CN110836374A - 循环流化床垃圾焚烧余热锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种循环流化床垃圾焚烧余热锅炉，锅炉本体由炉膛、旋风分离器、返料装置、尾部烟道等组成。炉膛分为三个区域，下部为预热混合区，中部为炉膛燃烧区，上部为炉膛换热区。炉膛下部前、后墙水冷壁分别向外拱出，形成高热容量的绝热炉膛燃烧室。燃料从水冷壁前墙进入炉膛，循环灰从水冷壁后墙进入炉膛，二次风采用3层前后布置、分区配风结构。该系统能有效控制炉内燃烧工况处于稳定状态，防止因燃料水分含量高、物理性质变化等自身波动带来的冲击，控制炉膛内烟气温度水平与氧含量，达到控制燃烧温度的效果，提高锅炉燃烧效率，降低二噁英等有害物质的生成。

Description

循环流化床垃圾焚烧余热锅炉

技术领域

本发明涉及循环流化床锅炉领域，具体来说是一种循环流化床垃圾焚烧余热锅炉，应用于垃圾焚烧、生物质发电设备。

背景技术

随着社会不断快速发展，人们生活水平逐渐提高，城市垃圾、工业废弃物、农业废弃物的数量也不断增加，传统填埋式处理方法环境污染大、处理效率低的弊端不断凸显，已不能适应目前的发展形势。为了处理垃圾与其他废弃物，垃圾焚烧锅炉、生物质发电锅炉得到大规模运用。然而，这些锅炉所使用的燃料普遍热值较低、含水量高，不易完全燃烧，燃料中的含氯垃圾、含氯塑料以及其他含氯废弃物数量普遍较大，当焚烧温度低于800℃时，燃料因不完全燃烧极易生成二噁英，二噁英是一类无色无味、剧毒的脂溶性物质，其毒性相当于氰化物的130倍、砒霜的900倍，严重危害人体健康与其他生物的安全。为解决垃圾及其他废弃物的焚烧问题，目前通常采用炉排垃圾炉焚烧垃圾，虽然可以提高炉内温度水平避免二噁英生成，但是受炉排限制大型化较困难。目前市场上主流的炉排炉日处理量普遍在1000吨/天以内。采用传统循环流化床锅炉焚烧垃圾，垃圾处理量可以远远超过1000吨/天的水平，具有大型化优势，但是焚烧低热值、高水分的垃圾时，因为炉膛内预热燃烧空间较小，入炉燃料特性波动对炉膛内的温度影响较大，燃料燃烧不充分，炉内温度水平低于800℃，造成二噁英大量生成，锅炉排放物中二噁英含量超标。因此，如何处理这些废弃物，变废为宝，缓解“垃圾围城”现象，成为当今社会面临的严峻问题。

本发明循环流化床垃圾焚烧余热锅炉是解决上述问题的有效途径之一，该循环流化床垃圾焚烧余热锅炉针对城市垃圾、工业废弃物（如：橡胶、塑料等）、农业废弃物设计，适用于这类低热值、高水分、氯元素含量高的燃料，能够有效解决燃料燃烧不充分与二噁英生成问题，具有广阔的应用前景。

发明内容

为了克服传统循环流化床锅炉在燃烧垃圾时炉内温度低且波动大，燃烧不充分、二噁英生成量大等问题，本发明提供一种循环流化床垃圾焚烧余热锅炉，可以提高燃烧温度与稳定性，提高燃烧效率，避免二噁英的生成。

本发明采用如下技术方案：

一种循环流化床垃圾焚烧余热锅炉，包括炉膛、给料装置、返料装置、下二次风口、中二次风口、上二次风口、一次风箱、布风板、旋风分离器和尾部烟道，炉膛分为三个区域，由下自上分别是：预热混合区、炉膛燃烧区和炉膛换热区；炉膛由膜式水冷壁组成，前墙膜式水冷壁向前拱出形成前拱，后墙膜式水冷壁向后拱出形成后拱，锅炉一次风通过一次风箱从位于炉膛底部的布风板进入炉膛，作为锅炉物料流化风使用，二次风分3层布置，下二次风口位于炉膛燃烧区前、后墙水冷壁，中二次风口位于前拱和后拱上部拱形处，上二次风口位于炉膛换热区前、后墙水冷壁，旋风分离器与炉膛出口连接，旋风分离器下部与返料装置连接，返料装置连通炉膛的水冷壁后墙下部，尾部烟道进口与旋风分离器连接。

作为优选，所述前拱下部与水平方向形成的角度α1为65°~80°，前拱上部与水平方向形成的角度β1为5°~25°，后拱下部与水平方向形成的角度α2为65°~80°，后拱上部与水平方向形成的角度β2为5°~25°。

