CN109028092A - 一种燃用化石燃料与富氧燃烧垃圾的串联耦合发电系统 - Google Patents

一种燃用化石燃料与富氧燃烧垃圾的串联耦合发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种燃用化石燃料与富氧燃烧垃圾的串联耦合发电系统，包括燃煤锅炉，其特征在于，还包括富氧燃烧垃圾焚烧炉，待处理垃圾及滤液被送入富氧燃烧垃圾焚烧炉，富氧燃烧垃圾焚烧炉产生的高温烟气经过热交换设备一后被降温至T1，烟气出热交换设备一后经过抑制二噁英装置后再进入热交换设备二，烟气出热交换设备二后被降温至T2，温度为T2的烟气分为两路，一路高温风机送入燃煤锅炉炉膛中，另一路经再循环风机提升压力后分别经由一次风通道和二次风通道进入富氧燃烧垃圾焚烧炉炉膛。本发明对于燃煤锅炉的燃烧过程产生的影响很小，还大大降低了引入燃煤锅炉炉膛方式的要求，同时降低了对水冷壁的破坏程度。

Description

一种燃用化石燃料与富氧燃烧垃圾的串联耦合发电系统
技术领域
本发明涉及一种锅炉系统，尤其涉及一种燃用化石燃料与富氧燃烧垃圾的串联耦合发电系统。
背景技术
随着经济的发展，人民物质生活水平得到极大的提高，伴随着产生了大量的垃圾，垃圾对大气、土壤、水源等造成严重污染，对我们的生存环境造成了巨大危害，解决垃圾问题刻不容缓。统计显示，我国城市生活垃圾清运量2016年已超过2.15亿吨。
根据我国对垃圾处理提出的“资源化、减量化、无害化”的原则以及我国的垃圾特性，近年来，垃圾焚烧技术逐渐成为我国垃圾处理的新趋势。然而，垃圾焚烧产生的二噁英、氯化物、二氧化硫、氮氧化物等污染物，均需垃圾焚烧电厂单独配备复杂的烟气净化系统进行处理，投资大、能耗高、净化效率低，传统垃圾焚烧发电机组效率仅为18-25％。
为此，近年有学者提出将大型燃煤锅炉与垃圾焚烧炉耦合来解决垃圾焚烧炉污染物处理成本高和发电效率低的缺点。其中，烟气侧耦合将垃圾焚烧炉产生的尾部烟气引入燃煤锅炉，节约了垃圾焚烧炉烟气净化系统设备投入；蒸汽侧耦合将垃圾焚烧炉产生的主蒸汽引入燃煤机组的热力系统，将低能级的垃圾焚烧炉发热量部分转移到高能级的燃煤锅炉发电，实现垃圾发热量高效利用。
然而，在实际工程设计中，这一耦合思路存在两个方面的问题：第一，在烟气侧，由于垃圾焚烧的特点，垃圾焚烧炉产生的烟气通常体积较大，同时受到增压风机工作温度的限制，其引入大型发电锅炉的温度也较低，通常不高于450℃，这些大量的低温烟气将会对大型发电锅炉的炉膛燃烧锅炉产生严重影响，特别是在中低负荷时极有可能导致大型发电锅炉炉膛发生灭火现象，危及锅炉的安全运行，从而大大限制了耦合垃圾焚烧炉的容量。第二，在蒸汽侧，如何将两个锅炉的受热面进行合理、安全的耦合仍然缺乏有效的思路和方法。
发明内容
本发明的目的是：大幅度提高耦合垃圾焚烧炉的容量，同时大幅度降低垃圾焚烧锅炉烟气净化系统的投资。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种燃用化石燃料与富氧燃烧垃圾的串联耦合发电系统，包括燃煤锅炉，其特征在于，还包括富氧燃烧垃圾焚烧炉，待处理垃圾及滤液被送入富氧燃烧垃圾焚烧炉，富氧燃烧垃圾焚烧炉产生的高温烟气经过热交换设备一后被降温至T1，烟气出热交换设备一后经过抑制二噁英装置后再进入热交换设备二，烟气出热交换设备二后被降温至T2，温度为T2的烟气分为两路，一路由高温风机送入燃煤锅炉炉膛中，另一路经再循环风机提升压力后分别经由一次风通道和二次风通道进入富氧燃烧垃圾焚烧炉炉膛。
优选地，所述抑制二噁英装置包括CaO设备及旋风分离器。
优选地，在所述一次风通道上设有热交换设备三，热交换设备三将温度为T2的烟气降温至T3。
优选地，所述热交换设备一为二级受热面，所述热交换设备二为三级受热面，所述热交换设备三为一级受热面；
受热面的工质从锅炉给水引入，锅炉给水依次经过一级受热面、二级受热面和三级受热面后引入燃煤锅炉的省煤器。
优选地，所述高温烟气的温度不低于850℃，所述T2不高于450℃，所述T3不低于200℃。
