CN110906337A

CN110906337A - 一种一体式固定床垃圾高效气化燃烧炉

Info

Publication number: CN110906337A
Application number: CN201911189677.3A
Authority: CN
Inventors: 池国镇; 倪建军; 陈子珍; 张翔; 李平; 张毓姝; 朱轩博
Original assignee: Shanghai Boiler Works Co Ltd
Current assignee: Shanghai Boiler Works Co Ltd
Priority date: 2019-11-28
Filing date: 2019-11-28
Publication date: 2020-03-24

Abstract

本发明提供了一种一体式固定床垃圾高效气化燃烧炉，炉体自下往上同轴设置固定床气化段、干燥热解段、可燃气体燃烧段。垃圾从进料口进入干燥热解段，利用循环热烟气以及可燃气体燃烧段的辐射热量对垃圾进行干燥、热解，热解后的固体落入气化段进行气化，气化产生的可燃气体与热解气在干燥热解段进行混合，随后进入可燃气体燃烧段进行高温燃烧。由于热解、气化均在缺氧条件下进行，产生的可燃气体富含氢气，在富氢条件下避免二噁英前驱物的生成，从而从源头上降低二噁英的排放。本发明在实现垃圾的资源化、无害化、减量化和稳定化处理的同时，解决了垃圾焚烧过程二噁英排放高的问题。

Description

一种一体式固定床垃圾高效气化燃烧炉

技术领域

本发明涉及一种一体式固定床垃圾高效气化燃烧炉，属于固体废弃物处理技术领域。

背景技术

我国是垃圾包袱最重的国家，历年全国无序堆放的垃圾总量多达160亿吨，占用土地9亿平方米，严重污染大气和地下水资源，严重阻碍了城市经济与环境的快速和谐发展。此外，我国是一个资源和能源短缺的国家，如何实现城市垃圾资源化、能源化利用，在解决城市垃圾出路的同时，发展循环经济，是实现经济发展方式转变的一个有效途径。

为解决上述严重问题，国内外在垃圾处理上提出了许多解决方案，如垃圾经过分选后填埋、制肥、裂解制油、生化处理等。其中已经付诸实施的焚烧处理、卫生填埋、堆肥都存在着一定的不足。如焚烧技术在实现垃圾减量化的同时，获得热能，但生成的二噁英(又称二氧杂芑，是一种无色无味、毒性严重的脂溶性物质)较多，烟气经过特殊处理后较难达到排放标准。

欧美、日本等发达国家正在积极开展垃圾气化技术应用，该技术直接将垃圾在贫氧气氛或少量水蒸气气氛下高温热处理生成具有一定热值的可燃气体，燃烧可燃气体用于发电或供热。相比于传统的垃圾直接焚烧处理，气化技术将垃圾转化为可燃气，在气化条件下，二噁英的产生量大幅降低，可从源头上减少二噁英的排放，被认为是一种更为环保高效的处理途径。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何降低垃圾热处理过程中二噁英的排放量。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种一体式固定床垃圾高效气化燃烧炉，其特征在于，炉体自下往上同轴设有固定床气化段、干燥热解段、可燃气体燃烧段；固定床气化段底部设有排渣口，干燥热解段侧面对称设置2个垃圾进料口，可燃气体燃烧段上部设有高温烟气出口。

优选地，所述固定床气化段包括绝热炉墙段、设于两侧并与绝热炉墙段连接的排灰渣缩口和设于中心处的炉篦，绝热炉墙下部设有料层支撑平台；炉篦为3～7层宝塔型通气结构，排灰渣缩口的内侧倾斜面上设有炉篦支撑平台和炉篦驱动轴口，炉篦驱动轴口向下延伸穿出排灰渣缩口的倾斜面；炉篦支撑平台上部中心设有气化剂流通管，气化剂流通管上部垂直设于炉篦的中心，气化剂流通管下部的进口弯曲段延伸至炉体外。

优选地，所述料层支撑平台内侧设置耐磨板；排灰渣缩口的斜面与垂直线之间的夹角β为15°～60°；炉篦的宝塔斜面与垂直线之间的夹角θ为30°～75°，炉篦最下层设有刮灰刀，刮灰刀数量为1～6把；料层支撑平台至固定床气化段出口的高度H2为2～6m。

优选地，所述的气化剂流通管所流通的气化剂为空气、富氧空气、纯氧中的任意一种或空气、富氧空气、纯氧中的任意一种与蒸汽的混合气体。

优选地，所述干燥热解段包括绝热炉墙，干燥热解段底部对称设有2个倾斜炉排；炉排下方设有风室，风室上设有进风口及漏灰排出口。

优选地，所诉的炉排为固定炉排或活动炉排，炉排的倾角α为15°～60°；炉排的宽度等于固定床气化段的内径D2、长度L为宽度的1～3倍；绝热炉墙的上部倾斜面与垂直面的角度δ为30°～80°。

