CN109764337A - 一种基于烟气再循环系统的炉排炉和炉排炉清洁燃烧工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种基于烟气再循环系统的炉排炉和炉排炉清洁燃烧工艺，属于垃圾焚烧和清洁燃烧技术领域。基于烟气再循环系统的炉排炉，通过在一次风管道上设置一次风增氧系统，并在烟气净化系统出口增加再循环烟气风机，将部分净化后的烟气作为部分二次风引入炉膛中。循环烟气作为部分二次风，可以促进炉内燃料与一二次风混合提高燃烧效果，同时强化分级，降低部分烟气温度，减少NOx的生成。燃烧不充分时，通过一次风增氧系统提高一次风中氧气浓度来促进燃料燃烧，减少因为燃烧不充分产生的CO和二噁英等特殊污染物，同时提高飞灰品质。该工艺可以根据炉排炉运行情况，灵活调整配风方式，设计合理、在充分燃烧燃料的同时减少污染物排放，高效环保。
Description
技术领域
本发明属于垃圾焚烧和清洁燃烧技术领域，具体涉及一种基于烟气再循环系统的炉排炉和炉排炉清洁燃烧工艺。
背景技术
随着社会经济的不断发展和人民物质生活水平的不断提高，城市生活及工业垃圾越来越多。各种垃圾的安全处理，已经成为现代社会发展中的一个较为突出的问题。从各个国家的发展历程来看，垃圾焚烧技术具有无害化、减量化以及资源优化等多方面特点，专业化、有控制的垃圾焚烧完全不同于露天无序的垃圾焚烧，具有技术成熟、可靠，应用潜力巨大等特点。
目前垃圾焚烧所采用的炉型主要包括机械炉排炉和循环流化床锅炉。炉排炉最大优势在于技术成熟、运行稳定可靠，但是不能实现炉内脱硫；炉排炉燃烧温度高，炉排出温度通常高于1000℃，容易产生大量NOx，且对于炉排炉来讲，炉内SNCR效率较低，通常不足以单纯通过SNCR使得NOx达标排放，尾部烟道需要额外设置低温SCR脱硝装置。炉内SNCR效率低主要有两个方面的原因，首先：尿素或氨水喷枪通常设置在炉膛中上部，对应炉排温度高，脱硝反应效率低；另外，尿素或氨水与烟气混合不充分，只能靠喷枪喷射覆盖，烟气与脱硝剂混合后的烟气很快通过炉膛上部进入尾部烟道换热，烟气温度降低，脱硝反应效率下降，SNCR反应停留时间短。与循环流化床垃圾炉相比，炉排炉没有类似旋风分离器这样的装置可以为SNCR脱硝反应提供适宜的温度区间和足够的反应时间，因此，炉排炉整体SNCR效率较低。
炉排炉垃圾焚烧过程中NOx原始生成高以及SNCR效率低将会使得垃圾焚烧脱硝成本增加，如果SNCR不能满足NOx达标排放，还需要额外设置SCR反应器；同时SNCR反应效率低，氨逃逸过多也会造成尾部低温受热面积灰等问题。
公开号为CN104141958A的专利文献公开了一种机械式垃圾焚烧炉排炉锅炉尾部烟气余热循环利用系统，所述系统包括循环风机、循环风道、循环风道挡板、二次风循环风道、二次风循环风道挡板，该发明可以替代全部垃圾干燥用一次风，减小一次风量及一次风蒸汽预热器高、低温段加热蒸汽量。但是该系统再循环烟气温度较高，对于强化分级燃烧效果有限。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于烟气再循环系统的炉排炉和炉排炉清洁燃烧工艺，通过在一次风管道上设置一次风增氧系统，并在烟气净化系统出口增加再循环烟气风机，将部分净化后的烟气作为部分二次风引入炉膛中。可以根据炉排炉运行情况，灵活调整配风方式，设计合理、在充分燃烧燃料的同时减少污染物排放，高效环保。
本发明通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种基于烟气再循环系统的炉排炉，包括引风机、一次风增氧系统、二次风风机和再循环烟气风机；一次风增氧系统与一次风管道连接，炉排炉的炉膛上设有二次风入口和再循环烟气入口，二次风风机与二次风入口通过二次风管连接，引风机设在烟气净化系统与烟囱之间的烟气引出管上，再循环烟气风机与烟气引出管连接，再循环烟气风机与再循环烟气入口通过再循环烟气管连接。
