CN117231987B - 一种适用于垃圾焚烧炉的深度低氮燃烧配风系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于垃圾焚烧炉的深度低氮燃烧配风系统，包括顺次连接的焚烧炉、余热锅炉、半干法反应塔、除尘器和烟囱以及烟气再循环系统和分级风系统，烟气再循环系统包括烟气再循环风机和烟气加热器，分级风系统包括分级风风机和分级风喷口，分级风系统的设计增加了料层上方、二次风以下位置烟气混合强度，强化燃烧，促进可燃物燃尽，同时分级风促进的对流、燃烧可以加强对料层的辐射传热、对流传热，从而加强料层的干燥、热解，起到稳定燃烧的作用；在再循环风机出口设置烟气加热器，加热源可来自汽包抽气或汽轮机抽气，加热后循环烟气温度增加至220~250℃，杜绝了再循环设备低温腐蚀等问题。
Description
技术领域
本发明属于低氮燃烧技术领域，具体涉及一种适用于垃圾焚烧炉的深度低氮燃烧配风系统。
背景技术
氮氧化物（NOx）的控制措施主要有前端控制和后端控制两种，前端控制包括低氮燃烧、含氮元素去除等，后端包括SNCR、SCR、高分子脱硝等，其中低氮燃烧是成本最低、效果较为显著的技术，研究也是最多，近年来出现了诸如分级配风、烟气再循环、解耦燃烧等适用于垃圾焚烧炉的低氮燃烧技术，但低氮燃烧的缺点是可能对燃烧有负面影响，以及运行过程并不稳定。
CN209801462U公开了一种基于烟气再循环的链条炉配风方案，将烟气再循环分两路入炉，一路连接一次风室，另一路连接上部炉膛喷口，实现分级燃烧，该方法没有深度低氮燃烧的功能，没有关于如何实现稳燃和调节O2、CO的措施，长期运行稳定性存疑。CN106678776A公开了一种烟气再循环在链条炉上的多层布风方法，在链条炉的左右两侧布置两层喷口，分别通入循环烟气，实现分级燃烧，但由于分级燃烧只发生在料条料层上方，一次风没有涉及，没有起到深度分级燃烧的作用，只能实现较低程度的分级燃烧。CN114278944A公开一种常规烟气再循环系统，只实现了部分低氮燃烧功能，再循环烟气从焚烧炉上部二次风口位置入炉。CN201396766Y公开一种垃圾焚烧炉烟气再循环低位废热能再利用装置，从余热锅炉出口抽取高温循环烟气，再与干燥段、燃尽段一次风混合后一起进入炉内，实现替代部分一次风的作用，但是在低氮燃烧方面作用十分有限，且余热锅炉出口烟气未经净化，腐蚀性极强，不适合长期运行。CN102966955A公开了一种机械炉排垃圾焚烧炉高温烟气循环系统，将余热锅炉出口的高温循环烟气通入炉排的干燥段，减少预热空气需求量15~20%，降低高温气体中氧气浓度，实现了一定程度低氮燃烧效果。
但是，现有低氮燃烧技术一般采用单一手段实现一定程度的低氮燃烧控制，且由于忽视了对燃烧稳定性的关注，导致实际运行中会出现影响垃圾燃烧、脱硝效果较低、脱硝效果不稳定等问题。常见低氮燃烧方法或系统是采用烟气再循环，循环烟气从引风机出口管道抽取，从焚烧炉上部喷嘴重新入炉，该方法或系统脱硝效果仅20~30%，且由于烟气在输送过程中存在温度降低导致设备低温腐蚀的问题，影响长期连续使用。
发明内容
解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供一种适用于垃圾焚烧炉的深度低氮燃烧配风系统，能有效解决上述现有低氮燃烧技术手段单一、效果不稳定和设备腐蚀等不足之处。
