CN112254142A - 带自烘干的垃圾气化焚烧炉及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带自烘干的垃圾气化焚烧炉及其运行方法，包括并列设置的进料装置、气化燃烧装置、燃尽室、分离器和余热利用装置。气化燃烧装置包括燃烧室和设置在燃烧室底部的气化室，气化室选用变截面湍流床。进料装置包括料斗和回转窑，回转窑入口侧设有干燥气连接管与气化室连接，且其上设有干燥风机，抽取气化室部分气体作为垃圾干燥气体并使其强制循环回到气化室。垃圾进料过程中一方面在回转窑内翻转式进料，另一方面被干燥气烘干，使得其进料均匀，且有利于后续气化燃烧过程。本发明具有自烘干及分级气化燃烧且气化气分级燃烧，污染物排放浓度低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种带自烘干的垃圾气化焚烧炉及其运行方法，属于气化燃烧领域。
背景技术
生活垃圾往往因其含水率较高，而影响其在焚烧炉中的燃烧稳定性，造成燃烧不充分或者爆燃等问题，而且水分蒸发到烟气中使得烟气水分含量偏高，容易造成管道和后续设备的腐蚀。而先气化再燃烧，则不仅充分利用了生活垃圾中的水分作为气化剂参与反应，使得反应稳定性提高，并减少烟气中的水分含量；而且气化过程对复杂成分的生活垃圾起到均质作用，使后续燃烧过程更加稳定充分。
而由于生活垃圾成分复杂、形态多变，将湍动流化床（TFB）用于其气化过程明显具有优势。目前湍动流化床多为对称结构，并通过各类吹灰方式尽可能避免物料在壁面的沉积。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带自烘干的垃圾气化焚烧炉，采用回转窑给料，在实现炉内干燥的同时，干燥气通过干燥风机实现在炉内强制循环，避免了干燥气的污染；同时，采用湍流式气化燃烧装置，能够充分利用垃圾水分作为气化剂，且装置结构紧凑。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
带自烘干的垃圾气化焚烧炉，包括并列设置且依次相连的气化燃烧装置、燃尽室、分离器和余热利用装置；所述气化燃烧装置前部设置有进料装置，所述进料装置包括料斗和回转窑。
所述气化燃烧装置包括上下设置的气化室和燃烧室，所述气化室设置在所述燃烧室底部；所述气化室底部设置有一次风布风装置和排渣口，所述气化室中部和上部分别设置有进料口和干燥气入口；所述料斗设置在回转窑的入口侧，所述回转窑的出口位于所述气化室中部的进料口，所述回转窑入口侧设有干燥气连接管与所述气化室上部的干燥气入口相连，且所述干燥气连接管上设置有干燥风机。
所述气化室选用变截面湍流床，所述燃烧室与所述气化室顶部等截面设置；所述气化室下部设有若干下二次风口，上部设有若干上二次风口，所述下二次风口位于所述进料口下方，所述上二次风口位于所述干燥气入口下方；所述燃烧室下部设有若干下三次风口。
所述燃尽室包括底部相通且形成折返式物料通道的第一燃尽室和第二燃尽室，且第一燃尽室和第二燃尽室底部相向倾斜形成灰斗；所述第一燃尽室和第二燃尽室与所述燃烧室之间形成“上—下—上”的N形折流燃烧通道；所述第二燃尽室内设置有受热面；所述第一燃尽室入口设置有若干燃尽风口。
上述技术方案中，所述气化室底部的一次风布风装置包括一次风室和风帽，所述一次风室顶部为布风板，所述风帽固定设置在布风板上；所述布风板倾斜布置，所述排渣口设置在所述布风板的最低端。
上述技术方案中，所述燃烧室上部设有若干上三次风口。
上述技术方案中，所述回转窑内壁面环绕着设置有若干导流板。
上述技术方案中，所述回转窑的出口设置为出口固定端，所述出口固定端设置有若干个播料喷口。
上述技术方案中，所述气化室底部截面积A1、中部最大截面积A2和顶部截面积A3的关系为A1<A3<A2。