优选地，所述的进风口通入的风为空气或热烟气。

优选地，所述的可燃气体燃烧段包括绝热炉墙与水冷或风冷炉墙的组合炉墙；可燃气体燃烧段下部设有至少2层空气喷口。

优选地，所述的空气喷口为4角切圆布置或前后墙对冲布置，层数为2～16中的偶数，层中顺时针切圆数量与逆时针切圆数量相等，空气喷口的最上层至高温烟气出口的高度为4m～12m。

优选地，所述的可燃气体燃烧段的内径D1为所述固定床气化段的内径D2的1～4倍。

本发明的优点在于通过炉排、炉篦、可燃气体燃烧方式的窍门组合，在一个炉内实现了垃圾干燥热解、垃圾气化、可燃气体燃烧3个过程，克服了垃圾直接焚烧二噁英排放高的缺点，达到垃圾清洁热转化的目的。由于设置了炉内干燥段，本发明可以处理含水量较高的垃圾。另外，固定床气化对垃圾粒度的要求较为宽泛，本发明对垃圾前处理要求宽松，只需简单分拣破碎即可。

附图说明

图1为一体式固定床垃圾高效气化燃烧炉结构示意正视图；

图2为一体式固定床垃圾高效气化燃烧炉结构示意侧视图；

图3为图1所示A-A截面俯视图一；

图4为图1所示A-A截面俯视图二；

图5为图1所示B-B截面俯视图；

图6为图1所示Ⅰ处细节图；图中6a表示垃圾料层，6b表示热烟气；

图7为图2所示Ⅱ处细节图；图中7a表示垃圾料层，7b、7d表示灰渣，7c表示气化剂；

附图标记说明：

100－可燃气体燃烧段；200－干燥热解段；300－炉排；400－固定床气化段；500－炉篦；101－组合炉墙；102－空气喷口；103－高温烟气出口；201－绝热炉墙；202－进料口；203－空气/热烟气进口；204－风室；205－漏灰排净口；401－绝热炉墙；402－灰渣出口；403－料层支撑平台；404－耐磨板；405－排灰渣缩口；406－炉篦支撑平台；407－炉篦驱动轴口；408－气化剂流通管；501－刮灰渣刀。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

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。

本发明为一种一体式固定床垃圾高效气化燃烧炉，如图1和图2所示。包括5个主要组成部分，分别为固定床气化段400、炉篦500、干燥热解段200、炉排300和可燃气体燃烧段100；固定床气化段400包括绝热炉墙段401、设于两侧并与绝热炉墙段401连接的排灰渣缩口405和设于中心处的炉篦500，绝热炉墙401下部设有料层支撑平台403；炉篦500为3～7层宝塔型通气结构，排灰渣缩口405的内侧倾斜面上设有炉篦支撑平台406和炉篦驱动轴口407，炉篦驱动轴口407向下延伸穿出排灰渣缩口405的倾斜面；炉篦支撑平台406上部中心设有气化剂流通管408，气化剂流通管408上部垂直设于炉篦500的中心，气化剂流通管408下部的进口弯曲段延伸至炉体外；干燥热解段200包括绝热炉墙201，干燥热解段200底部对称设有2个倾斜炉排300；炉排300下方设有风室204，风室204上设有进风口203及漏灰排出口205；可燃气体燃烧段100包括绝热炉墙与水冷或风冷炉墙的组合炉墙101；可燃气体燃烧段100下部设有至少2层空气喷口102。

本发明的内部工作区域为3个区域，分别描述如下：

干燥热解区域：垃圾经过外部进料系统从2个进料口202进入设置在热解干燥段底部倾斜设置的炉排300，如图5所示。由于炉排300具有一定的坡度，垃圾在炉排300上自由往下铺开，在炉排300上形成一定厚度的料层。来自风室204的热烟气从炉排300气体分配孔流出，水平穿透垃圾料层，对垃圾具有一定的加热、干燥、通风、推动的作用，垃圾料层的上部接收来自可燃气体燃烧段100的高温辐射，垃圾发生干燥、热解过程，如图6所示。干燥热解段200产生的热解气体、水蒸汽与来自固定床气化段400的可燃气体混合，随后进入可燃气体燃烧段100进行燃烧，干燥热解后的垃圾落入固定床气化段400进行气化反应。由于干燥热解段200的流通面积远大于固定床气化段400的流通面积，气体在流经干燥热解段200时流速显著降低，从固定床气化段400夹带而上的颗粒在此处重新落入固定床气化段400继续气化，从而大幅降低高温烟气出口103排出的烟气含尘量。另一方面，气化产生的可燃气体富含氢气，在流经干燥热解段200流速降低后，停留时间延长，氢气与二噁英前驱物的反应时间增加，对从源头上降低二噁英的排放有益。

