CN104456575B - 一种生活垃圾热解燃烧炉及其运行工艺 - Google Patents

一种生活垃圾热解燃烧炉及其运行工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种生活垃圾热解燃烧炉，该装置为立式套筒炉，炉体是由圆柱形热解气化炉膛和环绕其四周的二次燃烧室组成，二次燃烧室内设置有5道隔离墙，将二次燃烧室分隔成I、II、III、IV、V共5个二次燃烧炉膛，二次燃烧炉膛III对应排烟口，二次燃烧炉膛I、II、IV、V炉膛内均设置有一面花墙，每面花墙上设置有数个直径不等的烟气运行通孔，二次燃烧室内外侧还设置有3个二次风供给系统；次燃烧炉膛I和V内侧壁各设置1个热解释排烟口。烟气流动状态为层流态和紊流态多次实施，且适当地参与二次风的搅局，这就为热解气化工艺段外排烟气的能量转换和有害物质的分解净化提供了一个稳定的平台，因而极大地提高了废弃物处置外排烟气的质量指标。

Description

一种生活垃圾热解燃烧炉及其运行工艺
技术领域
本发明涉及的是一种大容量立式套筒垃圾焚烧炉，具体为一种生活垃圾热解燃烧设备及生活垃圾热解燃烧运行工艺。
技术背景：
城市生活垃圾处置的目标“无害化，减量化和资源化”，已成为各国遵循的基本准则。而实现废弃物“无害化，减量化和资源化”的热处置工艺是世界各国所公认的有效途径。生活垃圾的热处置工艺，按其实施条件的不同又可分为直接焚烧、热解气化和热解燃烧三种不同的工艺过程。随着人们环境保护意识的增强，以机械炉排炉为典型的垃圾直接焚烧处置工艺，为提升其烟气排放指标，烟气净化工艺日趋复杂，日常操作运行费用亦随之快速上升。特别是在水平运动(有一定倾斜度)的机械炉排炉中，入炉物料呈现的是一种固态非均相燃烧模式，物料自始至终的热处置过程运行方向与一次风的供气流呈交叉运行状态，这期间存在300℃～500℃的温度场区间就无形中为棘手的污染物----二恶因提供了再生成的温床。
热解气化是一种吸热反应，将生活垃圾进行热解气化，并以此作为独立的工艺操作，希望从中获取甲烷等碳化合物来作为能源使用，这在上世纪七十年代世界性石油危机期间，人们曾做过大量的开发研究工作，但要从组分复杂的废弃物中获取可供贮存的商业化清洁能源，至今国内外的所有工程尝试，无论是技术上还是经济上都是不成功的。
热解燃烧一体化工艺则是将热解和燃烧两种工艺过程既有严格区分，同时又在同一个工艺流程中分步实施。它与热解气化和直接燃烧两种工艺过程的区分在于：在热解气化工艺中，只有热解气化而无燃烧和热能转化；在直接燃烧工艺中，热解和燃烧两种理化过程混杂在一起，同时同地发生既无法区分，更无法有效控制。本发明在热解燃烧一体化工艺中，热解和燃烧是在两个可独立运行的容器中完成的，当然这两个容器之间是紧密相连的，但其热处置过程是独立运行的。最起码的区分是热解气化状态是欠氧气氛，而燃烧工况则是在富氧状态下运行的。实践证明热解燃烧一体化工艺具有燃烧充分，热效率高，炉渣热灼减量小，烟气污染控制容易等优势，最值得提起的是其烟气排放量要比传统燃烧工艺烟气排放量少30％，而烟气中的含尘量要少至少50％。正因为如此，热解气化燃烧工艺是目前国内外业界普遍看好的垃圾处置技术。本发明即是为热解燃烧一体化工艺提供一种完善，可靠而又可控的反应器。