作为优选，所述炉膛燃烧区顶端至布风板高度h为6.5m~8m。根据燃料种类不同设计者可以调整拱形结构大小，保证燃料在此区域内有足够的停留时间。

作为优选，所述前拱和后拱在炉膛下部形成大热容量、高物料浓度的燃烧空间，燃烧空间内敷设耐火耐磨浇注料。

作为优选，所述旋风分离器为汽冷式分离器，与炉膛出口通过膨胀节连接，由管子和扁钢组成膜式壁结构，管内工质为蒸汽，与烟气接触的一面敷设耐火耐磨浇注料。

作为优选，所述返料装置为低阻力结构。

作为优选，所述尾部烟道内根据设计需要布置有过热器、省煤器、空气预热器。加热尾部受热面中工质，降低排烟温度。

该循环流化床垃圾焚烧余热锅炉使用原理是：燃料从水冷壁前墙下部的给料装置进入预热混合区，一次风从位于炉底的布风板进入炉膛对循环物料进行流化，二次风分别从上二次风口、中二次风口、下二次风口进入炉膛，经预热、干燥、混合后的燃料进入炉膛燃烧区燃烧，燃烧产生的细颗粒以及循环灰随烟气上升，进入炉膛换热区与水冷壁中的工质进行热交换，而后烟气进入旋风分离器，分离后的循环灰从位于水冷壁后墙下部的返料装置返回炉膛继续进行物料循环，烟气进入锅炉尾部烟道与尾部受热面进行换热。

通过调节各处配风风量的大小，调整物料在各区域的停留时间，控制布风板温度在880℃~900℃范围内，控制炉膛燃烧区出口处烟气温度在900℃~1050℃范围内，控制炉膛换热区烟气出口温度在800℃~900℃范围内，控制氧含量在2.5%~3.5%范围内，从而控制炉内整体燃烧状况。

本发明的有益效果是：第一，本发明可以提高燃烧效率，燃料适应性广泛。低热值、高水分的燃料（如城市垃圾、橡胶等）在进入炉膛绝热燃烧空间后，由于该空间具有高热容量、物料浓度高等特点，燃料被高温烟气和物料瞬间加热，得以预热、干燥，并且由于流化床锅炉的特性，燃料受到强烈的混合作用，使得燃料能够在燃烧空间内稳定、连续燃烧。该发明能适应燃料的特性波动，如热值、水分等的改变，使得锅炉对这类特性变化较大的燃料具有高适应能力。

第二，本发明可以有效降低二噁英等污染物的生成。该发明采用循环流化床锅炉，炉膛内存在大量循环物料，炉内温度水平比较均匀，容易控制燃烧效果。同时，在炉膛燃烧区采用拱形结构，内部热容量高、物料浓度高，燃烧温度可控制在900℃~1050℃范围内，燃料炉内停留时间超过2s，理论研究与实际经验表明，当含氯元素较多的塑料类垃圾在燃烧温度高于800℃且停留时间超过2s时可以完全燃烧，燃烧后不会产生二噁英类物质。

第三，本发明可以实现垃圾焚烧炉大型化。由于循环流化床锅炉的特点，采用该发明垃圾处理量大，可以实现设备大型化，并且没有机械传动部件，锅炉可靠性提高，设备的检修、维护成本降低。

附图说明

图1 为本发明的一种实例的结构示意图。

图2 为本发明的一种实例的燃烧区域放大图

图中，1、炉膛，2、给料装置，3、返料装置，4、下二次风口，5、中二次风口，6、上二次风口，7、一次风箱，8、布风板，9、旋风分离器，10、尾部烟道，Ⅰ、预热混合区，Ⅱ、炉膛燃烧区，Ⅲ、炉膛换热区，Ⅳ、前拱，Ⅴ、后拱。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：

实施例：如附图1-2所示，一种循环流化床垃圾焚烧余热锅炉，包括炉膛1、给料装置2、返料装置3、下二次风口4、中二次风口5、上二次风口6、一次风箱7、布风板8、旋风分离器9和尾部烟道10，炉膛1由膜式水冷壁组成，分为上、中、下三个区域，由下自上分别是：预热混合区Ⅰ、炉膛燃烧区Ⅱ和炉膛换热区Ⅲ，炉膛燃烧区Ⅱ前、后墙水冷壁分别向外拱出，形成具有前拱Ⅳ和后拱Ⅴ的燃烧空间。在本实例中，α1=α2=75°，β1=β2=20°，h=7m。给料装置位于前拱Ⅳ下方，锅炉运行时，燃料从此进入炉膛。循环灰从分离器经返料装置3进入炉膛燃烧区Ⅱ，与燃料燃烧产生的飞灰随烟气上升进入炉膛换热区Ⅲ与水冷壁中工质进行热交换，随后循环物料进入分离器9，大颗粒循环物料分离后通过返料装置3返回炉膛1继续进行物料循环，烟气进入锅炉尾部烟道10与尾部受热面进行热交换。

