CN111765474A - 炉排型循环流化床垃圾焚烧锅炉及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种炉排型循环流化床垃圾焚烧锅炉及其工作方法，属于生活垃圾焚烧烟气处理技术领域。锅炉前料仓与进料装置连接，进料装置与给料炉排连接，给料炉排末端与锅炉进料口连接；输送炉排的一端设在锅炉进料口下方，另一端与排渣管连接；输送炉排上设有流化布风装置，流化布风装置与一次风系统连接；炉膛与二次风管连接；炉膛上方与水平烟道连接，水平烟道与返料系统的入口连接，返料系统的返料出口通过返料立管与锅炉的返料口连接，返料系统的烟气出口连接至尾部烟道。提高了给料和排渣的稳定性，从而使燃烧均匀、稳定，减少了有害污染物的排放，提高了锅炉的效率，避免了停炉风险。

Description

炉排型循环流化床垃圾焚烧锅炉及其工作方法

技术领域

本发明属于生活垃圾焚烧烟气处理技术领域，具体涉及一种炉排型循环流化床垃圾焚烧锅炉及其工作方法。

背景技术

2010年以来，生活垃圾清运量逐年上升，大量的固体废弃物对环境危害极大，主要表现为侵占土地、污染大气、土壤及水体，且所造成的危害难以恢复。现有的城市生活垃圾处置技术水平低、生活垃圾处理需要大量资金、环境污染严重等已成为影响我国城市生活环境，制约城市发展的重要瓶颈之一。目前我国在解决城市生活垃圾方面基本采取填埋、堆肥和焚烧三种方法。与填埋和堆肥相比，焚烧法具有减容、减重，可就地处理，处理速度快，热能回收，无害化程度高等特点，因此，各个国家已将生活垃圾焚烧发电作为开发新能源和生活垃圾处置的一项重要途径。

目前，生活垃圾焚烧技术主要分为移动炉排焚烧技术、循环流化床焚烧炉技术和回转窑焚烧技术三类。回转炉设备的封闭性要求高，成本高，价格昂贵，其主要应用在焚烧医疗生活垃圾或者焚烧危险废弃物。炉排炉的最大优势在于运行稳定、可靠、飞灰量少，绝大部分固体生活垃圾不需要任何预处理可直接进炉燃烧。但是，目前仍存在以下问题：设备的投资成本较高，占地面积大；炉排及上部炉膛温度的分布和燃烧不稳定、不均匀，燃尽率低，NOx等污染物原始排放浓度过高；尾部烟气环保设备复杂，运行成本高。

循环流化床生活垃圾锅炉燃料种类适应性强，密相区拥有大量高温物料所以燃烧效率高。同时，由于采用低温和分级燃烧方式，NOx生成量较少。在环保方面，采用高效炉内SNCR脱硝、炉内干法脱硫及脱酸工艺，系统简单可靠。随着生活垃圾焚烧厂常规污染物指标进一步提高要求，与炉排炉相比较，循环流化床生活垃圾锅炉在NOx、SO₂及HCl等污染物脱除的投资和运行成本上将具有明显优势。但是，目前现有的循环流化床生活垃圾锅炉普遍存在给料和燃烧不稳定、飞灰量大、维修频率高等问题。如何能够解决流化床生活垃圾锅炉稳定给料排渣的问题，并进一步发挥其燃烧效率和环保方面的优势，则成为了下一阶段的研发重点。

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炉排型循环流化床垃圾焚烧锅炉及其工作方法，提高了给料和排渣的稳定性，从而使燃烧均匀、稳定，减少了有害污染物的排放，提高了锅炉的燃烧效率，避免了停炉风险。

本发明通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种炉排型循环流化床垃圾焚烧锅炉，包括锅炉前料仓、进料装置、给料炉排、一次风系统、输送炉排、排渣管、炉膛、二次风管、水平烟道、返料系统和返料立管；

