CN109812812B - 一种燃烧室和垃圾焚烧锅炉及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种燃烧室和垃圾焚烧锅炉及其工作方法，本发明属于一种垃圾焚烧装置及其工作方法。本发明提供了一种炉内换热装置稳定、防止水冷壁被腐蚀、可靠度高、能稳定输出过热蒸汽的垃圾焚烧锅炉及其工作方法。本发明中，燃烧室由相变储能耐火砖、砂浆和外墙由内至外砌合而成；水冷壁竖直布置在外墙与砂浆的结合处，砂浆用于将相变储能耐火砖、水冷壁及外墙粘结在一起，燃烧室与烟气通道连通，一级过热器、二级过热器和省煤器由上至下设置在烟气通道内；锅筒通过下降管与集箱和水冷壁连通，锅筒出汽口依次连通一级过热器、二级过热器、汽轮机、冷凝器、脱气装置和省煤器，省煤器与回水口连通。本发明主要用于垃圾焚烧。

Description

一种燃烧室和垃圾焚烧锅炉及其工作方法

技术领域

本发明属于一种垃圾焚烧装置及其工作方法，具体涉及一种用于焚烧垃圾的燃烧室和垃圾焚烧锅炉及其工作方法。

背景技术

相比于燃煤锅炉，垃圾焚烧锅炉的工况更为复杂，这是由于垃圾成分复杂多样，含水量高，燃烧过程中会产生大量的酸性气体，盐类蒸汽和飞灰颗粒，导致水冷壁管积灰严重，加速水冷壁管高温腐蚀，降低水冷壁可靠性，严重危害锅炉安全。同时，垃圾成分变化多样也导致燃烧温度变化较大，换热装置工作波动，锅炉出口蒸汽参数不稳定，严重影响发电效率。常用防止水冷壁高温腐蚀的方法是在水冷壁管喷涂高Cr、Ni材料，或选用高等级的水冷壁材料，但这会导致锅炉成本的上升，也无法有效解决燃烧温度波动对出口蒸汽参数的影响。

因此，就需要一种防止水冷壁高温腐蚀、炉内换热稳定、防止水冷壁积灰、蒸汽参数稳定的垃圾焚烧锅炉及其工作方法。

发明内容

本发明针对现有的垃圾焚烧锅炉炉内换热装置工作波动、易腐蚀、可靠度低、出口蒸汽参数不稳定的缺陷，提供了一种炉内换热装置稳定、防止水冷壁被腐蚀、可靠度高、能稳定输出过热蒸汽的垃圾焚烧锅炉及其工作方法。

本发明所涉及的一种用于垃圾焚烧锅炉及其工作方法的技术方案如下：

本发明所涉及的一种燃烧室，所述燃烧室由相变储能耐火砖、砂浆和外墙由内至外砌合而成；换热管竖直布置在外墙与砂浆的结合处，所述砂浆用于将相变储能耐火砖、换热管及外墙粘结在一起，所述相变储能耐火砖上开设有多个深孔，深孔内填充相变材料，相变储能耐火砖采用陶瓷材料。

进一步地：所述相变材料为金属铝、铝硅混合物、铝硅铜混合物、铝硅镁混合物、铝硅锌混合物或铝镁锌混合物。

一种基于所述的燃烧室的垃圾焚烧锅炉，它包括锅筒、下降管、燃烧室、水冷壁、一级过热器、二级过热器、省煤器、汽轮机、冷凝器、脱气装置、集箱和烟气通道；所述锅筒位于燃烧室外上方，所述集箱位于燃烧室外下方，所述燃烧室与烟气通道连通，所述一级过热器、二级过热器和省煤器由上至下设置在烟气通道内；所述水冷壁由燃烧室墙内的换热管组成，所述锅筒设有出水口、入水口、出汽口和回水口，所述集箱设有进口和出口，所述下降管的一端与出水口连通，所述下降管的另一端与进口连通，所述水冷壁的一端与出口连通，所述水冷壁的另一端与入水口连通，所述出汽口依次连通一级过热器、二级过热器、汽轮机、冷凝器、脱气装置和省煤器，所述省煤器与回水口连通。