发明内容：
本发明的目的是提供生活垃圾热解燃烧炉及其运行工艺，具体提供一种大容量立式套筒炉及其方法。本发明提供的大容量立式套筒炉由热解气化炉膛和环绕其四周的环状二次燃烧室组成，在环状二燃室中又设置了五道实墙和四道花墙，五道实墙分割出五个二燃室炉膛，确保了大容量烟气的净化空间和时间，四道花墙既增强了热解气化室炉壁的稳定性，又使大截面二燃室中烟气的走向更趋均化，也更加提升了一体化热解燃烧工艺的可控性和可靠性。具体为：
一种生活垃圾热解燃烧炉，该装置为立式套筒炉，炉体是由圆柱形热解气化炉膛和环绕其四周的二次燃烧室组成，二次燃烧室内设置有5道隔离墙，将二次燃烧室分隔成I、II、III、IV、V共5个二次燃烧炉膛，二次燃烧炉膛III对应排烟口，二次燃烧炉膛I、II、IV、V炉膛内均设置有一面花墙，每面花墙上设置有数个直径不等的烟气运行通孔，二次燃烧室内外侧还设置有3个二次风供给系统；热解气化炉膛上壁，即二次燃烧炉膛I、II、IV、V内侧壁各设置1个热解释排烟口。
所述的热解气化炉膛顶部外侧还与定量给料器连接，定量给料器上部与料仓连接，定量给料器为无轴双螺旋进料器，热解气化炉膛顶部内侧还与旋转布料器连接。
所述的热解气化炉膛膛内的炉壁上设置有3个温度检测传感器t1，t2，t3和3个压力传感器P1，P2，P3，且P1与P3设置点位置的高度差不少于1.5m。
所述的热解气化炉膛下部设置有塔篦炉排，塔篦炉排设置于基座上，所述的塔篦炉排为可旋转式，基座设置于二次燃烧室底部，塔篦炉排下部设置有灰斗，且塔篦炉排(8)下部经输料管深入灰斗内不低于2.5m，灰斗内经输料管设置有炉排驱动器，灰斗侧壁上还设置有一次风供给系统。
所述的二次燃烧室内侧壁上还设置有压力传感器P4，P5及温度检测传感器t4，t5，t6，二次燃烧室内下侧壁上设置有排烟口。
一种生活垃圾热解燃烧炉的运行工艺，包括如下步骤：
1)物料进入料仓后，以9-12吨/h的速度经旋转布料器均匀得进入热解气化炉膛内，打开一次风供给系统，通入一次风控制热解气化炉膛内的温度为500-700℃，物料从热解气化炉膛内的顶部至底部依次经干燥热解、碳燃烧、燃尽、成渣后经灰斗排除体外，同时产生可燃气，压力传感器P2控制为-30～-50Pa，压力传感器P1为1-20Pa，压力传感器P1为5-10Pa；
物料在离开旋转布料器后，便自由飘落在燃烧料层的表面，飘落过程有1s左右的时间，期间物料被预热干燥，有低燃点的物料甚至被热解、气化和燃烧。此后，被燃烧物料落在料层表面，并在不断旋转的炉排作用下，逐步下移，并不可避免地由干燥热解层进入碳燃烧层，而后进入燃尽层，最终形成渣被炉排排除进入灰斗。物料的这一进程控制为90～120min，一次风由炉排底部进入，它可以冷却灰渣，并确保碳燃烧层的富氧气氛，一次风的供给是严格控制的，通常为总风量的30～40％，以确保热解气化温度正常稳定为目标。有限的一次风的运行与物料的燃烧运动是相向而行的，在碳燃烧层已将供风中氧含量几乎耗尽的烟气流再进入干燥热解层，此处炉膛温度为500～700℃。二恶因的再合成前提可概括为：存在有机或无机氯，存在氧，存在重金属阳离子的催化，最佳合成温度为300～500℃，在此，严格控制一次风用量目的是确保干燥热解层处在欠氧气氛，因而有效地控制了二恶因合成。
