CN1844745A - 城市垃圾颗粒燃料智能焚烧炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种城市垃圾颗粒燃料智能焚烧炉，包括炉体、底座、炉排、进料机构、出料口、点火系统、一次进风系统、二次进风系统、自动控制系统，所述炉体内设有依次相连的第一、第二、第三燃烧室和配风室，各燃烧室分别对应与在垃圾的预热和裂解气化反应、固相物质着火燃烧、气体焚烧阶段，第一、二燃烧室内分别设有一、二级炉排，二次进风系统的烟气输送管道与配风室相通并设置在炉壁内，自动控制系统包括与各执行器通过数/模转换模块相连的工控机、与工控机相连的信号采集系统和驱动电路系统。本发明具有垃圾燃烧充分、余热利用充分、无需添加助燃物、自动化程度高的优点，从而减小焚烧的能耗及成本，保障尾气的达标排放。
Description
技术领域
本发明涉及一种对制成颗粒燃料的城市生活垃圾进行处理的焚烧炉。
背景技术
目前，城市生活垃圾处理正在向无公害资源化方向发展，垃圾焚烧发电是较理想的垃圾处理方法，现有焚烧炉按其工作原理分为两大类：固相物质充分着火自焚式燃烧为主的垃圾焚烧炉和以高分子降解为可燃性气体(如：CO，CxHy，CH4，H2等)的气体焚烧为主固相物质部分着火燃烧为辅的裂解气化垃圾焚烧炉型，它们处理的对象均为未分拣或经简单分拣的生活垃圾；固相物质充分着火自焚式燃烧为主的垃圾焚烧炉主要为以下两种结构：
(1)立式垃圾焚烧炉：采用立式冲天炉结构，只是在普通煅烧炉结构上增加喷油装置、温度监测装置，其技术水平较低、焚烧时需持续添加重油助燃，处理能力5-10吨/天，重油添加量2-12升/小时，采用水冷壁或风冷壁式热交换方式回收余热；其特点为：对垃圾的焚烧过程难以控制，垃圾中的高分子难以裂解为可燃性气体，燃烧不完全、尾气中污染物含量高、能耗较高、余热的回收利用率低、垃圾处理成本高，为120-160元/吨；
(2)卧式炉排焚烧炉：此类焚烧炉为国内现有运行数最多，处理量最大的焚烧炉结构形式；现以最具代表意义的为“L”形炉排焚烧炉为例，对其说明：
由图3所示，该卧式炉排焚烧炉包括炉体301、底座302、炉排303、进料机构304、出料口305、余热锅炉306、烟气排放风机307、点火系统、一次进风系统、二次进风系统、自动控制系统，炉排303包括位于进料机构下的送料炉排303a、逆推炉排303b和顺推炉排303c，逆推炉排303b向下倾斜，而顺推炉排303c水平布置，出料口305位于顺推炉排303c下，点火系统包括设置在炉体内的两个点火器308、与每个点火器308相连并带有电磁阀309的燃料支管、与燃料支管相连的燃料供应装置310，一次进风系统包括四根与炉膛相通的进风管311、与之配套的风机312、调节阀317；所述二次进风系统包括与余热锅炉306相连、设置于炉体外的烟气输送管道319、与烟气输送管道相连并与炉膛相通的六根进风管313、风机314、调节阀318，自动控制系统包括工控机和通过各自配套的模/数转换模块与之相连的、设置在炉体内的数个温度及氧浓度传感器315、316，工控机还通过数/模转换模块和驱动电路与进料机构的驱动电机、点火器308、电磁阀309、一、二次进风系统的风机312、314、各进风管上的调节阀317、318相连；工作过程为：垃圾由送料炉排303a推入焚烧床面，在逆推炉排303b的作用下反向运动，垃圾在燃料层面上作充分的翻动搅拌而达到充分的燃烧。垃圾的干燥、着火和主燃烧均在逆推炉排303b、顺推炉排303c上进行，基本燃尽的垃圾由出料口305排出炉外，系统由电脑控制；该焚烧炉虽可实现焚烧过程的全自动化，但炉膛内的温度差无法控制，垃圾的干燥、着火、主燃烧和高分子裂解均在同一燃烧室内、在同一工序完成，裂解后可燃性气体得不到充分燃烧，仍存在燃烧不完全、尾气中污染物含量高的问题；余热的回收利用率虽有所提高，但炉体外的烟气输送管道319散热较快，又无专门用于回收烟气余热的配风室，余热回收仍不充分，还需添加重油等助燃物，垃圾处理成本较高，为60-120元/吨；据检测，以上两种焚烧炉的尾气排放指标如下：