进一步地：它还包括水泵，所述水泵设于省煤器与回水口之间，用于强制冷凝水循环到锅筒中。

一种基于所述的垃圾焚烧锅炉的工作方法，将垃圾放于燃烧室内燃烧，燃烧产生的高温辐射与燃烧室内侧的相变储能陶瓷耐火砖进行热交换，进而与墙内的水冷壁进行热交换；燃烧产生的高温烟气在烟气通道内进行热交换后排出锅炉；锅筒内的水通过水循环管道与炉内进行热交换，形成饱和水及饱和水蒸汽，流回锅筒；饱和水蒸气通过一条蒸汽循环管道形成过热蒸汽，带动汽轮机发电后冷凝为水再流回锅筒。

进一步地：所述烟气在烟气通道内依次流经一级过热器、二级过热器和省煤器后排出锅炉。

进一步地：所述水循环管道中，锅筒内的水由出水口流出，经过下降管到达集箱，再流入水冷壁后通过入水口流回锅筒。

进一步地：所述蒸汽管道为蒸汽从出汽口流出，依次经过一级过热器、二级过热器、汽轮机和冷凝器后，蒸汽冷凝成水，依次流过脱气装置、省煤器和水泵后到达回水口流回锅筒。

本发明所涉及的一种用于焚烧垃圾的锅炉及其工作方法的有益效果是：

本发明涉及的一种垃圾焚烧锅炉及其工作方法，基于高温相变储能陶瓷耐火砖的燃烧室结构和水冷壁的布置方式，可以防止水冷壁积灰和高温腐蚀，方便清理，降低运营成本，同时保证水冷壁工作的可靠度和稳定性，避免出口蒸汽参数过大波动。

附图说明

图1为锅炉燃烧室壁的结构示意图；

图2为耐火砖的结构示意图；

图3为图2的A-A向剖视图；

图4为锅炉的结构示意图；

图中：1为陶瓷材料、2为相变材料、3为相变储能耐火砖、4为砂浆、5为换热管、6为外墙、7为锅筒、8为水泵、9为下降管、10为燃烧室、11为一级过热器、12为二级过热器、13为省煤器、14为汽轮机、15为冷凝器、16为脱气装置、17为集箱、18为烟气通道、19为水冷壁、7-1为出水口、7-2为入水口、7-3为出汽口、7-4为回水口、17-1为进口、17-2为出口。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

实施例1

结合图1说明本实施例，在本实施例中，本发明涉及的一种燃烧室，所述燃烧室由相变储能耐火砖3、砂浆4和外墙6由内至外砌合而成；换热管5竖直布置在外墙6与砂浆4的结合处，所述砂浆4用于将相变储能耐火砖3、换热管5及外墙6粘结在一起，所述相变储能耐火砖3上开设有多个深孔，深孔内填充相变材料2，相变储能耐火砖3采用陶瓷材料1。

更为具体地：所述相变材料2为金属铝、铝硅混合物、铝硅铜混合物、铝硅镁混合物、铝硅锌混合物或铝镁锌混合物。

一种基于所述的燃烧室的垃圾焚烧锅炉，它包括锅筒7、下降管9、燃烧室10、水冷壁19、一级过热器11、二级过热器12、省煤器13、汽轮机14、冷凝器15、脱气装置16、集箱17和烟气通道18；所述锅筒7位于燃烧室10外上方，所述集箱17位于燃烧室10外下方，所述燃烧室10与烟气通道18连通，所述一级过热器11、二级过热器12和省煤器13由上至下设置在烟气通道18内；所述锅筒7设有出水口7-1、入水口7-2、出汽口7-3和回水口7-4，所述集箱17设有进口17-1和出口17-2，所述下降管9的一端与出水口7-1连通，所述下降管9的另一端与进口17-1连通，所述水冷壁19由燃烧室10墙内的换热管5沿着燃烧室10四个侧面竖直排列并联在一起组成，所述水冷壁19的一端与出口17-2连通，所述水冷壁19的另一端与入水口7-2连通，所述出汽口7-3依次连通一级过热器11、二级过热器12、汽轮机14、冷凝器15、脱气装置16和省煤器13，所述省煤器13与回水口7-4连通。