一次风的供给则与物料下降运行的方向相反，风从炉排底部进入，炉排的驱动可疏通风道。刚进入的空气逐渐被渣层加热，在进入碳燃烧层时，空气的温度和含氧量刚好可完成碳粒的快速高温燃烧过程，此处的热能又随上升的烟气流为热解气化层提供所需的能量，而此时烟气中的氧成分在碳燃烧层已消耗殆尽。因此尽管热解气化层的温度适于二恶因的产生，但我们通过限量供风确保热解层存在缺氧气氛，则有效抑制了二恶因的在生成，由于风量的限制，烟气中粉尘含量自然降低。上述二次燃烧室的Ⅰ～Ⅴ炉膛共用一个炉壁，该炉壁便成为了一个热容器，稳定了两边的热场运行过程，二燃室成曲径式炉膛，烟气在其间运行达3.5s以上。有限的一次风用量不仅减少了外排烟气中的含尘量和有害物质的含量，而且总的烟气排放量要比常规燃烧烟气量少30％以上。可以说热解燃烧一体化工艺中的热解气化工艺段，在热解气化室中实施是可控又可靠的。
2)可燃气的气流上升至热解气化炉膛上部的热解释排烟口并进入二次燃烧室内的I、V炉膛，此时打开二次风供给系统14，通入二次风，控制二次风进入时的温度为200℃以上，烟气进入I、V炉膛与二次风混合形成急速紊流态烟气，该急速紊流态烟气分别下行至I、V炉膛底部，该急速紊流态烟气分别经隔离墙进入II、IV炉膛，打开二次进风系统15、16，通入二次风，急速紊流态烟气与二次风混合，控制该混合烟气温度至1100℃以上，该混合烟气在II、IV炉膛内上升至顶部后经隔离墙进入炉膛III，改混合烟气降温后经排烟口排出。
所述的可燃气进入I、V炉膛内的速度控制为18m/s以上；所述的急速紊流态烟气分别在I、V炉膛内下行至底部的速度为4m/s以内；急速紊流态烟气分别经隔离墙进入II、IV炉膛内的速度控制为18m/s以上；所述的混合烟气在II、IV内以4m/s以内的速度上升至II、IV炉膛顶部。二次风的供给量为一次风的供给量的2-4倍。
二次燃烧室内的Ⅰ～Ⅴ炉膛内部为曲径式炉膛，烟气在其间的流动状态为层流态和紊流态被多次实施，而且适当地参与二次风的搅局，这就为热解气化工艺段外排烟气的能量转换和有害物质的分解净化提供了一个稳定的平台，因而极大地提高了废弃物处置外排烟气的质量指标。
附图说明
图1为一种生活垃圾热解燃烧炉及其运行工艺，1.料仓，2.定量给料器，3.旋转布料器，4.热解气化炉膛，5.二次燃烧室，6.通孔，7.输料管，8.塔篦炉排，9.灰斗，10.一次风供给系统，11.基座，12.炉排驱动器，13.排烟口，14,15,16.二次风供给系统，17.隔离墙，18.热解释排烟口，19.花墙，
图2为一种生活垃圾热解燃烧炉及其运行工艺A-A截面图。
图3为热解气化炉膛内温度分布曲线。
具体实施方式
实施例1
一种生活垃圾热解燃烧炉，该装置为立式套筒炉，炉体是由圆柱形热解气化炉膛4和环绕其四周的二次燃烧室5组成，二次燃烧室内5设置有5道隔离墙17，将二次燃烧室5分隔成I、II、III、IV、V共5个二次燃烧炉膛，二次燃烧炉膛III对应排烟口13，二次燃烧炉膛I、II、IV、V炉膛内均设置有一面花墙19，每面花墙19上设置有数个直径不等的烟气运行通孔6，二次燃烧室内5外侧还设置有3个二次风供给系统14，15，16；热解气化炉膛4上壁，即二次燃烧炉膛I、II、IV、V内侧壁各设置1个热解释排烟口18。
