CN105716091B - 烟气循环污泥喷动流化床焚烧系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种烟气循环污泥喷动流化床焚烧方法，其包括：在流化床焚烧炉进行焚烧动作时，将部分低温烟气和部分一次风以喷动风的形式引入焚烧密相区，使焚烧密相区处于喷动流化状态；将剩余部分一次风经过布风板引入焚烧密相区；这样，通过使焚烧密相区一直处于翻动流化的状态，且同时，将剩余部分一次风经过布风板引入焚烧密相区，上述两种不同方式的空气和烟气经过相互配合的引入方式，避免了现有技术中只通过布风板引入空气时所述布风板堵塞的问题，同时，本发明公开了使用上述焚烧方法的焚烧系统。其中，所述一次风与所述低温烟气的总流量比为0.48‑0.96∶1，通过设置上述比例，使得本发明的焚烧效果最好。

Description

烟气循环污泥喷动流化床焚烧系统及方法

技术领域

本发明涉及垃圾的燃烧处理装置技术领域，具体涉及一种烟气循环污泥喷动流化床焚烧系统及方法。

背景技术

随着经济的发展，在生活中和工业中产生了越来越多的污泥，为了有效解决污泥二次污染环境和影响人类健康，就需要对污泥进行处理。在众多的污泥处理处置工艺中，焚烧法因其能够最大限度地减小污泥体积，所有的病菌、病原体均被彻底杀灭，有毒有害的有机物被彻底氧化分解，同时可利用污泥潜在的热能进行供热或发电，实现减量化、无害化、资源化的目标而成为污泥处理处置的主要发展方向和研究热点之一。污泥焚烧设备包括多膛焚烧炉、回转窑焚烧炉和流化床焚烧炉等，其中流化床焚烧炉以其气固混合好、焚烧彻底、污染物排放量低等优点被广泛研究和采用。

从污泥焚烧系统运行的经济性考虑，污泥焚烧前一般需先进行深度脱水或干化处理。由于原污泥的热值经常发生变化，另外，深度脱水或干化处理工艺运行不稳定时也会使入炉污泥热值的波动加剧，导致流化床焚烧炉在运行过程中出现超温现象，超温严重时会发生床料高温结焦。结焦现象是流化床焚烧炉运行时常见的问题之一，严重威胁焚烧炉的安全运行。床料高温结焦时，颗粒在高温下发生软化并彼此粘结，迅速生长为大焦块，使床料的流化状态恶化甚至导致事故停炉。炉膛超温还会影响炉内的脱硫效率。一般情况下，根据脱硫剂特性的不同，流化床焚烧炉的最佳脱硫温度在800-900℃之间。在此温度之上，炉内负责脱硫的CaO会发生烧结，影响脱硫效果，造成焚烧炉整体的脱硫效率下降。不仅如此，当炉膛超温时，焚烧所产生的烟气中NOx含量也会大大增加。目前，针对污泥流化床焚烧炉超温的问题，较为常用的方法有以下两种：1、降低负荷法，其源于燃煤锅炉炉温控制技术，是在炉内温度过高时，降低入炉的污泥量，弱化密相区及稀相区的燃烧，从而达到抑制炉内温度的目的，然而，降低负荷对炉温的影响较为迟缓，且会减少污泥焚烧量；2、增加一次风量法，顾名思义就是提高进入炉内的低温一次风量，在强化密相区扰动的同时降低密相区和稀相区的温度。与前一种方法相比，该方法不会影响焚烧炉的正常运行，操作上灵活简便，炉温响应迅速。缺点是烟气体积会增加，烟道出口过剩空气系数也相应提高，排烟热损失增大。此外，由于污泥的挥发分含量较高，烟气速度提高会使挥发分在炉内的停留时间缩短，导致不完全燃烧，造成化学不完全燃烧热损失增大，使焚烧炉的经济性降低。