更为具体地：它还包括水泵8，所述水泵8设于省煤器13与回水口7-4之间，用于强制冷凝水循环到锅筒7中。

一种基于所述的垃圾焚烧锅炉的工作方法，将经过预处理的垃圾在燃烧室10内燃烧，燃烧产生的高温辐射与燃烧室10内侧的相变储能陶瓷耐火砖3进行热交换进而通过热传导的方式加热墙内的水冷壁19；燃烧产生的高温烟气在烟气通道18内进行热交换后排出锅炉；锅筒7内的水通过水循环管道与炉内进行热交换，形成饱和水及饱和水蒸汽，流回锅筒7；饱和水蒸气通过一条蒸汽循环管道形成过热蒸汽，带动汽轮机14发电后冷凝为水再流回锅筒7。

更为具体地：所述烟气在烟气通道18内依次流经一级过热器11、二级过热器12和省煤器13后排出锅炉。

更为具体地：所述水循环管道中，锅筒7内的水由出水口7-1流出，经过下降管9到达集箱17，再流入水冷壁19后通过入水口7-2流回锅筒7。

更为具体地：所述蒸汽管道为蒸汽从出汽口7-3流出，依次经过一级过热器11、二级过热器12、汽轮机14和冷凝器15后，蒸汽冷凝成水，依次流过脱气装置16、省煤器13和水泵8后到达回水口7-4流回锅筒7。

一种基于所述的垃圾焚烧锅炉的工作方法，主要通过辐射换热的方式与燃烧室10墙内侧的相变储能耐火砖3发生热交换进而通过热传导的方式加热墙内的水冷壁，燃烧产生的高温烟气在烟气通道18内流动，与各个换热部件(过热器、省煤器等)进行热交换，最后乏气后排出锅炉；锅筒7内装水，锅筒7内的水通过一条水循环管道与炉内进行热交换，形成饱和水及饱和水蒸汽，流回锅筒7；饱和水蒸气通过一条蒸汽循环管道形成过热蒸汽，带动汽轮机14发电后冷凝为水再流回锅筒7。

图1是锅炉燃烧室壁的结构示意图；相变储能耐火砖3在燃烧室10内的安装位置如图所示；3是相变储能耐火砖，4是固定相变储能耐火砖3的砂浆，5是换热管，6是外墙；相变储能耐火砖3安装在换热管5一侧；通过相变材料2的调节作用，使得传递到换热管5的热量基本均匀；同时由于相变储能耐火砖3采用耐腐蚀性的陶瓷材料1，可以有效保护换热管5不被燃烧室10内的腐蚀性气体损害，避免积灰和高温腐蚀。

图2为相变储能耐火砖的结构示意图；图3为图2的A-A向剖视图；陶瓷材料1的新型相变储能耐火砖具体结构如图2所示；其大小比例与现有的普通耐火砖类似；其主要成分为耐高温陶瓷材料1，如Al2O3，AlN或者Si3N4；在相变储能耐火砖3的内部有圆柱孔，圆柱孔的底部是圆弧形，孔内填充有高温相变材料2，其主要成分为金属铝；也可以采用铝-硅混合物，其中硅的质量分数为8％～15％；也可以是铝硅铜混合物、铝硅镁混合物，铝硅锌混合物和铝镁锌混合物等。

图3所示，相变材料2填充后距离相变储能耐火砖3的顶部还剩下一定的空间，这样相变材料2就可以沿着垂直方向自由膨胀，防止因温度变化对砖体造成损害；相变储能耐火砖3中的相变材料2可以吸收燃烧室10中多的热量，从固相转换成液相；将多余的热量转换为相变的潜热；在燃烧室10温度下降时，相变材料2从液相转换为固相，相变的潜热被释放，保证布置在燃烧室10墙内的换热装置(水冷壁19)稳定工作。

图4是锅炉的结构示意图；相比于传统焚烧垃圾锅炉，其燃烧室10内壁被替换为相变储能材料的相变储能耐火砖3；并将水冷壁19布置在相变储能耐火砖3和外墙6中间。在这种锅炉中，水通过水冷壁19变成蒸汽和水的混合物，然后进入锅筒7；蒸汽从锅筒7出来后进入一级过热器11，二级过热器12，经过加热温度达到400-500℃左右；通过汽轮机14及冷凝器15后，变成水进入脱气装置16和省煤器13，然后进入锅筒7，完成一个循环。

采用该结构的锅炉出口蒸汽温度的波动可以控制在20℃左右，相比传统结构的锅炉有较大优势。

烟的走向：黑色加粗实线为烟气通道18，左边是燃烧室10，内侧为相变储能耐火砖3，垃圾在燃烧室10中燃烧，产生高温烟气，烟顺着烟气通道18依次经过一级过热器11、二级过热器12和省煤器13，然后排出去；

