CN102878569B - 一种适用于低热值混合垃圾的高温空气强化燃烧装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于低热值混合垃圾的高温空气强化燃烧装置及方法。U型尾部烟道后侧设有低温空预器，炉膛下部侧壁设有垃圾给料口，炉膛上部侧壁设有与旋风分离器上部相连，旋风分离器底部与回料器上端相连，回料器下端与炉膛下部侧壁相连，旋风分离器上端与U型燃烬室前侧上部相连，U型燃烬室下端与炉膛下部侧壁相连，炉膛下端与通过水冷式冷渣分选及回料装置与炉膛下部侧壁相连，U型燃烬室后侧上部与U型尾部烟道前侧上部相连。本发明利用高温空气强化低热值垃圾混合燃烧的方法更能适应我国垃圾成份复杂、高水分和低热值的特点，燃料适应范围更广，燃烧更稳定充分。能直接对垃圾进行纯烧，无需要掺煤，降低了能耗，提高了运行的经济性。

Description

一种适用于低热值混合垃圾的高温空气强化燃烧装置及方法

技术领域

本发明涉及固体废弃物焚烧处置技术，尤其涉及一种适用于低热值混合垃圾的高温空气强化燃烧装置及方法。

背景技术

随着我国城镇化速度加快，城市生活垃圾的排放量越来越大，每年以8%～10%的速度增长，垃圾无害化资源化处理的要求日益紧迫。卫生填埋、焚烧、堆肥、回收和综合利用是目前国内外普遍采用的垃圾处理技术和方法。从可持续发展战略角度，生活垃圾处理的目标应该是实现无害化、资源化和减量化。焚烧法处理生活垃圾是实现减量化的快捷和有效的技术方法。目前，我国生活垃圾的处理方式以填埋为主。根据发达国家社会和经济发展的经验，焚烧处理在我国生活垃圾处理技术中的比例将会有较大的增加。

目前国外运用较多、比较成熟的生活垃圾焚烧处理技术主要是炉排炉。它们对于国外热值较高、含水率较低的生活垃圾而言，焚烧处理效果较好。但根据实际运行经验，直接引进的国外炉排炉在焚烧处理没有经过预先分拣、成分复杂、热值较低、含水率较高且变化范围较大的中国生活垃圾时，焚烧处理效果却并不理想，并暴露出处理成本高、蒸汽参数低、运行不经济、垃圾要经过堆放后焚烧、垃圾渗滤液还要进行后续处理等缺点。循环流化床燃烧技术是上世纪六十年代初迅速发展起来的一种新型清洁燃烧技术，具有燃料适应性广、床内燃烧混合强度高、稳定运行、投资省和低污染排放等优点。因此循环流化床生活垃圾焚烧是一种综合性能优越的焚烧方式，尤其适合我国及其他发展中国家生活垃圾成分复杂、水分高、热值低的情形。但循环流化床燃烧技术也存在垃圾预处理***复杂、排渣困难、焚烧发电效率低、掺煤比例较高和燃烧不够充分等缺点，而且新的生活垃圾焚烧污染控制标准给生活垃圾焚烧技术提出了更高的要求，规定单台炉规模为150吨/日以上（含）新建生活垃圾焚烧设施排放烟气中二噁英类限值为0.1 ng TEQ/m³。因此，寻找一种结构设计合理、燃烧稳定、运行可靠、污染物排放低于国家新规定限值的循环流化床焚烧技术显得很有必要。

