CN104819472B - 一种生物质类固废及危废燃烧制汽系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物质类固废及危废燃烧制汽系统，在燃烧炉内的空气送入采用在不同位置分别提供三次配风，作用为帮助燃气进行分级燃烧，使得燃气在其内充分燃烧，从而有效减少氮氧化物的排放，提高物料的碳转化率；还进一步采用燃气旋流器和空气旋流器，燃气旋流器由燃气室混合多只沿燃烧室圆周切向均布的支路组成，各支路自一级燃烧室外至内部，各支路由主燃气进口位置沿圆周均布，特点在于各支路管径沿远离主燃气进口依次减小，保证进气速度一致；在燃烧炉内对气体进行扰流稳燃，以形成扰回流区，进行蓄热，保持温度稳定燃烧。

Description

一种生物质类固废及危废燃烧制汽系统

技术领域

本发明涉及适用于热解气化系统的生物质类资源化利用系统技术领域，特别涉及一种生物质类固废及危废燃烧制汽系统。

背景技术

生物质废物是人类在利用生物质的过程中生产和消费产生的废弃物。其传统的处理方式包括填埋和焚烧，但是存在需要占用大量土地，且容易带来二次污染的问题，尤其是一些具有危害性的废物。

当前，我国的生物质废物具有产生量大、可降解有机物含量高的特点，如果能对其进行有效的利用，不但能减少污染，还将会有助于缓解我国能源短缺的现状。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种生物质类固废及危废燃烧制汽系统，用于热解气化系统的生物质类资源化利用，能够有效减少氮氧化物的排放。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种生物质类固废及危废燃烧制汽系统，包括燃烧炉和制汽设备，所述燃烧炉的出气端连通于所述制汽设备的进气端；

所述燃烧炉内设置有燃气送入机构和空气送入机构；所述空气送入机构包括沿燃气的前进方向依次设置的一次配风机构、二次配风机构和三次配风机构，所述一次配风机构靠近所述燃烧炉的进气端，所述三次配风机构靠近所述燃烧炉的出气端；所述燃气送入机构设置介于所述一次配风送入机构和所述二次配风送入机构之间。

优选的，所述二次配风机构采用沿所述燃烧炉圆周切向均布的多只气路。

优选的，所述三次配风机构采用沿所述燃烧炉圆周切向均布的多只气路。

优选的，所述燃烧炉内还设置有扰流稳燃机构。

优选的，所述燃烧炉为卧式，所述燃气送入机构采用燃气旋流器，所述一次配风机构采用空气旋流器，所述燃气旋流器和所述空气旋流器的旋转方向为同向，所述燃气旋流器的导向叶片与燃气导管轴向的第一夹角为锐角，所述空气旋流器的导向叶片与燃气导管轴向的第二夹角为锐角。

优选的，在卧式燃烧炉中采用立式圆柱体作为扰流稳燃机构，包括设置在所述燃气旋流器和所述一次配风机构之间的一级稳燃柱，和设置在所述二次配风机构和所述三次配风机构之间的二级稳燃柱。

优选的，所述燃烧炉为立式，所述燃气送入机构采用燃气旋流器，所述燃气旋流器包括多只沿圆周切向均布的支路，且各支路管径按照到主燃气进口的距离远近依次减小。

优选的，在立式燃烧炉中采用双锥形多孔稳燃塔作为扰流稳燃机构；所述双锥形多孔稳燃塔包括两个层叠的锥形稳燃体，所述锥形稳燃体的小径端朝向所述燃烧炉的出气端，所述锥形稳燃体上开设有多个沿其轴向的通孔。