由上述可知，针对污泥热值经常发生波动这一特性，利用低温载体降低炉温是一种可靠有效的途径。在煤粉锅炉运行工艺中，烟气再循环(Flue Gas Recirculation，FGR)是一种发展成熟，且应用广泛的低温载体降温技术。该技术的基本原理是将锅炉尾部烟道中一部分低温烟气(烟温约200-300℃)，通过再循环风机送入炉膛，从而改善炉膛烟气的混合，并有效控制炉膛温度水平，抑制或防止炉膛结焦，同时提高锅炉出力并抑制NOx等有害物质的排放。该方法没有增加最终排放烟气的容积，因此不会增加焚烧炉的排烟热损失，提高了焚烧炉的热经济性。以FGR技术为基础，许多改进的工艺被应用到降低污泥焚烧炉炉膛温度中。但是在实际的运行过程中，循环烟气中的飞灰等固相物质导致布风板堵塞，影响焚烧炉正常运行，使焚烧炉的经济性降低。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术的流化床焚烧炉在实际的运行过程中，循环烟气中的飞灰等固相物质导致布风板堵塞，影响焚烧炉正常运行，使焚烧炉的经济性降低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种烟气循环污泥喷动流化床焚烧方法，其包括：在流化床焚烧炉进行焚烧动作时，将部分低温烟气和部分一次风以喷动风的形式引入焚烧密相区，使焚烧密相区处于喷动流化状态；将剩余部分一次风经过布风板引入焚烧密相区；将剩余部分低温烟气引入焚烧稀相区靠近烟道的区域；其中，所述一次风与所述低温烟气的总流量比为0.48-0.96∶1。

优选地，所述一次风与所述低温烟气的总流量比为0.54-0.72∶1。

进一步，还包括将二次风引入焚烧稀相区的步骤；其中，所述一次风与所述二次风的总流量与所述低温烟气的总流量之间的比例为0.74-1.48∶1。

优选地，所述一次风与所述二次风的总流量与所述低温烟气的总流量之间的比例为0.83-1.11∶1。

在上述焚烧方法中，所述一次风和所述二次风均为空气或者经过预热的空气，其中，预热的温度最好在200度以下；所述低温烟气为流化床焚烧炉焚烧污泥产生的经过降温的、优选经过气固分离的烟气，其可以是同一个流化床焚烧炉产生的，也可以是另外的流化床焚烧炉产生的。

同时，本发明还提供了一种使用上述焚烧方法的焚烧系统，包括流化床焚烧炉，其包括焚烧密相区和焚烧稀相区，在焚烧密相区下部设置有布风板，所述布风板下方设置有空气风室；在所述空气风室上设置有剩余部分一次风入口；还包括喷管，所述喷管穿过所述空气风室和所述布风板，使所述喷管的喷口位于所述焚烧密相区，且另一端与部分低温烟气入口、部分一次风入口相连通；在所述焚烧稀相区且靠近烟道处设置有剩余部分低温烟气入口；所述焚烧稀相区与所述烟道相连通。

进一步，在所述焚烧稀相区还设置有二次风入口。

进一步，还包括空气换热器，其入口为空气入口，其出口与部分一次风入口、剩余部分一次风入口和二次风入口相连通；且所述空气换热器设置在烟道内与烟气换热。

进一步，所述烟道的出口与第一气固分离装置的入口相连通；所述第一气固分离装置的出口通过循环设备分别与部分低温烟气入口、剩余部分低温烟气入口相连通。

进一步，还包括第二气固分离装置，所述第二气固分离装置的入口与所述焚烧稀相区的气体出口相连通；所述第二气固分离装置的气体出口和固体出口分别与烟道入口和所述焚烧稀相区的下部相连通。

