CN104764025B - 一种再循环烟气贴壁保护的废液焚烧锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及废液处理技术领域，具体涉及一种再循环烟气贴壁保护的含盐有机废液焚烧锅炉。所述锅炉包括依次相连的下行绝热炉膛、辐射冷却室、水平烟道和尾部烟道，以及设置于辐射冷却室、水平烟道和尾部烟道之上的吹灰装置；尾部烟道设置有Ⅰ级、Ⅱ级省煤器等。本发明的发明点在于：将Ⅱ级省煤器出口处的部分烟气再循环，作为贴壁保护烟气进入下行绝热炉膛和辐射冷却室；下行绝热炉膛和辐射冷却室之间连接处为V形夹角，V形夹角的侧壁为水冷壁，水冷壁上铺设有耐火材料，V形夹角的底部为液态排渣装置。本发明所述的焚烧锅炉，很好地解决了锅炉壁面腐蚀、排渣不畅、NOx排放量过高等问题，具有结构简单、使用方便、处理效率高、节能省水等优点。

Description

一种再循环烟气贴壁保护的废液焚烧锅炉

技术领域

本发明涉及废液处理技术领域，具体涉及一种再循环烟气贴壁保护的高浓度含盐有机废液焚烧锅炉。

背景技术

高浓度有机废液广泛存在于基础化学原料制造、煤化工、石油化工等行业。我国废水(液)的排放总量在近五年中呈上升趋势，其中工业废水(液)是我国水环境污染的主要污染源。我国每年排放的工业废水(液)约占废水(液)排放总量的50％左右。因此，对高浓度有机废液的处理方法进行研究应用具有非常现实的意义。高浓度有机废液不仅有机物浓度高、毒性大、成分复杂，且含有大量的碱金属无机盐等物质，而且还存在很多不能降解的有机物。在生物法处理过程中，高浓度碱类及碱金属盐类物质对微生物有很强的抑制作用，一般的物化或者物化-生化方法很难除去。因此，焚烧法是目前处理此类废液最主要的技术方法。焚烧处理有机废液是一种简单、高效、可行的方法，它既可回收利用部分热量、降低处理成本，又可以将污染物进行无害化处理，尽量减少新污染物质的产生，避免造成二次污染，达到废物综合利用与保护环境的双重目的。

现今，焚烧处理有机废液通常是采用废液焚烧炉。通过废液焚烧炉焚烧，使废液在燃烧过程中分解成为可排入大气的无毒气体(如CO₂)或可通过烟气净化装置吸收的气体(如SO₂)，使废液中的不可燃成分富集成为灰渣捕集下来。由于废液中含有大量的水分，热值较低，可燃性差，因此焚烧过程中需使用助燃燃料提高炉膛内的温度，保证废液中水分的迅速蒸发及可燃成分的完全燃烧分解。废液中还含有高浓度的无机盐类，在焚烧过程中，废液中的碱金属盐形成具有腐蚀性的熔融渣，对炉膛耐火材料和锅炉受热面造成腐蚀，影响焚烧装置的连续运行。并且当碱金属盐含量较高和炉膛的流场分布不合理时，还易造成排渣不畅等问题。由于部分化工废液中氮含量较高，因此，有效控制NOx的生成和排放也成为亟待解决的问题。

目前采用的一般焚烧锅炉相对处理量较小，废液在炉膛内停留时间相对较短，有机物焚烧反应不彻底，烟气中含有较高浓度的腐蚀性碱金属盐，容易结渣积灰，对锅炉壁面造成腐蚀，由于炉膛结构和流场分布不合理，造成排渣不畅，使得稳定连续运行周期较短。