锅炉前料仓与进料装置连接，进料装置与给料炉排连接，给料炉排末端与锅炉进料口连接；输送炉排的一端设在锅炉进料口下方，另一端与排渣管连接；输送炉排上设有流化布风装置，流化布风装置与一次风系统连接；炉膛与二次风管连接；炉膛上方与水平烟道连接，水平烟道与返料系统的入口连接，返料系统的返料出口通过返料立管与锅炉的返料口连接，返料系统的烟气出口连接至尾部烟道。

优选地，给料炉排设在封闭空间内，给料炉排的进口处连接有给料密封风管。

优选地，进料装置为水平往复式推板机，给料炉排为倾斜式往复炉排。

优选地，锅炉进料口包括重物料进料口和轻物料进料口，轻物料进料口的高度＞重物料进料口的高度。

优选地，输送炉排与排渣管的连接处设有排渣挡板。

优选地，一次风系统包括一次风管和风室，风室包括前段风室、中段风室和末段风室，前段风室、中段风室和末段风室分别通过调节阀与一次风管连接；中段风室的风量＞末段风室的风量＞前段风室的风量。

优选地，二次风管包括若干第一二次风管和若干第二二次风管，若干第一二次风管沿炉膛高度方向均布在炉膛的一侧，若干第二二次风管沿炉膛高度方向均布在炉膛的另一侧。

优选地，返料系统包括分离器中心筒、分离器、出口烟道、分离器下部立管和返料器；分离器中心筒与出口烟道连接，出口烟道连接至尾部烟道；分离器入口与水平烟道连接，分离器下方出口与分离器下部立管连接，分离器下部立管与返料器的入口连接，返料器内设有外置床换热器，返料器连接有返料风室，返料器的出口通过返料立管与锅炉的返料口连接。

优选地，输送炉排为链条式。

本发明公开了上述炉排型循环流化床垃圾焚烧锅炉的工作方法，包括：

锅炉前料仓中的垃圾物料经进料装置送至给料炉排，然后由给料炉排送入锅炉进料口，在一次风系统和流化布风装置的作用下，在输送炉排上流态化燃烧，二次风通过二次风管进入炉膛助燃，不可燃大块颗粒及燃烧后产生的渣经输送炉排传送至排渣管排出，含尘烟气由炉膛上方的水平烟道进入返料系统，经返料系统处理后，烟气由烟气出口进入尾部烟道，返料由返料立管返回炉膛。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

现有的流化床生活垃圾锅炉由于垃圾燃料性质，容易存在给料、排渣不稳定等问题，物料循环过程不稳定会导致燃烧不稳定、CO排放过高、排渣不畅、物料板结甚至是停炉风险。本发明的炉排型循环流化床垃圾焚烧锅炉，利用炉排系统和链条系统在给料排渣系统上的优势，生活垃圾燃料由给料炉排送入炉膛，并在燃烧的同时由输送炉排传动排出。与传统的流化床垃圾炉螺旋给料方式不同，给料炉排可以将组分多源、形状复杂的垃圾物料稳定送入炉膛燃烧。同时，输送炉排可以稳定将生活垃圾中不易流化燃烧的渣块顺利排出。稳定的给料排渣将会彻底解决原有系统燃烧不稳定、CO排放浓度高的问题。稳定的排渣也会减少系统因物料无法顺利排出而引起的板结问题，大大提高了系统的运行稳定性。流化床炉膛形式和返料系统整体依靠高浓度的物料颗粒实现传热传质，大大提高了整体炉膛温度的均匀性，同时返料系统作用下的往复燃烧模式延长了燃料的停留时间，有利于燃料的充分燃烧，提高锅炉效率。同时，二次风助燃能够为炉膛补充氧气，减少贫氧区域，避免燃烧不充分情况，同时可以控制CO生成，提高整体燃烧均匀性。