优选地，二次风入口和再循环烟气入口均设置在炉膛的喉口上部。
进一步优选地，二次风入口和再循环烟气入口的方向与烟气方向垂直。
优选地，再循环烟气管上设有阀门和循环烟气流量计。
优选地，一次风增氧系统与一次风管道之间设有氧气调节阀氧气和流量计。
优选地，炉膛内设有测温装置。
本发明还公开了一种基于烟气再循环系统的炉排炉清洁燃烧工艺，该工艺包括：对于具有一次风系统和二次风系统的炉排炉，在一次风系统上设置增氧系统，并增加独立的烟气循环系统，烟气循环系统将部分净化后的烟气作为循环烟气引入炉排炉的炉膛中作为部分二次风使用。在炉排炉运行时，始终保持烟气循环系统开启，当炉膛内燃烧充分时，关闭增氧系统；当炉膛内燃烧不充分时，开启增氧系统，向炉膛内通入增氧一次风。
优选地，增氧一次风中氧气的浓度小于30％。
进一步优选地，增氧一次风中氧气的浓度为25％～27％。
进一步优选地，循环烟气占总烟气量的10～20％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的一种基于烟气再循环系统的炉排炉，通过在一次风管道上设置一次风增氧系统，并在烟气净化系统出口增加再循环烟气风机，将部分净化后的烟气作为部分二次风引入炉排炉的炉膛中。将循环烟气作为二次风，一方面可以促进炉内燃料与一二次风混合提高燃烧效果，同时可以强化分级，降低部分烟气温度，减少NOx的生成。当燃烧不充分时，可通过一次风增氧系统提高一次风中的氧气浓度来进一步促进燃料燃烧，减少因为燃烧不充分产生的CO和二噁英等特殊污染物，同时提高飞灰品质。利用氧气掺入一次风以及利用再循环烟气作为二次风后，炉排上燃烧温度提高，整体烟气流量会下降，有利于炉排炉系统的紧凑式设计，同时提高热效率。单独保留二次风风机，将锅炉设为密闭式，二次风风机可将密闭环境内的空气吸入通入炉膛，可以减少垃圾炉周围的异味，通常二次风量占总风量20～30％。
进一步地，二次风入口和再循环烟气入口均设置在炉膛的喉口上部，喉口上部通入二次风可以提高燃烧中期氧气浓度，强化燃烧效果。同时，再循环烟气在燃烧中期通入，可以获得更好的分级燃烧效果。如若在喉口下部通入二次风或再循环烟气，二次风的加入会造成燃烧温度过高，NOx等污染物排放提高；再循环烟气的给入会一定程度导致垃圾燃料的不稳定燃烧。
更进一步地，二次风入口和再循环烟气入口的方向与烟气方向垂直，二次风和再循环烟气的作用机理决定于其与烟气的混合程度，二次风入口与再循环烟气入口与烟气方向垂直，一方面可以强化混合，同时避免倒冲影响上游燃烧流场。
进一步地，再循环烟气管上设有阀门，可以根据炉内的燃烧情况进行实时的调整，将作为部分二次风使用，可降低NOx原始生成量；同时，保留一部分二次风可以进一步降低一次风风量，实现分级燃烧。
进一步地，一次风增氧系统与一次风管道之间设置的氧气调节阀和氧气流量计，可以实时对氧气的流量进行控制，当燃烧不充分时，通入适当的氧气以提高燃烧强度，减少NOx、CO、二噁英等污染物；同时避免氧气浓度过高使燃烧温度过高，不利于NOx控制。
进一步地，在炉膛内设置测温装置，可以实时监测炉内的温度，从而直观地反应燃料的燃烧是否充分，配合一次风增氧系统和再循环烟气系统，达到充分燃烧燃料、减少NOx、CO、二噁英等污染物的目的。
