CN208829524U - 一种外置式自脱硝燃烧系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种外置式自脱硝燃烧系统，涉及污泥炭化处理设备技术领域，包括燃烧炉、补充燃料燃烧系统、热解气燃烧系统、SNCR脱硝装置，放置在炭化炉等用热设备的下部或侧面，燃烧炉上部设高温烟气出口，内壁设防火材料，补充热源燃烧系统包括补充热源燃烧器、燃料输送管道，热解气系统包括热解气管道、除尘器、引风机、文丘里引射混合器和喷嘴；燃烧炉炉膛内设SNCR脱硝装置，SNCR脱硝装置包括药剂调配装置、雾化器、计量控制阀组、喷枪；设置有PID控制系统，与高温烟气出口的热电偶、系统尾气处理末端出气口NOx检测装置等连接，实现系统控制。本实用新型具有合理控制输出的高温烟气温度、高温烟气脱硝、控制尿素投加量、系统控制的有益效果。

Description

一种外置式自脱硝燃烧系统

技术领域

本实用新型涉及污泥炭化处理装置技术领域，尤其是一种外置式自脱硝燃烧系统，适用于污泥炭化装置。

背景技术

随着污水处理设施的普及、污水处理效率的提高和污水处理程度的深化，国内市政污泥产量逐年急剧增加，预计到2020年，市政污泥的产量将达到9000万吨。目前大部分污泥仍采用脱水80％后填埋的简单处理处置，浪费了大量的土地，并对生态环境构成严重威胁。对污泥进行科学的、可靠的、合理的处理处置，已经成为环境保护措施的一项重要内容，也是环境治理工作的重点。

根据污泥的特性、城市规模及发展水平，可选择不同工艺技术的污泥处理技术方案，其中干化焚烧和干化炭化技术利用污泥自身热值，实现了污泥处置的减量化、无害化、稳定化和资源化目标，是污泥处置最彻底的方法。作为一种新型污泥处理技术，污泥炭化除具有焚烧的优良特性外，还具有污泥就地处置、能源循环利用、不产生二噁英等危废、综合成本可控等优点，必将是国内大中城市和东部沿海地区污泥处理应用的大势所趋。

污泥炭化技术是在无氧或缺氧的条件下加热污泥至一定温度，经过干燥、热解、炭化等处理过程，实现污泥“减量化、无害化、稳定化、资源化”目标。炭化设备主要有流化床式炭化炉、外热多段式炭化炉、外热回转式/滚筒式炭化炉等，其中热能的供给方式和能效决定着项目技术方案的可行性、设备投资和运营成本，是炭化工艺系统的核心设备。

炭化设备供热方式有直接供热和间接供热之分，以适应不同物料的炭化处理，本专利技术提供一种高效、自脱硝燃烧炉，主要用于外热回转式炭化炉的间接供热，也可用于生物质、部分危废的炭化处理工艺。

外热回转式炭化炉供热方式有直接供热和间接供热之分，区别在于燃烧器设置在炭化炉内部或外部，其热源均为补充燃料+热解气。直接供热方式是指直接在炭化炉的加热炉膛内部设置燃烧点，一般均为多点自然燃烧/强制通风燃烧，包括燃烧喷嘴、点火器、炉膛等，火焰直接加热炭化炉滚筒，但受多种因素影响目前使用的较少。

间接供热是在炭化炉外部设置独立的外置燃烧系统，设备主要有三部分组成：补充热源燃烧器、燃烧室、热解气输入管道和补充空气设施等。补充热源燃烧器可根据项目占地、市政配套条件、成本控制等采用相对独立的天然气、煤气、油、生物质燃料等燃烧器；燃烧器燃烧产生的火焰喷入燃烧室内，引燃送入的热解气二次燃烧，产生高温烟气送入外热滚筒式炭化炉外室，换热后排出。

