CN214198690U - 垃圾焚烧及水泥窑余热回收耦合发电系统 - Google Patents

垃圾焚烧及水泥窑余热回收耦合发电系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了垃圾焚烧及水泥窑余热回收耦合发电系统，垃圾焚烧及水泥窑余热回收耦合发电系统，包括垃圾焚烧系统、背压汽轮机拖动系统、水泥窑余热回收系统和汽轮机发电系统；所述垃圾焚烧系统包括炉排炉和余热锅炉；所述背压汽轮机拖动系统包括背压汽轮机；所述水泥窑余热回收系统包括篦冷机、窑头锅炉和窑尾锅炉；所述汽轮机发电系统包括凝汽式汽轮机和发电机；所述垃圾在炉排炉中燃烧产生高温烟气送入余热锅炉产生的蒸汽送入背压汽轮机，背压汽轮机所排蒸汽与窑头锅炉以及窑尾锅炉产生的蒸汽混合后，一起送入汽轮机发电系统的凝汽式汽轮机做功驱动发电机发电。

Description

垃圾焚烧及水泥窑余热回收耦合发电系统
技术领域
本实用新型涉及于工业余热回收利用技术领域，具体涉及垃圾焚烧及水泥窑余热回收耦合发电系统及方法。
背景技术
目前，水泥窑协同处置生活垃圾技术在已经得到了广泛应用，达到了较高的水平，取得了良好的社会、环境和经济效应。
我国利用水泥窑协同处置生活垃圾的工艺方法主要分为两种技术路线：分选、气化/焚烧，其中分选技术路线是将垃圾分选为衍生燃料和适应于水泥生产的替代原料，然后在生产水泥的同时，把这些垃圾衍生原、燃料一并消纳；气化/焚烧是利用专业的垃圾气化焚烧炉将垃圾气化焚烧，然后将焚烧后产生的高温烟气引入分解炉为水泥生料分解提供热量，该技术能够充分利用现有水泥厂的设施和场地，具有节约用地，投资省等优点，但是该技术路线将大量烟气直接引入分解炉，会对窑线稳定生产造成一定影响。
中国专利《水泥回转窑和焚烧炉联合处理城市生活垃圾系统》(200610076668.X)和《利用水泥回转窑处理生活垃圾的设备工艺配置方法》(201010567035.5)都是利用间接燃烧技术，将焚烧后的热烟气引入分解炉为水泥生料分解提供热量，未能高效充分利用垃圾焚烧产生的高温余热；专利《一种带有汽轮机拖动的水泥窑协同处置生活垃圾系统及方法》 (201711240596.2)则是利用垃圾焚烧的热量产生过热蒸汽，然后拖动水泥生产动力设备，然后将低温尾气送入窑系统处置，虽然对垃圾焚烧的余热进行了利用，需设置多套独立汽轮机系统；上述专利技术都仅是从垃圾处理的角度来利用水泥窑，未能考虑将其和水泥窑余热发电系统有效集合，从而提高整个系统的余热利用效率。
实用新型内容
针对现有技术中的不足，本实用新型采用如下技术方案：
垃圾焚烧及水泥窑余热回收耦合发电系统，包括垃圾焚烧系统、背压汽轮机拖动系统、水泥窑余热回收系统和汽轮机发电系统；所述垃圾焚烧系统包括炉排炉和余热锅炉；所述背压汽轮机拖动系统包括背压汽轮机；所述水泥窑余热回收系统包括篦冷机、窑头锅炉和窑尾锅炉；所述汽轮机发电系统包括凝汽式汽轮机和发电机；所述垃圾在炉排炉中燃烧产生高温烟气送入余热锅炉产生的蒸汽送入背压汽轮机，背压汽轮机所排蒸汽与窑头锅炉以及窑尾锅炉产生的蒸汽混合后，一起送入汽轮机发电系统的凝汽式汽轮机做功驱动发电机发电。
进一步的，所述垃圾焚烧系统还包括垃圾储库、抓斗、行车、给料斗、炉排、汽包、和中压省煤器；所述行车和抓斗设置在垃圾储库的上方并将垃圾储库中的垃圾抓取至给料斗，所述给料斗设置在炉排炉的上方，炉排炉内设置炉排；所述汽包和中压省煤器与余热锅炉相连；垃圾在所述炉排上焚烧产生高温烟气，高温烟气进入余热锅炉与各受热面换热产生中压过热蒸汽，中压过热蒸汽进入背压汽轮机。