上述技术方案中，所述气化燃烧装置、燃尽室、分离器、余热利用装置和进料装置均选用全悬吊结构。
带自烘干的垃圾气化焚烧炉运行方法，包括：
使一次空气通过气化室底部的一次风布风装置作为一次风进入气化室，使气化室内处于流化状态；分别从气化室的下二次风口和上二次风口喷入下二次风和上二次风，进一步使气化室内处于湍流状态。
使垃圾从料斗进入回转窑，在回转窑中随着回转窑的转动而翻滚式进料；气化室中的一部分气体在干燥风机的抽力下成为干燥气体，通过进料口从回转窑出口进入回转窑，与回转窑的垃圾逆向流动，使垃圾在翻滚进料过程中被干燥气体加热干燥并部分热解，垃圾干燥蒸发的水分和垃圾部分热解的热解气与干燥气体混杂着作为干燥混合气，从干燥气连接管通过干燥气入口回到气化室上部；干燥后的垃圾从进料口掉落到气化室，在下落过程中，和一次风、下二次风发生分级气化反应生成气化气和气化残渣；气化反应产生的气化气和空气混合，使得气化残渣和未完全反应的垃圾在气化室内呈湍动状态，并在湍动状态中继续与上二次风反应，反应完全后的固体残渣从排渣口排出气化室。
垃圾在气化室内气化生成的气化气在气化室上部与干燥混合气混合，作为气化混合气进入到燃烧室；三次风从燃烧室下部的下三次风口喷入，使气化混合气中的可燃成分开始燃烧，产生不完全燃烧高温烟气。
不完全燃烧高温烟气折返式进入第一燃尽室，在燃尽风口喷入的燃尽风助燃下依次在第一燃尽室和第二燃尽室继续燃烧，直至燃烧完全；经过第一燃尽室和第二燃尽室底部的灰斗再次形成折返时，高温烟气中携带的部分颗粒物因惯性沉降分离，分离下来的颗粒物通过灰斗收集并排放，分离后的高温烟气进入第二燃尽室内与受热面进行热交换使得烟气温度降低；
温度降低后的高温烟气进入分离器进一步进行气固分离使高温烟气得以除尘；除尘高温烟气从分离器烟气出口进入后续的余热利用装置回收余热。
本发明具有以下优点及有益效果：1）回转窑进料装置使得垃圾在进料过程中能够翻动，尤其是通过从窑尾引入一些热的烟气（气化气），显著强化了干燥效果；2）对复杂成分的生活垃圾先气化，使得物理化学和集合特性不同的燃料在缺氧条件下进行统一的转化，获得了小菲尼的可燃气化气，并把垃圾中的N元素大部分还原成为氮气N2；气化气在随后的燃烧室燃烧，能够实现分级燃烧，既满足最低初始排放的要求，又保证足够高的燃烧效率，使得燃烧效率更高、更环保；3）变截面湍流气化床使得复杂混合的生活垃圾气化效果好，达到非等温分级气化的效果，且耐火材料绝热设计可以蓄热气化，尤其适合低热值燃料的处理；4）折返式燃烧室既使得高温燃烧区远离灰浓度高的气化室，以防止辐射传热把灰分熔融，也能够增加燃烧时间促进燃烧效果，并在转向室分离部分飞灰，减少飞灰量。
附图说明
图1为本发明所涉及的带自烘干的垃圾气化焚烧炉示意图。
图2为图1中回转窑的B向示意图。
图3为本发明所涉及的带自烘干的垃圾气化焚烧炉的回转窑折流板示意图。
图4为图3的侧视图。
图中：1－气化燃烧装置；11－气化室；111－风室；112－风帽；113－进料口；114－干燥气入口；115－下二次风口；116－上二次风口；12－燃烧室；121－下三次风口；122－上三次风口；2－燃烧室；21－第一燃烧室；22－第二燃烧室；23－灰斗；24－燃尽风口；25－受热面；3－分离器；4－余热利用装置；41－尾部烟道；42－过热器；43－省煤器；44－空气预热器；5－进料装置；51－料斗；52－回转窑；53－闸板；54－干燥气连接管；55－干燥风机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。
本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。
