CN109395496A - 一种垃圾焚烧发电厂的烟气净化及余热利用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种垃圾焚烧发电厂的烟气净化及余热利用系统,包括焚烧炉体、汽轮机、发电机、烟气净化处理装置和排烟囱,烟气净化处理装置包括从高温烟气出口到排烟囱之间依次布置的管道燃烧器、蒸汽发生器、余热回收器、烟气分解器、洗涤槽和吸附净化器,管道燃烧器和蒸汽发生器之间设置有排烟管,排烟管的下方设置有颗粒收集管,蒸汽发生器内设置有螺旋烟管,余热回收器内设置有热管,烟气分解器内设置有外筒、内筒和分解球,内筒的内侧设置有内电极,外筒的外表面缠绕有外电极,洗涤槽内设置有洗涤管,吸附净化器的内部填充有吸附填料。本系统不仅改善了燃烧状况,提高了燃烧效率,而且降低了二噁英含量,提高了余热回收效率。

Description

一种垃圾焚烧发电厂的烟气净化及余热利用系统
技术领域
本发明属于工业废气处理技术领域,具体涉及一种垃圾焚烧发电厂的烟气净化及余热利用系统。
背景技术
目前在进行垃圾焚烧发电作业中,垃圾焚烧炉在对垃圾焚烧后,往往会产生含有大量酸性污染物、重金属离子颗粒、固体粉尘及异味的二噁英气体,二噁英通常指具有相似结构和理化特性的一组多氯取代的平面芳烃类化合物,属 氯代含氧三环芳烃类化合物,包括75种多氯代二苯并一对一二噁英和135种多氯代二苯并 呋哺,缩写为PCDD/Fs。研究最为充分的有毒二噁英为2位、3位、7位、8位被氯原子取代的17 种同系物异构体单体(congenor),其中,2,3,7,8-四氯二苯并-对-二噁英(2,3,7,8一TCDD) 是目前所有已知化合物中毒性最强的二噁英单体(经口LD按体重计仅为1ug/kg),且还有极 强的致癌性(致大鼠肝癌剂量按体重计10μg/g)和极低剂量的环境内分泌干扰作用在内的 多种毒性作用,以上看来,高温烟气中二噁英类大气污染物的治理与控制,对于人类健康与环境保护至关重要,且这些烟气也往往还有携带有较高热量的余热,如果是直接排放一方面会造成大量的能量损耗,另一方面会对周边环境造成严重的污染,所以,垃圾焚烧产生的烟气一般都需要净化处理后进行排放。在现有的技术中,烟气的净化处理通常采用采用的余热锅炉、酸洗中和设备、布袋除尘设备及余热回收设备进行净化处理,虽然可以一定程度满足使用的需要,存在以下不足:一是焚烧炉在燃烧的过程中,由于工艺条件控制欠佳,导致垃圾原料中夹带的二噁英类化合物未能得到完全分解,致使二噁英类化合物进入高温烟气,更严重的是原料中夹带的含氯有机物未能得到充分燃烧,导致大量产生氯酚、多氯联苯 等二噁英的前驱物,被烟尘携带进入高温烟气处理系统,二是在高温烟气处理系统中,余热锅炉换热,酸洗中和设备洗涤,布袋设备等处理工艺, 由于处理时间长,且操作温度落入易生成二噁英的250~680℃温度范围内,为高温烟气中的前驱物在250~500℃合成二噁英,和氯酚、氯酚基团、各种有机物以及有机基团在580~680℃高温气相合成二噁英提供了条件,导致二噁英类污染物的再合成,大大增加了高温烟气中的 二噁英类大气污染物,三是现有的净化设备在使用一端时间后,其净化的效果会明显的降低,后期处理和维护的使用成本较高。因此,研制开发一种结构设计布置合理、既能改善燃烧状况,抑制二噁英的产生,又能低成本的对二噁英进行去除,且去除效果较佳、烟气热能利用效率较高的垃圾焚烧发电厂的烟气净化及余热利用系统是客观需要的。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题,本发明的目的在于提供一种结构设计合理、燃烧效果更好、不易结焦、可提高燃烧效率、能实现高温燃烧、且节能环保的循环流化床垃圾焚烧锅炉及其焚烧方法。