发明内容

本发明的目的是克服垃圾预处理***复杂、排渣困难、焚烧发电效率低、掺煤比例较高和燃烧不够充分的不足，提供一种适用于低热值混合垃圾的高温空气强化燃烧装置及方法。

适用于低热值混合垃圾的高温空气强化燃烧装置包括炉膛、旋风分离器、炉膛稀相区、炉膛密相区、垃圾给料口、水冷式冷渣分选及回料装置、回料器、高温空气预热器、高温过热器、中温过热器、低温过热器、一二次风空气预热器、省煤器、U型燃烬室、低温空预器、撞击式分离器和U型尾部烟道；炉膛1上部为炉膛稀相区，炉膛下部为炉膛密相区，U型燃烬室前侧上部设有高温空气预热器，U型燃烬室底部设有撞击式分离器，U型尾部烟道前侧从上到下顺次设有高温过热器、一二次风空气预热器、中温过热器、一二次风空气预热器、低温过热器、省煤器，U型尾部烟道后侧设有低温空预器，炉膛1下部侧壁设有垃圾给料口，炉膛上部侧壁设有与旋风分离器上部相连，旋风分离器底部与回料器上端相连，回料器下端与炉膛下部侧壁相连，旋风分离器上端与U型燃烬室前侧上部相连，U型燃烬室下端与炉膛下部侧壁相连，炉膛下端与通过水冷式冷渣分选及回料装置与炉膛下部侧壁相连，U型燃烬室后侧上部与U型尾部烟道前侧上部相连。

适用于低热值混合垃圾的高温空气强化燃烧方法是：垃圾通过垃圾给料口以750～850吨/天的给料速率送入炉膛密相区，通过高温床料将垃圾点燃燃烧，使炉膛内温度均匀保持在850～950℃，未燃烬的细颗粒和垃圾热解烟气被吹入炉膛稀相区继续燃烧，细颗粒通过旋风分离器分离，通过返料器送回炉膛密相区，燃烧产生的渣进入水冷式冷渣分选及回料装置，其中粗颗粒被收集，而细颗粒被送入炉膛密相区，通过旋风分离器分离的850～900℃高温烟气被送入U型燃烬室的前侧上部，经过设置在U型燃烬室前侧上部的高温空气预热器，将空气加热到450-500℃，撞击式分离器将烟气中剩余的细颗粒分离出来，并回送入炉膛密相区，烟气在炉膛和U型燃烬室的燃烧阶段的停留时间大于5秒，烟气通过U型燃烬室后侧进入U型尾部烟道前侧后，从上到下顺次通过高温过热器、一二次风空气预热器、中温过热器、一二次风空气预热器、低温过热器、省煤器冷却，并转向进入U型尾部烟道后侧，向上经过低温空气预热器，实现低热值混合垃圾的高温空气强化燃烧的目的。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：

（1）与传统的生活垃圾处理焚烧方法相比，本发明利用高温空气强化低热值垃圾混合燃烧的方法更能适应我国垃圾成份复杂、高水分和低热值的特点，燃料适应范围更广，燃烧更稳定充分； 

（2）炉内形成了强混多重循环燃烧***，炉内物料混合均匀，保证炉内温度均匀控制在850~1000℃范围内，烟气停留时间长（>5s），实现焚烧炉内温度场充分均匀和可控，对于挥发份和固定碳的燃烬是非常有效的，不会产生大量的未燃烬物质，如碳黑、CO及PAHs等有机污染物，从而可大幅度抑制二噁英的生成。

（3）创新设置的U型锅炉燃烬室，进一步提高烟气的燃烬度， U形烟道可以分离部分飞灰，防止锅炉尾部受热面的积灰，从而对于抑制二噁英低温再生成、焚烧炉长期稳定运行起到良好地促进作用。

（4）U型锅炉燃烬室进口一次风高温辐射式空气预热器提高了一次风温度（450-500℃），稳定了床温，强化炉内垃圾焚烧，同时有效降低了过热器入口处烟温，防止过热器局部高温腐蚀。另外在高温空气预热器进出口增加旁通以调节一次热风温度，有效解决了垃圾季节性变化影响锅炉稳定燃烧的问题。

（5）锅炉尾部受热面采用过热器和空预器交叉布置，大节距排列，有效防止受热面积灰，大大延长焚烧炉的连续运行时间。同时减少二噁英在低温受热面的再生，降低焚烧炉二噁英的原始排放浓度。

（6）能直接对垃圾进行纯烧，无需要掺煤，降低了能耗，提高了运行的经济性；同时单台锅炉处理垃圾能力大，燃烧组织好，运行稳定。

附图说明

图1为适用于低热值混合垃圾的高温空气强化燃烧装置结构示意图；

图中：炉膛1、旋风分离器2、炉膛稀相区3、炉膛密相区4、垃圾给料口5、水冷式冷渣分选及回料装置6、回料器7、高温空气预热器8、高温过热器9、中温过热器10、低温过热器11、一二次风空气预热器12、省煤器13、U型燃烬室14、低温空预器15、撞击式分离器16。