进一步的，所述背压汽轮机拖动系统还包括离合器、减速器、电动机和高温风机；所述背压汽轮机的主汽门与余热锅炉相连，背压汽轮机的排汽出口与凝汽式汽轮机的主汽门连接，背压汽轮机与离合器、减速器、电动机和高温风机依次相连。
进一步的，所述水泥窑余热回收系统还包括给水泵、引风机、公共省煤器和多级预热器；多级预热器与窑尾锅炉的烟气入口连接，窑尾锅炉的烟气出口通过烟风管道与高温风机连通；篦冷机中部的取风口和窑头锅炉的烟气入口连接，给水泵与公共省煤器连接，引风机与余热锅炉连接，并将经余热锅炉换热降温后的高温烟气送入篦冷机高温段。
进一步的，所述汽轮机发电系统还包括凝汽器、循环冷却水泵、冷却塔、凝结水泵、轴封加热器和除氧器；凝汽式汽轮机和发电机相连，凝汽式汽轮机的主汽门通过蒸汽管道分别与背压汽轮机、窑头锅炉的蒸汽出口和窑尾锅炉的蒸汽出口连接；凝汽式汽轮机与凝汽器、凝结水泵和轴封加热器依次相连，轴封加热器与除氧器、给水泵依次相连；冷却塔的水池与循环冷却水泵相连；循环冷却水泵与凝汽器的冷却水入口相连，凝汽器的冷却水出口与冷却塔的上部相连。
进一步的，所述公共省煤器产生的热水分三路分别送至窑头锅炉高温段产生低压过热蒸汽、送至窑尾锅炉产生低压过热蒸汽以及送至余热锅炉产生中压过热蒸汽。
进一步的，还包括臭气处理系统，所述臭气处理系统包括臭气处理装置、臭气风机、一次风机和空气预热器；所述垃圾储库通过管道与臭气处理装置和一次风机连接；臭气处理装置和臭气风机连通；一次风机与空气预热器入口连接，空气预热器出口与炉排连接，空气预热器汽水入口与汽包连接，空气预热器汽水出口与凝汽器连接。
进一步的，还包括灰渣处置系统，所述灰渣处置系统包括出渣机、振动输送机、带式输送机和除铁器；所述炉排炉排出的炉渣依次经出渣机、振动输送机、带式输送机和除铁器后，送至水泥厂原料库。
本实用新型有益效果：
(1)统筹考虑垃圾焚烧和水泥窑余热，在有效处置垃圾的同时，有效提高整个系统的余热利用效率；
(2)将垃圾焚烧系统产生的过热蒸汽送入背压汽轮机拖动系统直接驱动高温风机，减少能源转换环节，节省了投资，提高了能源利用效率，经济效益显著；
(3)将背压汽轮机拖动系统的排汽送入水泥窑余热回收和发电系统，在提高了水泥窑余热发电系统发电量的同时，也提高了水泥窑余热发电系统设备的利用率；
(4)同时可利用水泥回转窑系统处理垃圾焚烧后的炉渣，将灰渣中的绝大部分重金属离子固化在熟料中，避免其再度渗透和扩散污染水质和土壤。
附图说明
图1为本实用新型的一种垃圾焚烧及水泥窑余热回收耦合发电系统流程示意图。
附图标记：1-垃圾储库；2-抓斗；3-行车；4-给料斗；5-炉排炉；6-炉排；7-余热锅炉； 8-汽包；9-中压省煤器；10-背压汽轮机；11-离合器；12-减速器；13-电动机；14-高温风机； 15-凝汽式汽轮机；16-发电机；17-凝汽器；18-循环冷却水泵；19-冷却塔；20-凝结水泵；21- 轴封加热器；22-除氧器；23-给水泵；24-引风机；25-篦冷机；26-窑头锅炉；27-公共省煤器； 28-多级预热器；29-窑尾锅炉；30-臭气处理装置；31-臭气风机；32-一次风机；33-空气预热器；34-出渣机；35-振动输送机；36-带式输送机；37-除铁器；A、水泥厂原料库。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的优选的机构和运动实现的方法做进一步的说明。