环保层面，炉膛整体温度的均匀性和停留时间对于二噁英的形成至关重要。一般PCDD/Fs(二噁英)通过两种机制形成，一个来自均相反应，温度范围为500～800℃。主要过程是氯化前体的重排反应气体，如氯酚(CP)和氯苯(CBz)。此过程中的PCDD/Fs称为均质PCDD/Fs或高温PCDD/Fs。PCDD/Fs也可以通过非均相反应形成反应，温度范围为200～400℃。非均相反应主要是在飞灰中的催化作用下，由CP、CBz，或粉煤灰中的碳形成，即de novoprocess(源头生成)。对于不同的二噁英生成机理来讲，高温环境可以实现对二噁英及其前驱物的彻底分解破坏，从而达到消减二噁的目的。目前应用较为广泛的3T(温度、时间、湍流度)+E(过量空气系数)控制技术，主要指使炉膛达到850℃、2s或更为苛刻的处理工况。就湍流强度而言，流化床高温区的几何尺寸和烟道流动速度之积相比炉排炉较大，因此其湍流更为剧烈。此外，对于温度和停留时间的耦合而言，流化床的燃烧方式也更加具有优势，因其为室燃的方式并且依靠高浓度物料进行传热传质，炉膛温度可调节性更强，整体均匀性更好，易得到更高的温度，进而更有利于二噁英及其前驱物的分解。炉膛温度越均匀，高温区域的停留时间越长，二噁英的分解率会显著提升。综上所述，本发明采用炉排系统对燃料进行输送，利用链条系统对燃料进行布风和排渣，通过流化床炉膛及返料系统进行流态化燃烧，可以保证燃烧稳定，整体炉膛温度更加均匀，燃烧停留时间更长。进而实现在不添加尾部活性炭吸附装置的前提下，实现生活垃圾焚烧不同负荷下的二噁英达标排放。

进一步地，给料炉排设在封闭空间内，给料炉排的进口处连接有给料密封风管，能够密封给料系统，确保异味外漏，防止环境污染，改善作业环境。

进一步地，进料装置采用水平往复式推板机，高效稳定，给料速度可控；给料炉排采用倾斜式往复炉排，适于燃烧水分和灰分较高的垃圾物料，由于给料稳定、节能、可靠，燃料与供风始终匹配，不会出现局部过量或者贫氧的情况。整体燃烧效率高、灰渣中的含碳率低。

进一步地，轻物料进料口的高度较高，能够增强燃烧效果，重物料进料口的高度较低，避免破坏下方的输送炉排。

进一步地，排渣挡板一方面可以控制物料在链条作用下排渣，另一方面可以使得烟气能够返回炉膛，起到一定的密封效果。

进一步地，将风室划分为前段风室、中段风室和末段风室，并合理分配风量，能够进一步提高燃烧效率。前段风室主要用来密封链条炉和炉膛间隙，中段风室也就是整个布风装置的主体，提供燃料燃烧所需的氧气，并且可以实现垃圾物料的流态化燃烧，末段风室主要提供链条排渣燃尽过程中所需要的空气。

进一步地，炉膛两侧不同高度处分层设置若干二次风管，这种多层布风的方式可以使氧气能够在炉膛不同区域补充氧气，能够进一步控制CO生成，提高整体燃烧均匀性。

进一步地，返料系统采用分离器和外置床换热器结合的方式，外置床换热器内的高温过热器可以解决炉膛内受热面不足的问题。同时，因为腐蚀性气氛和易结焦元素绝大部分都是以气相及亚微米颗粒形式存在，而不会被分离器所捕集进而进入外置床。因此，利用外置床换热器可以很好地解决生活垃圾焚烧过程中的烟气高温腐蚀和结焦问题。

进一步地，输送炉排为链条式，结构稳定可靠，且整体结构便于设置布风装置，布风孔设置均匀，流化效果好。

本发明的炉排型循环流化床垃圾焚烧锅炉的工作方法，提高了给料和排渣的稳定性，从而使燃烧均匀、稳定，减少了有害污染物的排放，提高了锅炉的效率，避免了停炉风险，具有良好地应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1的整体结构示意图；