优选的，所述燃烧炉还包括设置在所述二级燃烧室和所述三次配风之间的引燃机构。

优选的，包括一级燃烧室和二级燃烧室及连接部分，所述连接部分包括倒锥形的下部连接部分，和正锥形的上部连接部分；所述下部连接部分的大径端连通于所述一级燃烧室的出气端，所述上部连接部分的小径端连通于所述下部连接部分的小径端，所述上部连接部分的大径端连通于所述二级燃烧室的进气端。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的生物质类固废及危废燃烧制汽系统，在燃烧炉内的空气送入采用在不同位置分别提供三次配风，作用为帮助燃气进行分级燃烧，使得燃气在其内燃烧彻底，从而有效减少氮氧化物的排放，提高物料的碳转化率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的卧式燃烧炉的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的立式燃烧炉的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的燃气旋流器或空气旋流器的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的双锥形多孔稳燃器的结构示意图。

其中，1为燃气旋流器；21为一次配风机构，22为二次配风机构，23为三次配风机构；31为一级稳燃塔，32为二级稳燃塔，33为三级稳燃塔；4为一级燃烧室；51为下部连接部分，52为上部连接部分；6为二级燃烧室。

具体实施方式

本发明公开了一种生物质类固废及危废燃烧制汽系统，用于热解气化系统的生物质类资源化利用，能够有效减少氮氧化物的排放。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图4，图1为本发明实施例提供的卧式燃烧炉的结构示意图；图2为本发明实施例提供的立式燃烧炉的结构示意图；图3为本发明实施例提供的燃气旋流器或空气旋流器的结构示意图；图4为本发明实施例提供的双锥形多孔稳燃器的结构示意图。

本发明实施例提供的生物质类固废及危废燃烧制汽系统，其核心改进点在于，包括燃烧炉和制汽设备，燃烧炉的出气端连通于制汽设备的进气端；即向燃烧炉内送入燃气和空气进行燃烧(可以采用明火引燃)，之后将燃烧产生的尾气送入制汽设备回收热量；

燃烧炉内设置有燃气送入机构和空气送入机构；空气送入机构包括沿燃气的前进方向依次设置的一次配风机构、二次配风机构和三次配风机构，一次配风机构靠近燃烧炉的进气端，三次配风机构靠近燃烧炉的出气端；燃气送入机构设置介于一次配风送入机构和二次配风送入机构之间。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的生物质类固废及危废燃烧制汽系统，在燃烧炉内的空气送入采用在不同位置分别提供三次配风，作用为帮助燃气进行分级燃烧，使得燃气在其内充分燃烧，从而有效减少氮氧化物的排放，提高物料的碳转化率。三次配风的比例由本领域技术人员根据实际情况决定。三次配风的比例由本领域技术人员根据实际情况决定。

制汽设备根据环保需求，划分不同的烟气温度利用梯度，形式上为余热锅炉：

1)温度梯度为1300-180摄氏度；

由余热锅炉、空气节能器、省煤器等组成，燃气锅炉产出蒸汽用，空气节能器用于加热燃烧配风，提高燃烧效率。

2)温度梯度为1150-500摄氏度；

由主体只有余热锅炉，不再增设其他节能设备，主要是防止500-200摄氏度间二恶英的生成。

在本方案提供的具体实施例中，燃烧炉为圆筒形状，其二次配风机构采用沿燃烧炉(燃烧室)圆周切向均布的多只气路，自燃烧室外至内部。类似的，三次配风机构采用沿燃烧炉(燃烧室)圆周切向均布的多只气路，自燃烧室外至内部。以上结构保证了二次配风和三次配风与炉内气体的充分均匀接触。

为了进一步优化上述的技术方案，燃烧炉内还设置有扰流稳燃机构，即在燃烧炉内对气体进行扰流稳燃，以形成扰回流区，进行蓄热，保持温度稳定燃烧；能够实现扰流稳燃的设备结构有很多种，在此并不做具体的限定。

