CN113405099A - 一种高负荷高参数的垃圾焚烧锅炉 - Google Patents

一种高负荷高参数的垃圾焚烧锅炉 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种城市生活垃圾焚烧发电装置，公开了一种大容量高负荷高参数的垃圾焚烧锅炉，包括焚烧炉炉排、炉膛、烟风系统、进料口和灰渣出口，将燃烧过程分成干燥热解、燃烧和燃尽三个阶段，分别采用独立的控制策略，以达到加快干燥热解和强化燃烧过程的目的。本发明通过优化炉膛结构和燃烧过程，可以明显地增加垃圾的处理量，提高燃烧区的温度和炉膛内的体积热负荷，通过高温降低炉膛内高温区二噁英及其前驱物的生成量。焚烧锅炉垃圾处理量和单位热负荷的提高，可以获得更高炉膛燃烧效率和热效率。

Description

一种高负荷高参数的垃圾焚烧锅炉
技术领域
本发明涉及一种高负荷高参数的垃圾焚烧炉排锅炉，属于利用生活垃圾焚烧发电的领域。
背景技术
随着社会和经济的发展，使用填埋和堆肥的方法处理城市生活垃圾已不能满足垃圾处理量的要求。城市生活垃圾焚烧发电技术通过回收垃圾焚烧后高温烟气中的热量并转化为电能。该技术可以实现垃圾处理的减量化、无害化和资源化，获得经济和环境的双重效益，属于清洁可再生发电技术。但是由于生活垃圾热值普遍较低和燃烧后的烟气含有大量的腐蚀性气体等原因，目前垃圾发电机组的主蒸汽参数大多低于6.5MPa/450℃，垃圾的处理量也小于1000t/d，炉膛内产生的热量不足以支撑汽水系统参数的提高，是造成垃圾发电技术始终难以达到大容量、高参数和高负荷的关键性因素。另外垃圾组分和热值的多样性对锅炉的运行影响明显。随着机组参数和容量的提高，垃圾的组分和热值的多样性对设备安全运行的挑战也愈发严峻，这就需要采用燃烧稳定和有灵活有效的调节手段的垃圾焚烧锅炉。此外，污染物的排放一直是垃圾焚烧电厂的关注点，其中二噁英的控制更是其中的难点和重中之重。现有理论认为烟气中二噁英的主要来源为废弃物成分、炉膛内形成和炉膛外的低温再合成。二噁英或者前驱物会因炉膛内燃烧状况不良、氧气浓度低、炉膛温度低等原因而大量生成。现有的垃圾焚烧炉提出的“3T”原则可以在很大程度上抑制和减少二噁英的排放。合理的炉膛结构和燃烧过程控制是从源头上控制该污染物排放的经济有效的措施。
发明内容
本发明的目的是：提供一种大容量灵活可调的高负荷高参数焚烧锅炉。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种大容量高负荷高参数的垃圾焚烧锅炉，包括炉膛、位于炉膛下方的炉排系统、与炉膛相连通的烟风系统、与炉膛相连通的进料口和与炉膛相连通的灰渣出口，灰渣出口用于垃圾燃烧后灰渣的排出，其特征在于，炉排系统包括独立的用于对垃圾进行干燥热解的干燥段、用于燃烧垃圾的干燥段和用于燃尽垃圾的燃尽段，干燥段、燃烧段及燃尽段倾斜布置并依序连接，由烟风系统提供燃烧过程所需要的作为氧化剂的一次风，一次风经由独立的干燥段一次风入口、燃烧段一次风入口及燃尽段一次风入口采用不同的控制策略分别被送入干燥段、燃烧段及燃尽段，被送入干燥段、燃烧段及燃尽段的一次风为不同的氧化剂，其中：经由干燥段一次风入口被送入干燥段的氧化剂为来自烟风系统的高温循环烟气和经过空气预热器预热的外部输入的一次风的混合气体；经由燃烧段一次风入口被送入燃烧段的氧化剂为外部输入的富氧氧化剂；经由燃尽段一次风入口被送入燃尽段的氧化剂为经过空气预热器预热的外部输入的一次风。
优选地，所述混合气体中氧气的浓度为10％-15％，来自烟风系统的所述高温循环烟气的范围为450℃-650℃，来源选取所述烟风系统中无高温受热面的烟道位置，用于输送所述高温循环烟气所选用的循环烟气风机采用变频设计，用以调整所述高温循环烟气的流量和速度；所述富氧氧化剂来源为空气预热器出口的高温空气和高浓度的氧气，氧气的浓度为25％-35％，温度范围为150℃-350℃。
优选地，所述干燥段一次风入口通过的一次风的风率范围为25％-35％；所述燃烧段一次风入口通过的一次风的风率范围为55％-75％；所述燃尽段一次风入口通过的一次风的风率范围为5％-10％。