| 污染物名称 | 计量单位 | 中国标准Cwkw3-2000 | 现有垃圾焚烧炉主要排放指标 |
| 烟气黑度 | 1 | 1-2 | |
| HCI | mg/m3 | 75 | ≤90 |
| HF | mg/m3 | - | - |
| SO2 | mg/m3 | 260 | ≤360 |
| NOx | mg/m3 | 400 | ≤500 |
| CO | mg/m3 | 150 | ≤150 |
| 重金属 | mg/m3mg/m3mg/m3 | Hg＝0.2cd＝0.2pb＝1.6 | ≤0.3≤0.5≤2.5 |
| 二恶英及呋喃 | mg/m3 | 1 | ≤3 |
主要运行指标如下：平均垃圾电能热回收率在5％～8％，最高为10％，垃圾的减容率为60％～80％，炉渣中可燃物含量≥10％，炉渣热灼减率≥5％，受垃圾水份和发热值限制，长期添加大量的助燃物质煤或重油，添加量高达15％～30％，大幅提高处理成本，各种污染物均超过标准，尾气中飘浮物和重金属较高，长期不达标排放。
基于此：目前垃圾焚烧炉处理运行费用，约为60～160元/t垃圾，整个焚烧厂长期亏损运行，同时尾气及炉渣的二次污染问题至今尚未完全解决，为政府背上沉重包袱，阻碍了整个技术和推广及应用。
以高分子降解为可燃气体的气体焚烧为主固相物质部分着火燃烧为辅的裂解气化垃圾焚烧炉，该类焚烧炉的代表为流化床焚烧炉：流化床焚烧炉以前用来焚烧轻质木屑等，但近年来开始用于焚烧污泥、煤和城市生活垃圾，由图4所示，包括炉体401、进风口402、散气板403、助燃器405、供料器406、流动砂407、二次助燃空气喷射口408、流动介质循环装置409、不燃物排出装置410、振动分选装置411等，垃圾在炉体内主要是呈沸腾流动状态，将垃圾粉碎到20cm以下再投入到炉内，垃圾和炉内的高温流动砂(650-800℃)接触混合，瞬时间气化并燃烧，未燃烬成分和轻质垃圾一起飞到上部燃烧室继续燃烧。一般认为上部燃烧室的燃烧占40％左右，但容积却为流化层的4～5倍，同时上部的温度也比下部液化层高100～200℃，称为二燃室404；
不可燃物沉到炉底和流动砂一起被排出，然后将流动砂和不可燃物分离，流动砂回炉循环使用。垃圾的灰分和70％左右作为飞灰随着燃烧气流向烟气处理设备。
流化床焚烧炉具有炉体较小，焚烧炉渣的热灼减率低(约1％)，炉内可动部分设备少、燃烧较充分的优点，但与机械炉排炉相比，有以下缺点：①比机械炉排炉多调协流动砂循环系统，且流动砂造成的磨损较大，焚烧炉的使用寿命偏短；②燃烧空气的平衡较难，较易产生CO，烟气中CO的含量仍超标，为使燃烧各种不同垃圾都保持较合适的温度，必须调节空气量的空气温度；③炉内温度控制较难，焚烧质量不稳定。
流化床焚烧炉的优点在于将流动砂保持在一定的温度，所以便于每天启动和停炉，而现在的趋势是尽量保证焚烧炉的连续运行而没有必要每天停炉，这样便不能体现流化床的优点，再加上上述缺点，因此最近新垃圾焚烧厂很少采用流化床焚烧炉了。
发明内容
本发明的目的是针对现有垃圾焚烧炉的上述不足，提供一种高度自动化、能使垃圾充分燃烧、尾气达标排放、加大垃圾的减容率、降低炉渣的热灼减率、余热利用充分、无需添加助燃物的城市垃圾颗粒燃料智能焚烧炉。