本发明所述垃圾焚烧发电厂的烟气净化及余热利用系统,包括焚烧炉体、汽轮机、发电机、烟气净化处理装置和排烟囱,焚烧炉体上设置有垃圾进料器、二次风管和高温烟气出口,焚烧炉体内的中上部设置有螺旋凸圈,螺旋凸圈与焚烧炉体的内壁之间形成螺旋导流槽,烟气净化处理装置包括从高温烟气出口到排烟囱之间依次布置的管道燃烧器、蒸汽发生器、余热回收器、烟气分解器、洗涤槽和吸附净化器,
管道燃烧器和蒸汽发生器之间设置有排烟管,排烟管的下方设置有与排烟管连通的颗粒收集管,在靠近颗粒收集管进口处的排烟管内部设置有一级滤网,在靠近颗粒收集管出口处的颗粒收集管内设置有二级滤网,所述颗粒收集管的底部通过排灰管与焚烧炉体连通;
蒸汽发生器内水平设置有与排烟管连通的螺旋烟管,螺旋烟管的外表面设置有若干导热片,蒸汽发生器的顶部设置有至少2个蒸汽出口,底部设置有给水管,蒸汽出口连接有排气管,排气管与汽轮机相连,给水管上设置有给水泵和电磁阀;
余热回收器的内部设置有呈蛇形布置的热管,热管通过连接管与螺旋烟管连通,热管的外表面设置有若干个导热片,余热回收器的顶部设置有冷水进口,底部设置有出水管,出水管与给水管连通,出水管上还设置有外送管;
烟气分解器包括保护壳以及设置在保护壳两端的进气口和出气口,进气口通过连接管与热管连通,保护壳的内部设置有外筒和内筒,外筒和内筒之间填充有分解球,内筒的内侧设置有内电极,外筒的外表面缠绕有外电极;
洗涤槽内设置有呈蛇形布置的洗涤管,洗涤管通过连接管与出气口连通,洗涤管的管壁上设置有若干个出气孔,洗涤槽的顶部设置有与洗涤槽连通的石灰水储槽,底部设置有排污管;
吸附净化器一端通过连接管与洗涤管连通,另一端与排烟囱连通,吸附净化器的内部填充有吸附填料。
进一步的,螺旋烟管与热管之间的连接管上设置有循环管,循环管分别与螺旋进料器和二次风管连通。
进一步的,吸附净化器采用分段式的段节连接结构,相邻两段段节之间采用连接法兰连接。
进一步的,蒸汽发生器的内壁上设置有一层隔热保温层。
优选地,颗粒收集管的形状为U型、V型或W型。
进一步的,蒸汽发生器的底部设置有电加热棒和温度传感器。
进一步的,吸附填料包括以下质量的原料:活性炭15~30份、沸石10~30份、硅酸钠2~5份、生石灰10~30份。
进一步的,螺旋凸圈的截面形状成梯形。
采用本发明提供的技术方案,与现有技术相比,具有如下有益效果:
1、首先在焚烧炉体的内部设置螺旋导流槽,垃圾焚烧产生的烟气在螺旋导流槽的导流作用下旋流向上流动,形成一股向上流动的紊流,使烟气与助燃剂发生较充分地混合燃烧,让烟气中的二噁英类物质可以被充分氧化分解,使燃烧产生的高温烟气中的二噁英含量更少,同时,在高温烟气出口设置管道燃烧器,让高温烟气在管道燃烧器内进行强化燃烧,一是可以进一步的提高高温烟气的温度,二是能够使高温烟气中携带的有机可燃物继续进行充分燃烧,让烟气中的二噁英类化合物以及前驱物得以热分解,避免后续余热利用过程中因烟气温度降低导致二噁英类物质再合成的现象;
2、本发明在排烟管上设置颗粒收集管,高温烟气中混杂颗粒物经过一级滤网和二级滤网的阻挡后,能够沉积在颗粒收集管的底部,并通过排灰管送入焚烧炉体内再次燃烧,颗粒收集管的设置相比传统的高温布袋除尘器,一是使用的成本低,二是挡尘除尘的效果好;
3、本发明采用的蒸汽发生器和余热回收器具有良好的导热性、良好的等温性,螺旋烟管和热管都具有较好的换热效果、换热的面积大,螺旋烟管可以延长烟气在管内的停留时间,能够使进入蒸汽发生器的冷却水迅速转化成蒸汽并通过蒸汽出口进入汽轮机和发电机进行发电,整个蒸汽产生的过程稳定,产生的蒸汽温度恒定,产气量较大,且热管能够更近一步的吸收烟气中的热量,让烟气的温度迅速下降,实现烟气余热的二次回收,蒸汽发生器和余热回收器的配合使用不能实现烟气温度的骤降,且能高效率的回收热能;
