CN115949953A - 分级配风及烟气再循环式回转窑污泥焚烧装置及焚烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分级配风及烟气再循环式回转窑污泥焚烧装置及焚烧方法，将污泥及一次风从窑头送入回转窑；将二次风从窑头送至回转窑的着火段；将再循环烟气从窑头送至回转窑的稳定燃烧段。分级配风能够在燃烧初期形成缺氧富燃料区，抑制NO_x生成；在燃烧后期将燃烧所需的剩余空气以二次风形式送入，使燃料燃尽；烟气再循环能够适度降低炉内的氧气含量，强化燃烧区域的还原性气氛，有利于进一步降低污泥焚烧过程中NO_x的排放。本发明通过分级配风和烟气再循环的方式，不仅降低了NO_x的排放，还避免了以往回转窑焚烧炉脱硝常用的SNCR等方法需要额外添加氨水及外部设备的问题，降低了运行成本，具有较好的经济性和应用前景。

Description

分级配风及烟气再循环式回转窑污泥焚烧装置及焚烧方法

技术领域

本发明涉及焚烧处理技术领域，具体涉及一种配备分级配风和烟气再循环和系统的回转窑污泥焚烧装置和方法。

背景技术

目前，污泥焚烧设备包括多炉膛焚烧炉、流化床焚烧炉以及回转窑焚烧炉等，针对污泥来源广泛、成分复杂的特性，回转窑焚烧炉因其燃料适应性强并且处理量较大等优点引起了越来越多的关注和研究。由于污泥中含有大量的氮元素，这些氮元素在回转窑焚烧过程中会转变为NO_x等污染物排放到大气中，因此脱硝就成为了回转窑焚烧污泥过程中的重要步骤。

目前，回转窑焚烧炉的脱硝主要采用选择性催化还原(SCR)技术和选择性非催化还原(SNCR)技术，还未见采用炉内燃烧控制技术的报道。SCR与SNCR在脱硝过程中需要用到氨水，并且要额外添加喷氨设备，对反应温度要求也较高，提高了运行成本。

目前，流化床锅炉和煤粉炉等已经成功通过分级配风和烟气再循环来降低NO_x的排放。实践表明，通过烟气分级在回转窑焚烧炉内创造富燃料燃烧区域，在整体上减少NO_x的生成；通过烟气再循环降低回转窑焚烧炉内的O₂浓度和温度水平，从而减少NO_x的排放。但是，现有的回转窑焚烧炉减少NO_x排放的手段都没有采用过空气分级和烟气再循环的方法。流化床焚烧主要依靠炉膛内高温流化床料的高热容量、强烈掺混和传热的作用，使送入炉膛的垃圾快速升温着火，形成整个床层内的均匀燃烧。

煤粉炉的燃烧特点是燃料随空气一起进入燃烧室，并在悬浮状态下燃烧。

因此，这两种焚烧炉拥有较好的炉内气固混合特性。

而回转窑焚烧炉的优点在于焚烧温度高，对废弃物的形态形状和尺寸的适应性广几乎可以适用于任何种类的危险废物，具有操作调节性灵活、故障少、焚烧安全等特点。

但是回转窑焚烧炉的固体燃料主要依靠重力作用和筒身的旋转在炉内移动，因此回转窑焚烧炉的气固混合特性不如流化床和煤粉炉。

比如，在流化床锅炉中，燃料被由下到上流动的一次风托起，在悬浮状态下与高温床料混合，并着火燃烧，二次风一般在炉膛中部引入，沿着二次风管轴向进入炉内，起到补充燃烧和加强扰动的作用。而对回转窑来说，由于燃料和一次风由回转窑的窑头方向进入炉内，着火燃烧，因此，按照传统方式，从炉膛中部引入二次风，无法有效加强燃料和炉内气氛的混合，不能改善回转窑焚烧炉的气固混合特性。

因此，流化床和煤粉炉的所采用的分级配风不能直接应用于回转窑焚烧炉。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种可降低了NO_x的排放，降低了运行成本及调节回转窑焚烧炉的炉内温度的分级配风及烟气再循环式回转窑污泥焚烧装置及焚烧方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方法是：本发明公开了一种分级配风及烟气再循环式回转窑污泥焚烧装置，包括回转窑、余热锅炉和再循环烟气喷管；

