CN112240556A - 一种垃圾焚烧炉烟气余热利用装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种垃圾焚烧炉烟气余热利用装置，垃圾焚烧炉包含第一烟道、第二烟道、第三烟道和第四烟道，硫化剂供应一次喷嘴组设置在第一烟道下端，硫化剂供应二次喷嘴组设置在第一烟道上端，硫化剂储罐的出口通过管道与硫化剂供应泵的一端连接，硫化剂供应泵的另一端通过管道与第一硫化剂供应调节阀一端连接，第一硫化剂供应调节阀另一端通过管道与硫化剂雾化装置一端连接，硫化剂雾化装置另一端通过管道分别与硫化剂供应一次喷嘴组和第二硫化剂供应调节阀一端连接，第二硫化剂供应调节阀另一端通过管道连接硫化剂供应二次喷嘴组。本发明通过提高余热锅炉出口蒸汽温度来提高垃圾焚烧发电厂发电效率，同时减少电厂投资、运行成本的增加。

Description

一种垃圾焚烧炉烟气余热利用装置
技术领域
本发明涉及一种余热利用装置，特别是一种垃圾焚烧炉烟气余热利用装置，属于垃圾焚烧领域。
背景技术
常规垃圾焚烧发电厂锅炉出口蒸汽温度限制在400℃，导致发电机组的发电效率低（21%）。根据长期运行经验，当余热锅炉内过热器表面温度超过450℃时，烟气中的金属氯化物如NaCl、KCl等黏附在过热器管束上并熔融，与过热器金属管表面氧化膜反应，生成Cl2，Cl2渗透入金属内部新鲜表面与Fe反应，生成FeCl2产物与氧气反应又生成Cl2，该循环反应即为高温腐蚀，因此蒸汽温度需限制在400℃。这样造成蒸汽的热值比较低，从而导致发电效率低下。目前，为了提高蒸汽的热值，通常采用在过热器等腐蚀严重区域堆焊合金625可获取更高蒸汽参数，但堆焊工艺成本高，使得余热锅炉的制造和维护成本大幅增加。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种垃圾焚烧炉烟气余热利用装置，提高锅炉出口蒸汽温度来提高垃圾焚烧发电厂发电效率。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种垃圾焚烧炉烟气余热利用装置，其特征在于：包含垃圾焚烧炉、硫化剂储罐、硫化剂供应泵、硫化剂供应一次喷嘴组、硫化剂供应二次喷嘴组、第一硫化剂供应调节阀、第二硫化剂供应调节阀和硫化剂雾化装置，垃圾焚烧炉包含第一烟道、第二烟道、第三烟道和第四烟道，硫化剂供应一次喷嘴组设置在第一烟道下端，硫化剂供应二次喷嘴组设置在第一烟道上端，硫化剂储罐的出口通过管道与硫化剂供应泵的一端连接，硫化剂供应泵的另一端通过管道与第一硫化剂供应调节阀一端连接，第一硫化剂供应调节阀另一端通过管道与硫化剂雾化装置一端连接，硫化剂雾化装置另一端通过管道分别与硫化剂供应一次喷嘴组和第二硫化剂供应调节阀一端连接，第二硫化剂供应调节阀另一端通过管道连接硫化剂供应二次喷嘴组。
进一步地，所述第一烟道、第二烟道和第三烟道均沿竖直方向设置，并且第一烟道、第二烟道和第三烟道依次并列设置，第一烟道上端与第二烟道上端连通，第二烟道下端与第三烟道下端连通，第四烟道沿水平方向设置，第三烟道的上端与第四烟道的一端连通。
进一步地，所述第二烟道内上端设置有第一氯化物浓度测量装置，第三烟道的上端侧面设置有第二氯化物浓度测量装置，第一氯化物浓度测量装置、第二氯化物浓度测量装置、第一硫化剂供应调节阀和第二硫化剂供应调节阀分别与硫化剂供应控制器连接。