技术方案：一种适用于垃圾焚烧炉的深度低氮燃烧配风系统，包括顺次连接的焚烧炉、余热锅炉、半干法反应塔、除尘器和烟囱以及烟气再循环系统和分级风系统，所述焚烧炉的干燥段灰斗或风室和燃烧段灰斗或风室的下方均设有混合器，所述除尘器与烟囱连接的管道上设有引风机，所述引风机与烟囱之间的管道上开设有抽气口，所述烟气再循环系统包括烟气再循环风机和烟气加热器，所述烟气再循环风机的进风口与抽气口连接，所述烟气再循环风机的出风口与烟气加热器的进风口连接，所述烟气加热器的出风口设有两条管道，分别与干燥段灰斗或风室下方的混合器和燃烧段灰斗或风室下方的混合器连接，所述分级风系统包括分级风风机和分级风喷口，一次风经空气预热器预热后分别进入第一主管道和第二主管道，所述第一主管道设有一次风机和三个支管，三个支管分别与干燥段灰斗或风室下方的混合器、燃烧段灰斗或风室下方的混合器和燃尽段灰斗或风室连接，第二主管道的出口端与分级风风机的进风口连接，所述焚烧炉的后炉拱抽烟气口与分级风风机的进风口连接，所述分级风风机的出风口与分级风喷口连接，所述分级风喷口设置在焚烧炉的左右侧墙上，靠近进料口的分级风喷口定义为第一个喷口，靠近排渣口的分级风喷口定义为第n个喷口，其中n为正整数，所述第一个喷口的中心点位于干燥段中心线上，且距离炉排表面的高度为h1，其中：h1=1.5×3600Q/(ρLH)+0.5，式中Q为给料量，kg/s；ρ为料层堆积密度，m3/kg；L为炉排横向长度，m；H为炉排宽度，m；所述第n个喷口的中心点位于燃烧段中心线上，且距离炉排表面的高度为h2，其中：h2=0.5×1.5×3600Q/(ρLH)+0.5；所述第一个喷口与第n个喷口之间的若干分级风喷口定义为中间喷口，所述中间喷口设置在第一个喷口与第n个喷口的连线上。
优选的，所述焚烧炉左侧墙上的分级风喷口与右侧墙上的分级风喷口对称设置且数量相同。
优选的，两个相邻的分级风喷口之间的距离为300~500 mm。
优选的，所述第一个喷口和第n个喷口的连线与水平面的夹角为5°~15°。
优选的，所述分级风喷口的流速v=H*a，式中H为炉排宽度，m；a为速度系数，取值为4~6；所有分级风喷口的直径相同，每个分级风喷口的管道上均设有调节阀。
优选的，所述余热锅炉的一烟道的顶部或者二烟道的侧墙上设有CO/O2激光气体分析仪。
优选的，所述干燥段灰斗或风室与混合器连接的管道上、燃烧段灰斗或风室与混合器连接的管道上和余热锅炉与半干法反应塔连接的管道上均设有氧化锆氧量仪。
优选的，所述配风系统还包括沼气燃烧室，所述沼气燃烧室的烟气出口与分级风风机出风口的管道连接，所述沼气燃烧室设有沼气进口和配风口。
优选的，所述焚烧炉的二次风的喷入口设置在靠近焚烧炉出口端的位置，且高于分级风喷口的位置。
优选的，所述后炉拱抽烟气口设置在焚烧炉的排渣口上方，所述后炉拱抽烟气口与分级风风机的进风口连接的管道上设有流量计和温度计。
有益效果：1）本发明系统有效降低了一次风过量空气系数（过空）至0.8~0.9，位于生物质、生活垃圾燃烧的低氮燃烧最佳一次风过空区间，实现最佳的低氮燃烧环境，配合后炉拱抽气，可以实现分级风以下空间的深度分级燃烧，脱硝率可达到60~70%，而目前绝大多数低氮燃烧脱硝率只有20~40%；
2）分级风的设计增加了料层上方、二次风以下位置烟气混合强度，强化燃烧，促进可燃物燃尽，同时分级风促进的对流、燃烧可以加强对料层的辐射传热、对流传热，从而加强料层的干燥、热解，起到稳定燃烧的作用；
3）分级风布置于焚烧炉左右两侧墙，且每根喷口流量单独可调，从而为调整炉排上床层的偏烧提供了有利的调整手段，解决了传统燃烧手段所无法达到的调节效果；
4）一次风混合气氧量测点，余热锅炉CO和O2测点可以提供稳定燃烧控制的关键信息，结合焚烧炉传统温度、压力以及烟囱CEMS等测点，可以实现焚烧炉的安全稳定运行；
5）在再循环风机出口设置烟气加热器，加热源可来自汽包抽气或汽轮机抽气，加热后循环烟气温度增加至220~250℃，杜绝了再循环设备低温腐蚀等问题；
6）本发明系统可以在不依靠其他任何措施情况下实现脱硝率60~70%，无需依靠投资和运行成本高昂的SCR、PNCR等，有利于提高污染物控制水平和运行成本，实现节能增效。
附图说明
图1是本发明一种适用于垃圾焚烧炉的深度低氮燃烧配风系统的结构示意图；
图2是本发明分级风喷口位置的示意图；
图3是本发明一实施例中上路烟气再循环喷口布置示意图；
图4是本发明焚烧炉内过量空气系数分布示意图；