锅炉运行时，燃烧所需的一次热风从位于炉底的一次风箱7进入，在布风板8布置的风帽作用下流化，作为锅炉的流化风，二次风分上、中、下3层分别从下二次风口4、中二次风口5和上二次风口6进入炉膛，参与燃烧。一次风、二次风对炉膛内的燃料有强烈的扰动作用，使得进入炉膛的燃料能迅速得以干燥、混合，有利于充分燃烧。

采用本发明，通过调整一次风风量和二次风风量，能够对燃烧进行精确调整，控制布风板温度在880℃~900℃范围内，控制炉膛燃烧区Ⅱ出口处烟气温度在900℃~1050℃范围内，控制炉膛换热区Ⅲ出口烟气温度在800℃~900℃范围内，控制氧含量在2.5%~3.5%范围内，达到控制燃烧的目的。对于燃用垃圾燃料、氯元素含量较高的各类废弃物燃料的循环流化床锅炉，燃料进入炉膛后，由于炉内热容量大，温度水平高，燃料进过充分预热、干燥、混合，能够完全燃烧，且900℃~1050℃的燃烧温度，超过2s的停留时间，可以保证燃料完全燃烧，不会生成二噁英等危害物质。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (7)

1.一种循环流化床垃圾焚烧余热锅炉，其特征是，其包括炉膛（1）、给料装置（2）、返料装置（3）、下二次风口（4）、中二次风口（5）、上二次风口（6）、一次风箱（7）、布风板（8）、旋风分离器（9）和尾部烟道（10），炉膛（1）分为三个区域，由下自上分别是：预热混合区（Ⅰ）、炉膛燃烧区（Ⅱ）和炉膛换热区（Ⅲ）；炉膛（1）由膜式水冷壁组成，前墙膜式水冷壁向前拱出形成前拱（Ⅳ），后墙膜式水冷壁向后拱出形成后拱（Ⅴ），锅炉一次风通过一次风箱（7）从位于炉膛底部的布风板（8）进入炉膛，作为锅炉物料流化风使用，二次风分3层布置，下二次风口（4）位于炉膛燃烧区（Ⅱ）前、后墙水冷壁，中二次风口（5）位于前拱（Ⅳ）和后拱（Ⅴ）上部拱形处，上二次风口（6）位于炉膛换热区（Ⅲ）前、后墙水冷壁，旋风分离器（9）与炉膛出口连接，旋风分离器（9）下部与返料装置（3）连接，返料装置（3）连通炉膛（1）的水冷壁后墙下部，尾部烟道（10）进口与旋风分离器（9）连接。

2.根据权利要求1所述的循环流化床垃圾焚烧余热锅炉，其特征是，所述前拱（Ⅳ）下部与水平方向形成的角度α1为65°~80°，前拱（Ⅳ）上部与水平方向形成的角度β1为5°~25°，后拱（Ⅴ）下部与水平方向形成的角度α2为65°~80°，后拱（Ⅴ）上部与水平方向形成的角度β2为5°~25°。

3.根据权利要求1所述的循环流化床垃圾焚烧余热锅炉，其特征是，所述炉膛燃烧区（Ⅱ）顶端至布风板高度h为6.5m~8m。

4.根据权利要求1所述的循环流化床垃圾焚烧余热锅炉，其特征是，所述前拱（Ⅳ）和后拱（Ⅴ）在炉膛下部形成大热容量、高物料浓度的燃烧空间，燃烧空间内敷设耐火耐磨浇注料。

5.根据权利要求1所述的循环流化床垃圾焚烧余热锅炉，其特征是，所述旋风分离器（9）为汽冷式分离器，与炉膛（1）出口通过膨胀节连接，由管子和扁钢组成膜式壁结构，管内工质为蒸汽，与烟气接触的一面敷设耐火耐磨浇注料。

6.根据权利要求1所述的循环流化床垃圾焚烧余热锅炉，其特征是，所述返料装置（3）为低阻力结构。

7.根据权利要求1所述的循环流化床垃圾焚烧余热锅炉，其特征是，所述尾部烟道（10）内根据设计需要布置有过热器、省煤器、空气预热器。

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