图2为图1的A-A视图；

图3为图1的B-B视图；

图4为本发明实施例2的整体结构示意图。

图中：1-锅炉前料仓，2-进料装置，3-给料炉排，4-一次风管，5-风室，5-1-前段风室，5-2-中段风室，5-3-末段风室，6-输送炉排，7-排渣管，8-给料密封风管，9-炉膛，10-二次风管，10-1-第一二次风管，10-2-第二二次风管，11-水平烟道，11-1-第一水平烟道，11-2-第二水平烟道，12-分离器中心筒，13-分离器，13-1-第一分离器，13-2-第二分离器，14-出口烟道，15-分离器下部立管，16-返料器，17-外置床换热器，18-返料立管，19-返料风室，20-排渣挡板。

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：

实施例1

本发明的一种炉排型循环流化床垃圾焚烧锅炉，如图1，锅炉前料仓1与进料装置2连接，进料装置2与给料炉排3连接，进料装置2可以采用水平往复式推板机，给料炉排3可以采用倾斜式往复炉排。给料炉排3末端与锅炉进料口连接，锅炉进料口可以分别设置重物料进料口和轻物料进料口，轻物料进料口的高度＞重物料进料口的高度，垃圾物料经前序的重量分选后，经不同的给料系统分别进入两个进料口。优选地，给料炉排3设在封闭空间内，给料炉排3的进口处连接有给料密封风管8。

输送炉排6可以采用履带式、链条式等各种移动炉排形式，优选采用链条式。输送炉排6的一端设在锅炉进料口下方，另一端与排渣管7连接；输送炉排6与排渣管7的连接处设有排渣挡板20，排渣挡板可以采用机械式，即通过单向弹簧铰链固定，排渣时开启，不排渣时关闭，起到密封作用。也可以采用自动式，通过传感器和启闭装置控制开启和关闭。如图3，输送炉排6上设有流化布风装置，流化布风装置与一次风系统连接；一次风系统包括一次风管4和风室5，风室5包括前段风室5-1、中段风室5-2和末段风室5-3，前段风室5-1、中段风室5-2和末段风室5-3分别通过调节阀与一次风管4连接；中段风室5-2的风量＞末段风室5-3的风量＞前段风室5-1的风量。

炉膛9与二次风管10连接，二次风管10包括若干第一二次风管10-1和若干第二二次风管10-2，若干第一二次风管10-1沿炉膛9高度方向均布在炉膛9的一侧，若干第二二次风管10-2沿炉膛9高度方向均布在炉膛9的另一侧。

返料系统包括分离器中心筒12、分离器13、出口烟道14、分离器下部立管15和返料器16；分离器中心筒12与出口烟道14连接，出口烟道14连接至尾部烟道；分离器13入口与水平烟道11连接，分离器13下方出口与分离器下部立管15连接，分离器下部立管15与返料器16的入口连接，返料器16内设有外置床换热器17，返料器16连接有返料风室19，返料器16的出口通过返料立管18与锅炉的返料口连接。

返料系统的数量为2，如图2，即分别通过第一水平烟道11-1和第二水平烟道11-2分别将含尘烟气引入第一分离器13-1和第二分离器13-2，对应地，返料系统也设置两套，分别与两个分离器连接。

实施例2

如图4，相比实施例1，本实施例的炉排型循环流化床垃圾焚烧锅炉输送炉排6为紧凑型布置，返料系统设置一套，同时采用单独的风室5进行布风。灰渣在输送炉排6的传动作用下，直接落入排渣管7，在输送炉排6和炉膛9之间设计有机械密封，同时省略了给料密封风管8、排渣挡板20。其余部件及其连接方式与实施例1相同，适用于渣量较少的情况。

