CN112212344A - 一种高效处理高热值垃圾的焚烧锅炉一体化系统 - Google Patents

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Abstract

一种高效处理高热值垃圾的焚烧锅炉一体化系统，涉及垃圾焚烧设备技术领域。包括炉排框架，炉排框架上设置有水冷炉膛，水冷炉膛内设置有安装在炉排框架上的炉排，水冷炉膛的上端设置有烟气出口、前端设置有垃圾进口、后端设置有出渣口，水冷炉膛的烟气出口连接有烟道组。炉排框架上设置水冷炉膛能够处理高热值生活垃圾，既为目前高热值垃圾的处理提供了方案，又能最大化地利用垃圾的热量，热效率高。

Description

一种高效处理高热值垃圾的焚烧锅炉一体化系统
技术领域
本发明涉及垃圾焚烧设备技术领域，具体为一种高效处理高热值垃圾的焚烧锅炉一体化系统。
背景技术
随着经济的发展，人民生活水平的不断提高、垃圾分类意识的不断增强，越来越多的地区垃圾热值上升很快，尤其在一些发达地区及国家，这样导致原有的低热值高灰分高水分焚烧锅炉系统难以经济稳定运行，如受热面结焦腐蚀严重、频繁爆管等。
而且现在随着不同地区垃圾补贴政策的变化及环保的高要求，项目的投资费用增大，如何在既有条件下选取合适的材料、布置合适的受热面、如何确定水冷壁防腐工艺，最大地提高焚烧锅炉整体效率成为了一个难题。
现有焚烧炉主要适用于垃圾热值低，水分含量高的垃圾焚烧，如图8所示，焚烧炉前拱下部倾斜段的角度为25°，后拱上部与水平线夹角度为65°，后拱中部与水平线夹角39°，结构上压低前拱增强了烟气辐射与对流换热使得垃圾充分干燥，焚烧炉的烟气出口正对着燃烧段前半部分，进入烟道组的高温烟气覆盖范围小，且后拱角度小而矮，这样使得垃圾低热值时可以储蓄热量，避免高温烟气能量后移，但随着垃圾热值的提高，现在炉型角度小，空间小已经限制了高热值热量的释放，必须要做出改变，而改变炉型的关键在于前后拱的角度。
另外，现有焚烧炉的干燥段炉排、燃烧段炉排和燃尽段炉排与水平线的夹角26°、24°或0°，设计为26°或24°时，角度太大导致垃圾在炉膛内停留时间短，角度设计为0°时，垃圾翻滚不均匀、且垃圾不能自由落下、存在燃烧不彻底、机械不完全燃烧损失高等问题，三种夹角设计的炉渣热灼减率约95%。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于垃圾热值范围9500～12500kJ/kg、对焚烧锅炉效率要求高的一种高效处理高热值垃圾的焚烧锅炉一体化系统。
实现上述目的的技术方案是：一种高效处理高热值垃圾的焚烧锅炉一体化系统，其特征在于：包括炉排框架，炉排框架上设置有水冷炉膛，水冷炉膛内设置有安装在炉排框架上的炉排，水冷炉膛的上端设置有烟气出口、前端设置有垃圾进口、后端设置有出渣口，水冷炉膛的烟气出口连接有烟道组。
本发明的有益效果：
炉排框架上设置水冷炉膛能够处理高热值生活垃圾，既为目前高热值垃圾的处理提供了方案，又能最大化地利用垃圾的热量，热效率高。
进一步地，所述水冷炉膛包括前拱、后拱以及两侧炉墙，前拱、后拱以及两侧炉墙的内壁上均设置有第一水冷管壁，前拱和后拱的第一水冷管壁上覆盖有镍铬合金涂层，所述两侧炉墙的第一水冷管壁上覆盖有第二浇注料涂层。
因为前、后拱受到烟气正向冲刷，磨损或者腐蚀严重，因此采用镍铬合金涂层，具有良好的抗磨损、康腐蚀性能，侧墙是垂直的，烟气顺着侧墙，因此直接采用浇注料。