中国专利申请CN101078520A提出了一种高浓度有机废液焚烧装置，包括双焚烧炉、沉降室、余热回收工段、洗涤塔、分离罐、引风机和烟囱，其中，第一个焚烧炉的顶端和第二个焚烧炉的中下端设置有燃烧机，两焚烧炉在下部通过管道连通。此申请所述的废液焚烧炉在焚烧废液时具有以下缺点：(1)双焚烧炉之间的下部连接的部分为H形，炉膛底部的火焰充盈度较差，熔融渣容易在炉膛底部和连接管道的堆积造成排渣不畅；(2)由于没有贴壁保护风，熔融的盐极易粘结在壁面上，形成结渣并对炉膛壁面造成腐蚀；(3)由于只布置一级辅助燃烧器和没有进行烟气再循环，不利于控制燃烧区域温度，进而无法控制NO_X的生成。

中国专利申请CN102588980A提出了一种含盐废液焚烧锅炉，包括燃烧器、废液喷枪、绝热炉膛燃烧室、辐射冷却室、上锅筒(汽包)、下锅筒、对流管束、落灰斗、炉墙和钢架。此申请所述的废液焚烧炉具有以下缺点：(1)焚烧锅炉采用上行炉膛，烟气流向与灰渣降落方向相反，高温烟气携带熔融灰渣进入尾部烟道，对受热面造成腐蚀和积灰；(2)由于没有贴壁保护风，熔融的盐极易粘结在壁面上，形成结渣并对炉膛壁面造成腐蚀；(3)只布置一级辅助燃烧器和没有烟气再循环，不利于控制燃烧区域温度，进而无法控制NO_X的生成。

中国专利申请CN103047659A提出了一种处理高浓度含盐有机废液焚烧锅炉，包括下行绝热炉膛、多级辐射冷却室、对流换热室、吹灰装置、汽水引出管和汽包。此申请所述的废液焚烧炉具有以下缺点：(1)下行绝热炉膛为方形炉底，而且没有设置折焰角，炉底很难被高温烟气冲刷到，灰渣在炉底容易冷却堆积，不易顺利排出；(2)作为屏蔽气流的送风装置布置在炉膛四角，很难对最易受烟气携带熔融渣腐蚀的炉膛四壁形成有效保护，而且因为送入的是空气，不能降低燃烧区域含氧量进而控制燃烧温度，不能有效控制NOx的生成；(3)下行绝热炉膛尺寸较大，而且没有空气预热器对空气进行预热，截面热负荷和容积热负荷小，锅炉造价成本较高。

中国专利申请CN101839474A提出了一种煤粉锅炉烟气再循环燃烧方法，应用于煤粉锅炉，此申请所述的燃烧方法是：(1)在点火燃烧阶段，利用循环烟气向炉膛输送煤粉，同时将分离空气所得的氧气送入点火装置；(2)将部分循环烟气送入炉膛入口，与氧气混合后进入炉膛；用另一部分循环烟气携带煤粉进入炉膛。此申请所述的再循环烟气没有作为贴壁保护风进入炉膛，不能解决液态排渣锅炉炉膛壁面腐蚀的问题。

由于上述现有技术都存在一些不足，因此，研发一种能很好地解决锅炉壁面腐蚀、排渣不畅、NOx排放量过高等问题的含盐有机废液焚烧锅炉成为一个亟待解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种再循环烟气贴壁保护的高浓度含盐有机废液焚烧锅炉。

该焚烧锅炉主要包括依次相连的下行绝热炉膛、辐射冷却室、水平烟道和尾部烟道，以及设置于辐射冷却室、水平烟道和尾部烟道之上的吹灰装置；吹灰装置用于清除锅炉受热面上的积灰和结渣；

所述下行绝热炉膛的顶面设置有废液雾化喷枪和根部风喷口，上部设置有辅助燃气燃烧器Ⅰ，中部设置有辅助燃气燃烧器Ⅱ，后墙下部设置有折焰角；

所述辐射冷却室的入口处设置有捕渣管，上部设置有E字形水冷屏；

所述水平烟道设置有对流屏；

所述尾部烟道从入口到出口依次设置有Ⅱ级省煤器、板式空气预热器和Ⅰ级省煤器，板式空气预热器的空气出口与根部风喷口相连；

所述焚烧锅炉的特征在于：将Ⅱ级省煤器出口处的部分烟气再循环，作为贴壁保护烟气进入下行绝热炉膛和辐射冷却室；所述下行绝热炉膛和辐射冷却室之间连接处为V形夹角，V形夹角的侧壁为水冷壁，水冷壁上铺设有耐火材料，V形夹角的底部为液态排渣装置。