如图1所示，一种带自烘干的垃圾气化焚烧炉，包括并列设置且依次相连的气化燃烧装置1、燃尽室2、分离器3和余热利用装置4，气化燃烧装置1前部还设置有进料装置5。气化燃烧装置1、燃尽室2、分离器3、余热利用装置4和进料装置5均选用全悬吊结构，既可以保证整体密封性能，又能有效保持热膨胀的同步，使系统热膨胀均匀。
气化燃烧装置1包括气化室11和燃烧室12，气化室11设置在燃烧室12底部。气化室11选用变截面湍流床，为中部向上下两端渐缩的变截面结构，气化室11底部截面积A1、中部最大截面积A2和顶部截面积A3的关系为A1<A3<A2。燃烧室12与气化室11顶部等截面设置，即燃烧室12截面积均为A3。
气化室11底部设置有一次风布风装置和排渣口，一次风布风装置包括一次风室111和风帽112，一次风室111顶部为布风板，风帽112固定设置在布风板上。风帽112优选定向风帽。布风板倾斜布置，排渣口设置在布风板的最低端，在定向风帽的作用下，能够形成选择性排渣，便于大粒径渣粒排出。气化室11中部和上部分别设置有进料口113和干燥气入口114。
气化室11下部和上部分别设有若干下二次风口115和若干上二次风口116，使二次风分成两级配置给入。若干个下二次风口115和上二次风口116均分别沿同一高度设置。下二次风口115位于进料口113下方，上二次风口116位于干燥气入口114下方。上二次风口116倾斜向下布置，且若干个上二次风口出风方向形成环绕的上二次风旋流。下二次风口115倾斜向上布置，且若干个下二次风口出风形成环绕的下二次风旋流。下二次风旋流方向（水平投影）与上二次风旋流方向相反。即，若下二次风旋流方向为逆时针，则上二次风旋流方向为顺时针。反之，若下二次风旋流方向为顺时针，则上二次风旋流方向为逆时针。从而使得气化室11内形成扰动强烈的湍流床，增加了燃料和反应剂的接触机会，从而使得垃圾气化速率高。
进料装置5包括料斗51和回转窑52。料斗51设置在回转窑52的入口侧，料斗51底部设置有闸板53。回转窑52的出口位于气化室11中部的进料口113且作为回转窑的出口固定端。回转窑出口固定端的下部壁面设置有若干个播料喷口56，如图2所示。从播料喷口56向回转窑52干燥后的垃圾喷入播料风，使得垃圾能够顺畅落料，防止垃圾粘附在回转窑52上。
回转窑52内壁面环绕着设置有若干导流板，导流板从进料到出料方向呈蛇形环绕着布置，使得垃圾在进料过程中能够在导流板的导流下，均匀有序的进料。
回转窑52入口侧设有干燥气连接管54与气化室11上部的干燥气入口114相连，且干燥气连接管54上设置有干燥风机55，优选轴流风机。干燥风机55启动，能够将气化室11内的混合气从进料口113抽吸进回转窑52，逆垃圾进料方向对垃圾进行干燥，并且干燥气最终回到气化室11。
燃烧室12上部和下部分别设有若干上三次风口122和若干下三次风口121，使得助燃风作为三次风也分为两级配置给入。
燃尽室2包括底部相通且形成折返式物料通道的第一燃尽室21和第二燃尽室22，第一燃尽室21和第二燃尽室22底部相向倾斜形成灰斗，使得第一燃尽室21和第二燃尽室22与燃烧室12之间形成“上—下—上”的N形折流燃烧通道。第一燃尽室21入口设置有若干燃尽风口24，用于通入助燃风通入。燃尽风口24与上三次风口122和下三次风口121通入的助燃风形成三级配风，对气化气进行分级燃烧，有利于降低NOx初始生成浓度。
第二燃尽室22内设置有受热面，包括屏式高温过热器，使得第二燃尽室22既作为燃尽通道又作为余热利用部件之一。
余热利用装置4包括与分离器3烟气出口相连的尾部烟道41和设置在尾部烟道41里的过热器42、省煤器43和空气预热器44等，过热器42、省煤器43和空气预热器44的具体设置根据换热需要。高温烟气在通过尾部烟道41时，依次与过热器42、省煤器43和空气预热器44换热降温，达到预设温度后进入后续脱污处理或排放。余热利用装置4尾部烟道41底部设有落灰斗及放灰管。