所述的热解气化炉膛4顶部外侧还与定量给料器2连接，定量给料器2上部与料仓1连接，定量给料器2为无轴双螺旋进料器，热解气化炉膛4顶部内侧还与旋转布料器3连接。
所述的热解气化炉膛膛4内的炉壁上设置有3个温度检测传感器t1，t2，t3和3个压力传感器P1，P2，P3，且P1与P3设置点位置的高度差不少于1.5m。
热解气化炉膛4下部设置有塔篦炉排8，塔篦炉排8设置于基座11上，所述的塔篦炉排8为可旋转式，基座11设置于二次燃烧室5底部，塔篦炉排8下部设置有灰斗9，且塔篦炉排8下部经输料管7深入灰斗9内不低于2.5m，灰斗9内经输料管7设置有炉排驱动器12，灰斗9侧壁上还设置有一次风供给系统10。
所述的二次燃烧室内5侧壁上还设置有压力传感器P4，P5及温度检测传感器t4，t5，t6，二次燃烧室内5下侧壁上设置有排烟口13。
实施例2
一种生活垃圾热解燃烧炉及其运行工艺，包括如下步骤：
1)物料进入料仓后，以9-12吨/h的速度经旋转布料器均匀得进入热解气化炉膛内，打开一次风供给系统，通入一次风控制热解气化炉膛内的温度为500-700℃，物料从热解气化炉膛内的顶部至底部依次经干燥，热解气化，表面燃烧，碳燃烧，最后至燃烬成渣成冷渣后外经灰斗排除体外，同时产生可燃气，压力传感器P2控制为-30～-50Pa，压力传感器P1为1-20Pa，压力传感器P1为5-10Pa；
2)可燃气的气流上升至热解气化炉膛上部的热解释排烟口并进入二次燃烧室内的I、V炉膛，此时打开二次风供给系统14，通入二次风，控制二次风进入时的温度为200℃以上，烟气进入I、V炉膛与二次风混合形成急速紊流态烟气，该急速紊流态烟气分别下行至I、V炉膛底部，该急速紊流态烟气分别经隔离墙进入II、IV炉膛，打开二次进风系统15、16，通入二次风，急速紊流态烟气与二次风混合，控制该混合烟气温度至1100℃以上，该混合烟气在II、IV炉膛内上升至顶部后经隔离墙进入炉膛III，改混合烟气降温后经排烟口排出。
所述的步骤1)中物料经干燥热解、碳燃烧、燃尽、成渣的时间控制为100min。所述的一次风的供给量为总风量的38％，且一次风的运行曲线与物料的燃烧运动曲线为相向而行。
所述的可燃气进入I、V炉膛内的速度控制为21m/s；所述的急速紊流态烟气分别在I、V炉膛内下行至底部的速度为3m/s3；急速紊流态烟气分别经隔离墙进入II、IV炉膛内的速度控制为20m/s；所述的混合烟气在II、IV内以2.5m/s的速度上升至II、IV炉膛顶部。所述的二次风的供给量为一次风的供给量的2-4倍。

Claims (8)

1.一种生活垃圾热解燃烧炉，该生活垃圾热解燃烧炉为立式套筒炉，其特征在于：炉体是由圆柱形热解气化炉膛（4）和环绕其四周的二次燃烧室（5）组成，二次燃烧室（5）内设置有5道隔离墙（17），将二次燃烧室（5）分隔成I、II、III、IV、V共5个二次燃烧炉膛，二次燃烧炉膛III对应排烟口（13），二次燃烧炉膛I、II、IV、V炉膛内均设置有一面花墙（19），每面花墙（19）上设置有数个直径不等的烟气运行通孔（6），二次燃烧室（5）内外侧还设置有3个二次风供给系统（14，15，16）；热解气化炉膛（4）上壁，即二次燃烧炉膛I和V内侧壁各设置1个热解排烟口