优选的，所述贴壁保护烟气占总烟气量的10～25％。

优选的，所述贴壁保护烟气均沿烟气流动方向贴壁进入下行绝热炉膛和辐射冷却室。

优选的，所述贴壁保护烟气由Ⅰ级-Ⅳ级贴壁保护烟气组成；Ⅰ级贴壁保护烟气、Ⅱ级贴壁保护烟气分别从辅助燃气燃烧器Ⅰ和辅助燃气燃烧器Ⅱ下方的炉膛四壁进入下行绝热炉膛；Ⅲ级贴壁保护烟气从所述V形夹角的顶端进入下行绝热炉膛；Ⅳ级贴壁保护烟气从所述V形夹角的底部进入辐射冷却室。

优选的，所述下行绝热炉膛的高度比辐射冷却室低6～10m。

优选的，所述耐火材料铺设处与V形夹角底部的距离为3～5m。

优选的，所述V形夹角的内角为60°～90°。更优选的，所述V形夹角的内角为70°～85°

优选的，所述捕渣管由四排错列布置的凝渣管束组成。

优选的，所述E字形水冷屏的屏间间距大于400mm。

优选的，所述Ⅰ级省煤器、Ⅱ级省煤器、水冷壁、E字形水冷屏、对流屏的汽水出口通过联箱和汽水引出管与汽包相连，汽包与下降管相连，下降管的汽水出口再与水冷壁、E字形水冷屏、对流屏的汽水入口相连。

在本发明中，雾化废液在根部风的包裹下从下行绝热炉膛的顶部喷入，在下行绝热炉膛上部和中部设置的辅助燃气燃烧器Ⅰ和辅助燃气燃烧器Ⅱ，采用辅助燃气分级燃烧，使炉膛分为干燥区和燃烧区，保证废液在炉膛不同温度区域中干燥和完全燃烧。炉膛上部辅助燃气燃烧器Ⅰ区域为贫氧富燃料区，即为废液的干燥区，辅助燃气燃烧器Ⅱ区域为废液的燃烧区，采用烟气再循环技术并根据各区的燃烧特点分级配风，使干燥区温度控制在500～700℃左右，燃烧区最高燃烧温度达到1200℃左右，提高燃烧效率，减少NO_X的生成。

将Ⅱ级省煤器出口处的部分烟气进行烟气再循环，作为贴壁保护风分为四个支路进入炉膛和冷却室，沿烟气流动方向贴壁喷入。其中，Ⅰ级贴壁保护烟气在辅助燃气燃烧器Ⅰ的下方贴壁喷入，主要防止顶部喷入的废液贴壁而造成的燃烧不完全，并通过循环烟气降低燃烧区域氧气浓度，起到热量吸收体的作用，控制燃烧温度，从而使废液干燥并抑制氮氧化物的生成；Ⅱ级贴壁保护烟气、Ⅲ级贴壁保护烟气和Ⅳ级贴壁保护烟气分别从辅助燃气燃烧器Ⅱ下方、V形夹角的顶端和底部沿烟气流动方向贴壁喷入，再循环烟气不仅可以作为气流层抑制熔融渣对壁面的直接接触和腐蚀，而且还因为其不同于空气的氧含量特性，使炉膛壁面在燃烧区域形成低温低氧区，控制氧气浓度和燃烧温度，减少NOx的生成，另外，利用低温低氧区将贴壁的熔融渣冷却凝固在壁面形成固态渣保护层，隔绝壁面与熔融渣的直接接触，实现以渣防渣。

下行绝热炉膛的后墙下部设置有折焰角，折焰角向炉膛中心突出，提高烟气在炉膛中的充满度，使烟气在下行绝热炉膛的分布趋向均匀，防止炉底因为高温烟气冲刷不到致使灰渣冷却而产生的堵灰现象。