水的走向：锅筒7里面装水，实线代表的是水的走向，锅筒7内的水经下降管9下来到集箱17，然后流经水冷壁19再回到锅筒7；锅筒7里面的水加热后产生蒸汽，虚线是蒸汽的走向，先走到一级过热器11，再走到二级过热器12，然后进入汽轮机14发电，最后通过冷凝器15冷凝成水回到锅筒7内。

Claims (6)

1.一种垃圾焚烧锅炉，其特征在于，它包括锅筒(7)、下降管(9)、燃烧室(10)、水冷壁(19)、一级过热器(11)、二级过热器(12)、省煤器(13)、汽轮机(14)、冷凝器(15)、脱气装置(16)、集箱(17)和烟气通道(18)；所述锅筒(7)位于燃烧室(10)外上方，所述集箱(17)位于燃烧室(10)外下方，所述燃烧室(10)与烟气通道(18)连通，所述一级过热器(11)、二级过热器(12)和省煤器(13)由上至下设置在烟气通道(18)内；所述锅筒(7)设有出水口(7-1)、入水口(7-2)、出汽口(7-3)和回水口(7-4)，所述集箱(17)设有进口(17-1)和出口(17-2)，所述下降管(9)的一端与出水口(7-1)连通，所述下降管(9)的另一端与进口(17-1)连通，所述水冷壁(19)由燃烧室(10)墙内的换热管(5)沿着燃烧室(10)四个侧面竖直排列并联在一起组成，所述水冷壁(19)的一端与出口(17-2)连通，所述水冷壁(19)的另一端与入水口(7-2)连通，所述出汽口(7-3)依次连通一级过热器(11)、二级过热器(12)、汽轮机(14)、冷凝器(15)、脱气装置(16)和省煤器(13)，所述省煤器(13)与回水口(7-4)连通；

所述燃烧室(10)由相变储能耐火砖(3)、砂浆(4)和外墙(6)由内至外砌合而成；换热管(5)竖直布置在外墙(6)与砂浆(4)的结合处，所述砂浆(4)用于将相变储能耐火砖(3)、换热管(5)及外墙(6)粘结在一起，所述相变储能耐火砖(3)上开设有多个深孔，深孔内填充相变材料(2)，相变储能耐火砖(3)采用陶瓷材料(1)。

2.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧锅炉，其特征在于，它还包括水泵(8)，所述水泵(8)设于省煤器(13)与回水口(7-4)之间，用于强制冷凝水循环到锅筒(7)中。

3.一种基于权利要求2所述的垃圾焚烧锅炉的工作方法，其特征在于，将垃圾放于燃烧室(10)内燃烧，燃烧产生的高温烟气与燃烧室(10)内侧的相变储能耐火砖(3)进行热交换，进而与墙内的水冷壁(19)进行热交换；燃烧产生的高温烟气在烟气通道(18)内进行热交换后排出锅炉；锅筒(7)内的水通过水循环管道与炉内进行热交换，形成饱和水及饱和水蒸汽，流回锅筒(7)；饱和水蒸汽通过一条蒸汽循环管道形成过热蒸汽，带动汽轮机(14)发电后冷凝为水再流回锅筒(7)。

4.根据权利要求3所述的一种垃圾焚烧锅炉的工作方法，其特征在于，所述烟气在烟气通道(18)内依次流经一级过热器(11)、二级过热器(12)和省煤器(13)后排出锅炉。

5.根据权利要求3所述的一种垃圾焚烧锅炉的工作方法，其特征在于，所述水循环管道中，锅筒(7)内的水由出水口(7-1)流出，经过下降管(9)到达集箱(17)，再流入水冷壁(19)后通过入水口(7-2)流回锅筒(7)。

6.根据权利要求3所述的一种垃圾焚烧锅炉的工作方法，其特征在于，所述饱和水蒸汽从出汽口(7-3)流出，依次经过一级过热器(11)、二级过热器(12)、汽轮机(14)和冷凝器(15)后，蒸汽冷凝成水，依次流过脱气装置(16)、省煤器(13)和水泵(8)后到达回水口(7-4)流回锅筒(7)。

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