使来自空气预热器44预热的一次空气通过气化室11底部的风室111作为一次风进入气化室11，在布风板和风帽112的布风下，使气化室11内处于流化状态。分别从气化室的下二次风口115和上二次风口116喷入下二次风和上二次风，进一步使气化室11内处于湍流状态。
使垃圾从料斗51进入回转窑52，并在此过程中通过闸板53使进料过程保持密封状态。垃圾在回转窑52中随回转窑52转动而翻滚，并在导流板的导流下均匀的进料。
气化室11中的一部分气体在干燥风机55的抽力下成为干燥气体，通过进料口113从回转窑52出口进入回转窑52，与回转窑52内的垃圾逆向流动，使垃圾在翻滚进料过程中被干燥气体加热干燥并部分热解，垃圾干燥蒸发的水分和垃圾部分热解的热解气与干燥气体混杂着作为干燥混合气，从干燥气连接管54通过干燥气入口114回到气化室11上部；干燥后的垃圾从进料口113掉落到气化室底部，在下落过程中，和一次风、下二次风发生分级气化反应生成气化气和气化残渣；气化反应产生的气化气和空气混合，使得气化残渣和未完全反应的垃圾在气化室内呈湍动状态，并在湍动状态中继续与上二次风反应，反应完全后的固体残渣从排渣口排出气化室11。
气化室11内垃圾气化生成的气化气和空气残余气在气化室上部与干燥混合气混合，作为气化混合气进入到燃烧室；三次风分别从燃烧室下部和上部的下三次风口和上三次风口分级喷入，使气化混合气中的可燃成分分级燃烧，产生不完全燃烧高温烟气。
不完全燃烧高温烟气从燃烧室12折返式进入第一燃尽室21，在燃尽风口24喷入的燃尽风助燃下依次在第一燃尽室21和第二燃尽室22继续燃烧，直至燃烧完全。经过第一燃尽室21和第二燃尽室22底部的灰斗23再次形成折返时，高温烟气中携带的部分颗粒物因惯性沉降分离，分离下来的颗粒物通过灰斗23收集并排放，分离后的高温烟气进入第二燃尽室22内与受热面进行第一次的热交换使得烟气温度有所降低。
温度降低后的高温烟气进入分离器3进一步进行气固分离使高温烟气得以除尘净化。除尘净化后的高温烟气从分离器3烟气出口进入后续的余热利用装置4，沿着尾部烟道41依次与过热器42、省煤器43和空气预热器44的工质进行热交换回收余热。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.带自烘干的垃圾气化焚烧炉，其特征在于，所述气化焚烧炉包括并列设置且依次相连的气化燃烧装置（1）、燃尽室（2）、分离器（3）和余热利用装置（4）；所述气化燃烧装置（1）前部设置有进料装置（5），所述进料装置（5）包括料斗（51）和回转窑（52）；
所述气化燃烧装置（1）包括上下设置的气化室（11）和燃烧室（12），所述气化室（11）设置在所述燃烧室（12）底部；所述气化室（11）底部设置有一次风布风装置和排渣口，所述气化室（11）中部和上部分别设置有进料口（113）和干燥气入口（114）；所述料斗（51）设置在回转窑（52）的入口侧，所述回转窑（52）的出口位于所述气化室（11）中部的进料口（113），所述回转窑（52）入口侧还设有干燥气连接管（54）与所述气化室（11）上部的干燥气入口（114）相连；
所述气化室（11）选用变截面湍流床，所述燃烧室（12）与所述气化室（11）顶部等截面设置；所述气化室（11）下部设有若干下二次风口（115），上部设有若干上二次风口（116），所述下二次风口（115）位于所述进料口（113）下方，所述上二次风口（116）位于所述干燥气入口（114）下方；所述燃烧室（12）下部设有若干下三次风口（121）；
所述燃尽室（2）包括底部相通且形成折返式物料通道的第一燃尽室（21）和第二燃尽室（22），且第一燃尽室（21）和第二燃尽室（22）底部相向倾斜形成灰斗（23）；所述第一燃尽室（21）和第二燃尽室（22）与所述燃烧室（12）之间形成N形折流燃烧通道；所述第二燃尽室（22）内设置有受热面；所述第一燃尽室（21）入口设置有若干燃尽风口（24）。
