用下落入干燥栅前的空间,堆积在干燥栅前。垃圾斗10中的垃圾5在重力作用下落入干燥栅6前的空间、堆积在干燥栅前。垃圾5 —方面受到炉膛14和燃烧室32内的高温烟气的烘烤,另一方面、后拱29通过辐射将热量传递给干燥栅后面的垃圾5,使垃圾5受热并干燥。由于干燥栅6的存在,其预热干燥时间比普通的没有干燥栅的炉排炉干燥时间要长。在干燥栅6前干燥过的垃圾,通过推料装置4被送入滚筒炉排31上,首先进入滚筒炉排的干燥燃烧段3,在阶梯布置的干燥燃烧段炉排3上完成垃圾继续干燥、热解、燃烧等过程,然后剩余未燃尽的垃圾进入水平布置的燃尽炉排段1,进而实现充分燃烧。在滚筒的径向方向上均布多个一次风口狭缝喷口 51 (参见图6)。从炉排后方吹来的高温烟气携带的热量、炉拱的辐射热及从滚筒一次风口 51喷出的热空气等均可使垃圾升温干燥,干燥后的垃圾与一次风混合后在炉排上适当的位置起燃、燃烧。由于垃圾的热值低,单靠本身的热值难以充分燃尽,或者即使燃烧,燃烧温度低,易产生剧毒有害物质(比如二恶英等)。因而对低热值的垃圾,通过富氧空气喷嘴11向炉膛内供入富氧空气,以提高燃烧温度和燃烧速度。在富氧空气喷嘴的下方设置有辅助助燃燃烧器9,在垃圾热值特别低的情况下,投入气体、液体等辅助燃料助燃。富氧空气的加入以及辅助燃料的投入,可以保证无论烧何种热值的垃圾都能维持正常的燃烧温度,并高于850°C,使垃圾燃尽,减少CO、有机化合物等污染物的排放。通过富氧燃烧以及控制燃烧温度,也可以改善NOx的排放。助燃空气温度与垃圾的含水率成正比,与垃圾热值成反比。对于垃圾热值超过5000kJ/kg或者水分的质量百分含量小于50%,运行时预热空气温度在150°C〜200°C之间。对于垃圾热值低于或等于5000kJ/kg或者水分的质量百分含量大于等于50%,预热空气温度在200°C〜200°C。为了降低运行成本,喷入炉膛的富氧空气的氧气含量宜控制在23%〜31%,氧气浓度过高,制氧的成本上升,氧气浓度太低,燃烧效果不好。对于焚烧热值低于3200kJ/kg的特别劣质垃圾,在燃烧段风室内通入富氧率按照(3200/Qa,,net,p) X21%计算。例如本实施例中的垃圾热值只有2500kJ/kg,则富氧空气氧气含量为(3200/2500) X 21 % = 26. 9%,可取27%,当计算的富氧空气氧含量超过31 % 时,取31%。在焚烧炉启动时,可通过点火燃烧器30将垃圾引燃。

[0029] 炉膛水冷壁15、汽包16、汽水引出管18、下降管13等构成汽水自然循环回路,产成的饱和蒸汽由饱和蒸汽管17引出,送入过热器24内过热,形成可用于发电或者加热用的蒸汽。

Claims (7)

1. 一种滚筒炉排式垃圾焚烧炉,含有垃圾斗(10)、滚筒炉排(31)、炉膛(14)、燃烧室(32)、燃烧室侧墙(26)、前拱(8)、后拱(29)、二次风喷嘴(28)、第一通道(19)、第二通道(20)、第三通道(21)和炉膛水冷壁(15),所述滚筒炉排(31)由多个滚筒组(34)构成,滚筒炉排(31)分为干燥燃烧段(3)和燃尽段(I),每个滚筒组(34)通过传动装置(57)分别驱动;所述的干燥燃烧段(3)倾斜布置,燃尽段(I)水平布置;每个滚筒组配置一个一次风分仓风室(2),其特征在于:所述的滚筒炉排式垃圾焚烧炉还包括干燥栅¢),该干燥栅位于燃烧室的垃圾入口(22)的上方和前拱(8)的下方,且干燥栅所在的平面与竖直平面的夹角Y为O〜15°,所述的干燥栅¢)由干燥栅管¢2)组成,干燥栅管通过集箱(61)、联络管(7)与所述的炉膛水冷壁(15)相连。
2.根据权利要求I所述的滚筒炉排式垃圾焚烧炉,其特征在于:滚筒组(34)内部的滚 筒与滚筒之间采用“哑铃”型的密封构件(48)。
3.根据权利要求I所述的滚筒炉排式垃圾焚烧炉,其特征在于:所述干燥燃烧段(3)与水平方向的倾角β为5〜15°,且成阶梯状布置。
4.根据权利要求I所述的滚筒炉排式垃圾焚烧炉,其特征在于:在所述的燃烧室侧墙(26)上设置富氧空气喷嘴(11),该富氧空气喷嘴位于二次风喷嘴(28)的下方。
5.根据权利要求4所述的滚筒炉排式垃圾焚烧炉,其特征在于:所述的富氧空气喷嘴呈“一”字排开,且喷嘴连线与水平方向夹角α为5〜15°。
6. 一种采用如权利要求I所述的滚筒炉排式垃圾焚烧炉的预热燃烧方法,其特征在于,垃圾燃料在落入滚筒炉排(31)前先经过预热和干燥,干燥后的垃圾在滚筒炉排上形成燃料层,该燃料层在滚筒炉排的驱动下移动,由空气预热器(25)预热后的空气经一次风分仓风室(2)送入燃烧室作为助燃一次风,对于热值超过5000kJ/kg或者水分的质量百分含量小于50%的垃圾燃料,预热空气温度为150〜200°C;对于热值低于或等于5000kJ/kg或者水分的质量百分含量大于等于50%的垃圾燃料,预热空气温度为200〜300°C。
7. 一种采用如权利要求4所述的滚筒炉排式垃圾焚烧炉的预热燃烧方法,其特征在于,垃圾燃料在落入滚筒炉排(31)前先经过预热和干燥,干燥后的垃圾在滚筒炉排上形成燃料层,该燃料层在滚筒炉排的驱动下移动,由空气预热器(25)预热后的空气经一次风分仓风室(2)送入燃烧室作为助燃一次风,对于热值低于3200kJ/kg的垃圾燃料,在炉膛富氧喷口(11)内通入氧气的质量百分含量为23%〜31%的助燃风。
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