所述回转窑排出的烟气进入余热锅炉后降温，形成低温烟气，所述低温烟气一部分由所述余热锅炉排出，另一部分经所述再循环烟气喷管送入所述回转窑。

进一步的，所述再循环烟气喷管的出气口设置在所述回转窑的稳定焚烧段。

进一步的，沿所述再循环烟气喷管周向方向，均匀等距设有烟气喷出孔，使所述低温烟气沿再循环烟气喷管周向方向进入回转窑炉内。

进一步的，所述回转窑内还设有一次风管和二次风管；相较于所述一次风管出风口，所述二次风管出风口更深入所述回转窑内。

进一步的，所述二次风管的中轴线与所述回转窑的中轴线平行；沿所述二次风管周向方向，均匀等距设有烟气喷出孔；

所述一次风管出风口沿所述一次风管管壁末端排出；所述一次风管排出风流动方向与所述二次风管的排出风流动方向垂直。

进一步的，所述低温烟气一部分由所述余热锅炉排出后，送入尾气处理装置后，经烟囱排出。

本发明还公开了一种配备分级配风和烟气再循环系统的回转窑污泥焚烧方法，包括在回转窑焚烧时，将污泥及一次风送入回转窑内；将二次风送至回转窑的着火段，实现一次风与二次风的分级配风；

将所述回转窑排出的烟气进入余热锅炉降温形成的低温烟气送入所述回转窑的稳定燃烧段。

进一步的，进入所述回转窑内的二次风量与总空气量之间的比例为0～0.4：1。

进一步的，所述低温烟气进入所述回转窑的流量与排出的流量之间的比例为0～0.5:1。

进一步的，所述低温烟气进入所述回转窑时，所述低温烟气的烟气温度在200℃以下；所述低温烟气进入所述回转窑内的喷出速度为40～50m/s。

有益效果：

1.本发明通过将余热锅炉吸收热量过后的一部分低温烟气冷却再循环回炉内来减少NO_x的排放，由于余热锅炉原本就是污泥回转窑焚烧系统中的设备，因此本发明并没有增加过多的额外设备，也没有用到氨水或者尿素等脱硝过程的添加剂，节省了运行的成本；同时，本发明将低温烟气再循环回炉内，降低了回转窑内的温度水平和燃烧气氛中的氧气浓度，可以有效地降低NO_x的排放量，而且还能有效地避免回转窑超温，有利于回转窑的安全运行。

2.本发明通过设置一次风及二次风，实施空气分级来调整回转窑焚烧炉内燃料与空气的混合情况，强化了炉内燃烧气氛的还原性，降低了NO_x的排放。

3.再循环烟气射入炉内时，沿着再循环烟气喷管末端周向射出，可以有效加强炉内烟气的混合，使炉内的燃烧气氛更加均匀；

二次风沿着二次风管末端周向的多个二次风喷出孔喷入炉内，与污泥物料及一次风的流动方向垂直，这样就加强了二次风与炉内烟气的混合，延长了烟气在炉内的停留时间，有利于燃尽；并且燃料与燃烧气氛的混合更加均匀，有利于燃料均匀燃烧，避免回转窑局部超温。

附图说明

图1是本发明中分级配风及烟气再循环式回转窑污泥焚烧装置的整体结构示意图；

图2是本发明具体实施例中二次风管的结构示意图；

图3是本发明具体实施例中再循环烟气喷管的结构示意图。

附图标记列表：1-送风机、2-一次风调节阀、3-二次风调节阀、4-托轮、5-传动电机、6-齿圈、7-余热锅炉、8-尾气处理装置、9-烟囱、10-再循环风机、11-再循环烟气调节阀、12-轮带、13-回转窑、14-料斗、15-螺旋给料器、16-再循环烟气喷管、17-燃烧器、18-一次风管、19-二次风管。

具体实施方式

下面结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。

实施例

如图1-3所示，本发明公开的配备分级配风和烟气再循环系统回转窑焚烧系统依次包含送风机1、一次风调节阀2、二次风调节阀3、托轮4、传动电机5、齿圈6、余热锅炉7、尾气处理装置8、烟囱9、再循环风机10、再循环烟气调节阀11、轮带12、回转窑13、料斗14、螺旋给料器15、再循环烟气喷管16、燃烧器17、一次风管18、二次风管19。

其中，再循环烟气喷管16的出气口设置在回转窑13的稳定焚烧段。

回转窑13排出的烟气进入余热锅炉7后降温，。形成低温烟气，低温烟气一部分由余热锅炉7排出后，送入尾气处理装置8后，经烟囱9排出；另一部分经再循环烟气喷管16送入回转窑13。