2.根据权利要求1所述的带自烘干的垃圾气化焚烧炉，其特征在于，所述气化室（11）底部的一次风布风装置包括一次风室（111）和风帽（112），所述一次风室（111）顶部为布风板，所述风帽（112）固定设置在布风板上；所述布风板倾斜布置，所述排渣口设置在所述布风板的最低端。
3.根据权利要求1所述的带自烘干的垃圾气化焚烧炉，其特征在于，所述干燥气连接管（54）上设置有干燥风机（55）。
4.根据权利要求1所述的带自烘干的垃圾气化焚烧炉，其特征在于，所述燃烧室（12）上部设有若干上三次风口（122）。
5.根据权利要求1所述的带自烘干的垃圾气化焚烧炉，其特征在于，所述回转窑（52）内壁面环绕着设置有若干导流板。
6.根据权利要求1所述的带自烘干的垃圾气化焚烧炉，其特征在于，所述回转窑（52）的出口设置为出口固定端，所述出口固定端设置有若干个播料喷口（56）。
7.根据权利要求1所述的带自烘干的垃圾气化焚烧炉，其特征在于，所述气化室（11）底部截面积A1、中部最大截面积A2和顶部截面积A3的关系为A1<A3<A2。
8.根据权利要求1所述的带自烘干的垃圾气化焚烧炉，其特征在于，所述气化燃烧装置（1）、燃尽室（2）、分离器（3）、余热利用装置（4）和进料装置（5）均选用全悬吊结构。
9.带自烘干的垃圾气化焚烧炉运行方法，其使用如权利要求1至8任一项所述的带自烘干的垃圾气化焚烧炉，其特征在于，所述方法包括：
使一次空气通过气化室（11）底部的一次风布风装置作为一次风进入气化室（11），使气化室（11）内处于流化状态；分别从气化室（11）的下二次风口（115）和上二次风口（116）喷入下二次风和上二次风，进一步使气化室（11）内处于湍流状态；
使垃圾从料斗（51）进入回转窑（52），在回转窑（52）中随着回转窑（52）的转动而翻滚式进料；气化室（11）中的一部分气体作为干燥气体，通过进料口（113）从回转窑（52）出口进入回转窑（52），与回转窑（52）的垃圾逆向流动，使垃圾在翻滚进料过程中被干燥气体加热干燥并部分热解，垃圾干燥蒸发的水分和垃圾部分热解的热解气与干燥气体混杂着作为干燥混合气，从干燥气连接管（54）通过干燥气入口（114）回到气化室（11）上部；干燥后的垃圾从进料口（113）掉落到气化室（11），在下落过程中，发生分级气化反应生成气化气和气化残渣；气化反应产生的气化气和空气混合，使得气化残渣和未完全反应的垃圾在气化室（11）内呈湍动状态，并在湍动状态中继续与上二次风反应，反应完全后的固体残渣从排渣口排出气化室（11）；
垃圾在气化室（11）内气化生成的气化气在气化室（11）上部与干燥混合气混合，作为气化混合气进入到燃烧室（12）；三次风从燃烧室（12）下部的下三次风口（121）喷入，使气化混合气中的可燃成分开始燃烧，产生不完全燃烧高温烟气；
不完全燃烧高温烟气折返式进入第一燃尽室（21），在燃尽风口（24）喷入的燃尽风助燃下依次在第一燃尽室（21）和第二燃尽室（22）继续燃烧，直至燃烧完全；经过第一燃尽室（21）和第二燃尽室（22）底部的灰斗（23）再次形成折返时，高温烟气中携带的部分颗粒物因惯性沉降分离，分离下来的颗粒物通过灰斗收集并排放，分离后的高温烟气进入第二燃尽室（22）内与受热面进行热交换使得烟气温度降低；
温度降低后的高温烟气进入分离器（3）进一步进行气固分离使高温烟气得以除尘；除尘高温烟气从分离器（3）烟气出口进入后续的余热利用装置（4）回收余热。
10.根据权利要求9所述的带自烘干的垃圾气化焚烧炉运行方法，其特征在于，所述方法包括：所述空气经过所述余热利用装置（4）预热后送入一次风布风装置。
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