CN106224981A - 一种以涉烟废弃物为燃料的锅炉热力系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种以涉烟废弃物为燃料的锅炉热力系统及其方法，包括锅炉本体、炉前料斗、炉排、水冷壁管、对流管、省煤器、空气预热器、鼓风机、除尘器和引风机；所述炉前料斗内设有给料滚筒，燃烧室设前拱和后拱，燃烧室的中部设二次风装置，分别在水冷壁管、对流管、省煤器、空气预热器的受热面布置数个激波吹灰器。本发明可有效利用复烤企业的涉烟废弃物，并实现能量回收和资源的再利；本发明的锅炉热力系统燃烧以涉烟废弃物为主要的燃料时，锅炉热效率大于燃燃煤锅炉热效率；锅炉烟气NOx、SO₂、烟尘排放达到GB13271‑2014《锅炉大气污染物排放标准》中对燃气锅炉的要求。

Description

一种以涉烟废弃物为燃料的锅炉热力系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种以涉烟废弃物为燃料的锅炉热力系统及其方法。

背景技术

国家烟草专卖局颁布的国烟法[2006]375号、国烟专[2008]324号等文件中对废弃烟草专卖品的管理指导精神，在剩余副产品的处理问题上，需“严格执行环保政策，积极寻求先进技术，研究将废弃副产品加工为燃料、肥料等的可行性，争取充分利用”。为大幅提高废弃副产品的处置安全性，并实现资源化利用，每年的全部烟叶复烤剩余副产品在不出厂的情况下即可实现安全销毁，并实现能量回收。

2011年全国烟草专卖局长公司总经理座谈会的相关精神，“认真贯彻落实《烟草行业“十二五”节能减排工作纲要》，关注新指标，努力达到氨氮和氮氧化物控制指标在“十二五”时期下降10%的目标要求，推广使用脱除氮氧化物和氨氮设施。关注重点环节。加大复烤企业节能减排工作力度。运用先进成熟技术。推广烟草废弃物回收等成熟技术的运用。积极运用低碳技术，降低温室气体排放强度；继续大力推进绿色工房建设”。

目前锅炉直接使用涉烟废弃物为燃料产生的问题如下：（1）由于涉烟废弃物热值较低（约为2800大卡/kg），单独作为燃料时无法满足锅炉负荷要求；（2）燃烧时炉膛温度低，会产生的大量焦油，焦油与烟气中的飞灰粘附在水冷壁、对流管、省煤器、空预器等受热面表面，导致锅炉热效率降低，最终会堵塞省煤器和空预器，导致烟气无法通过而被迫停炉；（3）燃料未充分燃烧形成黑烟、焦油和烟气烟碱，会造成环境污染。由于上述问题存在，目前在复烤行业中大量的涉烟废弃物主要被作为肥料使用。作为尝试也有将涉烟废弃物与煤混合在链条炉或循环流化床锅炉上直接燃烧的做法，但是此种方法虽然能提高一定的燃烧温度，但是无法摆脱对化石能源的依赖，而且会产生大量的SO₂、NOx和烟尘，对环境造成污染，仍然不是最佳解决办法。

若以涉烟废弃物为原料制成生物质颗粒燃料，能有效解决涉烟废弃物直接燃烧带来的问题，并为涉烟废弃物作为燃料应用开辟新的途径，但是用现行的燃煤锅炉直接燃烧涉烟废物制成的生物质燃料仍存在以下问题：

（1）炉炉前料斗与锅炉燃烧室直接连通，一旦炉排停止运行，将会使料斗内未使用生物质燃料引起燃烧；

（2）燃烧室炉拱不利于聚热，直接燃生物质燃料时由于燃料热值低、燃程短，造成燃烧温度低，不利于焦油裂解和燃料完全燃烧；

（3）锅炉无二次风装置，根据生物质燃料燃烧时需分分级燃烧的特点，直接燃生物质燃料不利于挥发分的完全燃烧以及NOx的控制；

（4）锅炉未配置吹灰装置，直接燃烧涉烟废弃物燃料时，由于高温热气流产生大量的灰尘会附着在水冷壁管管、对流管、省煤器、空气预热器以及烟气回转角处等换热面积形成积灰结焦，影响锅炉正常运行；