优选地，所述第一气固分离装置和所述第二气固分离装置为高效旋风分离器或者布袋除尘器；所述循环设备为循环风机；所述喷管为喷动床喷管。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明的烟气循环污泥喷动流化床焚烧方法，其包括：在流化床焚烧炉进行焚烧动作时，将部分低温烟气和部分一次风以喷动风的形式引入焚烧密相区，使焚烧密相区处于喷动流化状态；将剩余部分一次风经过布风板引入焚烧密相区；这样，通过使焚烧密相区一直处于翻动流化的状态，且同时，将剩余部分一次风经过布风板引入焚烧密相区，上述两种不同方式的空气和烟气经过相互配合的引入方式，避免了现有技术中只通过布风板引入空气时所述布风板堵塞的问题，同时，上述引入空气和烟气的以喷动风的方式引入到焚烧密相区，尤其适宜因热值波动大而造成炉膛温度波动大从而导致炉膛内超温结焦或者温度波动大导致燃烧不完全的问题，弥补了现有技术中炉温响应迟缓的缺点，有效控制了炉膛的温度水平，抑制或防止炉膛内结焦，保护炉内温度维持在最佳范围(脱硫温度)，确保较高的炉内脱硫效率；将剩余部分低温烟气引入焚烧稀相区，利用剩余部分低温烟气温度低、比热容高的特点，降低了炉膛内的氧气浓度，有效抑制了烟气中氮氧化物的生成同时，降低了烟气排出时的温度，简化了后续操作；其中，所述一次风与所述低温烟气的总流量比为0.48-0.96∶1，通过设置上述比例，使得本发明的焚烧方法效果最好。

(2)本发明的烟气循环污泥喷动流化床焚烧方法，通过将二次风引入焚烧稀相区，既可以调节炉膛内温度，又可以为焚烧稀相区补充氧气，使炉膛内燃烧充分。

(3)本发明的烟气循环污泥喷动流化床焚烧系统，通过设置有喷管，且使喷管的喷口位于所述焚烧密相区；同时，设置有布风板，通过上述两种设置，使部分低温烟气和部分一次风以喷动风的形式引入焚烧密相区，使焚烧密相区处于喷动流化状态；将剩余部分一次风经过布风板引入焚烧密相区；这样，通过使焚烧密相区一直处于翻动流化的状态，且同时，将剩余部分一次风经过布风板引入焚烧密相区，上述两种不同方式的空气和烟气经过相互配合的引入方式，避免了现有技术中只通过布风板引入空气时所述布风板堵塞的问题，同时，上述引入空气和烟气的以喷动风的方式引入到焚烧密相区，尤其适宜因热值波动大而造成炉膛温度波动大从而导致炉膛内超温结焦或者温度波动大导致燃烧不完全的问题，弥补了现有技术中炉温响应迟缓的缺点，有效控制了炉膛的温度水平，抑制或防止炉膛内结焦，保护炉内温度维持在最佳范围(脱硫温度)，确保较高的炉内脱硫效率；将剩余部分低温烟气引入焚烧稀相区靠近烟道的区域，利用剩余部分低温烟气温度低、比热容高的特点，降低了炉膛内的氧气浓度，有效抑制了烟气中氮氧化物的生成同时，降低了烟气排出时的温度，简化了后续操作；同时，在所述焚烧稀相区且靠近烟道处设置有剩余部分低温烟气入口，这样，利用通过该入口的剩余部分低温烟气温度低、比热容高的特点，降低了炉膛内的氧气浓度，有效抑制了烟气中氮氧化物的生成同时，降低了烟气排出时的温度，简化了后续操作。

(4)本发明的烟气循环污泥喷动流化床焚烧系统，通过在所述焚烧稀相区还设置有二次风入口，用以补充所述焚烧稀相区的氧气浓度，使炉内焚烧更加完全。

(5)本发明的烟气循环污泥喷动流化床焚烧系统，通过设置空气换热器，使得进入流化床焚烧炉内的一次风和二次风的温度在100-300度之间，上述温度范围内空气进入到流化床焚烧炉时，不至于使炉内的高温(800-900度)反应发生激变，引发不必要的后果；同时，所述空气换热器设置与所述烟道内的烟气进行热交换，有效利用了排出烟气的温度，有效利用了资源。

(6)本发明的烟气循环污泥喷动流化床焚烧系统，通过设置第一气固分离装置，使得烟气经过气固分离，分离完固体的烟气进入除了能够起到上述作用外，还可以在重复使用和利用烟气的同时，在流化床焚烧炉中避免布风板被烟气中的非燃烧颗粒二次堵塞的问题。

