CN103196146B - 一种防止水冷壁结渣及腐蚀的造纸污泥燃烧装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止水冷壁结渣及腐蚀的造纸污泥燃烧装置及工艺，通过弯头作用，利用离心力实现污泥浓淡分离，保证大量污泥气流在炉膛中心区域燃烧，同时引入周界风在水冷壁周围形成氧化性气氛，将中心燃烧区的还原性气氛与水冷壁分开。它包括四周布满水冷壁的炉膛，炉膛的横截面为八边形，八边形的八条边中，每相邻两条边上有且仅有一个污泥喷嘴，污泥喷嘴与炉膛的内部连通；污泥喷嘴的中间位置设有钝体，钝体将污泥喷嘴分隔为内气流喷嘴和外气流喷嘴，内气流喷嘴和外气流喷嘴的中心线分别与炉膛的内侧假想切圆和外侧假想切圆相切；污泥喷嘴通过一弯头与一次风管道连通，一次风管道内设有氧化风管道，氧化风管道与外气流喷嘴连通。

Description

一种防止水冷壁结渣及腐蚀的造纸污泥燃烧装置及工艺

技术领域

本发明涉及一种造纸污泥燃烧装置，具体涉及一种防止水冷壁结渣及腐蚀的造纸污泥燃烧低排放装置及工艺。

背景技术

造纸污泥是一种成分复杂的废弃物，主要包括不溶性纤维素以及填料、凝聚剂等，由于含水量高(60%以上)、成分复杂而处理利用难度大。如果不对其进行妥善处理必然会造成严重的二次污染。污泥中大量的有害物质是以有机物的形式存在，具有一定的热值，可以燃烧。燃烧后生成二氧化碳和水等对环境无害的物质，因此焚烧是污泥减量化、无害化、资源化利用的最为有效的途径。

污泥焚烧是在一定温度、气相充分有氧的条件下，使污泥中的有机质发生燃烧反应，并转化成CO₂、H₂O、N₂等相应的气相物质，包括蒸发、挥发、分解、烧结、溶融和氧化还原反应，以及相应的传质和传热的综合物理变化和化学反应过程。污泥焚烧可以大大减少污泥的体积，相对于机械脱水的污泥来说，最终的焚烧产物体积只相当于最初产物的10%。同时污泥焚烧可以杀死一切病原体，通过高温处理，燃烧残渣内几乎没有病原体存在，彻底解决污泥的恶臭问题。近年来，由于其具有速度快、占地面积小、不需要长期储存等显著优点，污泥焚烧已成为污泥处理的主要发展方向和研究热点，愈来愈受到世界各国的青睐。

造纸污泥灰分含量为40%～60%，燃烧过程中会产生大量熔融灰渣，一旦熔融灰渣在凝固之前接触到水冷壁，就会结渣。同时，造纸污泥中含有大量的碱金属元素，氯元素和硫元素含量也较多。燃烧过程中，大量的氯、硫元素与挥发性的碱金属元素（如：主要是钾和钠）以蒸汽形态进入到烟气中，会通过均相反应形成微米级颗粒的碱金属氯化物（氯化钾和氯化钠），凝结和沉积在管壁上，并与烟气中的二氧化硫发生硫酸盐化反应，生成氯气。氯气在还原性气氛下会与管壁中的铁元素和铬元素发生反应，将其从管壁上置换出来，最终导致严重的腐蚀。一旦管壁发生结渣和腐蚀，会对锅炉安全经济运行造成重大影响。

中国专利CN101315184A公开了一种墙式布置的水平浓淡直流燃烧装置，在水冷壁上设置多个浓一次风喷口、多个淡一次风喷口和多个二次风喷口组成一组水平浓淡燃烧器，四角切圆布置。每组燃烧器中的二次风喷口与浓一次风喷口和淡一次风喷口上下交替布置，浓一次风喷口与淡一次风喷口设置在同一水平面内，使煤粉射流补气条件大大改善，减轻水冷壁结渣和高温腐蚀。同时利于对锅炉的稳燃、低负荷及低NO_X排放。

中国专利CN101050854A公开了一种防止侧墙水冷壁结渣的W型火焰锅炉，在炉膛翼墙外侧设置贴壁风风箱，并在翼墙上设有通风缝隙，通过引入贴壁风在水冷壁附近形成氧化性气氛，达到防止结渣的目的。