4、本发明采用烟气分解器替代传统的布袋除尘器,利用内电极和外电极之间采用阻挡放电方式产生放电区域,让进入烟气分解器内的烟气与放电区域内的分解球快速的发生碰撞,从而增加烟气中二噁英的降解率,该结构的烟气分解器净化效率高、使用过程中安全稳定。
5、采用洗涤槽对烟气尾气进行洗涤,可以快速、彻底的脱除烟气中的硫化物及其它酸性气体污染物,如H2S、NOx、CO、CO2、HCl等,最后利用尾气吸附器对烟气尾气进行进一步的净化处理,可以彻底的脱除烟气中臭气味,达到大气排放的标准。
综上所述,本系统不仅能够根本上降低垃圾焚烧过程中烟气从二噁英的含量,提高燃烧的效率,有效治理高温烟气中二噁英类污染物,而且还能够将烟气中的热量进行高效的回收利用,让垃圾发电的整个过程更加节能环保,具有良好的经济效益和社会效益,易于推广使用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为烟气分解器的结构示意图;
图中:1-垃圾进料器,2-螺旋凸圈,3-循环管,4-高温烟气出口,5-管道燃烧器,6-一级滤网,7-排烟管, 8-蒸汽发生器,9-蒸汽出口,10-排气管,11-汽轮机,12-发电机,13-隔热保温层, 14-温度传感器,15-余热回收器,16-冷水进口,17-热管,18-烟气分解器, 181-保护壳,182-外筒,183-分解球,184-内电极,185-外电机,186-内筒,19-出水管,20-螺旋烟管,21-给水管,22-二级滤网,23-颗粒收集管,24-焚烧炉体,25-螺旋导流槽,26-二次风管,27-石灰水储槽,28-吸附净化器,29-连接法兰, 30-洗涤槽,31-排污管,32-洗涤管,33-排烟囱。
具体实施方式
下面结合实施例和附图说明对本发明作进一步的说明,但不以任何方式对本发明加以限制,基于本发明教导所作的任何变换或替换,均实施例属于本发明的保护范围。
如图1~2所示, 垃圾焚烧发电厂的烟气净化及余热利用系统,包括焚烧炉体24、汽轮机11、发电机12、烟气净化处理装置和排烟囱33,所述焚烧炉体24上设置有垃圾进料器1、二次风管26和高温烟气出口4,所述焚烧炉体24内的中上部设置有螺旋凸圈2,螺旋凸圈2与焚烧炉体24的内壁之间形成螺旋导流槽25,焚烧炉体24内的垃圾焚烧产生的烟气在螺旋导流槽25的导流作用下旋流向上流动,形成一股向上流动的紊流,使烟气与助燃剂发生较充分地混合燃烧,让烟气中的二噁英类物质可以被充分氧化分解,使燃烧产生的高温烟气中的二噁英含量更少, 所述烟气净化处理装置包括从高温烟气出口4到排烟囱33之间依次布置的管道燃烧器5、蒸汽发生器8、余热回收器15、烟气分解器18、洗涤槽30和吸附净化器28,所述管道燃烧器5和蒸汽发生器8之间设置有排烟7管,所述排烟管7的下方设置有与排烟管7连通的颗粒收集管23,在靠近颗粒收集管23进口处的排烟管7内部设置有一级滤网6,在靠近颗粒收集管23出口处的颗粒收集管23内设置有二级滤网22,所述颗粒收集管22的底部通过排灰管与焚烧炉体24连通,在高温烟气出口4设置管道燃烧器5,让高温烟气在管道燃烧器5内进行强化燃烧,一是可以进一步的提高高温烟气的温度,二是能够使高温烟气中携带的有机可燃物继续进行充分燃烧,让烟气中的二噁英类化合物以及前驱物得以热分解,避免后续余热利用过程中因烟气温度降低导致二噁英类物质再合成的现象, 而高温烟气中混杂颗粒物经过一级滤网6和二级滤网22的阻挡后,能够沉积在颗粒收集管23的底部,并通过排灰管送入焚烧炉体24内再次燃烧,颗粒收集管22的设置相比传统的高温布袋除尘器,一是使用的成本低,二是挡尘除尘的效果好。