下行绝热炉膛与辐射冷却室连接处的V形夹角，使高温烟气在流通截面变小的V形转向区域急速转向，利用熔融渣和气体惯性不同，实现对熔融渣的惯性分离，被分离下来的熔融渣在倾斜的炉底上受重力作用顺利排出。未在V形夹角处惯性分离的灰渣在速度减缓后，流经下行绝热炉膛与辐射冷却室拐角出口处的捕渣管，烟气中的灰渣流经错列布置的凝渣管束，粘附在捕渣管表面，当熔融灰沉积到一定程度后，在重力作用下落入炉膛底部并排出。

为了保证废液在炉膛内能够快速干燥并燃烧，在尾部烟道设置板式空气预热器，助燃空气经空气预热器加热到250～300℃后送入炉膛；废液在炉膛顶部中心雾化，采用四角切圆辅助燃烧技术，增大废液与高温火焰的接触面积，强化废液与辅助燃气的对流扰动；下行绝热炉膛采用较小的尺寸，提高了炉膛的截面热负荷和容积热负荷，降低了锅炉造价；同时在V形夹角的水冷壁距下部3～5米处铺设耐火材料，保证废液在高温区域的停留时间；烟气通过辐射冷却室、水平烟道、尾部烟道内各级换热器换热后，排烟温度降到设计值后进入下一级烟气处理装置。

综上所述，本发明的有益效果是：

(1)燃烧效率高，对高浓度含盐有机危险废液有优良的处理效果，处理能力大于10t/h，污染物排放低，满足国家环保标准；

(2)选用合理的蒸汽参数，优化炉内燃烧组织、炉膛结构和受热面布置，解决了熔融碱金属盐对炉壁造成腐蚀、底部排渣不畅和尾部受热面积灰等问题，装置连续稳定、运行周期长；

(3)焚烧产生的余热可以回收利用，并生产蒸汽，焚烧每吨废液能副产蒸汽约1.3吨，达到资源的有效和循环利用。

附图说明

图1为本发明焚烧锅炉的结构示意图。

图中标号：

1-下行绝热炉膛；11-废液雾化喷枪；12-根部风喷口；13-辅助燃气燃烧器Ⅰ；14-辅助燃气燃烧器Ⅱ；15-折焰角；16-Ⅰ级贴壁保护烟气；17-Ⅱ级贴壁保护烟气；2-V形夹角；21-水冷壁；22-耐火材料；23-液态排渣装置；24-Ⅲ级贴壁保护烟气；25-Ⅳ级贴壁保护烟气；3-辐射冷却室；31-捕渣管：32-E字形水冷屏：4-水平烟道；41-对流屏：5-尾部烟道；51-Ⅱ级省煤器；52-板式空气预热器；53-Ⅰ级省煤器；6-吹灰装置；7-联箱；8-汽水引出管；9-汽包；10-下降管。

具体实施方式

本发明提供了一种再循环烟气贴壁保护的高浓度含盐有机废液焚烧锅炉，下面结合附图对本发明做进一步说明。如图1所示，该焚烧锅炉主要包括依次相连的下行绝热炉膛1、辐射冷却室3、水平烟道4和尾部烟道5，以及设置于辐射冷却室3、水平烟道4和尾部烟道5之上的吹灰装置6；

下行绝热炉膛1的顶面设置有废液雾化喷枪11和根部风喷口12，上部设置有辅助燃气燃烧器Ⅰ13，中部设置有辅助燃气燃烧器Ⅱ14，后墙下部设置有折焰角15；

辐射冷却室3的入口处设置有捕渣管31，上部设置有E字形水冷屏32；

水平烟道4设置有对流屏41；

尾部烟道5从入口到出口依次设置有Ⅱ级省煤器51、板式空气预热器52和Ⅰ级省煤器53，板式空气预热器52的空气出口与根部风喷口12相连；

将Ⅱ级省煤器51出口处的部分烟气再循环，作为贴壁保护烟气进入下行绝热炉膛1和辐射冷却室3；下行绝热炉膛1和辐射冷却室3之间连接处为V形夹角2，V形夹角2的侧壁为水冷壁21，水冷壁21上铺设有耐火材料22，V形夹角2的底部为液态排渣装置23。