（5）燃煤锅炉省煤器、空气预热器均为翅片式换热管，且换热管间距小，燃烧涉烟废弃物燃料时会因积灰严重而被堵塞；

（6）无焦油处理装置，使少量未燃烧完全的焦油堵塞后工艺的相应装置，在造成环境污染的同时影响正常运营；

（7）燃煤锅炉采用水膜除尘器，对生物质燃烧时烟气中颗粒物的除尘效果不大，且水膜除尘器排出的污水会因颗粒物沉降不理想而污染环境，因而，完全不能适应和达到使用生物质燃料供热后环保的相关要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种以涉烟废弃物为燃料的锅炉热力系统及其方法，能有效使用涉烟废弃物为主的燃料，实现复烤涉烟废弃物在不出厂的情况下全部安全销毁、能量回收。

本发明通过下列技术方案实现：一种以涉烟废弃物为燃料的锅炉热力系统，包括带有燃烧室的锅炉本体，设置在锅炉本体入口端的炉前料斗，设置在锅炉本体下部的炉排，设置在燃烧室四周的水冷壁管，设置在锅炉本体中的对流管、省煤器和空气预热器，与空气预热器的进口相连的鼓风机，连接空气预热器的出口和炉排下部风室的热风总管，以及连接锅炉本体出口端的除尘器和引风机；其特征在于：所述炉前料斗内设有给料滚筒，燃烧室设前拱和后拱，燃烧室的中部设二次风装置，分别在水冷壁管、对流管、省煤器、空气预热器的受热面布置数个激波吹灰器。

所述二次风装置是设置在燃烧室中部的左右两侧，共设8组。

所述锅炉本体和除尘器之间设焦油处理器。

所述除尘器为脉冲布袋除尘装置，实现干式收尘。

所述锅炉本体的下方设干式除渣机，与落渣斗相连。

所述省煤器的进水口通过给水泵与锅炉给水相连。

所述对流管连接上锅筒和下锅筒，上锅筒上设蒸汽出口，上锅筒还通过给水管道与省煤器出水口相连。

所述水冷壁管连接上集箱和下集箱，上集箱与上锅筒连接，下集箱与下锅筒连接。

应用上述锅炉热力系统进行锅炉热力的方法如下：

（1）将涉烟废弃物为主的生物质颗粒燃料自炉前料斗通过给料滚筒均匀送入燃烧室，燃料随着炉排均匀的向后移动进入燃烧室，由人工点火方式点燃，同时调整引风机频率使燃烧室负压维持在-10pa左右；

（2）通过鼓风机压力鼓风进入空气预热器，吸收烟气余热后经锅炉本体底部的热风总管，再分别经炉排底部的七个风室配入燃烧室，作为一次风。第一阶段，为挥发分析出气化阶段，温度维持在750～850℃，此阶段在缺氧状态下，挥发分从生物质燃料中大量析出，主要成分为CO、CH₄、H₂、焦油、其它碳氢化合物和水蒸汽等，在还原性的气氛条件可抑制NOx的生产；

（3）第二阶段，为固定碳燃烧阶段，固定碳跟随炉排向后移动参与燃烧，再配入充足风量（一次风）的条件下，固定碳实现完全燃烧，在燃烧室实现温度升温并维持在1000～1100℃；

（4）第三阶段，为挥发分燃烧阶段，第一阶段产生的挥发分（主要是可燃气体）在负压条件下上升至燃烧室中上部，在补入必要的二次风的条件下，挥发分中的可燃成分在此完全燃烧，温度维持在1100～1200℃；