所述蒸汽发生器8内水平设置有与排烟管7连通的螺旋烟管20,所述螺旋烟管20的外表面设置有若干导热片,所述蒸汽发生器8的顶部设置有至少2个蒸汽出口9,底部设置有给水管21,所述蒸汽出口9连接有排气管10,所述排气管10与汽轮机11相连,所述给水管21上设置有给水泵和电磁阀,利用电磁阀、给水泵和给水管21向螺旋发生器内注入冷水,然后进入螺旋烟管20内的高温烟气与水进行热量交换,由于螺旋烟管20采用螺旋水平蒸汽发生器8水平放置在蒸汽发生器8,使得螺旋烟管20具有较大的换热面积,螺旋烟管20可以延长烟气在管内的停留时间,能够使进入蒸汽发生器8的冷却水迅速转化成蒸汽并通过蒸汽出口进入汽轮机11和发电机12进行发电,整个蒸汽产生的过程稳定,产生的蒸汽温度恒定,产气量较大。
所述余热回收器15的内部设置有呈蛇形布置的热管17,所述热管17通过连接管与螺旋烟管20连通,所述热管17的外表面设置有若干个导热片,所述余热回收器15的顶部设置有冷水进口16,底部设置有出水管19,所述出水管19与给水管21连通,所述出水管19上还设置有外送管,在螺旋烟管20内与冷水进行热量交换后的高温烟气进入热管,在热管内与余热回水器内的冷水再次进行热量交换后,可以将烟气自身的温度降到100℃以下,流出后进入烟气分解器18进行降解,而吸收热量后的热水则通过外送管送入产房内需要用热水的地方,也可以通过出水管送入蒸汽发生器8进一步提高产生蒸汽的温度。
所述烟气分解器18包括保护壳181以及设置在保护壳181两端的进气口和出气口,所述进气口通过连接管与热管17连通,所述保护壳181的内部设置有外筒182和内筒186,外筒182和内筒186之间填充有分解球183,所述内筒186的内侧设置有内电极184,外筒182的外表面缠绕有外电极185,利用内电极184和外电极185之间采用阻挡放电方式产生放电区域,让进入烟气分解器18内的烟气与放电区域内的分解球183快速的发生碰撞,从而增加烟气中二噁英的降解率,该结构的烟气分解器18净化效率高、使用过程中安全稳定。
所述洗涤槽30内设置有呈蛇形布置的洗涤管32,所述洗涤管32通过连接管与出气口连通,所述洗涤管32的管壁上设置有若干个出气孔,所述洗涤槽30的顶部设置有与洗涤槽30连通的石灰水储槽27,底部设置有排污管31,在进行烟气洗涤时,在洗涤槽30内注入氢氧化钠水溶液,从洗涤管32的出气口进入洗涤槽30的烟气与氢氧化钠水溶液发生反应,从而将脱除烟气中的硫化物以及其它酸性气体污染物如H2S、NOx、CO、CO2、HCl等,当洗涤一段时间后,通过石灰水储槽27向洗涤槽30内注入石灰水,石灰水为再生剂,当氢氧化钠水溶液失效后,采用石灰水再生后,重复利用;
所述吸附净化器28一端通过连接管与洗涤管32连通,另一端与排烟囱33连通,所述吸附净化器28的内部填充有吸附填料,脱除酸性气体后的烟气进入活吸附净化器28,经吸附填料吸附,脱除高温烟气中的除臭气味,达标后,经排烟囱33排放。