为达到上述目的，本实用新型的城市垃圾颗粒燃料智能焚烧炉，包括炉体、底座、带有驱动电机的炉排、带有送料电机的进料机构、出料口、点火系统、一次进风系统、二次进风系统、带有信号采集系统和驱动电路系统的自动控制系统，驱动电路系统设有炉排电机驱动电路和送料电机驱动电路，其特征在于所述炉体内设有依次相通的第一燃烧室、第二燃烧室、第三燃烧室和配风室，第一和第二燃烧室通过炉体内的隔墙划分，在第一和第二燃烧室内分别设有一级炉排和二级炉排，所述点火系统包括分别设置在各燃烧室内的点火器、与各点火器相连并带有电磁阀的燃料支管、与燃料支管相连的燃料供应装置；所述一次进风系统包括数根与炉膛中各燃烧室和配风室相通的进风管和与之配套的风机，以及设置在每根进风管上的调节阀；所述二次进风系统包括设置炉壁内的烟气输送管道、与烟气输送管道相连并分别与第一和第二燃烧室相通的数根进风管和风机、以及设置在每根进风管上的调节阀，烟气输送管道设有与配风室相通的数个进风口；
上述自动控制系统包括工控机和通过各自配套的模/数转换模块和数/模转换模块分别与之相连的信号采集系统和驱动电路系统，信号采集系统包括分别设置在第一、第二、第三燃烧室内的一个或一个以上的温度传感器和氧含量传感器、设置在配风室内的烟气含量分析仪、分别设置在一级炉排和二级炉排下的、一个或一个以上的重量传感器，驱动电路系统还包括一、二次进风系统的各风机驱动电路，工控机还通过数/模转换模块与各点火器、分别设置在各点火器的燃料支管上的电磁阀、分别设置在一、二次进风系统的各根进风管上的调节阀相连。
通过在各燃烧室设置各自配套的一、二次进风装置、点火装置、温度传感器和氧含量传感器，以及通过自动控制系统调节各电磁阀、各调节阀的开度，可将各燃烧室内的温度和氧含量控制在不同的范围内，让垃圾在各燃烧室内经历不同的燃烧阶段：在第一燃烧室内为预热和裂解气化反应阶段，在第二燃烧室内为剩余固相物质着火燃烧阶段，第三燃烧室内为气体焚烧阶段，可精确控制垃圾焚烧的各个阶段，让燃烧充分、完全，同时气体焚烧产生的高温烟气比现有焚烧炉产生的烟气温度高很多，在配风室经一次进风降温后通过炉壁内的烟气输送管道被二次进风采用，用于对第一、二燃烧室内的颗粒垃圾进行加热，还可对炉壁进行保温，防止炉内热量散失，提高了余热利用率，当焚烧炉运行一段时间进入稳定状态，可关闭点火器，由颗粒垃圾自身燃烧产生的热能和回收的高温烟气维持焚烧炉的正常运行，从而大大节省能源；通过分别设置在一级炉排和二级炉排上的重量传感器，可检测焚烧中剩余或供给不足的垃圾量，可通过工控机控制进料机构的送料电机调整颗粒垃圾的供给量；设置在配风室内的烟气含量分析仪可检测尾气中各种有害气体的含量，当含量超标时，可通过预设程序自动调节各电磁阀、各调节阀的开度，调整各燃烧室内的温度和氧含量，达到充分燃烧，实现智能控制；
作为本发明的进一步改进，所述第三燃烧室的截面呈前大后小的喇叭状，用于对第三燃烧室内加压，使裂解气体燃烧更充分、彻底，获得温度更高的烟气；
作为本发明的进一步改进，第三燃烧室一次进风系统的进风管设置在炉壁内，使该燃烧室的一次风得到预热，降低燃烧室内的温度波动，更易达到稳定的燃烧状态，节约能源；
作为本发明的进一步改进，配风室还与一余热锅炉相连，该锅炉的排气口还与一尾气排放风机相连，驱动电路系统设有尾气排放风机驱动电路，进一步提高高温烟气的利用率；
作为本发明的进一步改进，一、二级炉排的驱动电机还与变频器相连，变频器通过数/模转换模块与工控机连接，驱动电路系统设有变频器驱动电路，可通过工控机自动将炉排的转速调整到与进料量相匹配；