但是由于造纸污泥的灰分、碱金属及氯元素含量均比煤粉中含量高，需要在水冷壁附近形成较强的氧化性气氛，以上两个发明可以减轻煤粉锅炉水冷壁结渣和腐蚀成都，但是对于防止造纸污泥燃烧过程中对水冷壁的结渣和腐蚀无法达到很好的效果，且结构复杂。因此，需要一种能够实现防止造纸污泥燃烧过程中水冷壁结渣及腐蚀，以及氮氧化物低排放的新装置和工艺。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种防止水冷壁结渣及腐蚀的造纸污泥燃烧装置及工艺。本发明将浓淡分离技术和引入氧化风技术进行了综合利用，通过弯头作用，利用离心力实现污泥浓淡分离，保证大量污泥气流在炉膛中心区域燃烧。同时引入风量较大的氧化风在水冷壁周围形成氧化性气氛，将中心燃烧区的还原性气氛与水冷壁分开，避免灰熔点降低及管壁温度过高，同时也防止了氯气与管壁金属元素的反应，达到防止水冷壁结渣及腐蚀的目的。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种防止水冷壁结渣及腐蚀的造纸污泥燃烧装置，包括四周布满水冷壁的炉膛，所述炉膛的横截面为八边形，所述八边形的八条边中，每相邻两条边上有且仅有一个污泥喷嘴，所述污泥喷嘴与炉膛的内部连通；所述污泥喷嘴的中间位置设有钝体，所述钝体将污泥喷嘴分隔为内气流喷嘴和外气流喷嘴，所述内气流喷嘴和外气流喷嘴的中心线分别与炉膛的内侧假想切圆和外侧假想切圆相切；所述污泥喷嘴通过一弯头与一次风管道连通，所述一次风管道内设有氧化风管道，所述氧化风管道与外气流喷嘴连通。

所述弯头与污泥喷嘴轴线的夹角为45～90°。

所述钝体为一三棱柱，所述三棱柱的顶角为6～10°。

所述污泥喷嘴与其所在边的夹角β为100～110°。

所述氧化风管道与污泥喷嘴的倾斜角度一致。

所述氧化风管道的纵剖面占外气流喷嘴纵剖面面积的1/4～2/3。

所述污泥喷嘴的所在边与其相邻边的夹角γ为130～140°。

一种利用上述装置防止水冷壁结渣及腐蚀的造纸污泥燃烧工艺，具体步骤如下：

1）将脱水或干燥后的污泥，经由污泥喷嘴送入炉膛燃烧，一次风管道与污泥喷嘴连接处的弯头产生离心力使得污泥浓淡分离，使得大部分污泥经内气流喷嘴进入炉膛燃烧，氧化风经外气流喷嘴进入炉膛燃烧；

2）污泥气流经过污泥喷嘴中间的钝体并在钝体后面形成由漩涡组成的稳定回流区，从而稳定火焰，达到稳燃目的；

3）大部分污泥气流在炉膛的中心区燃烧，在过量空气系数小于1的条件下，形成还原性气氛，降低NO_x排放；其余的少量污泥气流在靠近水冷壁区域燃烧，由于氧化风的加入，在过量空气系数大于1的条件下，形成氧化性气氛，将中心区的还原性气氛与水冷壁分开，避免灰熔点降低，同时也防止了氯气与管壁金属元素的反应，达到防止水冷壁结渣和腐蚀的目的。

所述一次风的风量为总风量的20%～40%，氧化风的风量为总风量的5%～15%，且两者风速一致。

本发明的有益效果是，本发明可实现大量污泥在炉膛中心区域燃烧，形成还原性气氛，降低NO_x排放。同时大量熔融灰渣聚集在中心区域，不会接触到水冷壁，避免结渣及腐蚀。少量污泥在靠近水冷壁区域燃烧，形成氧化性气氛，将中心区的还原性气氛与水冷壁分开，降低了管壁温度，避免灰熔点降低，同时也防止了氯气与管壁金属元素的反应，达到防止结渣及腐蚀的目的。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是污泥喷嘴的纵剖图；

其中：1、一次风管道，2、氧化风管道，3、污泥喷嘴，4、钝体，5、水冷壁，6、氧化性气氛，7、还原性气氛，8、内侧假想切圆，9、外侧假想切圆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。

如图1所示，本发明是一种防止水冷壁5结渣及腐蚀的造纸污泥燃烧装置，它包括四周布满水冷壁5的炉膛，所述炉膛的横截面为八边形，所述八边形的八条边中，每相邻两条边上有且仅有一个污泥喷嘴3，所述污泥喷嘴3与炉膛的内部连通；所述污泥喷嘴3的中间位置设有钝体4，所述钝体4将污泥喷嘴3分隔为内气流喷嘴和外气流喷嘴，所述内气流喷嘴和外气流喷嘴的中心线分别与炉膛的内侧假想切圆8和外侧假想切圆9相切；所述污泥喷嘴3通过一弯头与一次风管道连通，所述一次风管道1内设有氧化风管道2，所述氧化风管道2与外气流喷嘴连通。