由于炉内设置了采用炉排300的干燥热解段200，本发明可处理含水量较高的垃圾，当入炉垃圾低位热值达到5200kJ/kg时，入炉垃圾最高含水量可放宽至52％。本发明对垃圾预处理要求简单，只需简单分拣，并破碎至粒径小于100mm即可。

气化区域：在干燥热解段经过干燥和部分热解后的垃圾落入固定床气化段400进行气化反应。垃圾落入该区域后，在炉篦500上方形成一定厚度的料层。气化剂(空气+过热蒸汽)经过炉篦500均匀分配后往上穿越料层，如图7所示。气化剂经过料层与垃圾逆流接触，垃圾从上往下依次发生干燥、干馏、气化、燃烧反应，反应结束后剩余的灰渣被气化剂冷却，在炉篦500转动的条件下，被安装在炉篦底部外边缘的刮灰渣刀501刮入排灰渣缩口405，从灰渣出口402排出炉外。

由于垃圾在固定床气化段400的停留时间较长，大于1小时，最高温度达到1000℃，因此垃圾中的可燃物经可备彻底气化，所排出的灰渣灼减率非常低，典型值小于3％。

可燃气体燃烧区域：气化段产生600℃的可燃气夹带少量颗粒进入干燥热解段200，由于流通面积突然扩大，流速显著降低，被气流夹带的颗粒重新落入气化段，可燃气体与干燥热解段200产生的热解气和水蒸汽混合后进入可燃气体燃烧区域100。气体在往上流动的过程中，温度先有所降低，随后逐渐被燃烧区域的高温辐射热加热，温度逐渐升高至700℃左右，与从空气喷口102喷入的热空气燃烧，温度进一步升高至870℃，高温区烟气的停留时间大于2S，使得可燃气体中的污染物、大分子物质彻底分解。当垃圾热值无法达到设计要求的热值时，在该区域设置补燃燃烧器来维持温度大于870℃。高温烟气从高温烟气出口103排出，进入后续系统的余热回收锅炉，产生蒸汽用于发电或供热。

为了加强空气与可燃气体的混合，该区域的空气喷口102设置为4角切圆，自下往上共设置4层，每一层的切圆直径相等，且从下往上分别为顺时针切圆、逆时针切圆、顺时针切圆、逆时针切圆，如图3所示。空气喷口的设置的原则是尽可能使空气与可燃气体充分混合燃烧，除了4角切圆的方式外，前后墙对冲的设置方式也可达到类似的效果，如图4所示。

本发明可从源头上显著降低了二噁英的排放，实现垃圾高效清洁热转化，达到了垃圾的减量化、稳定化、资源化和无害化的目的。

下面以一套日处理垃圾量600吨的一体式固定床垃圾高效气化燃烧炉为例，说明本发明的效果。

实施例

一套日处理600吨(含水量52％)的一体式固定床垃圾高效气化燃烧炉，固定床气化段400内径D2为4000mm，高度H2为5m，该段外部为正方体，内部为圆柱体，正方体与圆柱体之间填充耐火材料，厚度为200mm。

干燥热解段200绝热炉墙的耐火隔热层厚度约为200mm，倾斜面与垂直面的角度δ为65°。炉排300的宽度为4m，长度L为4.5m，炉排倾角α为25°。

可燃气体燃烧段100为正方体，内径为6m，设置绝热炉墙，耐火隔热层的厚度约为200mm，设置4层4角切圆空气喷口，最上层空气喷口离高温烟气出口103的高度H1为6m。炉内设置SNCR、设置补燃燃烧器(入炉垃圾低热值低于5200kJ/kg时投用)，气化燃烧炉总高32m。

高温烟气出口103接余热锅炉，高温烟气经余热锅炉回收热量后部分烟气经过风机增压后送至干燥热解段200。余热锅炉所产蒸汽送至1台超临界燃煤锅炉进行再热提升品位后利用超临界机组发电。余热锅炉所产蒸汽也可用于供热。

垃圾原料为城市垃圾，含水量52％。

垃圾的性质参数如下：

项目	单位	垃圾
			C	％	15.25
H	％	2.8
			O	％	14
N	％	0.5
			S	％	0.15
Cl	％	0.3
			水分	％	52
固定碳	％	9
			挥发分	％	24
灰分	％	15
			低位热值	kJ/kg	5200