进一步地，所述前拱包括上部垂直段和下部倾斜段，前拱的下部倾斜段向前下方倾斜设置、并与水平线呈30°~35°夹角；后拱包括上部垂直段、中部倾斜段和下部倾斜段，后拱的中部倾斜段和下部倾斜段均向后下方倾斜设置，后拱的中部倾斜段与水平线的夹角为63°~66°，后拱的下部倾斜段与水平线的夹角为20°~25°。
本发明针对高热值垃圾低水分的特点进行优化设计，前拱的下部倾斜段与水平线夹角设计为30°~35°，这样抬高前拱，使得热值高的垃圾不需进行太长时间干燥即可去除水分，后拱上部为垂直段、后拱中部倾斜段与水平线夹角为63°~66°，这样大角度的设计使得高热值垃圾有足够的空间、时间进行能量释放，热量充分被水冷炉膛吸收、转换。后拱下部倾斜段与水平线夹角为20°~25°，这样小角度且短后拱的设计，能很好地将后拱末端烟气及燃烧产生的颗粒物返冲至燃烬段的垃圾表面，进一步加强了辐射热和对流换热，极大地降低了垃圾机械不完全燃烧损失。
本发明设计了合理的水冷炉膛形状，从而得到了合适的炉膛容积热负荷，避免炉膛热负荷太大炉膛火焰充满度高，造成炉膛温度过高、耐火材料损伤，烟气停留时间不完全燃烧等问题，同时也可避免炉膛容积热负荷太小燃烧室过大炉膛火焰充满度低，造成炉温偏低，燃烧不稳定，炉渣热灼减率高的问题。
进一步地，所述炉排包括依次倾斜设置的依次设置的干燥段炉排、燃烧段炉排和燃尽段炉排，焚烧炉的烟气出口正对在干燥段炉排与燃烧段炉排之间，干燥段炉排、燃烧段炉排和燃尽段炉排与水平线的夹角均为15°~18°。
本发明焚烧炉的烟气出口正对干燥段炉排与燃烧段炉排之间，这样覆盖面积大，很多高能量的烟气进入烟道组，可充分利用烟气的辐射热、对流热，热利用效率高。
本发明设计上考虑垃圾堆放安息角45°，干燥段炉排、燃烧段炉排和燃尽段炉排与水平线的夹角15~18°，既能避免了角度太大，垃圾很快落下停留时间短的情况，又能避免角度太小燃烧不彻底的问题，该结构设计能够使炉渣热灼减率达到97-98.5%。
进一步地，前拱和后拱的上部垂直段上分别设置有两排二次风喷嘴，二次风喷嘴均向内倾斜设置、并且出风口位于低端，所述水冷炉膛的上部还安装有辅助燃烧器。
两排二次风喷嘴相对现有技术中的单层布置，出风均匀，对烟气的扰动效果好，这使得烟气中未能完全燃烧的有害污染物如CO进一步地与空气充分接触、反应，从而降低了CO的浓度，能更大程度降低二次污染物。
进一步地，所述烟道组包括连接在水冷炉膛烟气出口的第一竖向烟道，第一竖向烟道的出口端连接第二竖向烟道，第二竖向烟道的出口端连接有竖向布置的第三竖向烟道，第三竖向烟道的出口端连接有水平烟道，水平烟道的出口端连接有尾部烟道，所述尾部烟道内沿垂直方向布置有多组相互串接的省煤器。进一步地，第一竖向烟道、第二竖向烟道、第三竖向烟道的四周内壁上分别设置有第二水冷管壁，第一竖向烟道靠近出烟口一侧的第二水冷管壁上覆盖有第一感应重熔层，第一竖向烟道内除设置第一感应重熔层外的其它区域的第二水冷管壁上均覆盖有第三浇注料涂层，第二竖向烟道内的第二水冷管壁上均覆盖有第二感应重熔层。
通过设置多个烟道、并合理设置第一竖向烟道中覆盖第二水冷管壁上的浇注料与感应重熔的面积比，保证第一竖向烟道出口烟气温度在850℃以上停留时间≥2s，保证尾部烟道出口烟气温度190~220℃。既能最大化地利用水冷炉膛出口烟气的余热，又可使烟气有个合理的温度场分布从而保证锅炉的寿命。
所述第一竖向烟道靠近出烟口一侧的第二水冷管壁上设置第一感应重熔层，相对于现有技术中采用镍铬合金层相比，造价低，而且在项目现场进行感应重熔操作方便，维护成本也低。