本发明公开的一种基于烟气再循环系统的炉排炉清洁燃烧工艺，对于具有一次风系统和二次风系统的炉排炉，在一次风系统上设置增氧系统，并增加独立的烟气循环系统，烟气循环系统将部分净化后的烟气引入炉排炉的炉膛中。当一次风风量过低，燃烧强度不足时，可以将氧气通入一次风来提高燃烧效果；氧气通入后，CO排放量可降低20％，烟气中的二噁英等物质降低至原始值的25％，飞灰中二噁英等物质降低原始值的50％，飞灰中其他重金属也因为高温熔融结焦较少的逃逸到飞灰中。虽然通入氧气后，燃烧温度提高，NOx原始生成提高，但是结合烟气再循环替代部分二次风后，整体NOx生成量还会降低10％。因此，可以根据炉排炉运行情况，灵活调整配风方式：若NOx较高而CO、二噁英等污染物正常，则可加大再循环烟气的量来减少一次风量，从而实现强化分级燃烧；如若NOx、CO、二噁英等污染物都较高，则可将氧气通入一次风提高炉内燃烧强度。
进一步地，增氧一次风中的氧气浓度不要超过30％，过高的氧气浓度将会使得燃烧温度过高，不利于NOx控制。
更近一步地，增氧一次风中氧气的浓度为25％～27％，试验研究发现，在富氧燃烧工况下，25％～27％的氧气浓度为适宜的燃料燃烧氧气浓度，过高的氧气浓度一方面对燃烧特性提升有限，同时会造成污染物的生成量增加且能耗较高。
进一步地，控制烟气循环系统引入炉排炉炉膛的循环烟气占总烟气量的10～20％，可降低NOx原始生成量20％左右；同时，保留一部分二次风可以进一步降低一次风风量，实现分级燃烧。
附图说明
图1为本发明的系统构成及工艺流程示意图；
图中：1-引风机，2-再循环烟气风机，3-再循环烟气入口，4-二次风入口，5-一次风管道，6-一次风增氧系统，7-二次风风机，8-阀门，9-烟气净化系统，10-烟囱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：
本发明的一种基于烟气再循环系统的炉排炉，如图1，包括引风机1、一次风增氧系统6、二次风风机7和再循环烟气风机2；一次风增氧系统6与一次风管道5连接，可以在一次风增氧系统6与一次风管道5之间设置氧气调节阀和氧气流量计，来对氧气流量进行精确调节。炉排炉的炉膛上设有二次风入口4和再循环烟气入口3，二次风入口4和再循环烟气入口3均设置在炉膛的喉口上部，优选地，二次风入口4和再循环烟气入口3的方向与烟气方向垂直，使二次风和循环烟气与烟气的方向垂直。二次风风机7与二次风入口4通过二次风管连接，引风机1设在烟气净化系统9与烟囱10之间的烟气引出管上，再循环烟气风机2与烟气引出管连接，再循环烟气风机2与再循环烟气入口3通过再循环烟气管连接，可以在再循环烟气管上设置阀门8和循环烟气流量计来对循环烟气进行精确调节。可以在炉膛内设置测温装置来实时监测炉内燃烧情况。
增氧系统可以采用增氧风机，也可以直接连接氧气管道进行供氧。
阀门8可以采用电动调节阀，如：ZAZP型电动直通单座调节阀。
循环烟气流量计可以采用电磁烟气流量计计，如：XY-LUGB烟气流量计。
氧气调节阀可以采用电动调节阀，如：ZAZN氧气专用电动调节阀。
测温装置可以采用热电偶，如：B型铠装热电偶。
本发明的一种基于烟气再循环系统的炉排炉清洁燃烧工艺，炉排炉焚烧产生的烟气，依次通过炉内尾部受热面(一级蒸发器、高温过热器、中温过热器、低温过热器、二级蒸发器、省煤器过热器、省煤器等)和烟气净化设备(半干法脱硫反应塔、除尘器、低温SCR系统、湿法脱硫以及烟囱)，经过烟气管排入烟囱，与其他烟气处理系统不同，低温烟气由再循环烟气风机引出，再循环风机设置于再循环烟气管上，对低温烟气进行增压输送。阀门同样设置于再循环烟气管上，控制循环烟气的流量。循环烟气经过管道由再循环烟气入口通入炉膛，循环烟气量由炉内NOx生成量决定。二次风风机将助燃空气由二次风入口通入炉膛，再循环烟气入口和二次风入口皆设置于炉膛喉口上部，风向与烟气方向垂直。如果锅炉设为密闭式，二次风风机可将密闭环境内的空气吸入通入炉膛，可以减少垃圾炉周围的异味，通常二次风量占总风量20～30％。