优选地，所述干燥段和所述燃尽段上方的烟气温度区间为900℃-1100℃，所述燃烧段上方的烟气温度控制在1200℃-1400℃。
优选地，所述炉膛包括由膜式水冷壁围成的前拱墙、后拱墙和侧墙，水冷壁内侧采用耐火材料涂覆；前拱墙位于所述干燥段的上方，用于将垃圾燃烧释放的热量反射到所述干燥段上的料层上，并用于引导所述炉膛内前拱墙下的烟气流入所述烟风系统的烟道内；后拱墙位于所述燃烧段和所述燃尽段的上方，用于将垃圾燃烧释放的热量反射到所述燃烧段和所述燃尽段上的料层上，并且后拱墙用于引导所述炉膛内后拱墙下的烟气流入所述烟风系统的烟道内；侧墙位于所述炉排系统的上方，侧墙和前拱墙及后拱墙共同构成所述炉膛的燃烧和换热空间。
优选地，所述前拱墙、所述后拱墙和所述侧墙均采用水冷壁的形式，不设置空冷墙，其向火面采用SiC型耐火材料敷设。
优选地，所述烟风系统还包括用于提供作为燃尽风使用的二次风的二次风喷嘴，二次风的来源为空气，二次风喷嘴位于所述炉膛的出口处，且位于所述炉膛的上部区域，二次风喷嘴采用N层布置，N≥3；底层的二次风喷嘴布置在所述前拱墙及所述后拱墙上，除底层外的其它层的二次风喷嘴布置在所述烟风系统的垂直的烟道上。
优选地，CaO粉体通过设置在所述前拱墙及所述后拱墙上的所述二次风喷嘴进入所述炉膛，CaO粉体在重力和流体的裹挟下进入炉膛，和烟气中的酸性气体发生反应；设置在所述前拱墙及所述后拱墙上的所述二次风喷嘴沿宽度方向多排均匀布置。
优选地，所述烟道位于所述燃烧段的正上方，烟道的中心轴位于所述炉膛内燃烧区的上方，其垂直方向上的投影完全覆盖所述燃烧段，且垂直投影覆盖面积大于所述干燥段和所述燃尽段的面积之和的1/4。
优选地，所述烟道采用全水冷壁的形式，由膜式水冷壁围成，通过集箱的形式与所述前拱墙、所述后拱墙和所述侧墙的水冷壁出口相连接；所述烟道的向火侧采用SiC型耐火材料敷设；
所述灰渣出口与所述前拱墙、所述后拱墙和所述侧墙相连接。
本发明通过对垃圾焚烧过程中干燥热解、燃烧和燃尽三个阶段采用不同的控制策略，以实现大容量、高负荷高参数和灵活可调的目的。在垃圾干燥热解段，本发明采用高温循环烟气和烟气热辐射加快垃圾的干燥和热解；在燃烧段，本发明采用富氧空气提高燃烧反应程度，强化燃烧过程，增加炉膛内的体积热负荷；在燃尽段，本发明采用合理的一二次风配比提高燃料的燃尽率，降低灰渣中的热灼减率。本发明通过燃烧过程的控制提高垃圾的处理量和炉膛内的体积热负荷，以实现垃圾焚烧锅炉的高负荷高参数和灵活可控的安全运行。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.高负荷高参数的垃圾焚烧锅炉的垃圾处理量大，系统热效率高，二噁英排放的低。
2.炉排的干燥、燃烧和燃尽阶段采用独立的控制策略，不同的阶段采用不同的氧化剂组合，且氧化剂的温度和流量根据燃料的热值进行调整，有效调节和控制进入高温烟气过滤设备的进口烟气参数，提高机组应对负荷变化大、燃烧不稳定和燃料多样性的适应性。
3.炉膛热容和单位体积热负荷的提高，为后续蒸发系统采用高参数提供可能。
附图说明
图1为一种高负荷高参数的垃圾焚烧锅炉结构示意图；
图2为一种高负荷高参数的垃圾焚烧锅炉炉膛俯视示意图；
图3为二次风喷口布置简图。
图中，100-炉排系统，200-炉膛，400-进料口，500-灰渣出口，110-干燥段，120-燃烧段，130-燃尽段，111-干燥段一次风入口、121-燃烧段一次风入口、131-燃尽段一次风入口，201-前拱墙，202-后拱墙，203-侧墙，301-一次风，302-二次风，303-烟道，304-烟道出口，306-气体混合器，307-二次风喷嘴，308-CaO粉体。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
参见图1，本发明提供的一种大容量高负荷高参数的垃圾焚烧锅炉，包括炉排系统100、炉膛200、烟风系统、进料口400和灰渣出口500。生活垃圾通过进料口400进入炉膛200，通过推料机和炉排系统100的运动在炉排系统100的干燥段110上进行垃圾的干燥和热解。随着干燥热解的完成，垃圾进入燃烧段120进行燃烧反应。当燃烧过程结束，在炉排系统100的运行下进入燃尽段130，提高燃料的燃尽程度。最后通过灰渣出口500排出炉膛200。炉膛200和烟风系统的烟道303均由水冷壁结构包覆围成。烟道303的烟道进口和炉膛200的烟气出口相连接，其内壁涂覆耐火材料，以保证水冷壁的安全。