（5）锅炉给水在给水泵的压力下进入省煤器，在省煤器内吸收烟气余热后进入上锅筒，上锅筒内的水经对流管换热后进入下锅筒，接着进入下集箱，下集箱内的水经水冷壁管再次换热后回到上锅筒。燃烧产生的辐射热和形成的热气流与锅炉受热面（水冷壁管、对流管）进行热交换，将水迅速加热产生蒸汽，供生产使用；

（6）激波吹灰器定期自动对锅炉水冷壁管、对流管、省煤器、空气预热器等部位轮流进行吹扫；

（7）燃烧产生的高温烟气与锅炉蒸发受热面完成换热后，经烟道进入省煤器和空气预热器完成余热利用，余热利用后进入焦油处理器、脉冲布袋除尘装置除尘，经除尘后的洁净尾气由引风机强制通风经烟囱排入大气；

（8）燃料燃烧完毕后产生的灰渣随着炉排输送至落渣斗，经干式除渣机清理后装袋。

本发明具备的优点及效果：本发明在原燃煤链条锅炉热力系统基础上进行改造，锅炉给料处增加给料滚筒装置，将炉前料斗中的燃料与燃烧室隔开，实现炉前料斗的防回火和均匀进料；燃烧室增设前拱和后拱，使燃烧室中新增卫燃带，提升燃烧温度，提高燃料燃尽率，实现燃料完全燃烧，实现高效节能；燃烧室布置的二次风装置，与鼓风机形成的一次风共同实现分级配风，空气分级三次超高温燃烧，最高燃烧温度达到1200℃的高温，使涉烟废弃物生物质燃料中产生的大量焦油得到充分裂解燃烧；燃烧系统采用空气分级燃烧控制技术，可在燃料完全燃烧的前提下，有效降低了NOx的排放量，有效调整燃烧工况；增加激波吹灰器，吹灰口穿过炉墙顺流布置在烟气通道上各受热面，通过气流定期自动对锅炉水冷壁、对流管、省煤器、空预器等受热面进行吹扫，从而有效解决锅炉受热面的积灰问题，降低排烟热损失，提高锅炉热效率；锅炉烟气通过焦油处理器进行脱焦，以及布袋除尘器除尘，除尘效率可达到99.8%，有效降低焦油和颗粒物物排放；锅炉热力系统运行控制采用DCS+变频电气控制系统，安全节电的同时实现远程监视，及对运行工况的精准控制。本发明安全可靠，提高生产效率，降低人工成本；锅炉热力系统在原燃煤锅炉基础上进行改造，投资成本低；锅炉升温、升压快；燃料燃烧后生物的灰渣采用干式收集，可回收制作肥料，实现生物质能源的高效循环利用。

本发明可有效利用复烤企业的涉烟废弃物，并实现能量回收和资源的再利用；改造后的锅炉热力系统燃烧以涉烟废弃物为主要的燃料时，锅炉热效率大于燃煤锅炉热效率；锅炉烟气NOx、SO₂、烟尘排放达到GB13271-2014《锅炉大气污染物排放标准》中对燃气锅炉的要求。

附图说明

图1为现有技术的燃煤锅炉热力系统的结构示意图；

图2为本发明锅炉热力系统的结构示意图。

图中，1—锅炉本体，2—给料滚筒，3—炉前料斗，4—前拱和后拱，5—二次风装置，6—卫燃带，7—水冷壁管，8—激波吹灰器，9—对流管，10—给水管道，11—省煤器，12—空气预热器，13—焦油处理器，14—除尘器，15—引风机，16—干式除渣机，17—炉排，18—鼓风机，19—水力冲渣管，20—热风总管，21—落渣斗，22—上锅筒，23—下锅筒，24—蒸汽出口，25—上集箱，26—下集箱，27—燃烧室。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。