优选地，还包括空气分离装置，空气输入空气分离装置后分离出来的高纯度氧气分别通入所述一次风通道和所述二次风通道。
优选地，进入所述一次风通道及所述二次风通道的高纯度氧气浓度控制在25～30％之间。
优选地，温度为T2的烟气经耦合烟气连接管道从所述燃煤锅炉的冷灰斗区域引入所述燃煤锅炉的炉膛中。
本发明提供的锅炉耦合系统，由于采用富氧燃烧处理垃圾的方式，经高温风机提升压力后的耦合烟气的体积仅是燃用相同垃圾量和相同烟气温度条件下空气燃烧产生烟气体积的约20％。如此少量的烟气不仅对于燃煤锅炉的燃烧过程产生的影响很小，还大大降低了引入燃煤锅炉炉膛方式(在水冷壁上的开孔数量和开孔大小)的要求，同时降低了对水冷壁的破坏程度。
由于采用富氧燃烧处理垃圾的方式，从以下两个方面有利于富氧燃烧垃圾焚烧炉内二噁英的抑制：
(1)将进入富氧燃烧垃圾焚烧炉炉膛的一次风和二次风中总的氧气浓度在27％，可以轻易获得更高的富氧燃烧垃圾焚烧炉炉膛出口烟气温度；
(2)富氧燃烧垃圾焚烧炉炉膛出口的烟气量约为空气燃烧时的60～70％，在目前空气燃烧垃圾焚烧炉的烟道截面尺寸情况下，高温烟气的停留时间可增加50％以上，同时可将烟气中的二噁英浓度降低50％以上。
为了在富氧燃烧垃圾焚烧炉炉膛中抑制二噁英的生成，增加烟气中的氧气浓度是通过增加纯氧气而不是空气实现的，这将大幅度降低引入燃煤锅炉的耦合烟气的体积量。
在富氧燃烧垃圾焚烧炉系统中，一次风和二次风均具有比空气燃烧时更高的温度和氧气浓度，这对垃圾的着火、前期燃烧过程乃至整个燃烧过程都是非常有利的。
在耦合系统中，进入和引出富氧燃烧垃圾焚烧炉的工质均为单相水，这大大降低了受热面设计难度，并增加了受热面设计的灵活性。
从能耗方面看，尽管增加了空气分离装置，但由于蒸汽侧的耦合，工质终温有了明显提高，循环效率的提升明显大于增加空气分离装置导致的能耗降低，总体来看，系统热效率也有明显增加。
从投资来看，由于燃煤锅炉和富氧燃烧垃圾焚烧炉在烟气侧和蒸汽侧的耦合，通过合理利用燃煤锅炉的已有烟气净化系统，很大程度上节省了空气燃烧垃圾焚烧炉所需的烟气净化系统，从而大幅度降低了投资成本。
附图说明
图1为本发明提供的一种燃用化石燃料与富氧燃烧垃圾的串联耦合发电系统的示意图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
如图1所示，本实施例公开的一种燃煤与富氧燃烧垃圾的串联耦合发电系统包括富氧燃烧垃圾焚烧炉A1及燃煤锅炉B1。
待处理垃圾AF1及其滤液AF2进入富氧燃烧垃圾焚烧炉A1的炉排参与燃烧。富氧燃烧垃圾焚烧炉A1炉膛出口的温度为1050℃的高温烟气经过二级受热面S2后温度降至650℃。650℃的烟气依次经过CaO加喷装置及旋风分离器A2后，被送入三级受热面S3。烟气通过在CaO加喷装置中加喷CaO并由旋风分离器A2除灰等措施去除其中的二噁英。650℃的烟气经过三级受热面S3后，温度被进一步降低至450℃。450℃的烟气分为两路：一路经高温风机A3提升压力后，经耦合烟气连接管道从燃煤锅炉B1的冷灰斗区域引入燃煤锅炉B1炉膛中；另一路经再循环风机A4提升压力后分别通入一次风通道A6和二次风通道A7，分别作为一次风及二次风进入富氧燃烧垃圾焚烧炉A1炉膛参与燃烧待处理垃圾AF1与其滤液AF2。其中一次风从富氧燃烧垃圾焚烧炉A1的炉排下部引入，二次风从富氧燃烧垃圾焚烧炉A1炉排上部一定高度处引入。
同时，空气通入空气分离装置A5后分离出来的高纯度氧气也通入一次风通道A6和二次风通道A7内。高纯度氧气分别作为一次风和二次风的一部分在一次风和二次风进入富氧燃烧垃圾焚烧炉A1炉膛前分别混入。进入富氧燃烧垃圾焚烧炉A1炉膛的一次风和二次风中总的氧气浓度为27％。
一次风通道A6上设置有一级受热面S1，由一级受热面S1将一次风进入富氧燃烧垃圾焚烧炉A1炉膛的温度控制在200℃。
富氧燃烧垃圾焚烧炉A1受热面的工质从锅炉给水引入，依次经过一级受热面S1、二级受热面S2和三级受热面S3后引入燃煤锅炉B1的省煤器。在与燃煤锅炉B1相连的脱硫装置和除尘装置之间加设活性炭吸附装置。