综上所述，本发明具有能使垃圾充分燃烧、垃圾的减容率高、热灼减率低、余热利用充分、无需添加助燃物、自动化程度高的优点，从而减小焚烧的能耗及成本，保障尾气的达标排放。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为本发明实施例的电路框图。
图3为现有“L”形炉排焚烧炉的结构示意图。
图4为流化床焚烧炉的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
由图1所示，该城市垃圾颗粒燃料智能焚烧炉，包括炉体1、底座2、带有驱动电机(未示出)的一级炉排13和二级炉排14、带有送料电机的进料机构4、出料口5、点火系统、一次进风系统、二次进风系统、自动控制系统、带有尾气排放风机6的余热锅炉7，所述炉体1内设有依次相通的第一燃烧室8、第二燃烧室9、第三燃烧室10和配风室11，第一和第二燃烧室通过炉体1内的陶瓷隔墙12划分，在第一和第二燃烧室内分别设有一级炉排13和二级炉排14，两炉排的驱动电机与变频器(未示出)相连，第三燃烧10室的截面呈前大后小的喇叭状，余热锅炉7与配风室11相连，所述点火系统包括分别设置在各燃烧室内的四个点火器15、与各点火器15相连并带有电磁阀16的燃料支管、与燃料支管相连的燃料供应装置17，其中两个点火器15设置于第一燃烧室8中；所述一次进风系统包括六根分别与炉膛中各燃烧室和配风室11相通的进风管20和与之配套的风机18，以及设置在每根进风管上的调节阀19，其中，第三燃烧室10的进风管20设置在炉壁内；所述二次进风系统包括设置炉壁内的陶瓷烟气输送管道21、与陶瓷烟气输送管道21相连并分别与第一和第二燃烧室相通的四根和三根进风管22、风机29、以及设置在每根进风管上的调节阀23，陶瓷烟气输送管道21设有与配风室11相通的十四个进风口24；
由图2所示，自动控制系统包括工控机和通过各自配套的模/数转换模块与之相连的信号采集系统和驱动电路系统，信号采集系统包括分别设置在第一、第二、第三燃烧室前、后端的两个温度传感器(热电偶)和氧含量传感器(氧化镐氧气分析变送器)、设置在配风室后端的烟气含量分析仪、分别设置在一级炉排和二级炉排下的四个悬臂式重量传感器，驱动电路系统包括送料电机驱动电路、炉排电机驱动电路、一、二次进风系统的各风机驱动电路、尾气排放风机驱动电路、变频器驱动电路，工控机还通过数/模转换模块与各点火器、分别设置在各点火器的燃料支管上的电磁阀、分别设置在一、二次进风系统的各根进风管上的调节阀相连；
由图1所示，各燃烧室前、后端的两个温度传感器25和氧含量传感器26可更准确地反映各燃烧室内温度和氧含量的变化，防止各电磁阀16和各调节阀19、23动作出现滞后，提高信号采集系统的灵敏度；分别设置在一级炉排和二级炉排上的四个悬臂式重量传感器数量27，可通过测量后取平均值更准确反映在预热和裂解气化、剩余固相物质着火燃烧过程中垃圾颗粒重量的变化，可提高工控机调整垃圾颗粒供给量的准确度；
本发明的工作过程为：通过预设程序由工控机先自动开启各燃烧室燃料支管上的电磁阀16，通入生炉用液化石油汽(或天燃气)同时自动点火，用于提高炉内温度，当炉内温度升至工艺要求的温度时，再自动启动进料机构往炉内送入经预处理的高湿混合垃圾颗粒(制备方法见本公司申请的发明专利：城市垃圾焚烧颗粒燃料的制备方法，专利申请号：200510021985.7)，同时自动开启各燃烧室一、二次进风系统的风机18、29、余热锅炉7的尾气排放风机6，并对温度、氧含量参数、一级炉排13和二级炉排14上的垃圾重量、尾气中有害气体的含量自动进行采集， 利用大量配风后的回流烟气对第一、二燃烧室8、9的炉膛进行加热，使系统稳定于如下操作参数：
第一燃烧室：温度500～700℃，炉膛氧气浓度：5％，二次进风的回流烟气温度1300～1600℃