进一步地，还包含烟气再循环回路，烟气再循环回路一端与第四烟道的另一端连通，烟气再循环回路另一端连接二次风风口，二次风风口设置在第一烟道下端并且二次风风口位于硫化剂供应一次喷嘴组的下方。
进一步地，所述烟气再循环回路上设置有再循环管路调节阀和设备7，再循环管路调节阀与硫化剂供应控制器连接，烟气再循环回路上还设置有空气进口管道。
进一步地，所述二次风风口包含若干根二次风喷嘴，若干根二次风喷嘴均沿着第一烟道内产生的圆形旋流的切线方向设置。
进一步地，所述硫化剂供应一次喷嘴组包含若干根一次喷嘴管，每根一次喷嘴管均倾斜于水平方向设置，一次喷嘴管的较低的一端固定在第一烟道下端侧壁上并且与第一烟道内腔连通。
进一步地，所述硫化剂供应二次喷嘴组包含至少三个二次喷嘴管，至少三个二次喷嘴管沿竖直方向均匀分布在第一烟道的上端并且二次喷嘴管正对烟气流向设置。
进一步地，所述硫化剂储罐内硫化剂采用(NH4)2SO4或(NH4)HSO4，硫化剂中含S量与气相中Na、K总量摩尔比控制在0.5~1。
进一步地，所述硫化剂供应控制器的控制过程为第一氯化物浓度测量装置和第二氯化物浓度测量装置分别采集第二烟道上端和第四烟道另一端的氯化物浓度，并反馈到硫化剂供应控制器，硫化剂供应一次喷嘴组提供主要的硫化剂，当第一氯化物浓度测量装置和第二氯化物浓度测量装置的浓度测量差值大于预设差值时，硫化剂供应二次喷嘴组喷入硫化剂，当第一氯化物浓度测量装置和第二氯化物浓度测量装置检测的氯化物浓度高于阈值最大值时，增大再循环管路调节阀和第一硫化剂供应调节阀的开度，当第一氯化物浓度测量装置和第二氯化物浓度测量装置检测的氯化物浓度低于阈值最小值时，依次减少并直至关闭再循环管路调节阀、第二硫化剂供应调节阀和第一硫化剂供应调节阀。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1、本发明通过在垃圾焚烧炉第一烟道、第二烟道喷入的(NH4)2SO4、(NH4)HSO4或NaHSO3溶液等，有效抑制了NaCl、KCl等高温氯盐腐蚀，从而在较低成本下实现余热锅炉出口蒸汽温度提高到至少450℃，垃圾焚烧厂发电量可增加3%及以上；
2、本发明硫化剂喷嘴组分两级布置，一次喷嘴组略向下布置在二次风风口上方，二次风的搅拌作用，使得烟气与脱硫剂充分混合。二次喷嘴组布置在第一烟道转弯处，可进一步降低氯盐浓度。这种布置使得硫化剂与烟气中KCl、NaCl反应更加迅速、充分；
3、本发明在第二烟道上部、尾部烟道对流受热面前分别设置有氯化物浓度检测装置，可以检测氯盐的硫化效果，并且根据氯盐浓度信号调节一次、二次喷嘴组喷硫比例，氯盐硫化反应充分的同时能有效控制硫化剂喷入量，防止硫化剂过喷导致排气中SOx浓度过多；
4、本发明设置有尾部烟道烟气回流，烟气与空气混合后作为燃烧室二次风，可以循环利用烟气中的SOx，减少硫化剂供应，降低排烟SOx浓度，同时也能促进燃烧；
5、本发明硫化剂优选用溶液，可以加速KCl、NaCl等氯盐的硫化反应。选用(NH4)2SO4或(NH4)HSO4溶液作为硫化剂，可以降低排烟中NOx含量。对于碱洗脱硫的焚烧厂，选用NaHSO3溶液，可充分利用烟气处理废水，降低废水处置量及成本。
附图说明
图1是本发明的一种垃圾焚烧炉烟气余热利用装置的示意图。
图2是本发明的一种垃圾焚烧炉烟气余热利用装置的局部示意图。
具体实施方式