本系统的工作流程如下:发酵完全后的垃圾从垃圾进料器1进入焚烧炉体24内进行焚烧,燃烧过程中的烟气通过螺旋导流槽25的导流作用,能够在焚烧炉体24内充分燃烧,燃烧后产生的烟气通过高温烟气出口4进入管道燃烧器内,在管道燃烧器5内进行二次燃烧,燃烧完全后的前期进入排烟管7,在一次滤网6的阻拦作用下,烟气中夹杂的颗粒杂质进入颗粒收集管23,二次滤网22的设置为了避免颗粒收集管23内的颗粒杂质再次进入排烟管7,颗粒收集管23内的颗粒杂质通过排灰管进入焚烧炉体24内继续燃烧,除尘后的高温烟气进入蒸汽发生器8内的螺旋烟管20内,不断产生蒸汽,产生的蒸汽从蒸汽出口9排出后依次进入汽轮机11和发电机12内进行发电,而经过换热后的烟气自身温度降低500℃左右,实现余热一级回收,进过一级回收后的烟气再次进入余热回收器15的热管内,再次与冷水进行热量交换后,能将烟气自身温度降低到100℃以下,并继续降温至90℃以下,能够使烟气急剧降温,同时实现烟气余热二次回收,吸收热量后的热水则通过外送管送入产房内需要用热水的地方,也可以通过出水管送入蒸汽发生器8进一步提高产生蒸汽的温度,而二次降温后的烟气进入烟气分解器18内,利用内电极184和外电极185之间采用阻挡放电方式产生放电区域,让进入烟气分解器18内的烟气与放电区域内的分解球183快速的发生碰撞,从而增加烟气中二噁英的降解率,并抑制二噁英的产生,经过降解后的烟气进入洗涤槽30内。经过氢氧化钠的洗涤后能够去除烟气中的酸性杂质,去除酸性杂质后的烟气进入吸附净化器28,经过吸附填料去除臭味后,通过排烟囱33直接排入大气中。本系统不仅改善了燃烧状况,提高了燃烧的效率,而且降低了二噁英的含量,提高了余热回收的效率,其中二噁英的排放量放量≤ 0.01ngTEQ/m3,余热的回收率在95%以上,
为了进一步的提高烟气的余热利用率,所述螺旋烟管20与热管17之间的连接管上设置有循环管3,所述循环管3分别与螺旋进料器1和二次风管26连通,利用烟气对螺旋进来器1内的垃圾进行干燥,可以提高燃烧的速度,与二次风管26连通,可以提高垃圾焚烧烟气在焚烧炉体24内的燃烧速率。
为了便于对吸附填料的更换,所述吸附净化器28采用分段式的段节连接结构,相邻两段段节之间采用连接法兰29连接。
为了提高换热的效率,保持蒸汽发生器8内的温度恒定,所述蒸汽发生器8的内壁上设置有一层隔热保温层13。
为了达到较好的除尘过滤效果,所述颗粒收集管23的形状为U型、V型或W型。
进一步的,所述蒸汽发生器8的底部设置有电加热棒和温度传感器14,通过设置的温度传感器可以适时的监测蒸汽发生器8内的工作温度,如果蒸汽发生器内的实际工作温度达不到标准工作温度时可以利用电加热棒对蒸汽发生器8内的冷水进行加热。
优选地,所述吸附填料包括以下质量的原料:活性炭15~30份、沸石10~30份、硅酸钠2~5份、生石灰10~30份,利用活性炭、沸石、硅酸钠和生石灰结合起来,充分发挥其吸附性能,能够低成本的对烟气中的二噁英、臭味等进行去除,且去除效果明显、速度快、效率高。
为了避免烟气中的颗粒停留在螺旋导流槽25内,所述螺旋凸圈2的截面形状成梯形。

Claims (8)

1.一种垃圾焚烧发电厂的烟气净化及余热利用系统,包括焚烧炉体(24)、汽轮机(11)、发电机(12)、烟气净化处理装置和排烟囱(33),所述焚烧炉体(24)上设置有垃圾进料器(1)、二次风管(26)和高温烟气出口(4),其特征在于:所述焚烧炉体(24)内的中上部设置有螺旋凸圈(2),螺旋凸圈(2)与焚烧炉体(24)的内壁之间形成螺旋导流槽(25),所述烟气净化处理装置包括从高温烟气出口(4)到排烟囱(33)之间依次布置的管道燃烧器(5)、蒸汽发生器(8)、余热回收器(15)、烟气分解器(18)、洗涤槽(30)和吸附净化器(28),所述管道燃烧器(5)和蒸汽发生器(8)之间设置有排烟(7)管,所述排烟管(7)的下方设置有与排烟管(7)连通的颗粒收集管(23),在靠近颗粒收集管(23)进口处的排烟管(7)内部设置有一级滤网(6),在靠近颗粒收集管(23)出口处的颗粒收集管(23)内设置有二级滤网(22),所述颗粒收集管(22)的底部通过排灰管与焚烧炉体(24)连通;