Ⅰ级省煤器53、Ⅱ级省煤器51、水冷壁21、E字形水冷屏32、对流屏41的汽水出口通过联箱7和汽水引出管8与汽包9相连，汽包9与下降管10相连，下降管10的汽水出口再与水冷壁21、E字形水冷屏32、对流屏41的汽水入口相连。

根据本发明的技术方案，以某厂37t/h废液焚烧锅炉为一个实施例，下行绝热炉膛1的高度比辐射冷却室3低8m，耐火材料22铺设处与V形夹角2底部的距离为3m，V形夹角2的内角为60°。废液中含各种低沸物、高沸物等易燃易爆气体和废碱液等危险废物成分，其特性集中表现在以下两个方面：低热值、低灰熔点。设计废液处理量为16.8t/h，助燃燃料采用天然气，热值约为35800kJ/Nm³，所需补燃的天然气量约1400Nm³/h，蒸汽参数为1.37MPa，174℃，副产蒸汽37t/h。

具体操作如下：废液从废液雾化喷枪11雾化喷入下行绝热炉膛1，空气通过根部风喷口12喷入，天然气从辅助燃气燃烧器Ⅰ13和辅助燃气燃烧器Ⅱ14中喷入，并呈两层四角切圆燃烧；炉膛上部的辅助燃气燃烧器Ⅰ13为贫氧富燃料区，温度控制在500℃左右，中部辅助燃气燃烧器Ⅱ14区域为燃烧区，燃烧温度在1200℃左右，保证废液完全燃尽。炉膛内分级配风，在两层燃烧器下方喷入再循环烟气，控制主燃区氧量和温度。并且再循环烟气作为贴壁保护烟气分为四级(Ⅰ级贴壁保护烟气16、Ⅱ级贴壁保护烟气17、Ⅲ级贴壁保护烟气24、Ⅳ级贴壁保护烟气25，贴壁保护烟气约占总烟气量的20％)沿烟气流动方向贴壁喷入下行绝热炉膛1和辐射冷却室3，通过烟气行程的气流层抑制废液和熔融渣对炉壁的接触和腐蚀，形成低温低氧区域，将贴壁的熔融渣冷却凝固在炉壁形成保护性固态渣层，防止熔融渣直接接触炉壁。烟气在炉膛中下行，经过V形夹角2急速转向，对熔融渣进行惯性分离后进入辐射冷却室3，并通过捕渣管31进行进一步的捕渣和排渣。捕渣管31的出口烟气温度为1050℃左右，通过辐射冷却室3及E字形水冷屏32后烟气温度降到650℃左右；烟气进入水平烟道4，通过对流屏41降温，使烟气降到550℃左右；再进入尾部烟道5，通过Ⅱ级省煤器51使温度降到500℃左右；烟气通过板式空气预热器52与空气换热，烟气温度进一步降到300℃左右，升温后的空气通过根部风喷口12进入下行绝热炉膛1参与燃烧；烟气最后通过Ⅰ级省煤器53温度降到200℃左右；降温后的烟气再进入下一级的烟气处理装置。

废液焚烧过程中灰的主要成分为碳酸钠，其熔点为853℃，在复合环境下其熔点要降低到600℃～750℃。回收有两种形式：首先是经过水冷壁21的初步降温以熔融状从液态排渣装置23中流出，熔融物进入熔槽中冷却形成固态渣，再利用刮板捞渣机捞出并输送至渣仓，其回收量约占总回收量的50％～60％；其次，由锅炉尾部排出的灰是以固态形式回收(先通过吹灰装置6清除锅炉受热面上的积灰，再通过安装在水平烟道4及尾部烟道5之后的灰斗及电除尘收集灰尘，在图1中并未给出)，灰斗布置水冷壁，冷却灰渣，避免形成紧密性渣层。