生活垃圾的整个燃烧过程分成干燥热解、燃烧和燃尽三个独立过程，分别采用不同的氧化剂和控制策略。燃烧过程所需要的氧化剂一次风分别通过设置在漏渣料斗的干燥段一次风入口111、燃烧段一次风入口121、燃尽段一次风入口131进入炉排的干燥段110、燃烧段120、燃尽段130。其中，为提高干燥段110的垃圾干燥进程，干燥段110采用高温循环烟气和前拱墙辐射换热的共同作用的形式。高温烟气再循环还可以提高炉膛200内的平均温度，防止流动的死滞区，增加炉膛200内的热负荷。经由干燥段一次风入口111送入干燥段110的氧化剂一次风的来源为高温循环烟气和来自空气预热器的一次风混合气体，该一次风混合气体中氧气的浓度为10％-15％，高温烟气的范围为450℃-650℃，风率范围为25％-35％。燃烧的主过程发生在燃烧段120，经由燃烧段一次风入口121送入燃烧段120的氧化剂一次风为富氧氧化剂，该富氧氧化剂中氧气的浓度为25％-35％，温度范围为150℃-350℃，风率范围为55％-75％。通过提高富氧氧化剂中的氧气浓度提高燃烧区域的燃烧强度，提高燃烧后烟气的温度。富氧燃烧能够明显的强化燃烧，提高燃烧区域的中心温度。燃烧后的垃圾在炉排系统100的作用下，移动到燃尽段130，通过经由燃尽段一次风入口131送入的氧化剂一次风回收灰渣中的热量，风率范围为5％-10％，并通过延长停留时间提高燃尽率，降低灰渣的热灼减率。经由燃尽段一次风入口131送入的氧化剂一次风为来自空气预热器常规的高温一次风，烟气温度在180℃-250℃。通过对循环烟气量和富氧燃烧中氧气浓度的控制，可以降低因垃圾热值变化导致的烟气出口温度波动较大的问题。同时，燃烧段氧气浓度的增加，会强化燃烧过程，提高燃烧中心的温度，减少因氧气不足、混合不充分或者温度低生成的碳氢化合物(CmHn)，使其完全分解为二氧化碳和水，降低其与垃圾中的氯化物结合形成二噁英或者其前驱物，以实现在燃烧过程中控制二噁英生成的目的。
除了使用高温循环烟气和氧气浓度来控制炉膛200中心的燃烧温度，可以通过二次风的流量控制烟气出口的温度，并提高燃尽率。
CaO粉体308通过布置在前后拱上的底层二次风喷嘴307进入炉膛200，进入炉膛200的炉膛区域，形成“W”型运动轨迹，由烟道出口304进入后续的流程。CaO粉体308的加入，可以在燃烧过程中控制烟气中到的酸性气体的含量，防止水冷壁和后续的高温受热面受到酸性气体腐蚀。为后续设置过热器和再热器等高温受热面，提高系统的蒸汽参数提供可能。
循环烟气系统所采用的循环烟气风机采用变频设计，可以调整循环烟气的流量和速度。

Claims (10)

1.一种大容量高负荷高参数的垃圾焚烧锅炉，包括炉膛(200)、位于炉膛(200)下方的炉排系统(100)、与炉膛(200)相连通的烟风系统、与炉膛(200)相连通的进料口(400)和与炉膛(200)相连通的灰渣出口(500)，灰渣出口(500)用于垃圾燃烧后灰渣的排出，其特征在于，炉排系统(100)包括独立的用于对垃圾进行干燥热解的干燥段(110)、用于燃烧垃圾的干燥段(110)和用于燃尽垃圾的燃尽段(130)，干燥段(110)、燃烧段(120)及燃尽段(130)倾斜布置并依序连接，由烟风系统提供燃烧过程所需要的作为氧化剂的一次风，一次风经由独立的干燥段一次风入口(111)、燃烧段一次风入口(121)及燃尽段一次风入口(131)采用不同的控制策略分别被送入干燥段(110)、燃烧段(120)及燃尽段(130)，被送入干燥段(110)、燃烧段(120)及燃尽段(130)的一次风为不同的氧化剂，其中：经由干燥段一次风入口(111)被送入干燥段(110)的氧化剂为来自烟风系统的高温循环烟气和经过空气预热器预热的外部输入的一次风的混合气体；经由燃烧段一次风入口(121)被送入燃烧段(120)的氧化剂为外部输入的富氧氧化剂；经由燃尽段一次风入口(131)被送入燃尽段(130)的氧化剂为经过空气预热器预热的外部输入的一次风。