外置燃烧系统虽然较好地解决了污泥炭化和污泥热值循环利用，适应不同的补充热源，但仍存在以下问题：

(1)燃烧炉内的温度很高，达1200℃左右，通过出气口集中送入炭化炉外室对滚筒加热，使得滚筒局部温度很高，筒体受热不均，既影响炭化效率和热能利用，同时也会导致筒体物理特性的改变，对筒体运行的稳定性、连续性和寿命产生很大影响，也对筒体材质提出更高要求，增加设备投资和运营成本；

(2)因污泥炭化最主要的特点是污泥自身热能的循环利用，这体现在炭化过程中产生的热解气再燃烧供热，同时有效控制补充能源的消耗，现有的外置燃烧系统没有配置自动控制设备，不能根据污泥特性有效控制烟气温度，更重要的是不能有效控制补充能源的使用；

(3)热解气和补充燃料的燃烧，需要相应比例的空气助燃，目前的燃烧炉尚不能合理控制助燃空气量，致使产生大量的氮氧化物，需要后期通过脱硝处理烟气以满足排放环保要求，不仅增加后续烟气处理系统的压力，而且会造成大量高质量热能的浪费。

实用新型内容

本实用新型提供了一种外置式自脱硝燃烧系统，放置于污泥炭化装置等用热设备的下部或侧部，与用热设备连接，可对高温烟气提前脱硝，同时调整高温烟气出口温度，解决了现有技术中炭化炉筒体局部温度过高，使滚筒温降过快，难以实现自动控制，后期排放的尾气满足环保要求压力较大等技术问题。

本实用新型采用了如下技术方案：包括燃烧炉，所述燃烧炉上部设与用热设备连接的高温烟气出口；

与所述燃烧炉连接的热解气燃烧系统，所述热解气燃烧系统的输入端与用热设备的热解气排出口连接；

与所述燃烧炉连接的补充燃料燃烧系统，所述补充燃料燃烧系统包括补充热源燃烧器；

所述燃烧炉内设SNCR脱硝装置，所述SNCR脱硝装置设多组喷枪。

作为一种优选的实施方案，所述SNCR脱硝装置包括依次连接的固体尿素料库，尿素加药装置，输送泵，雾化器，计量控制阀组，尿素输送管，喷枪，所述喷枪设尿素喷嘴，实现雾化后的尿素经尿素喷嘴，进入燃烧炉炉膛。

作为一种优选的实施方案，所述热解气燃烧系统包括与用热设备的热解气排出口连接的除尘器，所述除尘器输出端与引风机连接，所述引风机通过热解气输送管道与文丘里引射式混合器连接，所述文丘里引射式混合器与设置在燃烧炉内的热解气喷嘴连接。

作为一种优选的实施方案，包括NOx检测装置，所述NOx检测装置设置在用热设备的尾气处理系统出气口的末端。

作为一种优选的实施方案，外置燃烧系统设有PID控制系统，所述PID控制系统与NOx 检测装置、设于所述高温烟气出口的热电偶、补充热源燃烧器、热解气温度计和流量计连接，实现系统控制，所述热解气温度计和所述流量计设置在热解气系统与燃烧炉连接处。

作为一种优选的实施方案，所述补充热源燃烧器设有PID控制器。

作为一种优选的实施方案，所述补充热源燃烧器输出端连接有高温高速烧嘴，所述高温高速燃烧嘴位于所述燃烧炉炉膛，所述补充热源燃烧器输入端通过燃料输送管道与燃料源连接。

作为一种优选的实施方案，所述燃烧炉内壁设防火层，所述燃烧炉为圆柱形，所述燃烧炉炉壁为碳钢材质。

作为一种优选的实施方案，所述燃烧炉上部或端部设观察孔。

本实用新型的工作原理：污泥炭化装置等用热设备排出的热解气经除尘器除尘，在引风机作用下进入文丘里引射式混合器，按照热解气燃烧需求配置空气与热解气的混合比例，与空气混合后的热解气进入燃烧炉炉膛；燃烧炉内设SNCR脱硝装置，固体尿素料库内的尿素，在尿素加药装置中与自来水按比例混合配制成10％的尿素溶液，经雾化器雾化，计量控制阀组控制雾化后的尿素通过尿素输送管进入燃烧炉炉膛，与烟气中的氮氧化物进行反应，脱除和降低烟气中氮氧化物的含量；补充热源燃烧器经高温高速烧嘴，将燃料输送至燃烧炉炉膛；燃烧炉炉膛的高温烟气通过高温烟气出口排入到用热设备，进行加热。