如图3所示，沿再循环烟气喷管16周向方向，均匀等距设有4个烟气喷出孔，使低温烟气沿再循环烟气喷管周向方向进入回转窑炉内。

回转窑13内还设有一次风管18和二次风管19；相较于一次风管18出风口，二次风管19出风口更深入回转窑13内。二次风管19的中轴线与回转窑13的中轴线平行；如图2所示，沿二次风管19周向方向，均匀等距设有4个烟气喷出孔；

一次风管18出风口沿一次风管18管壁末端排出；一次风管18排出风流动方向与二次风管19的排出风流动方向垂直。

本装置在回转窑焚烧炉上进行市政污泥的焚烧，并通过分级配风和烟气再循环来减少NO_x的排放。

在本焚烧系统中，通过传动电机5带动齿圈6，使回转窑13转动；污泥通过螺旋给料器15加入回转窑13的炉膛内，被燃烧器17点燃着火；通过调节燃料量和给风量，并使污泥实现稳定燃烧，并将回转窑炉内温度达到850℃-900℃。

通过二次风机向回转窑焚烧炉内输送二次风，满足燃料完全燃烧的需要，并增强炉内燃烧气氛的还原性，减少NO_x的生成。

打开烟气再循环风机，通过控制再循环烟气调节阀来使再循环烟气的流量达到总烟气量的0-50％，降低回转窑炉膛内的温度水平和氧气浓度，从而降低NO_x的排放量。

本发明还公开了一种分级配风及烟气再循环式回转窑污泥焚烧方法，具体的实施步骤如下：

步骤1，启动传动电机5，使回转窑13绕轴转动；

步骤2，启动螺旋给料器15，将污泥送入回转窑13；

步骤3，启动燃烧器17；

步骤4，启动送风机1，送入一次风和二次风；

步骤5，通过检测炉膛温度和尾部烟气中氧气含量来判断炉内的燃烧状况，并调节给料量、送风量来使污泥稳定燃烧；

步骤6，调节再循环风机10和再循环烟气调节阀11，使再循环烟气量达到总烟气量的0-50％；

步骤7，根据炉膛温度和尾部烟气中氧气含量来调整回转窑13焚烧炉的运行参数，使污泥高效稳定燃烧，并实现脱硝。

本实施例的工作原理：

回转窑焚烧炉以一定的斜度布置，螺旋给料器与燃烧器都设置在回转窑的上端，启动螺旋给料器将污泥送入至回转窑内，由于回转窑本身的斜度和匀速转动，污泥在进入回转窑之后将会逐渐向回转窑下端移动。启动燃烧器使污泥着火，通过回转窑本身的转动，污泥与燃烧气氛会进行混合与燃烧，从而使炉内的温度逐渐上升，并达到850℃-900℃的额定工况。

污泥中的氮含量较高，主要以有机物的形式存在，在高温环境下，污泥中的一部分氮会随着挥发分的析出而转化为HCN和NH₃，其中HCN氧化倾向于生成N₂O,而NH₃氧化倾向于生成NO。

HCN的主要反应如式(1)～式(3)所示：

HCN + O → NCO + H                                 (1)

NCO + O → NO + CO                                  (2)

NCO+ NO → N₂O + CO                            (3)

当反应温度升高时，HCN氧化生成NO的反应(1)和(2)会得到促进，NO的生成量增加。

在不同温度下，NH₃在炉中会同时进行还原反应与氧化反应，如式(4)～式(5)所示：

4NH₃+ 4NO + O₂ → 4N₂ + 6H₂O           (4)

4NH₃+ 5O₂ → 4NO + 6H₂O                      (5)

当温度升高时，将会促进NH₃的氧化反应2，导致NO浓度上升。

分级配风改变了炉内的燃烧气氛，从而影响了NO_x的排放过程。分级配风降低了富燃料区的氧气浓度，这不仅降低了燃烧反应的速率和氮氧化物的释放速率，进而抑制NO的生成反应，同时增强了炉内的还原性气氛，如HCN、CO等，促进了NO的还原反应。因此，分级配风能够减少NO_x的排放。