具体实施方式

如图1所示，适用于低热值混合垃圾的高温空气强化燃烧装置包括炉膛1、旋风分离器2、炉膛稀相区3、炉膛密相区4、垃圾给料口5、水冷式冷渣分选及回料装置6、回料器7、高温空气预热器8、高温过热器9、中温过热器10、低温过热器11、一二次风空气预热器12、省煤器13、U型燃烬室14、低温空预器15、撞击式分离器16和U型尾部烟道；炉膛1上部为炉膛稀相区3，炉膛1下部为炉膛密相区4，U型燃烬室14前侧上部设有高温空气预热器8，U型燃烬室14底部设有撞击式分离器16，U型尾部烟道前侧从上到下顺次设有高温过热器9、一二次风空气预热器12、中温过热器10、一二次风空气预热器12、低温过热器11、省煤器13，U型尾部烟道后侧设有低温空预器15，炉膛1下部侧壁设有垃圾给料口5，炉膛1上部侧壁设有与旋风分离器2上部相连，旋风分离器2底部与回料器7上端相连，回料器7下端与炉膛1下部侧壁相连，旋风分离器2上端与U型燃烬室14前侧上部相连，U型燃烬室14下端与炉膛1下部侧壁相连，炉膛1下端与通过水冷式冷渣分选及回料装置6与炉膛1下部侧壁相连，U型燃烬室14后侧上部与U型尾部烟道前侧上部相连。

适用于低热值混合垃圾的高温空气强化燃烧方法是：垃圾通过垃圾给料口5以750～850吨/天的给料速率送入炉膛密相区4，通过高温床料将垃圾点燃燃烧，使炉膛1内温度均匀保持在850～950℃，未燃烬的细颗粒和垃圾热解烟气被吹入炉膛稀相区3继续燃烧，细颗粒通过旋风分离器2分离，通过返料器7送回炉膛密相区4，燃烧产生的渣进入水冷式冷渣分选及回料装置6，其中粗颗粒被收集，而细颗粒被送入炉膛密相区4，通过旋风分离器2分离的850～900℃高温烟气被送入U型燃烬室的前侧上部，经过设置在U型燃烬室前侧上部的高温空气预热器，将空气加热到450-500℃，撞击式分离器16将烟气中剩余的细颗粒分离出来，并回送入炉膛密相区4，烟气在炉膛1和U型燃烬室14的燃烧阶段的停留时间大于5秒，烟气通过U型燃烬室14后侧进入U型尾部烟道前侧后，从上到下顺次通过高温过热器9、一二次风空气预热器12、中温过热器10、一二次风空气预热器12、低温过热器11、省煤器13冷却，并转向进入U型尾部烟道后侧，向上经过低温空气预热器15，实现低热值混合垃圾的高温空气强化燃烧的目的。

本发明中炉膛密相区4稀相区3采用水冷壁绝热加隔热，保证炉内温度均匀控制在850～950℃范围内，炉内物料混合均匀，可实现高效稳定燃烧。炉膛密相区4内物料循环,旋风分离器分离2的飞灰循环和冷渣分选装置6分选的冷渣循环，构成了炉膛内强混多重循环燃烧***，强化物料混合，保证了炉膛稳定燃烧。旋风分离器后增设了U型燃烬室14，进一步提高低热值混合垃圾的燃烬度，增加炉内烟气的停留时间，有效的减少碳黑、CO及二噁英等有机污染物的排放。U型燃烬室14由垂直膜式水冷壁组成，U型燃烬室14下部设撞击式分离器16可以分离部分飞灰，有效防止锅炉尾部受热面的积灰，从而对于抑制二噁英生成、焚烧炉长期稳定运行起到良好地促进作用。高温空气预热器8布置在U型燃烬室14的入口，提高了一次风温度（450-500℃），稳定了床温，强化炉内垃圾焚烧，同时也能有效降低过热器9（10、11）处烟温，防止过热器9（10、11）局部高温腐蚀。高温空气预热器8进出口处增设了旁通***，用以调节一次热风温度，有效解决了垃圾季节性变化影响锅炉稳定燃烧的问题。尾部受热面中过热器和一二次空气预热器12交叉布置，大节距排列，空气预热器8（12,15）节距180mm，省煤器13节距90mm，有效防止受热面积灰，大大延长焚烧炉的连续运行时间。同时减少二噁英在低温受热面的再生，降低焚烧炉二噁英的原始排放浓度。