本实用新型的有益效果：燃烧炉内增加炉内脱硝SNCR工艺，既能去除高温烟气中的NOx，去除总效率可确保达到50％以上，又可同时调整高温烟气出口温度，满足污泥炭化装置要求，燃烧炉排出的高温烟气预先经过脱硝处理，减轻环境污染压力；包括NOx检测装置，所述NOx 检测装置设置在污泥炭化装置的尾气处理系统的出气口末端，实时监测排出的尾气中氮化物含量，以便调节脱硝环节；设有尿素加药装置，起到药剂调制作用，将尿素与自来水按比例混合配制成10％的尿素溶液，设有雾化器和输送泵，将调配好的尿素溶液雾化加压后输入燃烧炉炉膛；采用文丘里引射式混合器，既避免燃烧炉内高温压力阻碍热解气进入，也可按照热解气燃烧需求配置空气量，在保证热解气充分燃烧的前提下避免空气过量，减少NOx生成量。

采用专门设计的补充热源燃烧器，其与高温高速烧嘴、燃气/油管路/燃料库、助燃空气管路连接，内设PID控制器，保证燃料在燃烧炉内完全燃烧，可自动控制和调节燃料、空气按比例供应控制燃料消耗和NOx产量，补充热源燃烧器设置停电、停气保护装置；本外置式自脱硝燃烧系统设置PID控制系统，包括空气和燃气的比例自动调节、炉膛温度和热风温度检测、点火关火、安全保护功能等，可根据出口烟气温度自动调节补充热源供应量，根据废气NOx检测数据调整SNCR中尿素投加量。PID控制系统可并入污泥炭化装置的PLC控制系统，统一控制和管理。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例的整体结构连接示意图。

标识：1-除尘器；2-引风机；3-热解气输送管道；4-文丘里引射式混合器；5-热解气喷嘴； 6-尿素喷嘴；7-尿素输送管；8-高温烟气出口；9-热电偶；10-计量控制阀组；11-雾化器； 12-输送泵；13-尿素加药装置；14-固体尿素料库；15-PID控制柜；16-NOx检测装置；17-燃烧炉炉壁；18-燃烧炉炉膛；19-燃烧炉固定装置；20-防火层；21-补充热源燃烧器；22-燃料输送管道；23-观察孔。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参阅附图1，一种外置式自脱硝燃烧系统，包括燃烧炉，所述燃烧炉为圆柱形，所述燃烧炉上部或端部设观察孔23，燃烧炉炉壁17弯曲呈圆柱体，形成内部具有空腔的燃烧炉，燃烧炉内部空腔为燃烧炉炉膛18。燃烧炉内设防火层20，即所述燃烧炉炉壁17内侧设防火层20，所述燃烧炉炉壁17为碳钢材质。燃烧炉炉壁17外侧下设燃烧炉固定装置19，对所述燃烧炉进行固定支撑。

参阅附图1，所述燃烧炉上部设高温烟气出口8与用热设备连接，本实施例所述的用热设备是指污泥炭化装置；与所述燃烧炉连接的热解气燃烧系统，所述热解气燃烧系统输入端与用热设备的热解气排出口连接，用热设备排出的热解气通过热解气燃烧系统进入燃烧炉燃烧；与所述燃烧炉连接的补充燃料燃烧系统，所述补充燃料燃烧系统包括补充热源燃烧器21；所述燃烧炉设SNCR脱硝装置。参阅附图1，所述SNCR脱硝装置包括依次连接的固体尿素料库14，尿素加药装置13，输送泵12，雾化器11，计量控制阀组10，尿素输送管7，多组喷枪，所述喷枪设于所述燃烧炉炉膛18，所述喷枪设尿素喷嘴6。所述计量控制阀组10是由多个计量控制阀组成。输送泵12与雾化器11可以选择使用现有技术中的雾化泵替代。