而烟气再循环能够降低炉内燃烧温度和氧气浓度，从而抑制HCN和NH₃的氧化反应，增强炉内的还原性气氛，从而减少NO_x排放。

具体地，回转窑焚烧炉出口烟气中氧含量要控制在6％-8％之间，使污泥达到完全燃烧。

其中，低温烟气进入炉内会导致燃烧温度下降，通过调整运行参数，使回转窑焚烧炉燃烧温度稳定在850℃-900℃，以兼顾高效焚烧和脱硝的需要。

具体地，为了加强二次风与炉内烟气的混合，二次风管的安装要和回转窑的轴线平行，并且二次风沿着二次风管末端的四个二次风喷出孔喷入炉内，如附图2所示。

本发明通过调节一二次风的配比，在回转窑焚烧炉内实现污泥的高效焚烧，并兼顾脱硝。

具体地，为了使低温烟气能够在炉内与燃烧均匀混合，再循环烟气喷管的安装要和回转窑的轴线平行，且烟气进入炉内的流动方向不是沿着烟气喷入管的轴线方向，而是沿着再循环烟气喷管的周向，从烟气喷入管末端侧面的四个圆孔中喷出，如附图3所示。

由于炉内污泥的燃烧，再循环烟气进行炉内时炉内燃烧气氛温度已经较高，气体黏度较大，为了保证再循环烟气有足够的动量与炉内气氛及污泥充分接触和混合，取再循环烟气流动速度为40～50m/s。

具体的，固体废弃物停留时间为20-40分钟，烟气停留时间不少于10秒，若停留时间过短或过长，应当通过改变回转窑倾斜角度或炉管转速来调整停留时间。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种分级配风及烟气再循环式回转窑污泥焚烧装置，其特征在于：包括回转窑（13）、余热锅炉（7）和再循环烟气喷管（16）；

所述回转窑（13）排出的烟气进入余热锅炉（7）后降温，形成低温烟气，所述低温烟气一部分由所述余热锅炉（7）排出，另一部分经所述再循环烟气喷管（16）送入所述回转窑（13）。

2.根据权利要求1所述的一种分级配风及烟气再循环式回转窑污泥焚烧装置，其特征在于：所述再循环烟气喷管（16）的出气口设置在所述回转窑（13）的稳定焚烧段。

3.根据权利要求1所述的一种分级配风及烟气再循环式回转窑污泥焚烧装置，其特征在于：沿所述再循环烟气喷管（16）周向方向，均匀等距设有烟气喷出孔，使所述低温烟气沿再循环烟气喷管周向方向进入回转窑炉内。

4.根据权利要求1所述的一种分级配风及烟气再循环式回转窑污泥焚烧装置，其特征在于：所述回转窑（13）内还设有一次风管（18）和二次风管（19）；相较于所述一次风管（18）出风口，所述二次风管（19）出风口更深入所述回转窑（13）内。

5.根据权利要求1所述的一种分级配风及烟气再循环式回转窑污泥焚烧装置，其特征在于：所述二次风管（19）的中轴线与所述回转窑（13）的中轴线平行；沿所述二次风管（19）周向方向，均匀等距设有烟气喷出孔；

所述一次风管（18）出风口沿所述一次风管（18）管壁末端排出；所述一次风管（18）排出风流动方向与所述二次风管（19）的排出风流动方向垂直。

6.根据权利要求1所述的一种分级配风及烟气再循环式回转窑污泥焚烧装置，其特征在于：所述低温烟气一部分由所述余热锅炉（7）排出后，送入尾气处理装置（8）后，经烟囱（9）排出。

7.一种配备分级配风和烟气再循环系统的回转窑污泥焚烧方法，其特征在于：在回转窑（13）焚烧时，将污泥及一次风送入回转窑（13）内；将二次风送至回转窑的着火段，实现一次风与二次风的分级配风；

将所述回转窑（13）排出的烟气进入余热锅炉（7）降温形成的低温烟气送入所述回转窑（13）的稳定燃烧段。

8.根据权利要求7所述的配备分级配风和烟气再循环系统的回转窑污泥焚烧方法，其特征在于：进入所述回转窑（13）内的二次风量与总空气量之间的比例为0~0.4：1。

9.根据权利要求7所述的配备分级配风和烟气再循环系统的回转窑污泥焚烧方法，其特征在于：所述低温烟气进入所述回转窑（13）的流量与排出的流量之间的比例为0~0.5:1。

10.根据权利要求7所述的一种分级配风及烟气再循环式回转窑污泥焚烧装置和方法，其特征在于：所述低温烟气进入所述回转窑（13）时，所述低温烟气的烟气温度在200℃以下；所述低温烟气进入所述回转窑（13）内的喷出速度为40~50m/s。

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