根据燃气及处置的物料不同，可以将上述的燃烧系统分为卧式旋转分级燃烧、立式旋转分级燃烧。

卧式燃烧炉的结构可以参照图1所示，该卧式旋转分级燃烧炉由高温燃烧器、燃烧室、辅助燃烧器等组成，辅助燃烧器位于高温燃烧器的后端或燃烧室的前端，其中高温燃烧器由燃气旋流器、空气旋流器等组成；燃气的送入采用燃气旋流器，一次配风机构采用空气旋流器，燃气旋流器和空气旋流器的旋转方向为同向(即均为沿顺时针方向或者沿逆时针方向)，燃气旋流器的导向叶片与燃气导管(即图中的高温燃气导管，下同)轴向的第一夹角为锐角，空气旋流器的导向叶片与燃气导管轴向的第二夹角为锐角。作为优选，第一夹角的大小为15-45度，第二夹角小于第一夹角5-10度。

在本方案提供的具体实施例中，高温燃气管道垂直于燃烧炉的轴向连通，燃气经过燃气旋流器由上述管道进入炉内；一次配风为主配风即一次空气旋流器配风，设置在燃烧炉的进气端，其多个进气口沿燃烧炉的中轴线均布设置；燃烧炉进气端还设置有辅助燃烧器。高温燃烧器的出口连接燃烧室，即燃气和一次配风混合后经过高温燃气通道进入燃烧室。作为优选，高温燃气通道内顺时针布置一定斜度的导流叶片，长度同斜长度；二次风风导管内顺时针布置同斜度导流叶片，长度同斜长度。一次配风和二次配风的空气均由进风主管道提供。二三次空气旋流器结构不同于一次空气旋流器，二三次空气旋流器为多只气路沿燃烧室圆周切向均布，自燃烧室外至内部。

在卧式燃烧炉中采用立式圆柱体作为扰流稳燃机构，包括设置在燃气旋流器和一次配风机构之间的一级稳燃柱，和设置在二次配风机构和三次配风机构之间的二级稳燃柱，位于燃烧室内中部。立式圆柱体的中轴线垂直于燃烧炉的中轴线，可以采用截面为正方型的柱体，并在其边角处切圆形成上述的立式圆柱体。

立式燃烧炉的结构可以参照图2所示，其中燃气送入机构采用燃气旋流器1，该燃气旋流器1包括多只沿燃烧室圆周切向均布的支路，各支路自燃烧室外至内部，且各支路管径按照到主燃气进口的距离远近依次减小；其结构可以参照图3所示，主燃气进口连通于外圈环形的管路，各支路的进口连通于外圈环形管路的不同位置；各支路由主燃气进口位置沿圆周均布，特点在于各支路管径沿远离主燃气进口(在此具体为按照顺时针方向)依次减小；这样的结构能够保证各支路的进气速度一致，燃气送入均匀。另外，本方案提供的高温燃气旋流器1，其多个支路的进风管径不同，风量相同，风速不同，与现有技术中二次布风的方式不同，本结构实现了一次布风，均匀布风。

作为优选，在立式燃烧炉中采用双锥形多孔稳燃塔用于扰流稳燃，作为蓄热体；其结构可以参照图4所示，双锥形多孔稳燃塔包括两个同向层叠的锥形稳燃体，锥形稳燃体的小径端朝向燃烧炉的出气端，锥形稳燃体上开设有多个沿其轴向的通孔，具体可以为开设在其侧壁和顶部上的圆孔。气体上升到双锥形多孔稳燃塔时，在锥形稳燃体的作用下被干扰形成回流，最后通过小孔脱离继续上升；本方案提供的双锥形多孔稳燃塔在双锥内形成扰回流区，能够有效保持温度稳定燃烧，还能够起到一定的挡灰作用，即灰渣随烟气上升至此被锥形稳燃体阻挡后回落。当然，用于实现扰流稳燃的结构并不仅仅局限于此，只要能够对气流起到干扰或者聚拢的作用即可；还可以采用单个，或者多于两个的锥形稳燃体。

双锥形多孔稳燃塔可以采用环形件安装固定，环形件的外延搭在炉壁上。

在本方案提供的具体实施例中，扰流稳燃机构包括设置在一次配风21和二次配风22之间的一级稳燃塔31，设置在二次配风22和三次配风23之间的二级稳燃塔32，和设置在三次配风23上方的三级稳燃塔33。