如若炉膛燃烧温度低，CO和二恶英等特殊污染物排放较多，可利用一次风增氧系统将氧气汇入一次风管道，从炉排炉下部通入炉膛提高炉膛燃烧强度，一次风氧气浓度可控制在25～27％。循环烟气比例通常控制在烟气总量的10～20％，采用循环烟气替代部分二次风可降低NOx原始生成20％左右。同时，保留一部分二次风可以进一步降低一次风风量，实现分级燃烧。当一次风风量过低，燃烧强度不足时，可以将氧气通入一次风提高燃烧效果，但是过高的氧气浓度将会使得燃烧温度过高，不利于NOx控制，通常一次风氧气浓度不要超过30％，实际运行中控制在25％～27％较为合理。氧气通入后，CO排放量可降低20％，烟气中的二噁英等物质降低至原始值的25％，飞灰中二噁英等物质降低原始值的50％，飞灰中其他重金属也因为高温熔融结焦较少的逃逸到飞灰中。虽然通入氧气后，燃烧温度提高，NOx原始生成提高，但是结合烟气再循环替代部分二次风后，整体NOx生成量还会降低10％。
一次风在炉排上的布风量可以采取如下方案：干燥段15％，燃烧段75％，燃尽段10％。刚入炉膛时，氧化反应产生的能量主要用于燃料中水分的蒸发，一次风在此段分配比例大约15％，紧接着，燃料进入充分燃烧阶段，为整个燃尽过程的主要阶段，分配风量约为75％，最后利用10％的一次风，确保炉排上低渣的燃尽，降低可燃物含量。
需要说明的是，以上所述仅为本发明实施方式之一，根据本发明所描述的系统所做的等效变化，均包括在本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于烟气再循环系统的炉排炉，其特征在于，包括引风机(1)、一次风增氧系统(6)、二次风风机(7)和再循环烟气风机(2)；一次风增氧系统(6)与一次风管道(5)连接，炉排炉的炉膛上设有二次风入口(4)和再循环烟气入口(3)，二次风风机(7)与二次风入口(4)通过二次风管连接，引风机(1)设在烟气净化系统(9)与烟囱(10)之间的烟气引出管上，再循环烟气风机(2)与烟气引出管连接，再循环烟气风机(2)与再循环烟气入口(3)通过再循环烟气管连接。
2.根据权利要求1所述的基于烟气再循环系统的炉排炉，其特征在于，二次风入口(4)和再循环烟气入口(3)均设置在炉膛的喉口上部。
3.根据权利要求2所述的基于烟气再循环系统的炉排炉，其特征在于，二次风入口(4)和再循环烟气入口(3)的方向与烟气方向垂直。
4.根据权利要求1所述的基于烟气再循环系统的炉排炉，其特征在于，再循环烟气管上设有阀门(8)和循环烟气流量计。
5.根据权利要求1所述的基于烟气再循环系统的炉排炉，其特征在于，一次风增氧系统(6)与一次风管道(5)之间设有氧气调节阀和氧气流量计。
6.根据权利要求1所述的基于烟气再循环系统的炉排炉，其特征在于，炉膛内设有测温装置。
7.一种基于烟气再循环系统的炉排炉清洁燃烧工艺，其特征在于，该工艺包括：对于具有一次风系统和二次风系统的炉排炉，在一次风系统上设置增氧系统，并增加独立的烟气循环系统，烟气循环系统将部分净化后的烟气引入炉排炉的炉膛中；在炉排炉运行时，始终保持烟气循环系统开启，当炉膛内燃烧充分时，关闭增氧系统；当炉膛内燃烧不充分时，开启增氧系统，向炉膛内通入增氧一次风。
8.根据权利要求7所述的基于烟气再循环系统的炉排炉清洁燃烧工艺，其特征在于，增氧一次风中氧气的浓度小于30％。
9.根据权利要求8所述的基于烟气再循环系统的炉排炉清洁燃烧工艺，其特征在于，增氧一次风中氧气的浓度为25％～27％。
10.根据权利要求8或9所述的基于烟气再循环系统的炉排炉清洁燃烧工艺，其特征在于，烟气循环系统引入炉排炉炉膛的循环烟气占总烟气量的10～20％。
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