所述第一竖向烟道内的第二水冷管壁除靠近出烟口一侧外的其它区域均采用第三浇注料涂层，相对现有技术中均采用镍铬合金层相比，能保证在各种工况下烟气温度在950℃以上停留时间2s以上，满足不同国家对生活垃圾焚烧监控联网传输技术要求。
而且相对于目前技术中第二竖向烟道内的水冷管壁直接与烟气接触，本发明中第二竖向烟道第二水冷管壁上均覆盖有感应重熔层，起到了保护该水冷管壁的作用，能很大程度减轻了第二竖向烟道出口拐角处的腐蚀结焦问题。进一步地，水平烟道沿烟气输送方向设置有依次布置、并用于向汽轮机提供蒸汽的高温过热器、高温再热器、中温过热器、低温再热器、低温过热器，尾部烟道内的省煤器相互串接后通过汽包连接低温过热器的进口端，低温过热器的出口端依次连接中温过热器、高温过热器后连接汽轮机的高压缸，汽轮机高压缸的输出端依次连接低温再热器、高温再热器后连接汽轮机的低压缸。
高温过热器、高温再热器、中温过热器、低温再热器、低温过热器的设置能最大化地利用烟气余热，既能保证将低温过热蒸汽加热成高温过热蒸汽送入汽轮机中做功发出电能，又能将做功后的乏汽送入再热器进行二次再热后再次送入汽轮机做功发电，提高了机组的循环热效率。
进一步地，所述高温过热器和高温再热器均采用TP310S不锈钢材质、高温过热器进口端的内壁上设置有耐磨层。
低温再热器出口接高温再热器，通过低温再热器的输出蒸汽调节高温再热器出口蒸汽温度，避免汽温过高降低金属的许用应力进而影响机组安全，同时避免汽温过低影响机组的循环热效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为烟道组的局部俯视图；
图3为图2中A-A向剖视图；
图4为图2中B-B向剖视图；
图5为水冷炉膛的结构示意图；
图6为图5中A-A向剖视图;
图7为高温过热器、高温再热器、中温过热器、低温再热器、低温过热器与汽轮机的连接关系示意图；
图8为现有炉膛的结构视图。
具体实施方式
如图1-7所示，本发明包括炉排框架1，炉排框架1上设置有水冷炉膛2，水冷炉膛2内设置有安装在炉排框架1上的炉排3，炉排3包括依次倾斜设置的依次设置的干燥段炉排3.1、燃烧段炉排3.2和燃尽段炉排3.3，干燥段炉排3.1、燃烧段炉排3.2和燃尽段炉排3.3与水平线的夹角均为a，a=15°~18°，进一步优选地，a=17.6°。
水冷炉膛2的上端设置有烟气出口1.1、前端设置有垃圾进口1.2、后端设置有出渣口1.3，水冷炉膛1的烟气出口连接有烟道组4，水冷炉膛2包括前拱2.1、后拱2.2以及两侧炉墙2.3，前拱2.1、后拱2.2以及两侧炉墙2.3的内壁上均设置有第一水冷管壁2.7，前拱2.1和后拱2.2的第一水冷管壁2.7上覆盖有镍铬合金涂层（图中未示出），两侧炉墙2.3的第一水冷管壁2.7上覆盖有第二浇注料涂层2.8。
前拱2.1包括上部垂直段2.11和下部倾斜段2.12，前拱2.1的下部倾斜段2.12向前下方倾斜设置、并与水平线的夹角为b，b=30°~35°，进一步优选地，b=33°；后拱2.2包括上部垂直段2.21、中部倾斜段2.22和下部倾斜段2.23，后拱2.2的中部倾斜段2.22和下部倾斜段2.23均向后下方倾斜设置，后拱2.2的中部倾斜段2.22与水平线的夹角为c，c=63°~66°，进一步优选地，c=65°，后拱的下部倾斜段与水平线的夹角为d，d=20°~25°，进一步优选地，d=22°。
前拱2.1的上部垂直段2.11和后拱2.2的上部垂直段2.21上分别设置有两排二次风喷嘴5，二次风喷嘴5均向内倾斜设置、并且出风口位于低端，水冷炉膛2的上部还安装有辅助燃烧器6。