第二燃烧室：温度1500～1600℃，炉膛氧气浓度：10％；二次进风的回流烟气温度1300～1600℃
第三燃烧室：温度2100～2500℃，炉膛氧气浓度：15％；配风后烟气温度1300～1600℃
当稳定于上述工作状态时，系统自动关闭各点火器15，通过固相物质着火燃烧和裂解气体燃烧产生的热量维持系统的热量需求；当系统温度、尾气中有害气体的含量在线监测不在设计参数范围内时，根据氧气浓度情况首先通过各调节阀19、23调整回流烟气量，达到温度指标；当氧气浓度低于设计要求，再调整垃圾颗粒进料量确保系统正常进行；
经试验证明本发明的主要工作性能参数列表如下：
| 序号 | 项目 | 工作性能参数 | 备注 |
| 1 | 一级裂解气化反应温度 | 500-700℃，氧气浓度5％ | |
| 2 | 一级裂解气化回流烟气温度 | 1300-1600℃ | 来自三燃室尾气 |
| 3 | 一级裂解气化物料停留时间 | 25-30分钟 | |
| 4 | 一级裂解气化物料减重率 | 70-75％ | |
| 5 | 一级裂解气化气体出口温度 | 700-800℃ | |
| 6 | 一级裂解气化一次进风量 | 400-600立方/吨燃料 | |
| 7 | 二级氧化反应温度 | 1500-1700℃，氧气浓度10％ | |
| 8 | 二级氧化回流烟气温度 | 1300-1600℃ | 来自三燃室尾气 |
| 9 | 二级氧化物料停留时间 | 10-15分钟 | |
| 10 | 二级氧化排渣可燃物含量 | 0.1-0.5％ | 主要为火山灰 |
| 11 | 二级氧化气体出口温度 | 1500-1700℃ |
| 12 | 二级氧化一次进风量 | 3000-6000立方/吨燃料 | |
| 13 | 三级气体焚烧反应温度 | 2100-2500℃，氧气浓度15％ | |
| 14 | 三级气体焚烧一次进风量 | 20000-30000立方/吨燃料 | |
| 15 | 三级气体焚烧反应时间 | 0.003-0.06秒 | |
| 16 | 三级气体焚烧出口温度 | 2100-2500℃ | |
| 17 | 三级气体焚烧反应压力 | 2000-2800帕 | |
| 18 | 系统正常工作热能物质添加 | 不添加任何热能物质 | |
| 19 | 点火及系统预热热能物质添加 | 40-80公斤民用液化气 |
本发明主要排放指标参数列表如下：
| 污染物名称 | 计量单位 | 中国标准Cwkw3-2000 | 欧共体91标准 | 新型垃圾颗粒燃料焚烧炉主要排放指标 |
| 烟尘 | mg/m3 | 80 | 30 | ≤1.6 |
| 烟气黑度 | 1 | - | - | |
| HCI | mg/m3 | 75 | ≤50 | ≤0.3 |
| HF | mg/m3 | - | 2-4 | 0.012 |
| SO2 | mg/m3 | 260 | 300 | ≤60 |
| NOx | mg/m3 | 400 | 400 | ≤300 |
| CO | mg/m3 | 150 | 100 | ≤50 |
| 重金属 | mg/m3mg/m3mg/m3 | Hg＝0.2cd＝0.2pb＝1.6 | ≤0.2≤0.1≤5 | ≤0.03≤0.005≤0.05 |
| 二恶英及呋喃 | mg/m3 | 1 | ≤0.1 | ≤0.001 |
本发明的尾气中的污染物，远远低于欧洲、美国和独联体已有的大气污染标准，而且完全符合京都议定书规定；
本发明与现有垃圾焚烧炉主要经济技术指标对比分析列表
| 序号 | 项目 | 现有垃圾焚烧炉 | 本发明垃圾焚烧炉 |