固体尿素料库14内的尿素，在尿素加药装置13中与自来水按比例混合配制成10％的尿素溶液，经雾化器11雾化，计量控制阀组10控制雾化后，通过尿素输送管7经尿素喷嘴6进入燃烧炉膛18。10％的尿素溶液在压缩空气雾化条件下通过喷枪喷入燃烧炉炉膛18，尿素溶液与烟气中氮氧化物进行反应，从而达到脱除和降低烟气中氮氧化物的目的，实现高温烟气提前脱硝，脱硝过程中发生化学反应，公式如下：

CO(NH2)2→2NH2+CO

NH2+NO→N2+H2O

CO+NO→N2+CO2

燃烧炉炉膛18温度在850℃～1200℃，满足SNCR脱硝法的反应温度要求。燃烧炉炉膛 18尺寸较小，温度分布均匀，混合效果好，可达到较好的脱硝效果，NOx去除总效率可确保达到50％以上。尿素是一种廉价易得的化工产品，且无毒无害，不存在安全风险，运行成本较低。

SNCR脱硝直接在NOx产生源头进行处理，脱硝反应发生在燃烧炉内，实现自脱硝，效果更佳，同时避免污泥炭化装置的尾气排出时才经SNCR处理尾气，浪费大量高质量热能。尿素溶液中的水分吸热转化为过热蒸汽，相比于烟气热焓高，有利于后期热能转换；吸热同时降低燃烧炉出口烟气温度，满足污泥炭化装置的温度要求。

所述热解气燃烧系统包括与污泥炭化装置热解气排出口连接的除尘器1，所述除尘器1 输出端与引风机2连接，所述引风机2通过热解气输送管道3与文丘里引射式混合器4连接，所述文丘里引射式混合器4与设置在燃烧炉炉膛18的热解气喷嘴5连接，所述引风机2为变频。文丘里引射式混合器4是利用高压热解气从喷嘴喷出后形成的负压将空气吸入，在文丘里管内压缩形成均匀的混合气体，射入燃烧炉膛后均匀燃烧。为保证混合比例在一定范围内调整，同时增大混合气体喷嘴压力，在文丘里引射式混合器4的吸气室外部加装鼓风机，在热解气输送管道3上设置引风机，将高压空气与热解气混合。鼓风机的空气进口设有消音、过滤装置。

参阅附图1，所述补充热源燃烧器21输出端连接有高温高速烧嘴，所述高温高速烧嘴位于所述燃烧炉炉膛18，所述补充热源燃烧器21的输入端通过燃料输送管道22与燃料源连接，燃料源包括天然气、燃油、生物质燃料等，补充热源燃烧器21是独立的，可根据城市区域具体情况，选择天然气燃烧器、燃油燃烧器、生物质燃烧器等。若选择的燃料是天然气，燃料输送管道22为助燃空气管路，所述助燃空气管路上设电动调节阀，可根据燃烧情况自动调节助燃空气管路的供风量；若选择燃料是燃油，则燃料输送管道22为燃料管路。所述补充热源燃烧器21设有停电、停气保护装置，燃料输送管道上设有电动调节阀。