烟道组4包括连接在水冷炉膛烟气出口1.1的第一竖向烟道4.1，第一竖向烟道4.1的出口端连接第二竖向烟道4.2，第二竖向烟道4.2的出口端连接有竖向布置的第三竖向烟道4.3，第三竖向烟道4.3的出口端连接有水平烟道4.4，水平烟道4.4的出口端连接有两个尾部烟道4.5，两个尾部烟道4.5内设置有沿垂直方向均布置有多组省煤器7，两个尾部烟道4.5内的多组省煤器7相互串接。
第一竖向烟道4.1、第二竖向烟道4.2、第三竖向烟道4.3的四周侧壁上分别设置有第二水冷管壁8，第一竖向烟道4.1靠近出烟口一侧的第二水冷管壁8上覆盖有第一感应重熔层9（即图2中阴影A区域），第一竖向烟道4.1除覆盖第一感应重熔层9外的其它区域的第二水冷管壁8上均覆盖有第三浇注料涂层20，第二竖向烟道4.2内的第二水冷管壁8上均覆盖有第二感应重熔层21。
第一竖向烟道4.1中第二水冷管壁8上覆盖的第一感应重熔层9和第三浇筑料层20的面积比为1:4.3，第一感应重熔层9和第二感应重熔层21均采用镍基合金，厚度0.8mm，含镍量≥70%、含铬量≥3%、硬度≥HRC40。
第一竖向烟道4.1内第二水冷管壁上覆盖的第三浇筑涂料层20与第一感应重熔层9之间采用搭接的形式，即第一感应重熔层9向第三浇筑涂料层20延伸不小于80mm。
水平烟道4.4沿烟气输送方向依次设置有用于向汽轮机提供蒸汽的高温过热器10、高温再热器11、中温过热器12、低温再热器13、低温过热器14，两个尾部烟道4.5内的省煤器7相互串接后通过汽包16连接低温过热器14的进口端，低温过热器14的出口端依次连接低温过热器14、中温过热器12、高温过热器10后连接汽轮机的高压缸17，汽轮机17高压缸的输出端依次串接低温再热器13、高温再热器11后连接汽轮机17的低压缸。
从汽包16出来的饱和蒸汽进入低温过热器14变成低温过热蒸汽，低温过热蒸汽再进入中温过热器12，在中温过热器12内吸收热量后变成中温过热蒸汽，中温过热蒸汽接着进入高温过热器10，在高温过热器10内吸收热量变成高温过热蒸汽送入汽轮机17高压缸做功。在汽轮机17高压缸中做完功的蒸汽进入低温再热器13，在低温再热器13中进行加热变成低温再热蒸汽，低温再热蒸汽接着进入高温再热器11，在高温再热器11中被加热成高温再热蒸汽后被送入汽轮机17低压缸再次做功后输出。通过此种设计方法能最大化地利用烟气余热，提高机组的热效率。
低温再热器13出口同时接高温再热器11出口，用低温再热蒸汽调节高温再热器出口蒸汽，避免汽温过高降低金属的许用应力进而影响机组安全，同时避免汽温过低影响机组的循环热效率。
高温过热器10和高温再热器11均采用TP310S不锈钢材质、高温过热器10进口端的内壁上设置有耐磨层，相对现有技术中采用12Cr1MoVG相比，TP310S材质抗腐蚀、抗磨损能力强，延长了过热器的使用寿命。
本发明的工作原理：
水冷炉膛2出口的1050℃烟气依次经过第一竖向烟道4.1后烟气温度降低约150℃、经过第二竖向烟道4.2后温度降低约180℃、经过第三竖向烟道4.3后温度降低约87℃，经过高温过热器10后温度降低约63℃、高温再热器11温度降低约30℃、中温过热器12温度降低约55℃、低温再热器13温度降低约55℃、低温过热器14温度降低约70℃，经过省煤器7后温度降低约170℃，此时烟气温度为190℃排入后续烟气处理系统。
这种设计使得水冷炉膛2出口的烟气由1050℃经烟道组4余热被充分吸收降至190℃后排入后续烟气处理系统。而且使得高温过热器入口烟温＜650℃，这样避免了高温烟气中HCL、SOx等酸性气体对烟道组4造成强烈腐蚀。