下面结合实施例1的工作方法对本发明进行进一步地解释说明：

生活垃圾由生活垃圾燃料抓斗送入锅炉前料仓1，随后在重力的作用下进入进料装置2的作用范围，在水平往复推动作用下，垃圾燃料进入给料炉排3，给料炉排3由倾斜往复式炉排构成，倾斜角度通常在20°～26°，往复式炉排由一排固定炉排和一排活动炉排构成，活动炉排在液压传动机构的作用下实现往复运动。最终，随着重力和往复炉排的作用下，垃圾燃料被送入炉膛9内燃烧。密封风由给料密封风管8通入给料炉排3，密封给料系统的同时，确保异味不外漏。入炉位置的选择与垃圾成分关系较大，整体不可燃物如石块、金属较多的情况下，入炉位置较低，以免大块物料破坏输送炉排。假若垃圾成分不可燃物偏低、以其它和厨余垃圾为主，则可适当提高入炉位置，增强燃烧效果。

垃圾燃料在被送入炉膛9后，在输送炉排6的作用下实现流态化燃烧，链输送炉排6上开有细孔，一次风由一次风管4经过风室5后由输送炉排6上的小孔流出，整体一次风量由临界流化风量测试结果决定，实际运行过程中料层阻力可以控制在3～5kpa，垃圾燃料中的可燃物和床料实在流态化燃烧，不可燃大块颗粒及燃烧后产生的渣在输送炉排6的传动作用下经由排渣管7排出炉膛9。排渣管7上方设置排渣挡板20，一方面可以控制物料在链条作用下排渣，另一方面可以使得烟气能够返回炉膛，起到一定的密封效果。输送炉排6下部风室5由前段风室5-1、中段风室5-2和末段风室5-3组成。三个风室设有三个独立的风量调节装置，用来实现不同的风量调节功能，前段风室5-1主要用来密封链条炉和炉膛9间隙，中段风室5-2也就是整个布风装置的主体，提供燃料燃烧所需的氧气，并且可以实现垃圾物料的流态化燃烧，中段风室5-2空气小孔流速通常设为4～6m/s，具体数值根据垃圾燃料终端沉降速度确定。末段风室5-3主要提供链条排渣燃尽过程中所需要的空气。三段风室通入的风量比例需要根据实际垃圾燃料种类确定，通常可分为10:75:15，三段风室供风都具有冷却输送炉排6的作用。炉膛9左右两侧设有第一二次风管10-1和第二二次风管10-2，二次风流入二次风管后，经由炉膛高度不同位置通入炉膛助燃。

燃烧过程中，部分小颗粒会随着烟气进入炉膛9上部，炉膛9可采用水冷壁铺设浇注料的形式或者纯浇注料绝热形式，以确保炉内温度高于900℃，整体设计由垃圾热值决定，偏低的垃圾热值建议采用绝热炉膛。紧接着，含尘烟气由第一水平烟道11-1和第二水平烟道11-2分别进入第一分离器13-1和第二分离器13-2。含尘烟气经过两个分离器后，大颗粒被分离器捕集后落入分离器下部立管15，然后落入返料器16，外置床换热器17布置在返料器16内。返料风由管道接入返料风室19，进而被排入返料器16。返料风室19由左侧的输送风室和右侧的松动风室组成。被分离器捕集下来的灰渣颗粒经过外置床换热器17换热后，经由返料立管18返回炉膛9，高温过热器布置在外置床换热器17内。部分大块在输送炉排6的传动作用下进入排渣管7。细颗粒及烟气在旋流作用下，经由分离器中心筒12排出进入出口烟道14，然后进入尾部烟道换热。

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)

1.一种炉排型循环流化床垃圾焚烧锅炉，其特征在于，包括锅炉前料仓(1)、进料装置(2)、给料炉排(3)、一次风系统、输送炉排(6)、排渣管(7)、炉膛(9)、二次风管(10)、水平烟道(11)、返料系统和返料立管(18)；