如图1所示，一种垃圾焚烧及水泥窑余热回收耦合发电系统，包括垃圾焚烧系统、背压汽轮机拖动系统、水泥窑余热回收系统、汽轮机发电系统、臭气处理系统以及灰渣处置系统。
具体而言，垃圾焚烧系统包括垃圾储库1、抓斗2、行车3、给料斗4、炉排炉5、炉排6余热锅炉7、汽包8、和中压省煤器9；行车3和抓斗2设置在垃圾储库1的上方并将垃圾储库中的垃圾抓取至给料斗4，给料斗4设置在炉排炉5的上方，炉排炉5内设置炉排6；垃圾在炉排6上焚烧产生高温烟气，高温烟气进入余热锅炉7与各受热面换热产生中压过热蒸汽，中压过热蒸汽进入背压汽轮机10；而高温烟气经余热锅炉7换热降温后，经过引风机24送入篦冷机25高温段。汽包8、和中压省煤器9是余热锅炉7的部件；中压省煤器9加热进入余热锅炉7的给水，余热锅炉7的作用是回收炉排炉5排出的烟气余热。
背压汽轮机拖动系统包括背压汽轮机10、离合器11、减速器12、电动机13和高温风机 14；背压汽轮机10的主汽门与通过蒸汽管道与余热锅炉7相连，背压汽轮机10的排汽出口与汽轮机15的主汽门连接，背压汽轮机10与离合器11、减速器12、电动机13和高温风机14依次相连。设置背压汽轮机拖动系统是因为余热锅炉7产生的是中压蒸汽，先进入背压汽轮机拖动系统做功，将中压蒸汽变成低压蒸汽进入凝汽式汽轮机15在做功。
水泥窑余热回收系统包括给水泵23、引风机24、篦冷机25、窑头锅炉26、公共省煤器 27、多级预热器28和窑尾锅炉29；多级预热器28与窑尾锅炉29的烟气入口连接，窑尾锅炉29的烟气出口通过烟风管道与高温风机14连通；篦冷机25中部取风口和窑头锅炉26烟气入口连接，给水泵23出口与公共省煤器27入口连接，公共省煤器27出口与分别与余热锅炉7、窑头锅炉26高温段和窑尾锅炉29的汽水入口连接，引风机24将经余热锅炉7换热降温后的高温烟气送入篦冷机25高温段。公共省煤器27设置于窑头锅炉26的尾部回收低温余热。
汽轮机发电系统包括凝汽式汽轮机15、发电机16、凝汽器17、循环冷却水泵18、冷却塔19、凝结水泵20、轴封加热器21和除氧器22；凝汽式汽轮机15和发电机16相连，凝汽式汽轮机15的主汽门通过蒸汽管道分别与背压汽轮机10、窑头锅炉26的蒸汽出口和窑尾锅炉29的蒸汽出口连接；凝汽式汽轮机15的乏汽出口与凝汽器17、凝结水泵20和轴封加热器21依次相连，轴封加热器21的出口与除氧器22的入口相连，除氧器22的出口与给水泵 23的入口相连；冷却塔19的水池与循环冷却水泵18相连；循环冷却水泵18与凝汽器17的冷却水入口相连，凝汽器17的冷却水出口与冷却塔19的上部相连。
臭气处理系统包括臭气处理装置30、臭气风机31、一次风机32和空气预热器33；垃圾储库1通过管道与臭气处理装置30和一次风机32连接；臭气处理装置30和臭气风机31连通；一次风机32与空气预热器33入口连接，空气预热器33出口与炉排6连接，空气预热器 33汽水入口与汽包8连接，空气预热器33汽水出口与凝汽器17连接；
灰渣处置系统包括出渣机34、振动输送机35、带式输送机36和除铁器37，炉排炉5排出的炉渣依次经出渣机34、振动输送机35、带式输送机36和除铁器37后，送至水泥厂原料库A。
本实施例的工作工程为：