如图所示，以涉烟废弃物为燃料的锅炉热力系统包括带有燃烧室27的锅炉本体1，设置在锅炉本体1入口端的炉前料斗3，设置在锅炉本体1下部的炉排17，设置在燃烧室27四周的水冷壁管7，设置在锅炉本体1中的对流管9、省煤器11和空气预热器12，与空气预热器12的进口相连的鼓风机18，连接空气预热器12的出口和炉排17下部风室的热风总管20，以及连接锅炉本体1出口端的除尘器14和引风机15；所述炉前料斗3内设有给料滚筒2，燃烧室27设前拱和后拱4，燃烧室27的中部设二次风装置5，分别在水冷壁管7、对流管9、省煤器11、空气预热器12的受热面布置数个激波吹灰器8。

所述二次风装置5是设置在燃烧室27中部的左右两侧，共设8组；锅炉本体1和除尘器14之间设焦油处理器13；除尘器14为脉冲布袋除尘装置，实现干式收尘；锅炉本体1的下方设干式除渣机16，与落渣斗21相连；省煤器11的进水口通过给水泵与锅炉给水相连；对流管9连接上锅筒22和下锅筒23，上锅筒22上设蒸汽出口24，上锅筒22还通过给水管道10与省煤器11出水口相连；水冷壁管7连接上集箱25和下集箱26，上集箱25与上锅筒22连接，下集箱26与下锅筒23连接。

本发明提供的锅炉热力系统工作过程如下：

（1）将涉烟废弃物为主的生物质颗粒燃料自炉前料斗3通过给料滚筒2均匀送入燃烧室27，燃料随着炉排17均匀的向前移动进入燃烧室27，由人工点火方式点燃，同时调整引风机15频率使燃烧室27负压维持在-10pa左右；

（2）通过鼓风机18压力鼓风进入空气预热器12，吸收烟气余热后经锅炉本体1底部的热风总管20，再分别经炉排17底部的七个风室配入燃烧室27，作为一次风。第一阶段，为挥发分析出气化阶段，温度维持在750～850℃，此阶段在缺氧状态下，挥发分从生物质燃料中大量析出，主要成分为CO、CH₄、H₂、焦油、其它碳氢化合物和水蒸汽等，在还原性的气氛条件可抑制NOx的生产；

（3）第二阶段，为固定碳燃烧阶段，固定碳跟随炉排17向前参与燃烧，再配入充足风量（一次风）的条件下，固定碳实现完全燃烧，在燃烧室27实现温度升温并维持在1000～1100℃；

（4）第三阶段，为挥发分燃烧阶段，第一阶段产生的挥发分（主要是可燃气体）在负压条件下上升至燃烧室27中上部，在补入必要的二次风的条件下，挥发分中的可燃成分在此完全燃烧，温度维持在1100～1200℃；

（5）锅炉给水在给水泵的压力下进入省煤器11，在省煤器11内吸收烟气余热后进入上锅筒22，上锅筒22内的水经对流管9换热后进入下锅筒23，接着进入下集箱26，下集箱26内的水经水冷壁管7再次换热后回到上锅筒22。燃烧产生的辐射热和形成的热气流与锅炉受热面（水冷壁管7、对流管9）进行热交换，将水迅速加热产生蒸汽，供生产使用；

（6）激波吹灰器8定期自动对锅炉水冷壁管7、对流管9、省煤器11、空气预热器12等部位轮流进行吹扫；

（7）燃烧产生的高温烟气与锅炉蒸发受热面完成换热后，经烟道进入省煤器11和空气预热器12完成余热利用，余热利用后进入焦油处理器13、除尘器14，经除尘后的洁净尾气由引风机15强制通风经烟囱排入大气；

（8）燃料燃烧完毕后产生的灰渣随着炉排17输送至落渣斗21，经干式除渣机16清理装袋。

Claims (9)