(7)本发明的烟气循环污泥喷动流化床焚烧系统，还包括第二气固分离装置，所述第二气固分离装置的入口与所述焚烧稀相区的气体出口相连通；所述第二气固分离装置的气体出口和固体出口分别与烟道入口和所述焚烧稀相区的下部相连通。通过设置所述第二气固分离装置，使得焚烧后的烟气优先经过气固分离，且分离后的烟气继续通过烟道进行热循环利用，接着再次进入焚烧炉，实现了清洁循环利用烟气的目的，有效地提高了能源利用率和污染物的产出；同时，分离后的固体物继续进入焚烧炉做进一步焚烧，使其焚烧更加彻底，避免了二次固体污染物的出现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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得到其他的附图。

图1是本发明的一种烟气循环污泥喷动流化床焚烧系统的结构示意图；

图2是本发明的另一种烟气循环污泥喷动流化床焚烧系统的结构示意图；

图中附图标记表示为：1-流化床焚烧炉；2-流量计；3-控制阀；4-空气换热器；5-第一气固分离装置；6-第二气固分离装置；7-循环设备；8-换热器；11-焚烧密相区；12-焚烧稀相区；13-烟道；14-空气气室；15-布风板；16-喷管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的内容进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。居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其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1或图2所示，本实施例提供了一种烟气循环污泥喷动流化床焚烧方法，包括：在流化床焚烧炉1进行焚烧动作时，将部分低温烟气和部分一次风以喷动风的形式引入焚烧密相区11，使焚烧密相区11处于喷动流化状态；将剩余部分一次风经过布风板15引入焚烧密相区15；将剩余部分低温烟气引入焚烧稀相区12靠近烟道13的区域；其中，所述一次风与所述低温烟气的总流量比为0.48-0.96∶1。

上述技术方案是本发明所述烟气循环污泥喷动流化床焚烧方法的核心技术方案，通过使焚烧密相区11一直处于翻动流化的状态，且同时，将剩余部分一次风经过布风板15引入焚烧密相区11，上述两种不同方式的空气和烟气经过相互配合的引入方式，避免了现有技术中只通过布风板15引入空气时所述布风板15堵塞的问题，同时，上述引入空气和烟气的以喷动风的方式引入到焚烧密相区11，尤其适宜因热值波动大而造成炉膛温度波动大从而导致炉膛内超温结焦或者温度波动大导致燃烧不完全的问题，弥补了现有技术中炉温响应迟缓的缺点，有效控制了炉膛的温度水平，抑制或防止炉膛内结焦，保护炉内温度维持在最佳范围(脱硫温度)，确保较高的炉内脱硫效率；将剩余部分低温烟气引入焚烧稀相区12靠近烟道的区域，利用剩余部分低温烟气温度低、比热容高的特点，降低了炉膛内的氧气浓度，有效抑制了烟气中氮氧化物的生成同时，降低了烟气排出时的温度，简化了后续操作；其中，所述一次风与所述低温烟气的总流量比为0.48-0.96∶1，通过设置上述比例，使得本发明的焚烧方法效果最好。

具体地，所述流化床焚烧炉1为现有的任何的能够以焚烧固体废弃物(如：固体垃圾)为目的的流化床焚烧炉，其焚烧区域分为焚烧密相区11和焚烧稀相区12；在上述焚烧方法中，所述一次风和所述二次风均为空气或者经过预热的空气，其中，预热的空气的温度最好在260度以下；所述低温烟气为流化床焚烧炉1焚烧污泥产生的经过降温的、优选经过气固分离的烟气，其可以是同一个流化床焚烧炉产生的，也可以是另外的流化床焚烧炉产生的；在本实施例中，所述喷动风的形式可以是现有技术中的以喷管作为主要部件将气体喷入所述流化床焚烧炉1的焚烧密相区11内，优选喷动床；至于部分一次风与剩余一次风的流量比以及部分低温烟气与剩余部分低温烟气的流量比，主要根据流化床焚烧炉的具体温度进行具体调节，如1∶1。