Claims (8)

1.一种燃用化石燃料与富氧燃烧垃圾的串联耦合发电系统，包括燃煤锅炉(B1)，其特征在于，还包括富氧燃烧垃圾焚烧炉(A1)，待处理垃圾(AF1)及滤液(AF2)被送入富氧燃烧垃圾焚烧炉(A1)，富氧燃烧垃圾焚烧炉(A1)产生的高温烟气经过热交换设备一后被降温至T1，烟气出热交换设备一后经过抑制二噁英装置后再进入热交换设备二，烟气出热交换设备二后被降温至T2，温度为T2的烟气分为两路，一路由高温风机(A3)送入燃煤锅炉(B1)炉膛中，另一路经再循环风机(A4)提升压力后分别经由一次风通道(A6)和二次风通道(A7)进入富氧燃烧垃圾焚烧炉(A1)炉膛。
2.如权利要求1所述的一种燃用化石燃料与富氧燃烧垃圾的串联耦合发电系统，其特征在于，所述抑制二噁英装置包括CaO设备及旋风分离器(A2)。
3.如权利要求1所述的一种燃用化石燃料与富氧燃烧垃圾的串联耦合发电系统，其特征在于，在所述一次风通道(A6)上设有热交换设备三，热交换设备三将温度为T2的烟气降温至T3。
4.如权利要求3所述的一种燃用化石燃料与富氧燃烧垃圾的串联耦合发电系统，其特征在于，所述热交换设备一为二级受热面(S2)，所述热交换设备二为三级受热面(S3)，所述热交换设备三为一级受热面(S1)；
受热面的工质从锅炉给水引入，锅炉给水依次经过一级受热面(S1)、二级受热面(S2)和三级受热面(S3)后引入燃煤锅炉(B1)的省煤器。
5.如权利要求3所述的一种燃用化石燃料与富氧燃烧垃圾的串联耦合发电系统，其特征在于，所述高温烟气的温度不低于850℃，所述T2不高于450℃，所述T3不低于200℃。
6.如权利要求1所述的一种燃用化石燃料与富氧燃烧垃圾的串联耦合发电系统，其特征在于，还包括空气分离装置(A5)，空气输入空气分离装置(A5)后分离出来的高纯度氧气分别通入所述一次风通道(A6)和所述二次风通道(A7)。
7.如权利要求6所述的一种燃用化石燃料与富氧燃烧垃圾的串联耦合发电系统，其特征在于，进入所述一次风通道(A6)及所述二次风通道(A7)的高纯度氧气浓度控制在25～30％之间。
8.如权利要求1所述的一种燃用化石燃料与富氧燃烧垃圾的串联耦合发电系统，其特征在于，温度为T2的烟气经耦合烟气连接管道从所述燃煤锅炉(B1)的冷灰斗区域引入所述燃煤锅炉(B1)的炉膛中。
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