步骤一：将垃圾送至垃圾储库1中发酵后，通过行车3和抓斗2将垃圾送入给料斗4中，然后进入炉排炉6中焚烧产生850～950℃的高温烟气，高温烟气进入余热锅炉7中与受热面进行换热产生中压过热蒸汽，产生的中压过热蒸汽送至汽轮机拖动系统的背压汽轮机10进行做功驱动高温风机14；当垃圾焚烧系统产生的中压过热蒸汽不足以供汽轮机拖动系统的背压汽轮机10驱动高温风机14时，将电动机13投入使用，和背压汽轮机10共同驱动高温风机 14。
步骤二：将窑尾多级预热器28所排320～380℃废气送入窑尾锅炉29换热产生低压过热蒸汽，将篦冷机25中部抽取的350～400℃热空气送入窑头锅炉26换热也产生低压过热蒸汽；
步骤三：将步骤A背压汽轮机10所排蒸汽和步骤B中窑尾锅炉29、窑头锅炉26所产低压过热蒸汽混合，然后一起送入汽轮机发电系统的汽轮机16做功驱动发电机16发电；
步骤四：将步骤C中凝汽式汽轮机15做功排出的乏汽送入凝汽器17并被凝结成水，然后流经凝结水泵20、轴封加热器21进入除氧器22进行除氧，然后由给水泵23将除氧后的水送入窑头锅炉26的公共省煤器27加热至130℃左右，然后分三路：第一路送入窑头锅炉26高温段产生低压过热蒸汽；第二路送入窑尾锅炉29产生低压过热蒸汽；第三路送入余热锅炉7产生中压过热蒸汽；循环冷却水泵18将冷却塔19中冷却水通过冷却水管泵入凝汽器17后，再通过冷却水管排往冷却塔19进行冷却，经过冷却的水最后回到冷却塔19循环利用；
步骤五：垃圾发酵产生的臭气经一次风机32抽出，然后由空气预热器33加热至200～220℃，送入炉排6下部作为助燃风，空气预热器加热源为余热锅炉的汽包8抽出的饱和蒸汽；当垃圾焚烧系统停止运行时，臭气由臭气风机31抽出，经臭气处理装置30处理合格后排入大气。
步骤六：将步骤A中垃圾焚烧产生的高温烟气经余热锅炉7换热降温至200℃左右后，经引风机24送入篦冷机25的高温段；垃圾焚烧产生的炉渣依次经出渣机34、振动输送机35、带式输送机36，并经除铁器37除铁后，送至水泥厂原料库A，作为水泥生产替代原料。
最后应说明的是：以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是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 (8)

1.垃圾焚烧及水泥窑余热回收耦合发电系统，其特征在于，包括垃圾焚烧系统、背压汽轮机拖动系统、水泥窑余热回收系统和汽轮机发电系统；所述垃圾焚烧系统包括炉排炉(5)和余热锅炉(7)；所述背压汽轮机拖动系统包括背压汽轮机(10)；所述水泥窑余热回收系统包括篦冷机(25)、窑头锅炉(26)和窑尾锅炉(29)；所述汽轮机发电系统包括凝汽式汽轮机(15)和发电机(16)；
所述垃圾在炉排炉(5)中燃烧产生高温烟气送入余热锅炉(7)产生的蒸汽送入背压汽轮机(10)，背压汽轮机(10)所排蒸汽与窑头锅炉(26)以及窑尾锅炉(29)产生的蒸汽混合后，一起送入汽轮机发电系统的凝汽式汽轮机(15)做功驱动发电机(16)发电。
2.根据权利要求1所述的垃圾焚烧及水泥窑余热回收耦合发电系统，其特征在于，所述垃圾焚烧系统还包括垃圾储库(1)、抓斗(2)、行车(3)、给料斗(4)、炉排(6)、汽包(8)、和中压省煤器(9)；所述行车(3)和抓斗(2)设置在垃圾储库(1)的上方并将垃圾储库中的垃圾抓取至给料斗(4)，所述给料斗(4)设置在炉排炉(5)的上方，炉排炉(5)内设置炉排(6)；所述汽包(8)和中压省煤器(9)与余热锅炉(7)相连；垃圾在所述炉排(6)上焚烧产生高温烟气，高温烟气进入余热锅炉(7)与各受热面换热产生中压过热蒸汽，中压过热蒸汽进入背压汽轮机(10)。