为了进一步优化上述的技术方案，燃烧炉还包括设置在二级燃烧室32和三次配风23之间的引燃机构，作为二次燃油/燃气发生器，用于稳定出口温度。引燃可以采用辅助燃烧系统，由燃油、天然气或沼气等燃烧器、支路喷嘴组成，作用是长明灯及稳定燃烧，保证燃烧室温度。

在本方案提供的具体实施例中，立式旋转分级燃烧炉采用鼓泡流化床，物料与空气当量比配风为过量过氧燃烧方式，由一级燃烧室4和二级燃烧室6及连接部分组成；其中的连接部分，起衔接一二级燃烧室的作用，包括倒锥形的下部连接部分51，和正锥形的上部连接部分52；下部倒锥形结构的大径端连通于一级燃烧室4的出气端，能够起到阻灰上扬的作用，利于灰渣的收集；上部正锥形结构的小径端连通于下部倒锥形结构的小径端，上部正锥形结构的大径端连通于二级燃烧室6的进气端，可消减烟气压，使部分飞灰回落至一级燃烧室4。

一级燃烧室4内设燃气旋流器1、辅助燃烧系统、一次配风系统、排渣系统、液态物料雾化系统、双锥形多孔稳燃塔等；烟气在一级燃烧室4内平均存留时间大于2s，运行温度850-900度，烟气至出口时间大于3s。

辅助燃烧系统由燃油、天然气或沼气等燃烧器、支路喷嘴组成，作用是长明灯及稳定燃烧，保证燃烧室温度；作为一次燃油/燃气发生器，用于明火引燃。

一次配风系统内布置布风板，布风板上布置止回风帽，一次配风(即主配风)进入风室通过布风板的风帽进入燃烧炉。

排渣系统由炉内布风板上的浇注料、排渣管、气动阻隔阀、耐高温阀门和冷渣装置组成，用于隔离保护的浇注料开设有开口，排渣管连接浇注料的开口，排渣管内设有气动阻隔阀，在需要排渣时依次打开耐高温阀门、气动阻隔阀，灰渣等在炉内压力下进入排渣管，经气动阻隔阀、耐高温阀门，后进入冷渣装置(水冷套式或盘式或地面水池)。

为了进一步优化上述的技术方案，用于浇注料的顶面构成倾斜的排渣导面，排渣系统的排渣管连接排渣导面的最低点；与现有的浇注料的平面顶面相比，倾斜的排渣导面有利于灰渣的及时排出，从而有效避免结焦现象。

在本方案提供的具体实施例中，浇注料顶面的排渣导面呈倒锥形，排渣管连接于倒锥形浇注料中心开口。

排渣系统主要作用为在燃烧炉内灰渣多导致炉内压力过高、有结焦情况前开启，排出部分灰渣来平衡炉内压力。作为优选，排渣系统为间歇式开启，即每隔一段时间开启一次装置进行排渣；

液态物料雾化系统，主要做成为雾化器，液态物料(优选为热值小的)在压缩空气的作用下在雾化器的头部打散，经快速喷出形成细小雾滴；液态物料喷入燃烧塔后被大量运动着的高温灰渣冲散并与炽热的渣粒迅速混合，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。

二级燃烧室6设二三级空气旋流器、辅助燃烧系统、二三级双锥形多孔稳燃塔等，烟气在二级燃烧室6内平均存留时间大于2s，运行温度900-1150度，烟气出口烟温1150度，烟气至出口时间大于3s。

二三级空气旋流器结构同一级燃烧室4内的燃气旋流器1，作用为分级燃烧，燃烧彻底。

二三级双锥形多孔稳燃塔同一级燃烧室4内的双锥形多孔稳燃塔。

卧式与立式燃烧室均设多层耐火保温层，第一层为向火面砖砌层或浇注料，特点耐高温、抗热震、耐冲刷；第二层为隔热砖砌层或浇注料；第三层为绝热砖砌层或浇注料，其他层为保温浇注料，运行期燃烧室外壁温度不大于60度。