（18）；热解气化炉膛（4）顶部外侧还与定量给料器（2）连接，定量给料器（2）上部与料仓（1）连接，定量给料器（2）为无轴双螺旋进料器，热解气化炉膛（4）顶部内侧还与旋转布料器（3）连接；热解气化炉膛（4）下部设置有塔篦炉排（8），塔篦炉排（8）设置于基座（11）上，所述的塔篦炉排（8）为可旋转式，基座（11）设置于二次燃烧室（5）底部，塔篦炉排（8）下部设置有灰斗（9），且塔篦炉排（8）下部经输料管（7）深入灰斗（9）内不低于2.5m，灰斗（9）内经输料管（7）设置有炉排驱动器（12），灰斗（9）侧壁上还设置有一次风供给系统（10）。
2.根据权利要求1所述的生活垃圾热解燃烧炉，其特征在于：热解气化炉膛（4）内的炉壁上设置有3个温度检测传感器（t1，t2，t3）和3个压力传感器（P1，P2，P3），且P1与P3设置点位置的高度差不少于1.5 m。
3.根据权利要求1所述的生活垃圾热解燃烧炉，其特征在于：二次燃烧室（5）内侧壁上还设置有压力传感器（P4，P5）及温度检测传感器（t4，t5，t6），二次燃烧室（5）内下侧壁上设置有排烟口（13）。
4.一种生活垃圾热解燃烧炉的运行工艺，其特征在于，包括如下步骤：
物料进入料仓后，以9-12吨/h的速度经旋转布料器均匀得进入热解气化炉膛内，
打开一次风供给系统，通入一次风控制热解气化炉膛内的温度为500-700℃，物料从热解气化炉膛内的顶部至底部依次经干燥，热解气化，表面燃烧，碳燃烧，最后至燃烬成渣成冷渣后外经灰斗排除体外，同时产生可燃气，压力传感器P2控制为-30~-50Pa，压力传感器P1为1-20Pa，压力传感器P1为5-10Pa；
可燃气的气流上升至热解气化炉膛上部的热解排烟口并进入二次燃烧室内的I、V
炉膛，此时打开二次风供给系统14，通入二次风，控制二次风进入时的温度为200℃以上，烟气进入I、V炉膛与二次风混合形成急速紊流态烟气，该急速紊流态烟气分别下行至I、V炉膛底部，该急速紊流态烟气分别经隔离墙进入II、IV炉膛，打开二次进风系统15、16，通入二次风，急速紊流态烟气与二次风混合，控制该混合烟气温度至1100℃以上，该混合烟气在II、IV炉膛内上升至顶部后经隔离墙进入炉膛III，改混合烟气降温后经排烟口排出。
5.根据权利要求4所述的生活垃圾热解燃烧炉的运行工艺，其特征在于：步骤1）中物料经干燥热解、碳燃烧、燃尽、成渣的时间控制为90-120min。
6.根据权利要求4所述的生活垃圾热解燃烧炉的运行工艺，其特征在于：一次风的供给量为总风量的30-40%，且一次风的运行曲线与物料的燃烧运动曲线为相向而行。
7.根据权利要求4所述的生活垃圾热解燃烧炉的运行工艺，其特征在于：可燃气进入I、V
炉膛内的速度控制为18m/s以上；所述的急速紊流态烟气分别在I、V炉膛内下行至底部的速度为4m/s以内；急速紊流态烟气分别经隔离墙进入II、IV炉膛内的速度控制为18m/s以上；所述的混合烟气在II、IV内以4m/s以内的速度上升至II、IV炉膛顶部。
8. 根据权利要求4所述的生活垃圾热解燃烧炉的运行工艺，其特征在于：二次风的供给量为一次风的供给量的2-4倍。
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