本发明在不掺煤情况下纯烧生活垃圾量可达800吨/天，而且燃烧烧的垃圾热值可以低至3200kJ/kg，炉内温度均匀保持在850～950℃，不仅是使有害物质完全分解的重要保障，而且有效防止了炉内的结渣。渣的灼减率均低于0.5%，远低于国家标准中所规定的底渣灼减率低于5%的要求，说明炉内工况组织良好，仅存在极少的物理不完全燃烧。烟气中SO₂、HCl、HF、NO_x、二噁英等污染气体排放均达到国家标准，其中二恶英的排放浓度值低于0.1 ng I-TEQ/Nm³。灰渣中重金属含量均达到了农用污泥中重金属含量的污染控制标准，可以作为农用污泥使用。

因此，本发明提供的优化焚烧技术，实现了高温空气强化纯烧低热值混合垃圾，保证了垃圾的稳定焚烧和污染物的低排放，大大提高了垃圾电厂运行的经济性作为我国生活垃圾综合处理处置技术体系中的重要组成部分，适宜我国国情，将推动我国生活垃圾的无害化资源化综合处理科技与产业的发展。

Claims (1)

1.一种适用于低热值混合垃圾的高温空气强化燃烧装置的适用于低热值混合垃圾的高温空气强化燃烧方法，所述装置包括炉膛（1）、旋风分离器（2）、炉膛稀相区（3）、炉膛密相区（4）、垃圾给料口（5）、水冷式冷渣分选及回料装置（6）、回料器（7）、高温空气预热器（8）、高温过热器（9）、中温过热器（10）、低温过热器（11）、一二次风空气预热器（12）、省煤器（13）、U型燃烬室（14）、低温空预器（15）、撞击式分离器（16）和U型尾部烟道；炉膛（1）上部为炉膛稀相区（3），炉膛（1）下部为炉膛密相区（4），U型燃烬室（14）前侧上部设有高温空气预热器（8），U型燃烬室（14）底部设有撞击式分离器（16），U型尾部烟道前侧从上到下顺次设有高温过热器（9）、一二次风空气预热器（12）、中温过热器（10）、一二次风空气预热器（12）、低温过热器（11）、省煤器（13），U型尾部烟道后侧设有低温空预器（15），炉膛（1）下部侧壁设有垃圾给料口（5），炉膛（1）上部侧壁设有与旋风分离器（2）上部相连，旋风分离器（2）底部与回料器（7）上端相连，回料器（7）下端与炉膛（1）下部侧壁相连，旋风分离器（2）上端与U型燃烬室（14）前侧上部相连，U型燃烬室（14）下端与炉膛（1）下部侧壁相连，炉膛（1）下端与通过水冷式冷渣分选及回料装置（6）与炉膛（1）下部侧壁相连，U型燃烬室（14）后侧上部与U型尾部烟道前侧上部相连，其特征在于垃圾通过垃圾给料口（5）以750～850吨/天的给料速率送入炉膛密相区（4），通过高温床料将垃圾点燃燃烧，使炉膛（1）内温度均匀保持在850～950℃，未燃烬的细颗粒和垃圾热解烟气被吹入炉膛稀相区（3）继续燃烧，细颗粒通过旋风分离器（2）分离，通过回料器（7）送回炉膛密相区（4），燃烧产生的渣进入水冷式冷渣分选及回料装置（6），其中粗颗粒被收集，而细颗粒被送入炉膛密相区（4），通过旋风分离器（2）分离的850～900℃高温烟气被送入U型燃烬室的前侧上部，经过设置在U型燃烬室前侧上部的高温空气预热器，将空气加热到450-500℃，撞击式分离器（16）将烟气中剩余的细颗粒分离出来，并回送入炉膛密相区（4），烟气在炉膛（1）和U型燃烬室（14）的燃烧阶段的停留时间大于5秒，烟气通过U型燃烬室（14）后侧进入U型尾部烟道前侧后，从上到下顺次通过高温过热器（9）、一二次风空气预热器（12）、中温过热器（10）、一二次风空气预热器（12）、低温过热器（11）、省煤器（13）冷却，并转向进入U型尾部烟道后侧，向上经过低温空气预热器（15），实现低热值混合垃圾的高温空气强化燃烧的目的。