为了详细阐述本发明为达到预定技术目的而所采取的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例，并且，在不付出创造性劳动的前提下，本发明的实施例中的技术手段或技术特征可以替换，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，本发明的一种垃圾焚烧炉烟气余热利用装置，包含垃圾焚烧炉1、硫化剂储罐2、硫化剂供应泵3、硫化剂供应一次喷嘴组4、硫化剂供应二次喷嘴组5、第一硫化剂供应调节阀6、第二硫化剂供应调节阀7和硫化剂雾化装置8，垃圾焚烧炉1包含第一烟道9、第二烟道10、第三烟道11和第四烟道12，硫化剂供应一次喷嘴组4设置在第一烟道9下端，硫化剂供应二次喷嘴组5设置在第一烟道9上端，硫化剂储罐2的出口通过管道与硫化剂供应泵3的一端连接，硫化剂供应泵3的另一端通过管道与第一硫化剂供应调节阀6一端连接，第一硫化剂供应调节阀6另一端通过管道与硫化剂雾化装置8一端连接，硫化剂雾化装置8另一端通过管道分别与硫化剂供应一次喷嘴组4和第二硫化剂供应调节阀7一端连接，第二硫化剂供应调节阀7另一端通过管道连接硫化剂供应二次喷嘴组5。焚烧炉烟气先后与布置在第一烟道下端的硫化剂供应一次喷嘴组4、第二烟道入口处的硫化剂供应二次喷嘴组5供应的硫化剂接触，使得气相KCl、NaCl等氯盐可在800~1000℃烟气被高效硫酸化，生成熔点较高的硫酸盐。硫化剂供应一次喷嘴组4、硫化剂供应二次喷嘴组5分别布置在第一烟道上下端，该区域温度在800~1000℃，且氧含量充足，有利于氯盐的硫化反应。硫化剂大部分通过一次喷嘴组供入炉内。
第一烟道9、第二烟道10和第三烟道11均沿竖直方向设置，并且第一烟道9、第二烟道10和第三烟道11依次并列设置，第一烟道9上端与第二烟道10上端连通，第二烟道10下端与第三烟道11下端连通，第四烟道12沿水平方向设置，第三烟道11的上端与第四烟道12的一端连通。
第二烟道10内上端设置有第一氯化物浓度测量装置13，第三烟道11的上端侧面设置有第二氯化物浓度测量装置14，第一氯化物浓度测量装置13、第二氯化物浓度测量装置14、第一硫化剂供应调节阀6和第二硫化剂供应调节阀7分别与硫化剂供应控制器15连接。氯化物浓度测量装置，测量烟气中NaCl、KCl等浓度，防止排气中SOx含量过多。NaCl或和KCl浓度测量可采用利用待测气体的吸收波长特性的激光类型测量装置。氯化物浓度测点分别布置在第二烟道上部以及尾部烟道对流受热面之前，测得的浓度信号反馈给硫化剂供应量控制装置，来调节两处硫化剂供应调节阀开度以及烟气再循环管路调节阀开度，控制硫化剂供应量及烟气再循环量。
本发明的一种垃圾焚烧炉烟气余热利用装置还包含烟气再循环回路，烟气再循环回路一端与第四烟道12的另一端连通，烟气再循环回路另一端连接二次风风口16，二次风风口16设置在第一烟道9下端并且二次风风口16位于硫化剂供应一次喷嘴组4的下方。烟气再循环回路上设置有再循环管路调节阀17和除尘设备18，再循环管路调节阀17与硫化剂供应控制器15连接，烟气再循环回路上还设置有空气进口管道。再循环烟气先经除尘设备后经再循环管路与空气混合后作为二次风供入燃烧室中，烟气中的SOx可以被循环利用，降低硫化剂喷入量，减少排气中SOx浓度。