在工作时，燃烧炉采用热解气化床的灰渣作为床料，空气进入燃烧塔后促使炉内的物料流化，完成灼烧除去残炭过程；废液由给料装置输入燃烧塔后，立即被大量运动着的高温灰渣冲散并与炽热的渣粒迅速混合，由于床料的蓄热量极大，废液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；由热解气化床产出的高温燃气由高温引风机吹入高温燃气旋流器，再进入燃烧炉内完全燃烧，对废液、热解气化床产出的灰渣进行充分灼烧烧尽，进一步的减少灰渣中的残炭值和彻底消除废液；最终燃烧后的灰经除渣装置收集。

综上所述，本发明实施例提供的生物质类固废及危废燃烧制汽系统，在燃烧炉内的空气送入采用在不同位置分别提供三次配风，作用为帮助燃气进行分级燃烧，使得燃气在其内充分燃烧，从而有效减少氮氧化物的排放，提高物料的碳转化率；还进一步采用燃气旋流器和空气旋流器，燃气旋流器由燃气室混合多只沿燃烧室圆周切向均布的支路组成，各支路自一级燃烧室外至内部，各支路由主燃气进口位置沿圆周均布，特点在于各支路管径沿远离主燃气进口依次减小，保证进气速度一致；在燃烧炉内对气体进行扰流稳燃，以形成扰回流区，进行蓄热，保持温度稳定燃烧。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种生物质类固废及危废燃烧制汽系统，其特征在于，包括燃烧炉和制汽设备，所述燃烧炉的出气端连通于所述制汽设备的进气端；

所述燃烧炉内设置有燃气送入机构和空气送入机构；所述空气送入机构包括沿燃气的前进方向依次设置的一次配风机构、二次配风机构和三次配风机构，所述一次配风机构靠近所述燃烧炉的进气端，所述进气端为与所述出气端相对的一端，所述三次配风机构靠近所述燃烧炉的出气端；所述燃气送入机构设置介于所述一次配风送入机构和所述二次配风送入机构之间；

所述燃烧炉为立式，所述燃气送入机构采用燃气旋流器，所述燃气旋流器包括多只沿圆周切向均布的支路，且各支路管径按照到主燃气进口的距离远近依次减小。

2.根据权利要求1所述的生物质类固废及危废燃烧制汽系统，其特征在于，所述二次配风机构采用沿所述燃烧炉圆周切向均布的多只气路。

3.根据权利要求1所述的生物质类固废及危废燃烧制汽系统，其特征在于，所述三次配风机构采用沿所述燃烧炉圆周切向均布的多只气路。

4.根据权利要求1所述的生物质类固废及危废燃烧制汽系统，其特征在于，所述燃烧炉内还设置有扰流稳燃机构。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的生物质类固废及危废燃烧制汽系统，其特征在于，在立式燃烧炉中采用双锥形多孔稳燃塔作为扰流稳燃机构；所述双锥形多孔稳燃塔包括两个层叠的锥形稳燃体，所述锥形稳燃体的小径端朝向所述燃烧炉的出气端，所述锥形稳燃体上开设有多个沿其轴向的通孔。

6.根据权利要求5所述的生物质类固废及危废燃烧制汽系统，其特征在于，所述扰流稳燃机构包括：设置在所述一次配风机构和所述二次配风机构之间的一级稳燃塔，设置在所述二次配风机构和所述三次配风机构之间的二级稳燃塔，和设置在所述三次配风机构上方的三级稳燃塔；

所述燃烧炉还包括设置在所述二级稳燃塔和所述三次配风机构之间的引燃机构。

7.根据权利要求5所述的生物质类固废及危废燃烧制汽系统，其特征在于，所述燃烧炉包括一级燃烧室和二级燃烧室及连接部分，所述连接部分包括倒锥形的下部连接部分，和正锥形的上部连接部分；所述下部连接部分的大径端连通于所述一级燃烧室的出气端，所述上部连接部分的小径端连通于所述下部连接部分的小径端，所述上部连接部分的大径端连通于所述二级燃烧室的进气端。