图中序号：1、焚烧炉，11、二次风，12、干燥段灰斗或风室，13、燃烧段灰斗或风室，14、燃尽段灰斗或风室，15、一次风机，16、空气预热器，2、余热锅炉，21、一烟道，22、二烟道，23、CO/O2激光气体分析仪，24、氧化锆氧量仪，3、半干法反应塔，4、活性炭和小苏打喷射装置，5、除尘器，6、引风机，7、烟囱，100、分级风风机，101、分级风喷口，102、后炉拱抽烟气口，103、烟气加热器，104、烟气再循环风机，105、混合器，106、配风口，107、沼气，108、沼气燃烧室，201、第一个喷口，202、第n个喷口，203、中间喷口，204、干燥段中心线，205、燃烧段中心线，301、焚烧炉侧墙，302、生活垃圾料层，303、炉排，304、一次风。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明：
实施例1
如图1所示：一种适用于垃圾焚烧炉的深度低氮燃烧配风系统，生活垃圾由给料系统送入焚烧炉1，焚烧炉1由炉排303、炉墙、一次风304、二次风11、分配一次风304的风室/灰斗组成，生活垃圾在炉排303上依次经历干燥、热解、燃烧、燃尽等过程，未燃尽的可燃气体在焚烧炉1气相空间继续燃烧，二次风11在焚烧炉1出口附近喷入，二次风11的喷入口设置在靠近焚烧炉出口端的位置，且高于分级风喷口的位置，加强混合和提供燃烧用空气，使可燃气体完全燃尽。燃烧后烟气进入余热锅炉2，在余热锅炉2内进行热量交换；然后进入烟气净化系统，常规烟气净化系统包括半干法反应塔3、活性炭和小苏打喷射装置4、除尘器5，净化后烟气通过引风机6引入烟囱7排放到大气；
一次风304根据生活垃圾热处理阶段可划分为干燥段一次风、燃烧段一次风和燃尽段一次风，分别通过干燥段灰斗或风室12、燃烧段灰斗或风室13和燃尽段灰斗或风室14进入焚烧炉1，但各段灰斗或风室可能有多个，可进一步细分区段供风，如干燥段灰斗或风室12可有2~3个。一次风304温度一般在200~250℃，垃圾热值越高温度越低，反之越高。
为了进一步解决垃圾焚烧过程中氮氧化物控制的问题，本发明设计了烟气再循环系统和分级风系统，在干燥段灰斗或风室12和燃烧段灰斗或风室13的下方分别增设混合器105，所述引风机6与烟囱7之间的管道上开设有抽气口，所述烟气再循环系统包括烟气再循环风机104和烟气加热器103，所述烟气再循环风机104的进风口与抽气口连接，所述烟气再循环风机104的出风口与烟气加热器103的进风口连接，所述烟气加热器103的出风口设有两条管道，分别与干燥段灰斗或风室12下方的混合器105和燃烧段灰斗或风室13下方的混合器105连接，所述分级风系统包括分级风风机100和分级风喷口101，一次风304经空气预热器16预热后分别进入第一主管道和第二主管道，所述第一主管道上设有一次风机15和三个支管，三个支管分别与干燥段灰斗或风室12下方的混合器105、燃烧段灰斗或风室13下方的混合器105和燃尽段灰斗或风室14连接，第二主管道的出口端与分级风风机100的进风口连接，所述焚烧炉1的后炉拱抽烟气口102与分级风风机100的进风口连接，所述分级风风机100的出风口与分级风喷口101连接，所述分级风喷口101设置在焚烧炉侧墙301上。循环烟气单独由烟气再循环风机104输送，经烟气加热器103加热至220~250℃后，进入混合器105与一次风304混合，混合后的混合气再分别进入对应灰斗或风室，然后通过炉排303之间缝隙进入焚烧炉1。混合器105出口与灰斗或风室之间的管道上设置氧化锆氧量仪24，以实时检测一次风304与烟气混合后的气体中含氧量。