| 2 | 垃圾的减容率 | 60～80％ | 90％以上 |
| 3 | 焚烧尾气出口温度 | 724～1050℃ | 2100℃～2500℃ |
| 4 | 垃圾的减重率 | 80～90％ | 95％以上 |
| 5 | 焚烧炉渣热灼减率 | 5％～10％ | 0.3％以下 |
| 6 | 垃圾发电效率 | 100～220度/吨.垃圾 | 300～600度/吨.垃圾 |
| 7 | 高热值物料添加 | 15％～30％(以加煤为参照) | 不需要 |
| 8 | 三废排放指标 | 未达到我国国家标准 | 达到新京都议定书标准 |
| 9 | 垃圾发电成本 | 60-160元人民币/吨垃圾 | 40-60元人民币/吨垃圾 |
| 10 | 焚烧炉渣产生率 | 入炉重量的30～40％ | 入炉重量的30～40％ |
| 11 | 焚烧炉渣处理方式 | 填埋，防渗透 | 火山灰成分，直接销售 |
| 12 | 系统盈利指标 | 基本不盈利 | 盈利50-100元/吨垃圾 |
总之，通过本发明对垃圾进行焚烧发电，是改变现有垃圾焚烧发电工作状况的最佳途径，减小能耗及成本，提高处理能力和热能输出，并极大降低尾气所造成之二次污染，是一项重要技术突破。
Claims (6)
1、一种城市垃圾颗粒燃料智能焚烧炉，包括炉体、底座、带有驱动电机的炉排、带有送料电机的进料机构、出料口、点火系统、一次进风系统、二次进风系统、带有信号采集系统和驱动电路系统的自动控制系统，驱动电路系统设有炉排电机驱动电路和送料电机驱动电路，其特征在于所述炉体内设有依次相通的第一燃烧室、第二燃烧室、第三燃烧室和配风室，第一和第二燃烧室通过炉体内的隔墙划分，在第一和第二燃烧室内分别设有一级炉排和二级炉排，所述点火系统包括分别设置在各燃烧室内的点火器、与各点火器相连并带有电磁阀的燃料支管、与燃料支管相连的燃料供应装置；所述一次进风系统包括数根与炉膛中各燃烧室和配风室相通的进风管和与之配套的风机，以及设置在每根进风管上的调节阀；所述二次进风系统包括设置炉壁内的烟气输送管道、与烟气输送管道相连并分别与第一和第二燃烧室相通的数根进风管和风机、以及设置在每根进风管上的调节阀，烟气输送管道设有与配风室相通的数个进风口。
2、根据权利要求1所述的城市垃圾颗粒燃料智能焚烧炉，其特征在于所述自动控制系统包括工控机和通过各自配套的模/数转换模块和数/模转换模块分别与之相连的信号采集系统和驱动电路系统，信号采集系统包括分别设置在第一、第二、第三燃烧室内的一个或一个以上的温度传感器和氧含量传感器、设置在配风室内的烟气含量分析仪、分别设置在一级炉排和二级炉排下的、一个或一个以上的重量传感器，驱动电路系统还包括一、二次进风系统的各风机驱动电路，工控机还通过数/模转换模块与各点火器、分别设置在各点火器的燃料支管上的电磁阀、分别设置在一、二次进风系统的各根进风管上的调节阀相连。
3、根据权利要求1或2所述的城市垃圾颗粒燃料智能焚烧炉，其特征在于所述第三燃烧室的截面呈前大后小的喇叭状。
4、根据权利要求3所述的城市垃圾颗粒燃料智能焚烧炉，其特征在于第三燃烧室一次进风系统的进风管设置在炉壁内。
5、根据权利要求4所述的城市垃圾颗粒燃料智能焚烧炉，其特征在于配风室还与一余热锅炉相连，该锅炉的排气口还与一尾气排放风机相连，驱动电路系统设有尾气排放风机驱动电路。
6、根据权利要求5所述的城市垃圾颗粒燃料智能焚烧炉，其特征在于一、二级炉排的驱动电机还与变频器相连，变频器通过数/模转换模块与工控机连接，驱动电路系统设有变频器驱动电路。
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