如图2所示，二次风风口16包含若干根二次风喷嘴，若干根二次风喷嘴均沿着第一烟道内产生的圆形旋流的切线方向设置，二次风的旋流作用使得炉内烟气与喷嘴组喷出的雾化硫化剂液滴混合更成分，接触面积更大，加快氯盐硫化反应速度和提高其反应率。硫化剂供应一次喷嘴组4包含若干根一次喷嘴管，每根一次喷嘴管均倾斜于水平方向设置，倾斜角度为10-20°。硫化剂供应一次喷嘴组4各喷嘴可对应布置在二次风口正上方，也可以采用在两个二次风口中间位置正上方的交叉布置方法。一次喷嘴管的较低的一端固定在第一烟道下端侧壁上并且与第一烟道内腔连通。硫化剂供应二次喷嘴组5包含至少三个二次喷嘴管，至少三个二次喷嘴管沿竖直方向均匀分布在第一烟道的上端并且二次喷嘴管正对烟气流向设置，烟气在此处再次与雾化硫化剂液滴碰撞接触，进一步提高氯盐硫化程度。该控制使得硫化剂供应更加合理，从而最大程度充分利用硫化剂，降低烟气中SOx浓度。
硫化剂储罐内硫化剂采用(NH4)2SO4或(NH4)HSO4，对于采用酸洗工艺脱硫的，也可选用脱硫废水NaHSO3，从而进一步降低成本。硫化剂中含S量与气相中Na、K总量摩尔比控制在0.5~1。(NH4)2SO4或(NH4)HSO4分解产生的NH3在800~1000℃内与NOx发生还原反应，可降低排烟中的NOx浓度。
硫化剂供应控制器的控制过程为第一氯化物浓度测量装置和第二氯化物浓度测量装置分别采集第二烟道上端和第四烟道另一端的氯化物浓度，并反馈到硫化剂供应控制器，硫化剂供应一次喷嘴组提供主要的硫化剂，当第一氯化物浓度测量装置和第二氯化物浓度测量装置的浓度测量差值大于预设差值时，硫化剂供应二次喷嘴组喷入硫化剂，当第一氯化物浓度测量装置和第二氯化物浓度测量装置检测的氯化物浓度高于阈值最大值时，增大再循环管路调节阀和第一硫化剂供应调节阀的开度，当第一氯化物浓度测量装置和第二氯化物浓度测量装置检测的氯化物浓度低于阈值最小值时，依次减少并直至关闭再循环管路调节阀、第二硫化剂供应调节阀和第一硫化剂供应调节阀。
本发明通过提高余热锅炉出口蒸汽温度来提高垃圾焚烧发电厂发电效率，同时减少电厂投资、运行成本的增加。本发明通过往垃圾焚烧炉烟气中喷入低成本的含硫化合物来将烟气中的KCl、NaCl等硫酸化，抑制了盐在过热器上沉积、熔融，降低腐蚀。此时，在不改变锅炉受热面材质及进行其他防腐处理时，进一步提高余热锅炉蒸汽温度(至少可达到450℃)，也不会造成腐蚀加剧，从而实现较低成本增幅下提高发电效率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而己，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明己以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种垃圾焚烧炉烟气余热利用装置，其特征在于：包含垃圾焚烧炉、硫化剂储罐、硫化剂供应泵、硫化剂供应一次喷嘴组、硫化剂供应二次喷嘴组、第一硫化剂供应调节阀、第二硫化剂供应调节阀和硫化剂雾化装置，垃圾焚烧炉包含第一烟道、第二烟道、第三烟道和第四烟道，硫化剂供应一次喷嘴组设置在第一烟道下端，硫化剂供应二次喷嘴组设置在第一烟道上端，硫化剂储罐的出口通过管道与硫化剂供应泵的一端连接，硫化剂供应泵的另一端通过管道与第一硫化剂供应调节阀一端连接，第一硫化剂供应调节阀另一端通过管道与硫化剂雾化装置一端连接，硫化剂雾化装置另一端通过管道分别与硫化剂供应一次喷嘴组和第二硫化剂供应调节阀一端连接，第二硫化剂供应调节阀另一端通过管道连接硫化剂供应二次喷嘴组。