分级风主要由空气预热器16加热后的一次风304和后炉拱抽烟气组成，也可由冷风和后炉拱抽烟气组成，由分级风风机100输送，经分级风喷口101进入焚烧炉1，在分级风风机100出口还连接一沼气燃烧室108，沼气燃烧室108内沼气107和空气（空气经配风口106进入沼气燃烧室108）发生燃烧反应，其燃烧烟气与分级风混合后一起进入焚烧炉1，沼气燃烧室出口烟气温度控制在小于500℃，可通过调节沼气107与空气的比例控制沼气燃烧室108出口烟气温度。沼气107由焚烧厂渗滤液处理过程中产生，当沼气107不足时可停止使用沼气燃烧室108，关闭出口管路阀门与分级风管路隔绝即可。后炉拱抽烟气口102设置在焚烧炉1的排渣口上方的后墙或者侧墙，后炉拱抽烟气口102的流速小于2m/s，且在后炉拱抽烟气口102附近设置可清灰的检修门，所述后炉拱抽烟气口102与分级风风机100的进风口连接的管道上设有流量计和温度计，正常运行时，通过调节后炉拱抽烟气口102的阀门开度控制抽烟气流量，进而保证温度不超过350℃。
焚烧炉1左侧墙上的分级风喷口101与右侧墙上的分级风喷口101对称设置且数量相同。如图2所示：靠近进料口的分级风喷口101定义为第一个喷口201，靠近排渣口的分级风喷口101定义为第n个喷口202，所述第一个喷口201的中心点位于干燥段中心线204上，且距离炉排303表面的高度为h1，其中：h1=1.5×3600Q/(ρLH)+0.5，式中Q为给料量，kg/s；ρ为生活垃圾料层302堆积密度，m3/kg；L为炉排303横向长度，m；H为炉排303宽度，m；所述第n个喷口202的中心点位于燃烧段中心线205上，且距离炉排303表面的高度为h2，其中：h2=0.5×1.5×3600Q/(ρLH)+0.5；第一个喷口201与第n个喷口202之间的若干分级风喷口101定义为中间喷口203，所述中间喷口203设置在第一个喷口201与第n个喷口202的连线上，两个相邻的分级风喷口101之间的距离为300~500 mm；中间喷口203的数量总数根据焚烧炉1侧墙的长度而定，第一个喷口201和第n个喷口202的连线与水平面的夹角为5°~15°，炉排303宽度越大，夹角的取值越靠近上限；炉排303宽度越小，夹角的取值越靠近下限。
上述分级风喷口101的流速v=H*a，式中H为炉排303宽度，m；a为速度系数，取值为4~6，炉排303宽度越大，a的取值越靠近下限；炉排303宽度越小，a的取值越靠近上限；所有分级风喷口101的直径相同，每个分级风喷口101的管道上均设有调节阀，可自由调节开度大小。
为了增加低氮燃烧运行控制的稳定性，在余热锅炉2的一烟道21的顶部或者二烟道22的侧墙上设有CO/O2激光气体分析仪23，该分析仪可在高温烟气环境布置，测量激光光路穿过路径上的待测气体浓度平均值，相应时间小于1 s，十分有利于燃烧过程控制，另还在余热锅炉2出口设置氧化锆氧量仪24。在低氮燃烧运行过程中，CO/O2激光气体分析仪23用于快速识别炉内CO浓度，当CO浓度超过一定值，或余热锅炉2出口氧气浓度低于某一极限低值时需采取控CO或O2措施，即提高二次风量、分级风量，减少燃烧段一次风量，减缓炉排303动作频率等措施，使CO和氧量恢复到正常范围内，调节幅度与CO、O2的具体浓度关联。
上述干燥段灰斗或风室12与混合器105连接的管道上、燃烧段灰斗或风室13与混合器105连接的管道上和余热锅炉2与半干法反应塔3连接的管道上均设有氧化锆氧量仪24。
实施例2
如图3所示：分级风上部设有一层二次风11，二次风11的喷入口设置在焚烧炉1的前墙和后墙，位置高于所有分级风喷口101的位置，二次风11来自于焚烧间或垃圾仓，由独立风机（即分级风风机100）输送和经二次风11的喷入口送入炉膛，使残余可燃物完全燃尽。
正常运行时，一次风304总过量空气系数α在0.8~0.9之间，确保生活垃圾料层302处于低氮燃烧状态，分级风过量空气系数0.2~0.3，因此炉膛中部过量空气系数在1.1~1.2之间，二次风11的过空在0.1~0.2，在经过二次风层之后，炉内过量空气系数为1.3~1.4，过量空气系数分布如图4所示。循环烟气与干燥段、燃烧段一次风混合时需控制混合气的氧气浓度，在干燥段混合气中氧气浓度应控制在较低水平，一般氧气浓度范围8~12%；燃烧段混合气中氧气浓度范围14~18%。