所述蒸汽发生器(8)内水平设置有与排烟管(7)连通的螺旋烟管(20),所述螺旋烟管(20)的外表面设置有若干导热片,所述蒸汽发生器(8)的顶部设置有至少2个蒸汽出口(9),底部设置有给水管(21),所述蒸汽出口(9)连接有排气管(10),所述排气管(10)与汽轮机(11)相连,所述给水管(21)上设置有给水泵和电磁阀;
所述余热回收器(15)的内部设置有呈蛇形布置的热管(17),所述热管(17)通过连接管与螺旋烟管(20)连通,所述热管(17)的外表面设置有若干个导热片,所述余热回收器(15)的顶部设置有冷水进口(16),底部设置有出水管(19),所述出水管(19)与给水管(21)连通,所述出水管(19)上还设置有外送管;
所述烟气分解器(18)包括保护壳(181)以及设置在保护壳(181)两端的进气口和出气口,所述进气口通过连接管与热管(17)连通,所述保护壳(181)的内部设置有外筒(182)和内筒(186),外筒(182)和内筒(186)之间填充有分解球(183),所述内筒(186)的内侧设置有内电极(184),外筒(182)的外表面缠绕有外电极(185);
所述洗涤槽(30)内设置有呈蛇形布置的洗涤管(32),所述洗涤管(32)通过连接管与出气口连通,所述洗涤管(32)的管壁上设置有若干个出气孔,所述洗涤槽(30)的顶部设置有与洗涤槽(30)连通的石灰水储槽(27),底部设置有排污管(31);
所述吸附净化器(28)一端通过连接管与洗涤管(32)连通,另一端与排烟囱(33)连通,所述吸附净化器(28)的内部填充有吸附填料。
2.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧发电厂的烟气净化及余热利用系统,其特征在于:所述螺旋烟管(20)与热管(17)之间的连接管上设置有循环管(3),所述循环管(3)分别与螺旋进料器(1)和二次风管(26)连通。
3.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧发电厂的烟气净化及余热利用系统,其特征在于:所述吸附净化器(28)采用分段式的段节连接结构,相邻两段段节之间采用连接法兰(29)连接。
4.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧发电厂的烟气净化及余热利用系统,其特征在于:所述蒸汽发生器(8)的内壁上设置有一层隔热保温层(13)。
5.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧发电厂的烟气净化及余热利用系统,其特征在于:所述颗粒收集管(23)的形状为U型、V型或W型。
6.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧发电厂的烟气净化及余热利用系统,其特征在于:所述蒸汽发生器(8)的底部设置有电加热棒和温度传感器(14)。
7.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧发电厂的烟气净化及余热利用系统,其特征在于:所述吸附填料包括以下质量的原料:活性炭15~30份、沸石10~30份、硅酸钠2~5份、生石灰10~30份。
8.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧发电厂的烟气净化及余热利用系统,其特征在于:所述螺旋凸圈(2)的截面形状成梯形。
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