2.按照权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉烟气余热利用装置，其特征在于：所述第一烟道、第二烟道和第三烟道均沿竖直方向设置，并且第一烟道、第二烟道和第三烟道依次并列设置，第一烟道上端与第二烟道上端连通，第二烟道下端与第三烟道下端连通，第四烟道沿水平方向设置，第三烟道的上端与第四烟道的一端连通。
3.按照权利要求2所述的一种垃圾焚烧炉烟气余热利用装置，其特征在于：所述第二烟道内上端设置有第一氯化物浓度测量装置，第三烟道的上端侧面设置有第二氯化物浓度测量装置，第一氯化物浓度测量装置、第二氯化物浓度测量装置、第一硫化剂供应调节阀和第二硫化剂供应调节阀分别与硫化剂供应控制器连接。
4.按照权利要求3所述的一种垃圾焚烧炉烟气余热利用装置，其特征在于：还包含烟气再循环回路，烟气再循环回路一端与第四烟道的另一端连通，烟气再循环回路另一端连接二次风风口，二次风风口设置在第一烟道下端并且二次风风口位于硫化剂供应一次喷嘴组的下方。
5.按照权利要求4所述的一种垃圾焚烧炉烟气余热利用装置，其特征在于：所述烟气再循环回路上设置有再循环管路调节阀和设备7，再循环管路调节阀与硫化剂供应控制器连接，烟气再循环回路上还设置有空气进口管道。
6.按照权利要求4所述的一种垃圾焚烧炉烟气余热利用装置，其特征在于：所述二次风风口包含若干根二次风喷嘴，若干根二次风喷嘴均沿着第一烟道内产生的圆形旋流的切线方向设置。
7.按照权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉烟气余热利用装置，其特征在于：所述硫化剂供应一次喷嘴组包含若干根一次喷嘴管，每根一次喷嘴管均倾斜于水平方向设置，一次喷嘴管的较低的一端固定在第一烟道下端侧壁上并且与第一烟道内腔连通。
8.按照权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉烟气余热利用装置，其特征在于：所述硫化剂供应二次喷嘴组包含至少三个二次喷嘴管，至少三个二次喷嘴管沿竖直方向均匀分布在第一烟道的上端并且二次喷嘴管正对烟气流向设置。
9.按照权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉烟气余热利用装置，其特征在于：所述硫化剂储罐内硫化剂采用(NH4)2SO4或(NH4)HSO4，硫化剂中含S量与气相中Na、K总量摩尔比控制在0.5~1。
10.按照权利要求5所述的一种垃圾焚烧炉烟气余热利用装置，其特征在于：所述硫化剂供应控制器的控制过程为第一氯化物浓度测量装置和第二氯化物浓度测量装置分别采集第二烟道上端和第四烟道另一端的氯化物浓度，并反馈到硫化剂供应控制器，硫化剂供应一次喷嘴组提供主要的硫化剂，当第一氯化物浓度测量装置和第二氯化物浓度测量装置的浓度测量差值大于预设差值时，硫化剂供应二次喷嘴组喷入硫化剂，当第一氯化物浓度测量装置和第二氯化物浓度测量装置检测的氯化物浓度高于阈值最大值时，增大再循环管路调节阀和第一硫化剂供应调节阀的开度，当第一氯化物浓度测量装置和第二氯化物浓度测量装置检测的氯化物浓度低于阈值最小值时，依次减少并直至关闭再循环管路调节阀、第二硫化剂供应调节阀和第一硫化剂供应调节阀。
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