1.一种以涉烟废弃物为燃料的锅炉热力系统，包括带有燃烧室的锅炉本体，设置在锅炉本体入口端的炉前料斗，设置在锅炉本体下部的炉排，设置在燃烧室四周的水冷壁管，设置在锅炉本体中的对流管、省煤器和空气预热器，与空气预热器的进口相连的鼓风机，连接空气预热器的出口和炉排下部风室的热风总管，以及连接锅炉本体出口端的除尘器和引风机；其特征在于：所述炉前料斗内设有给料滚筒，燃烧室设前拱和后拱，燃烧室的中部设二次风装置，分别在水冷壁管、对流管、省煤器、空气预热器的受热面布置数个激波吹灰器。

2.根据权利要求1所述的锅炉热力系统，其特征在于：所述二次风装置是设置在燃烧室中部的左右两侧，共设8组。

3.根据权利要求1所述的锅炉热力系统，其特征在于：所述锅炉本体和除尘器之间设焦油处理器。

4.根据权利要求1所述的锅炉热力系统，其特征在于：所述除尘器为脉冲布袋除尘装置。

5.根据权利要求1所述的锅炉热力系统，其特征在于：所述锅炉本体的下方设干式除渣机，与落渣斗相连。

6.根据权利要求1所述的锅炉热力系统，其特征在于：所述省煤器的进水口通过给水泵与锅炉给水相连。

7.根据权利要求1所述的锅炉热力系统，其特征在于：所述对流管连接上锅筒和下锅筒，上锅筒上设蒸汽出口，上锅筒还通过给水管道与省煤器出水口相连。

8.根据权利要求7所述的锅炉热力系统，其特征在于：所述水冷壁管连接上集箱和下集箱，上集箱与上锅筒连接，下集箱与下锅筒连接。

9.一种以涉烟废弃物为燃料的锅炉热力方法，使用权利要求1至8中任一锅炉热力系统，其特征在于经过下列各步骤：

（1）将涉烟废弃物为主的生物质颗粒燃料自炉前料斗通过给料滚筒均匀送入燃烧室，燃料随着炉排均匀的向后移动进入燃烧室，由人工点火方式点燃，同时调整引风机频率使燃烧室负压维持在-10pa左右；

（2）通过鼓风机压力鼓风进入空气预热器，吸收烟气余热后经锅炉本体底部的热风总管，再分别经炉排底部的七个风室配入燃烧室，作为一次风；第一阶段，为挥发分析出气化阶段，温度维持在750～850℃；

（3）第二阶段，为固定碳燃烧阶段，固定碳跟随炉排向后移动参与燃烧，再配入一次风的条件下，固定碳实现完全燃烧，在燃烧室实现温度升温并维持在1000～1100℃；

（4）第三阶段，为挥发分燃烧阶段，第一阶段产生的挥发分在负压条件下上升至燃烧室中上部，在补入二次风的条件下，挥发分中的可燃成分在此完全燃烧，温度维持在1100～1200℃；

（5）锅炉给水在给水泵的压力下进入省煤器，在省煤器内吸收烟气余热后进入上锅筒，上锅筒内的水经对流管换热后进入下锅筒，接着进入下集箱，下集箱内的水经水冷壁管再次换热后回到上锅筒；燃烧产生的辐射热和形成的热气流与水冷壁管、对流管进行热交换，将水迅速加热产生蒸汽，供生产使用；

（6）激波吹灰器定期自动对锅炉水冷壁管、对流管、省煤器、空气预热器轮流进行吹扫；

（7）燃烧产生的高温烟气与锅炉蒸发受热面完成换热后，经烟道进入省煤器和空气预热器完成余热利用，余热利用后进入焦油处理器、脉冲布袋除尘装置除尘，经除尘后的洁净尾气由引风机强制通风经烟囱排入大气；

（8）燃料燃烧完毕后产生的灰渣随着炉排输送至落渣斗，经干式除渣机清理后装袋。