锅炉前料仓(1)与进料装置(2)连接，进料装置(2)与给料炉排(3)连接，给料炉排(3)末端与锅炉进料口连接；输送炉排(6)的一端设在锅炉进料口下方，另一端与排渣管(7)连接；输送炉排(6)上设有流化布风装置，流化布风装置与一次风系统连接；炉膛(9)与二次风管(10)连接；炉膛(9)上方与水平烟道(11)连接，水平烟道(11)与返料系统的入口连接，返料系统的返料出口通过返料立管(18)与锅炉的返料口连接，返料系统的烟气出口连接至尾部烟道。

2.根据权利要求1所述的炉排型循环流化床垃圾焚烧锅炉，其特征在于，给料炉排(3)设在封闭空间内，给料炉排(3)的进口处连接有给料密封风管(8)。

3.根据权利要求1所述的炉排型循环流化床垃圾焚烧锅炉，其特征在于，进料装置(2)为水平往复式推板机，给料炉排(3)为倾斜式往复炉排。

4.根据权利要求1所述的炉排型循环流化床垃圾焚烧锅炉，其特征在于，锅炉进料口包括重物料进料口和轻物料进料口，轻物料进料口的高度＞重物料进料口的高度。

5.根据权利要求1所述的炉排型循环流化床垃圾焚烧锅炉，其特征在于，输送炉排(6)与排渣管(7)的连接处设有排渣挡板(20)。

6.根据权利要求1所述的炉排型循环流化床垃圾焚烧锅炉，其特征在于，一次风系统包括一次风管(4)和风室(5)，风室(5)包括前段风室(5-1)、中段风室(5-2)和末段风室(5-3)，前段风室(5-1)、中段风室(5-2)和末段风室(5-3)分别通过调节阀与一次风管(4)连接；中段风室(5-2)的风量＞末段风室(5-3)的风量＞前段风室(5-1)的风量。

7.根据权利要求1所述的炉排型循环流化床垃圾焚烧锅炉，其特征在于，二次风管(10)包括若干第一二次风管(10-1)和若干第二二次风管(10-2)，若干第一二次风管(10-1)沿炉膛(9)高度方向均布在炉膛(9)的一侧，若干第二二次风管(10-2)沿炉膛(9)高度方向均布在炉膛(9)的另一侧。

8.根据权利要求1所述的炉排型循环流化床垃圾焚烧锅炉，其特征在于，返料系统包括分离器中心筒(12)、分离器(13)、出口烟道(14)、分离器下部立管(15)和返料器(16)；分离器中心筒(12)与出口烟道(14)连接，出口烟道(14)连接至尾部烟道；分离器(13)入口与水平烟道(11)连接，分离器(13)下方出口与分离器下部立管(15)连接，分离器下部立管(15)与返料器(16)的入口连接，返料器(16)内设有外置床换热器(17)，返料器(16)连接有返料风室(19)，返料器(16)的出口通过返料立管(18)与锅炉的返料口连接。

9.根据权利要求1所述的炉排型循环流化床垃圾焚烧锅炉，其特征在于，输送炉排(6)为链条式。

10.权利要求1～9所述的任意一项炉排型循环流化床垃圾焚烧锅炉的工作方法，其特征在于，包括：

锅炉前料仓(1)中的垃圾物料经进料装置(2)送至给料炉排(3)，然后由给料炉排(3)送入锅炉进料口，在一次风系统和流化布风装置的作用下，在输送炉排(6)上流态化燃烧，二次风通过二次风管(10)进入炉膛(9)助燃，不可燃大块颗粒及燃烧后产生的渣经输送炉排(6)传送至排渣管(7)排出，含尘烟气由炉膛(9)上方的水平烟道(11)进入返料系统，经返料系统处理后，烟气由烟气出口进入尾部烟道，返料由返料立管(18)返回炉膛(9)。

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