优选地，所述一次风与所述低温烟气的总流量比为0.54-0.72∶1。

作为一种改进实施方式，还包括将二次风引入焚烧稀相区12的步骤；其中，所述一次风与所述二次风的总流量与所述低温烟气的总流量之间的比例为0.74-1.48∶1。

优选地，所述一次风与所述二次风的总流量与所述低温烟气的总流量之间的比例为0.83-1.11∶1。

实施例2

如图1所示，本实施例提供一种使用上述焚烧方法的焚烧系统，包括流化床焚烧炉1，其包括焚烧密相区11和焚烧稀相区12，在焚烧密相区11下部设置有布风板15，所述布风板15下方设置有空气风室14；在所述空气风室14上设置有剩余部分一次风入口；还包括喷管16，所述喷管16穿过所述空气风室14和所述布风板15，使所述喷管16的喷口位于所述焚烧密相区11，且另一端与部分低温烟气入口、部分一次风入口相连通；在所述焚烧稀相区12且靠近烟道13处设置有剩余部分低温烟气入口；所述焚烧稀相区12与所述烟道13相连通。

上述技术方案是本发明所述焚烧系统的核心技术方案，通过设置有喷管16，且使喷管16的喷口位于所述焚烧密相区11；同时，设置有布风板15，通过上述两种设置，使部分低温烟气和部分一次风以喷动风的形式引入焚烧密相区11，使焚烧密相区11处于喷动流化状态；将剩余部分一次风经过布风板15引入焚烧密相区11；这样，通过使焚烧密相区11一直处于翻动流化的状态，且同时，将剩余部分一次风经过布风板15引入焚烧密相区，上述两种不同方式的空气和烟气经过相互配合的引入方式，避免了现有技术中只通过布风板15引入空气时所述布风板15堵塞的问题，同时，上述引入空气和烟气的以喷动风的方式引入到焚烧密相区11，尤其适宜因热值波动大而造成炉膛温度波动大从而导致炉膛内超温结焦或者温度波动大导致燃烧不完全的问题，弥补了现有技术中炉温响应迟缓的缺点，有效控制了炉膛的温度水平，抑制或防止炉膛内结焦，保护炉内温度维持在最佳范围(脱硫温度)，确保较高的炉内脱硫效率；将剩余部分低温烟气引入焚烧稀相区靠近烟道的区域，利用剩余部分低温烟气温度低、比热容高的特点，降低了炉膛内的氧气浓度，有效抑制了烟气中氮氧化物的生成同时，降低了烟气排出时的温度，简化了后续操作；同时，在所述焚烧稀相区11且靠近烟道13处设置有剩余部分低温烟气入口，这样，利用通过该入口的剩余部分低温烟气温度低、比热容高的特点，降低了炉膛内的氧气浓度，有效抑制了烟气中氮氧化物的生成同时，降低了烟气排出时的温度，简化了后续操作。

具体地，所述喷管16为现有的可以将气体以喷动的形式喷入焚烧密相区11的部件或者设备；优选地，所述喷管16为喷动床喷管，需要喷动的气体经过喷动床喷管进入焚烧密相区11。

作为一种改进实施方式，在所述焚烧稀相区12还设置有二次风入口，在本实施例中，所述二次风入口优选在所述焚烧稀相区12中部。

为了有效利用热能，作为进一步改进的实施方式，还包括空气换热器4，其入口为空气入口，其出口与部分一次风入口、剩余部分一次风入口和二次风入口相连通；且所述空气换热器4设置在烟道13内与烟气换热。

作为进一步改进的实施方式，所述烟道13的出口与第一气固分离装置5的入口相连通；所述第一气固分离装置5的出口通过循环设备7分别与部分低温烟气入口、剩余部分低温烟气入口相连通；所述第一分离装置为高效旋风分离器或者布袋除尘器；所述循环设备7为循环风机。