参阅附图1，外置燃烧系统设PID控制柜15，设有PID控制系统，所述PID控制系统与NOx检测装置16、设于所述高温烟气出口8的热电偶9、补充热源燃烧器21的PID控制器、热解气温度计和流量计连接，实现系统控制。PID控制系统可并入污泥炭化装置的PLC控制系统，实现统一管理和控制。热电偶9可实时监测燃烧炉排出的高温烟气温度，并将温度数据反馈至PID柜。参阅附图1，SNCR脱硝装置的检测系统包括NOx检测装置16，NOx检测装置 16设在系统尾气处理末端出气口。附图1中的NOx检测装置16仅表示该外置式自脱硝燃烧系统包括NOx检测装置16，并非限定NOx检测装置16设置于附图1中的位置。尿素投放量是通过设在尾气处理末端出口管道上的NOx含量监测数据，以及高温烟气出口8的温度进行控制，由于高温烟气的温度和NOx含量均设置阈值，实现PID控制系统综合控制。

所述补充热源燃烧器21设有PID控制器，所述PID控制器与所述PID控制系统连接。设置PID控制器，可控制空燃比，空气过剩系数，以及燃料流量。助燃输送管道设电动调节阀，所述电动调节阀与所述PID控制器连接，实现借助PID调节的方式对空燃比进行控制，空燃比可以根据燃料种类不同设定对应的阈值；高温烟气出口8设有热电偶9，实时监测高温烟气的温度，并将温度信号反馈给PID控制器，根据温度范围设定对空气、燃料流量进行调节控制。由于生物质燃料的特性，目前尚只能实现对田燃气和燃油实行有效控制。

PID控制系统的控制范围包括出口温度控制范围、燃烧器空燃比、预设NOx检测数据控制范围等；启动补充热源燃烧器21，检测烟气出口温度，调整空燃比和燃料流量，达到稳定燃烧和充分燃烧；启动热解气输送系统，调整吸气室外部空气压力，达到热解气稳定燃烧和充分燃烧；启动SNCR脱硝装置，根据NOx检测装置显示的数据和高温烟气出口温度综合调整剂量控制阀。PID系统可并入污泥炭化装置的PLC系统，综合调整燃烧炉系统参数，达到稳定运行。由于污泥特性一般为季节性变化，同时在污泥深度脱水、干化、炭化过程中采取措施，力求各处理过程稳定，相应燃烧系统只需按季节进行调整；停机：停止进料，热解气逐渐减少，燃烧炉系统正常运行；通过观察孔23观察到热解气燃烧结束，关闭补充燃料燃烧系统，切断燃料供应；燃烧炉的高温烟气出口8温度降至50℃以下，关闭热解气输送系统及文丘里引射式混合器4；系统停机检查。

本实用新型的工作原理：污泥炭化装置等用热设备排出的热解气经除尘器1除尘，在引风机2作用下进入文丘里引射式混合器4，按照热解气燃烧需求配置空气与热解气的混合比例，与空气混合后的热解气进入燃烧炉炉膛18充分燃烧；燃烧炉内设SNCR脱硝装置，固体尿素料库14内的尿素，在尿素加药装置13中与自来水按比例混合配制成10％的尿素溶液，经雾化器11雾化，计量控制阀组10控制雾化后的尿素通过尿素输送管7进入燃烧炉炉膛18，与烟气中的氮氧化物进行反应，脱除和降低烟气中氮氧化物，实现高温烟气提前脱硝；补充热源燃烧器21经高温高速烧嘴，将燃料输送至燃烧炉炉膛18；燃烧炉炉膛18的高温烟气通过高温烟气出口8排入到用热设备，进行加热。

燃烧炉内增加炉内脱硝SNCR工艺，既能去除高温烟气中的NOx，去除总效率可确保达到50％以上，又可同时调整高温烟气出口8的温度，满足污泥炭化装置要求，燃烧炉排出的高温烟气预先经过脱硝处理，减轻环境污染压力；包括NOx检测装置16，所述NOx检测装置16设置在污泥炭化装置的尾气处理系统的出气口末端，实时监测排出的尾气中氮氧化物含量，以便调节脱硝环节；设有尿素加药装置13，起到药剂调制作用，将尿素与自来水按比例混合配制成10％的尿素溶液，设有雾化器11和输送泵12，将调配好的尿素溶液雾化加压后输入燃烧炉炉膛18；采用文丘里引射式混合器4，既避免燃烧炉内高温压力阻碍热解气进入，也可按照热解气燃烧需求配置空气量，在保证热解气充分燃烧的前提下避免空气过量，减少 NOx生成量。