具体烟气流程为：下行绝热炉膛1→V形夹角2→辐射冷却室3→E字行水冷屏32→对流屏41→Ⅱ级省煤器51(部分烟气经烟气再循环进入炉膛)→板式空气预热器52→Ⅰ级省煤器53→出口。具体空气流程为：板式空气预热器52→根部风喷口12→下行绝热炉膛1。具体汽水流程为：给水→Ⅰ级省煤器53→Ⅱ级省煤器51→汽包9→下降管10→水冷壁21、E字行水冷屏32、对流屏41→汽包9。

以上内容仅仅是对本发明的具体实施方式所作的举例和说明，应该指明的是，依据本发明的构想对上述实施方式进行修改或补充或采用类似的方式替代，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种再循环烟气贴壁保护的废液焚烧锅炉，所述焚烧锅炉包括依次相连的下行绝热炉膛、辐射冷却室、水平烟道和尾部烟道，以及设置于辐射冷却室、水平烟道和尾部烟道之上的吹灰装置；

所述下行绝热炉膛的顶面设置有废液雾化喷枪和根部风喷口，上部设置有辅助燃气燃烧器Ⅰ，中部设置有辅助燃气燃烧器Ⅱ，后墙下部设置有折焰角；

所述辐射冷却室的入口处设置有捕渣管，上部设置有E字形水冷屏；

所述水平烟道设置有对流屏；

所述尾部烟道从入口到出口依次设置有Ⅱ级省煤器、板式空气预热器和Ⅰ级省煤器，板式空气预热器的空气出口与根部风喷口相连；

其特征在于：将Ⅱ级省煤器出口处的部分烟气再循环，作为贴壁保护烟气进入下行绝热炉膛和辐射冷却室；所述下行绝热炉膛和辐射冷却室之间连接处为V形夹角，V形夹角的侧壁为水冷壁，水冷壁上铺设有耐火材料，V形夹角的底部为液态排渣装置。

2.根据权利要求1所述的一种再循环烟气贴壁保护的废液焚烧锅炉，其特征在于：所述贴壁保护烟气占总烟气量的10～25％。

3.根据权利要求1所述的一种再循环烟气贴壁保护的废液焚烧锅炉，其特征在于：所述贴壁保护烟气均沿烟气流动方向贴壁进入下行绝热炉膛和辐射冷却室。

4.根据权利要求1所述的一种再循环烟气贴壁保护的废液焚烧锅炉，其特征在于：所述贴壁保护烟气由Ⅰ级-Ⅳ级贴壁保护烟气组成；Ⅰ级贴壁保护烟气、Ⅱ级贴壁保护烟气分别从辅助燃气燃烧器Ⅰ和辅助燃气燃烧器Ⅱ下方的炉膛四壁进入下行绝热炉膛；Ⅲ级贴壁保护烟气从所述V形夹角的顶端进入下行绝热炉膛；Ⅳ级贴壁保护烟气从所述V形夹角的底部进入辐射冷却室。

5.根据权利要求1所述的一种再循环烟气贴壁保护的废液焚烧锅炉，其特征在于：所述下行绝热炉膛的高度比辐射冷却室低6～10m。

6.根据权利要求1所述的一种再循环烟气贴壁保护的废液焚烧锅炉，其特征在于：所述耐火材料铺设处与V形夹角底部的距离为3～5m。

7.根据权利要求1所述的一种再循环烟气贴壁保护的废液焚烧锅炉，其特征在于：所述V形夹角的内角为60°～90°。

8.根据权利要求1所述的一种再循环烟气贴壁保护的废液焚烧锅炉，其特征在于：所述捕渣管由四排错列布置的凝渣管束组成。

9.根据权利要求1所述的一种再循环烟气贴壁保护的废液焚烧锅炉，其特征在于：所述E字形水冷屏的屏间间距大于400mm。

10.根据权利要求1所述的一种再循环烟气贴壁保护的废液焚烧锅炉，其特征在于：所述Ⅰ级省煤器、Ⅱ级省煤器、水冷壁、E字形水冷屏、对流屏的汽水出口通过联箱和汽水引出管与汽包相连，汽包与下降管相连，下降管的汽水出口再与水冷壁、E字形水冷屏、对流屏的汽水入口相连。