气化燃烧炉的操作参数如下：

气化燃烧炉的主要性能指标如下：

气化燃烧炉的排放指标如下(余热锅炉出口)：

从以上数据可以看出，本发明与现有垃圾焚烧方式相比，原始排放的二噁英含量显著降低(本发明仅为垃圾焚烧炉的12.5％)，烟气含尘量也大幅度降低(本发明为垃圾焚烧炉的33.3％)，整体热效率与垃圾焚烧炉相当(大于80％)。由于采用了一体式的炉型结构，设备的投资与同等规模的垃圾焚烧炉相当，而排放指标优于垃圾焚烧炉。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims

1.一种一体式固定床垃圾高效气化燃烧炉，其特征在于，炉体自下往上同轴设有固定床气化段(400)、干燥热解段(200)、可燃气体燃烧段(100)；固定床气化段(400)底部设有排渣口(402)，干燥热解段(200)侧面对称设置2个垃圾进料口(202)，可燃气体燃烧段(100)上部设有高温烟气出口(103)。

2.如权利要求1所述的一种一体式固定床垃圾高效气化燃烧炉，其特征在于，所述固定床气化段(400)包括绝热炉墙段(401)、设于两侧并与绝热炉墙段(401)连接的排灰渣缩口(405)和设于中心处的炉篦(500)，绝热炉墙(401)下部设有料层支撑平台(403)；炉篦(500)为3～7层宝塔型通气结构，排灰渣缩口(405)的内侧倾斜面上设有炉篦支撑平台(406)和炉篦驱动轴口(407)，炉篦驱动轴口(407)向下延伸穿出排灰渣缩口(405)的倾斜面；炉篦支撑平台(406)上部中心设有气化剂流通管(408)，气化剂流通管(408)上部垂直设于炉篦(500)的中心，气化剂流通管(408)下部的进口弯曲段延伸至炉体外。

3.如权利要求2所述的一种一体式固定床垃圾高效气化燃烧炉，其特征在于，所述料层支撑平台(403)内侧设置耐磨板(404)；排灰渣缩口(405)的斜面与垂直线之间的夹角β为15°～60°；炉篦(500)的宝塔斜面与垂直线之间的夹角θ为30°～75°，炉篦(500)最下层设有刮灰刀(501)，刮灰刀(501)数量为1～6把；料层支撑平台(403)至固定床气化段(400)出口的高度H2为2～6m。

4.如权利要求2所述的一种一体式固定床垃圾高效气化燃烧炉，其特征在于，所述的气化剂流通管(408)所流通的气化剂为空气、富氧空气、纯氧中的任意一种或空气、富氧空气、纯氧中的任意一种与蒸汽的混合气体。

5.如权利要求1所述的一种一体式固定床垃圾高效气化燃烧炉，其特征在于，所述干燥热解段(200)包括绝热炉墙(201)，干燥热解段(200)底部对称设有2个倾斜炉排(300)；炉排(300)下方设有风室(204)，风室(204)上设有进风口(203)及漏灰排出口(205)。

6.如权利要求5所述的一种一体式固定床垃圾高效气化燃烧炉，其特征在于，所诉的炉排(300)为固定炉排或活动炉排，炉排(300)的倾角α为15°～60°；炉排(300)的宽度等于固定床气化段(400)的内径D2、长度L为宽度的1～3倍；绝热炉墙(201)的上部倾斜面与垂直面的角度δ为30°～80°。

7.如权利要求5所述的一种一体式固定床垃圾高效气化燃烧炉，其特征在于，所述的进风口(203)通入的风为空气或热烟气。

8.如权利要求1所述的一种一体式固定床垃圾高效气化燃烧炉，其特征在于，所述的可燃气体燃烧段(100)包括绝热炉墙与水冷或风冷炉墙的组合炉墙(101)；可燃气体燃烧段(100)下部设有至少2层空气喷口(102)。

9.如权利要求8所述的一种一体式固定床垃圾高效气化燃烧炉，其特征在于，所述的空气喷口(102)为4角切圆布置或前后墙对冲布置，层数为2～16中的偶数，层中顺时针切圆数量与逆时针切圆数量相等，空气喷口(102)的最上层至高温烟气出口(103)的高度为4m～12m。

10.如权利要求8所述的一种一体式固定床垃圾高效气化燃烧炉，其特征在于，所述的可燃气体燃烧段(100)的内径D1为所述固定床气化段(400)的内径D2的1～4倍。