如图2所示，作为进一步改进的实施方式，还包括第二气固分离装置6，所述第二气固分离装置6的入口与所述焚烧稀相区12的气体出口相连通；所述第二气固分离装置6的气体出口和固体出口分别与烟道13入口和所述焚烧稀相区6的下部相连通；所述第二分离装置6为高效旋风分离器或者布袋除尘器。

需要说明的是，在本发明装置以及相应的管路中，应该安装一些阀门来控制物料的流通，如流量计2、控制阀3等，在此不一一赘述。

对于部分低温烟气入口、部分一次风入口的具体位置，在本发明中，其可以理解为与所述喷管16的喷口相对的所述喷管16的另一端；又或者如附图所示，上述两个入口中的一个连接在靠近喷管16处的管道上；又或者是喷动床的入口。

需要说明的是，在本发明的系统和方法中的管路上或者设备上会安装一些个检测装置及开关用以控制和检测；同时，流化床焚烧炉上还设置有进料口和炉渣出料口，在本发明附图中没有描述，但这些都是公知常识，且本发明并没有对这些进行改进，对此不一一描述。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种烟气循环污泥喷动流化床焚烧方法，包括：在流化床焚烧炉(1)进行焚烧动作时，其特征在于：

将部分低温烟气和部分一次风以喷动风的形式引入焚烧密相区(11)，使焚烧密相区(11)处于喷动流化状态；将剩余部分一次风经过布风板(15)引入焚烧密相区(15)；将剩余部分低温烟气引入焚烧稀相区(12)；其中，所述一次风与所述低温烟气的总流量比为0.48-0.96:1；

还包括将二次风引入焚烧稀相区(12)的步骤；其中，所述一次风与所述二次风的总流量与所述低温烟气的总流量之间的比例为0.74-1.48:1。

2.根据权利要求1所述的焚烧方法，其特征在于，所述一次风与所述低温烟气的总流量比为0.54-0.72:1。

3.根据权利要求1或2所述的焚烧方法，其特征在于，所述一次风与所述二次风的总流量与所述低温烟气的总流量之间的比例为0.83-1.11:1。

4.一种使用权利要求1所述的焚烧方法的焚烧系统，包括流化床焚烧炉(1)，其包括焚烧密相区(11)和焚烧稀相区(12)，其特征在于：

在焚烧密相区(11)下部设置有布风板(15)，所述布风板(15)下方设置有空气风室(14)；在所述空气风室(14)上设置有剩余部分一次风入口；

还包括喷管(16)，所述喷管(16)穿过所述空气风室(14)和所述布风板(15)，使所述喷管(16)的喷口位于所述焚烧密相区(11)，且另一端与部分低温烟气入口、部分一次风入口相连通；

在所述焚烧稀相区(12)且靠近烟道(13)处设置有剩余部分低温烟气入口；

所述焚烧稀相区(12)与所述烟道(13)相连通。

5.根据权利要求4所述的焚烧系统，其特征在于，在所述焚烧稀相区(12)还设置有二次风入口。

6.根据权利要求5所述的焚烧系统，其特征在于，还包括空气换热器(4)，其入口为空气入口，其出口与部分一次风入口、剩余部分一次风入口和二次风入口相连通；且所述空气换热器(4)设置在烟道(13)内与烟气换热。

7.根据权利要求6所述的焚烧系统，其特征在于，所述烟道(13)的出口与第一气固分离装置(5)的入口相连通；所述第一气固分离装置(5)的出口通过循环设备(7)分别与部分低温烟气入口、剩余部分低温烟气入口相连通。

8.根据权利要求7所述的焚烧系统，其特征在于，还包括第二气固分离装置(6)，所述第二气固分离装置(6)的入口与所述焚烧稀相区(12)的气体出口相连通；所述第二气固分离装置(6)的气体出口和固体出口分别与烟道(13)入口和所述焚烧稀相区(6)的下部相连通。

9.根据权利要求8所述的焚烧系统，其特征在于，所述第一气固分离装置(5)和所述第二气固分离装置(6)为高效旋风分离器或者布袋除尘器。