3.根据权利要求1所述的垃圾焚烧及水泥窑余热回收耦合发电系统，其特征在于，所述背压汽轮机拖动系统还包括离合器(11)、减速器(12)、电动机(13)和高温风机(14)；所述背压汽轮机(10)的主汽门与余热锅炉(7)相连，背压汽轮机(10)的排汽出口与凝汽式汽轮机(15)的主汽门连接，背压汽轮机(10)与离合器(11)、减速器(12)、电动机(13)和高温风机(14)依次相连。
4.根据权利要求3所述的垃圾焚烧及水泥窑余热回收耦合发电系统，其特征在于，所述水泥窑余热回收系统还包括给水泵(23)、引风机(24)、公共省煤器(27)和多级预热器(28)；多级预热器(28)与窑尾锅炉(29)的烟气入口连接，窑尾锅炉(29)的烟气出口通过烟风管道与高温风机(14)连通；篦冷机(25)中部的取风口和窑头锅炉(26)的烟气入口连接，给水泵(23)与公共省煤器(27)连接，引风机(24)与余热锅炉(7)连接，并将经余热锅炉(7)换热降温后的高温烟气送入篦冷机(25)高温段。
5.根据权利要求2所述的垃圾焚烧及水泥窑余热回收耦合发电系统，其特征在于，所述汽轮机发电系统还包括凝汽器(17)、循环冷却水泵(18)、冷却塔(19)、凝结水泵(20)、轴封加热器(21)和除氧器(22)；凝汽式汽轮机(15)和发电机(16) 相连，凝汽式汽轮机(15)的主汽门通过蒸汽管道分别与背压汽轮机(10)、窑头锅炉(26)的蒸汽出口和窑尾锅炉(29)的蒸汽出口连接；凝汽式汽轮机(15)与凝汽器(17)、凝结水泵(20)和轴封加热器(21)依次相连，轴封加热器(21)与除氧器(22)、给水泵(23)依次相连；冷却塔(19)的水池与循环冷却水泵(18)相连；循环冷却水泵(18)与凝汽器(17)的冷却水入口相连，凝汽器(17)的冷却水出口与冷却塔(19)的上部相连。
6.根据权利要求4所述的垃圾焚烧及水泥窑余热回收耦合发电系统，其特征在于，所述公共省煤器(27)产生的热水分三路分别送至窑头锅炉(26)高温段产生低压过热蒸汽、送至窑尾锅炉(29)产生低压过热蒸汽以及送至余热锅炉(7)产生中压过热蒸汽。
7.根据权利要求5所述的垃圾焚烧及水泥窑余热回收耦合发电系统，其特征在于，还包括臭气处理系统，所述臭气处理系统包括臭气处理装置(30)、臭气风机(31)、一次风机(32)和空气预热器(33)；所述垃圾储库(1)通过管道与臭气处理装置(30)和一次风机(32)连接；臭气处理装置(30)和臭气风机(31)连通；一次风机(32)与空气预热器(33)入口连接，空气预热器(33)出口与炉排(6)连接，空气预热器(33)汽水入口与汽包(8)连接，空气预热器(33)汽水出口与凝汽器(17)连接。
8.根据权利要求1所述的垃圾焚烧及水泥窑余热回收耦合发电系统，其特征在于，还包括灰渣处置系统，所述灰渣处置系统包括出渣机(34)、振动输送机(35)、带式输送机(36)和除铁器(37)；所述炉排炉(5)排出的炉渣依次经出渣机(34)、振动输送机(35)、带式输送机(36)和除铁器(37)后，送至水泥厂原料库。
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