Claims (10)

1.一种高效处理高热值垃圾的焚烧锅炉一体化系统，其特征在于：包括炉排框架，炉排框架上设置有水冷炉膛，水冷炉膛内设置有安装在炉排框架上的炉排，水冷炉膛的上端设置有烟气出口、前端设置有垃圾进口、后端设置有出渣口，水冷炉膛的烟气出口连接有烟道组。
2.根据权利要求1所述的一种高效处理高热值垃圾的焚烧锅炉一体化系统，其特征在于：所述水冷炉膛包括前拱、后拱以及两侧炉墙，前拱、后拱以及两侧炉墙的内壁上均设置有第一水冷管壁，前拱和后拱的第一水冷管壁上覆盖有镍铬合金涂层，所述两侧炉墙的第一水冷管壁上覆盖有第二浇注料涂层。
3.根据权利要求2所述的一种高效处理高热值垃圾的焚烧锅炉一体化系统，其特征在于：所述前拱包括上部垂直段和下部倾斜段，前拱的下部倾斜段向前下方倾斜设置、并与水平线呈30°~35°夹角；后拱包括上部垂直段、中部倾斜段和下部倾斜段，后拱的中部倾斜段和下部倾斜段均向后下方倾斜设置，后拱的中部倾斜段与水平线的夹角为63°~66°，后拱的下部倾斜段与水平线的夹角为20°~25°。
4.根据权利要求1所述的一种高效处理高热值垃圾的焚烧锅炉一体化系统，其特征在于：所述炉排包括依次倾斜设置的依次设置的干燥段炉排、燃烧段炉排和燃尽段炉排，焚烧炉的烟气出口正对在干燥段炉排与燃烧段炉排之间，干燥段炉排、燃烧段炉排和燃尽段炉排与水平线的夹角均为15°~18°。
5.根据权利要求2所述的一种高效处理高热值垃圾的焚烧锅炉一体化系统，其特征在于：前拱和后拱的上部垂直段上分别设置有两排二次风喷嘴，二次风喷嘴均向内倾斜设置、并且出风口位于低端，所述水冷炉膛的上部还安装有辅助燃烧器。
6.根据权利要求1所述的一种高效处理高热值垃圾的焚烧锅炉一体化系统，其特征在于：所述烟道组包括连接在水冷炉膛烟气出口的第一竖向烟道，第一竖向烟道的出口端连接第二竖向烟道，第二竖向烟道的出口端连接有竖向布置的第三竖向烟道，第三竖向烟道的出口端连接有水平烟道，水平烟道的出口端连接有尾部烟道，所述尾部烟道内沿垂直方向布置有多组相互串接的省煤器。
7.根据权利要求1所述的一种高效处理高热值垃圾的焚烧锅炉一体化系统，其特征在于：第一竖向烟道、第二竖向烟道、第三竖向烟道的四周内壁上分别设置有第二水冷管壁，第一竖向烟道靠近出烟口一侧的第二水冷管壁上覆盖有第一感应重熔层，第一竖向烟道内除设置第一感应重熔层外的其它区域的第二水冷管壁上均覆盖有第三浇注料涂层，第二竖向烟道内的第二水冷管壁上均覆盖有第二感应重熔层。
8.根据权利要求6所述的一种高效处理高热值垃圾的焚烧锅炉一体化系统，其特征在于：水平烟道沿烟气输送方向设置有依次布置、并用于向汽轮机提供蒸汽的高温过热器、高温再热器、中温过热器、低温再热器、低温过热器，尾部烟道内的省煤器相互串接后通过汽包连接低温过热器的进口端，低温过热器的出口端依次连接中温过热器、高温过热器后连接汽轮机的高压缸，汽轮机高压缸的输出端依次连接低温再热器、高温再热器后连接汽轮机的低压缸。
9.根据权利要求8所述的一种高效处理高热值垃圾的焚烧锅炉一体化系统，其特征在于：所述高温过热器和高温再热器均采用TP310S不锈钢材质、高温过热器进口端的内壁上设置有耐磨层。
10.根据权利要求9所述的一种高效处理高热值垃圾的焚烧锅炉一体化系统，其特征在于：低温再热器出口同时连接高温再热器的出口端。
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