所述弯头与污泥喷嘴3轴线的夹角与图1中的α相等，为45～90°。

所述钝体4为一三棱柱，所述三棱柱的顶角为6～10°。

所述污泥喷嘴3与其所在边的夹角β为100～110°。

所述氧化风管道2与污泥喷嘴3的倾斜角度一致。

所述氧化风管道2的纵剖面占外气流喷嘴纵剖面面积的1/4～2/3。

所述污泥喷嘴3的所在边与其相邻边的夹角γ为130～140°。

一种利用上述装置防止水冷壁5结渣及腐蚀的造纸污泥燃烧工艺，具体步骤如下：

1）将脱水或干燥后的污泥，经由污泥喷嘴4送入炉膛燃烧，一次风管道1与污泥喷嘴4连接处的弯头产生离心力使得污泥浓淡分离，使得大部分污泥经内气流喷嘴进入炉膛燃烧，氧化风经外气流喷嘴进入炉膛燃烧；

2）污泥气流经过污泥喷嘴3中间的钝体4并在钝体4后面形成由漩涡组成的稳定回流区，从而稳定火焰，达到稳燃目的；

3）大部分污泥气流在炉膛的中心区燃烧，在过量空气系数小于1的条件下，形成还原性气氛7，降低NO_x排放；其余的少量污泥气流在靠近水冷壁5区域燃烧，由于氧化风的加入，在过量空气系数大于1的条件下，形成氧化性气氛6，将中心区的还原性气氛7与水冷壁5分开，避免灰熔点降低，同时也防止了氯气与管壁金属元素的反应，达到防止水冷壁5结渣和腐蚀的目的。

一次风的风量为总风量的20%～40%，氧化风的风量为总风量的5%～15%，且两者风速一致。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种防止水冷壁结渣及腐蚀的造纸污泥燃烧装置，包括四周布满水冷壁的炉膛，其特征在于，所述炉膛的横截面为八边形，所述八边形的八条边中，每相邻两条边上有且仅有一个污泥喷嘴，所述污泥喷嘴与炉膛的内部连通；所述污泥喷嘴的中间位置设有钝体，所述钝体将污泥喷嘴分隔为内气流喷嘴和外气流喷嘴，所述内气流喷嘴和外气流喷嘴的中心线分别与炉膛的内侧假想切圆和外侧假想切圆相切；所述污泥喷嘴通过一弯头与一次风管道连通，所述一次风管道内设有氧化风管道，所述氧化风管道与外气流喷嘴连通。

2.根据权利要求1所述的造纸污泥燃烧装置，其特征在于，所述弯头与污泥喷嘴轴线的夹角为45～90°。

3.根据权利要求1所述的造纸污泥燃烧装置，其特征在于，所述钝体为一三棱柱，所述三棱柱的顶角为6～10°。

4.根据权利要求1所述的造纸污泥燃烧装置，其特征在于，所述污泥喷嘴与其所在边的夹角β为100～110°。

5.根据权利要求1所述的造纸污泥燃烧装置，其特征在于，所述氧化风管道与污泥喷嘴的倾斜角度一致。

6.根据权利要求1所述的造纸污泥燃烧装置，其特征在于，所述氧化风管道的纵剖面占外气流喷嘴纵剖面面积的1/4～2/3。

7.根据权利要求1所述的造纸污泥燃烧装置，其特征在于，所述污泥喷嘴的所在边与其相邻边的夹角γ为130～140°。

8.一种利用上述任一项权利要求所述的装置防止水冷壁结渣及腐蚀的造纸污泥燃烧工艺，其特征在于，具体步骤如下：

1）将脱水或干燥后的污泥，经由污泥喷嘴送入炉膛燃烧，一次风管道与污泥喷嘴连接处的弯头产生离心力使得污泥浓淡分离，使得大部分污泥经内气流喷嘴进入炉膛燃烧，氧化风经外气流喷嘴进入炉膛燃烧；

2）污泥气流经过污泥喷嘴中间的钝体并在钝体后面形成由漩涡组成的稳定回流区；

3）大部分污泥气流在炉膛的中心区燃烧，在过量空气系数小于1的条件下，形成还原性气氛；其余的少量污泥气流在靠近水冷壁区域燃烧，由于氧化风的加入，在过量空气系数大于1的条件下，形成氧化性气氛，将中心区的还原性气氛与水冷壁分开。

9.根据权利要求8所述的燃烧工艺，其特征在于，所述一次风的风量为总风量的20%～40%，氧化风的风量为总风量的5%～15%，且两者风速一致。