采用本发明系统进行燃烧控制时可实现NOx的超低排放，在无任何其他措施情况下NOx脱硝率可达到60~70%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种适用于垃圾焚烧炉的深度低氮燃烧配风系统，其特征在于：包括顺次连接的焚烧炉、余热锅炉、半干法反应塔、除尘器和烟囱以及烟气再循环系统和分级风系统，所述焚烧炉的干燥段灰斗或风室和燃烧段灰斗或风室的下方均设有混合器，所述除尘器与烟囱连接的管道上设有引风机，所述引风机与烟囱之间的管道上开设有抽气口，所述烟气再循环系统包括烟气再循环风机和烟气加热器，所述烟气再循环风机的进风口与抽气口连接，所述烟气再循环风机的出风口与烟气加热器的进风口连接，所述烟气加热器的出风口设有两条管道，分别与干燥段灰斗或风室下方的混合器和燃烧段灰斗或风室下方的混合器连接，所述分级风系统包括分级风风机和分级风喷口，一次风经空气预热器预热后分别进入第一主管道和第二主管道，所述第一主管道设有一次风机和三个支管，三个支管分别与干燥段灰斗或风室下方的混合器、燃烧段灰斗或风室下方的混合器和燃尽段灰斗或风室连接，第二主管道的出口端与分级风风机的进风口连接，所述焚烧炉的后炉拱抽烟气口与分级风风机的进风口连接，所述分级风风机的出风口与分级风喷口连接，所述分级风喷口设置在焚烧炉的左右侧墙上，靠近进料口的分级风喷口定义为第一个喷口，靠近排渣口的分级风喷口定义为第n个喷口，其中n为正整数，所述第一个喷口的中心点位于干燥段中心线上，且距离炉排表面的高度为h1，其中：h1=1.5×3600Q/(ρLH)+0.5，式中Q为给料量，kg/s；ρ为料层堆积密度，m3/kg；L为炉排横向长度，m；H为炉排宽度，m；所述第n个喷口的中心点位于燃烧段中心线上，且距离炉排表面的高度为h2，其中：h2=0.5×1.5×3600Q/(ρLH)+0.5；所述第一个喷口与第n个喷口之间的若干分级风喷口定义为中间喷口，所述中间喷口设置在第一个喷口与第n个喷口的连线上，所述一次风的总过量空气系数α为0.8~0.9，确保生活垃圾料层处于低氮燃烧状态，分级风过量空气系数0.2~0.3，则炉膛中部过量空气系数为1.1~1.2，二次风的过量空气系数为0.1~0.2，在经过二次风层之后，炉内过量空气系数为1.3~1.4；所述焚烧炉左侧墙上的分级风喷口与右侧墙上的分级风喷口对称设置且数量相同，所述第一个喷口和第n个喷口的连线与水平面的夹角为5°~15°，所述分级风喷口的流速v=H*a，式中H为炉排宽度，m；a为速度系数，取值为4~6；所有分级风喷口的直径相同，每个分级风喷口的管道上均设有调节阀。
2. 根据权利要求1所述的一种适用于垃圾焚烧炉的深度低氮燃烧配风系统，其特征在于：两个相邻的分级风喷口之间的距离为300~500 mm。
3.根据权利要求1所述的一种适用于垃圾焚烧炉的深度低氮燃烧配风系统，其特征在于：所述余热锅炉的一烟道的顶部或者二烟道的侧墙上设有CO/O2激光气体分析仪。
4.根据权利要求1所述的一种适用于垃圾焚烧炉的深度低氮燃烧配风系统，其特征在于：所述干燥段灰斗或风室与混合器连接的管道上、燃烧段灰斗或风室与混合器连接的管道上和余热锅炉与半干法反应塔连接的管道上均设有氧化锆氧量仪。
5.根据权利要求1所述的一种适用于垃圾焚烧炉的深度低氮燃烧配风系统，其特征在于：还包括沼气燃烧室，所述沼气燃烧室的烟气出口与分级风风机出风口的管道连接，所述沼气燃烧室设有沼气进口和配风口。
6.根据权利要求1所述的一种适用于垃圾焚烧炉的深度低氮燃烧配风系统，其特征在于：所述焚烧炉的二次风的喷入口设置在靠近焚烧炉出口端的位置，且高于分级风喷口的位置。
7.根据权利要求1所述的一种适用于垃圾焚烧炉的深度低氮燃烧配风系统，其特征在于：所述后炉拱抽烟气口设置在焚烧炉的排渣口上方，所述后炉拱抽烟气口与分级风风机的进风口连接的管道上设有流量计和温度计。
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