采用专门设计的补充热源燃烧器21，其与高温高速烧嘴、燃气/油管路/燃料库连接，内设PID控制器，保证燃料在燃烧炉内完全燃烧，可自动控制和调节燃料、空气按比例供应控制燃料消耗和NOx产量，补充热源燃烧器21设置停电、停气保护装置；本外置式自脱硝燃烧系统设置PID控制系统，包括空气和燃气的比例自动调节、炉膛温度和热风温度检测、点火关火、安全保护功能等，可根据出口烟气温度自动调节补充热源供应量，根据废气NOx监测数据调整SNCR中尿素投加量。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种外置式自脱硝燃烧系统，放置于用热设备的下部或侧部，其特征在于，

包括燃烧炉，所述燃烧炉上部设与用热设备连接的高温烟气出口(8)；

与所述燃烧炉连接的热解气燃烧系统，所述热解气燃烧系统的输入端与用热设备的热解气排出口连接；

与所述燃烧炉连接的补充燃料燃烧系统，所述补充燃料燃烧系统包括补充热源燃烧器(21)；

所述燃烧炉内设SNCR脱硝装置，所述SNCR脱硝装置设多组喷枪。

2.根据权利要求1所述的一种外置式自脱硝燃烧系统，其特征在于，所述SNCR脱硝装置包括依次连接的固体尿素料库(14)，尿素加药装置(13)，输送泵(12)，雾化器(11)，计量控制阀组(10)，尿素输送管(7)，喷枪，所述喷枪设尿素喷嘴(6)，实现雾化后的尿素经尿素喷嘴(6)，进入燃烧炉炉膛(18)。

3.根据权利要求1所述的一种外置式自脱硝燃烧系统，其特征在于，所述热解气燃烧系统包括与用热设备的热解气排出口连接的除尘器(1)，所述除尘器(1)输出端与引风机(2)连接，所述引风机(2)通过热解气输送管道(3)与文丘里引射式混合器(4)连接，所述文丘里引射式混合器(4)与设置在燃烧炉内的热解气喷嘴(5)连接。

4.根据权利要求2或3所述的一种外置式自脱硝燃烧系统，其特征在于，包括NOx检测装置(16)，所述NOx检测装置(16)设置在用热设备的尾气处理系统出气口的末端。

5.根据权利要求4所述的一种外置式自脱硝燃烧系统，其特征在于，外置燃烧系统设有PID控制系统，所述PID控制系统与NOx检测装置(16)、设于所述高温烟气出口(8)的热电偶(9)、热解气温度计和流量计连接，实现系统控制，所述热解气温度计和所述流量计设置在所述热解气系统与所述燃烧炉连接处。

6.根据权利要求5所述的一种外置式自脱硝燃烧系统，其特征在于，所述补充热源燃烧器(21)设有PID控制器。

7.根据权利要求6所述的一种外置式自脱硝燃烧系统，其特征在于，所述补充热源燃烧器(21)输出端连接有高温高速烧嘴，所述高温高速燃烧嘴位于所述燃烧炉炉膛(18)，所述补充热源燃烧器(21)输入端通过燃料输送管道(22)与燃料源连接。

8.根据权利要求1所述的一种外置式自脱硝燃烧系统，其特征在于，所述燃烧炉内壁设防火层(20)。

9.根据权利要求8所述的一种外置式自脱硝燃烧系统，其特征在于，所述燃烧炉上部或端部设观察孔(23)。

10.根据权利要求8所述的一种外置式自脱硝燃烧系统，其特征在于，所述燃烧炉为圆柱形，所述燃烧炉炉壁(17)为碳钢材质。