2.如权利要求1所述的一种大容量高负荷高参数的垃圾焚烧锅炉，其特征在于，所述混合气体中氧气的浓度为10％-15％，来自烟风系统的所述高温循环烟气的范围为450℃-650℃，来源选取所述烟风系统中无高温受热面的烟道位置，用于输送所述高温循环烟气所选用的循环烟气风机采用变频设计，用以调整所述高温循环烟气的流量和速度；所述富氧氧化剂来源为空气预热器出口的高温空气和高浓度的氧气，氧气的浓度为25％-35％，温度范围为150℃-350℃。
3.如权利要求2所述的一种大容量高负荷高参数的垃圾焚烧锅炉，其特征在于，所述干燥段一次风入口(111)通过的一次风的风率范围为25％-35％；所述燃烧段一次风入口(121)通过的一次风的风率范围为55％-75％；所述燃尽段一次风入口(131)通过的一次风的风率范围为5％-10％。
4.如权利要求1所述的一种大容量高负荷高参数的垃圾焚烧锅炉，其特征在于，所述干燥段(110)和所述燃尽段(130)上方的烟气温度区间为900℃-1100℃，所述燃烧段(120)上方的烟气温度控制在1200℃-1400℃。
5.如权利要求1所述的一种大容量高负荷高参数的垃圾焚烧锅炉，其特征在于，所述炉膛(200)包括由膜式水冷壁围成的前拱墙(201)、后拱墙(202)和侧墙(203)，水冷壁内侧采用耐火材料涂覆；前拱墙(201)位于所述干燥段(110)的上方，用于将垃圾燃烧释放的热量反射到所述干燥段(110)上的料层上，并用于引导所述炉膛(200)内前拱墙(201)下的烟气流入所述烟风系统的烟道(303)内；后拱墙(202)位于所述燃烧段(120)和所述燃尽段(130)的上方，用于将垃圾燃烧释放的热量反射到所述燃烧段(120)和所述燃尽段(130)上的料层上，并且后拱墙(202)用于引导所述炉膛(200)内后拱墙(202)下的烟气流入所述烟风系统的烟道(303)内；侧墙(203)位于所述炉排系统(100)的上方，侧墙(203)和前拱墙(201)及后拱墙(202)共同构成所述炉膛(200)的燃烧和换热空间。
6.如权利要求5所述的一种大容量高负荷高参数的垃圾焚烧锅炉，其特征在于，所述前拱墙(201)、所述后拱墙(202)和所述侧墙(203)均采用水冷壁的形式，不设置空冷墙，其向火面采用SiC型耐火材料敷设。
7.如权利要求5所述的一种大容量高负荷高参数的垃圾焚烧锅炉，其特征在于，所述烟风系统还包括用于提供作为燃尽风使用的二次风(302)的二次风喷嘴，二次风(302)的来源为空气，二次风喷嘴位于所述炉膛(200)的出口处，且位于所述炉膛(200)的上部区域，二次风喷嘴采用N层布置，N≥3；底层的二次风喷嘴布置在所述前拱墙(201)及所述后拱墙(202)上，除底层外的其它层的二次风喷嘴布置在所述烟风系统的垂直的烟道(303)上。
8.如权利要求7所述的一种大容量高负荷高参数的垃圾焚烧锅炉，其特征在于，CaO粉体(308)通过设置在所述前拱墙(201)及所述后拱墙(202)上的所述二次风喷嘴进入所述炉膛(200)，CaO粉体(308)在重力和流体的裹挟下进入炉膛(200)，和烟气中的酸性气体发生反应；设置在所述前拱墙(201)及所述后拱墙(202)上的所述二次风喷嘴沿宽度方向多排均匀布置。
9.如权利要求6所述的一种大容量高负荷高参数的垃圾焚烧锅炉，其特征在于，所述烟道(303)位于所述燃烧段(120)的正上方，烟道(303)的中心轴位于所述炉膛(200)内燃烧区的上方，其垂直方向上的投影完全覆盖所述燃烧段(120)，且垂直投影覆盖面积大于所述干燥段(110)和所述燃尽段(130)的面积之和的1/4。
10.如权利要求6所述的一种大容量高负荷高参数的垃圾焚烧锅炉，其特征在于，所述烟道(303)采用全水冷壁的形式，由膜式水冷壁围成，通过集箱的形式与所述前拱墙(201)、所述后拱墙(202)和所述侧墙(203)的水冷壁出口相连接；所述烟道(303)的向火侧采用SiC型耐火材料敷设；
所述灰渣出口(500)与所述前拱墙(201)、所述后拱墙(202)和所述侧墙(203)相连接。
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