專利名稱：一種適用于低熱值混合垃圾的高溫空氣強(qiáng)化燃燒裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體廢棄物焚燒處置技術(shù)，尤其涉及一種適用于低熱值混合垃圾的高溫空氣強(qiáng)化燃燒裝置及方法。
背景技術(shù)：
隨著我國城鎮(zhèn)化速度加快，城市生活垃圾的排放量越來越大，每年以8% 10%的速度增長，垃圾無害化資源化處理的要求日益緊迫。衛(wèi)生填埋、焚燒、堆肥、回收和綜合利用是目前國內(nèi)外普遍采用的垃圾處理技術(shù)和方法。從可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略角度，生活垃圾處理的目標(biāo)應(yīng)該是實(shí)現(xiàn)無害化、資源化和減量化。焚燒法處理生活垃圾是實(shí)現(xiàn)減量化的快捷和有效的技術(shù)方法。目前，我國生活垃圾的處理方式以填埋為主。根據(jù)發(fā)達(dá)國家社會和經(jīng)濟(jì)發(fā) 展的經(jīng)驗(yàn)，焚燒處理在我國生活垃圾處理技術(shù)中的比例將會有較大的增加。目前國外運(yùn)用較多、比較成熟的生活垃圾焚燒處理技術(shù)主要是爐排爐。它們對于國外熱值較高、含水率較低的生活垃圾而言，焚燒處理效果較好。但根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，直接引進(jìn)的國外爐排爐在焚燒處理沒有經(jīng)過預(yù)先分揀、成分復(fù)雜、熱值較低、含水率較高且變化范圍較大的中國生活垃圾時，焚燒處理效果卻并不理想，并暴露出處理成本高、蒸汽參數(shù)低、運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)、垃圾要經(jīng)過堆放后焚燒、垃圾滲濾液還要進(jìn)行后續(xù)處理等缺點(diǎn)。循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是上世紀(jì)六十年代初迅速發(fā)展起來的一種新型清潔燃燒技術(shù)，具有燃料適應(yīng)性廣、床內(nèi)燃燒混合強(qiáng)度高、穩(wěn)定運(yùn)行、投資省和低污染排放等優(yōu)點(diǎn)。因此循環(huán)流化床生活垃圾焚燒是一種綜合性能優(yōu)越的焚燒方式，尤其適合我國及其他發(fā)展中國家生活垃圾成分復(fù)雜、水分高、熱值低的情形。但循環(huán)流化床燃燒技術(shù)也存在垃圾預(yù)處理系統(tǒng)復(fù)雜、排渣困難、焚燒發(fā)電效率低、摻煤比例較高和燃燒不夠充分等缺點(diǎn)，而且新的生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)給生活垃圾焚燒技術(shù)提出了更高的要求，規(guī)定單臺爐規(guī)模為150噸/日以上(含)新建生活垃圾焚燒設(shè)施排放煙氣中二噁英類限值為O. I ng TEQ/m3。因此，尋找一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、燃燒穩(wěn)定、運(yùn)行可靠、污染物排放低于國家新規(guī)定限值的循環(huán)流化床焚燒技術(shù)顯得很有必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服垃圾預(yù)處理系統(tǒng)復(fù)雜、排渣困難、焚燒發(fā)電效率低、摻煤比例較高和燃燒不夠充分的不足，提供一種適用于低熱值混合垃圾的高溫空氣強(qiáng)化燃燒裝置及方法。適用于低熱值混合垃圾的高溫空氣強(qiáng)化燃燒裝置包括爐膛、旋風(fēng)分離器、爐膛稀相區(qū)、爐膛密相區(qū)、垃圾給料口、水冷式冷渣分選及回料裝置、回料器、高溫空氣預(yù)熱器、高溫過熱器、中溫過熱器、低溫過熱器、一二次風(fēng)空氣預(yù)熱器、省煤器、U型燃燼室、低溫空預(yù)器、撞擊式分離器和U型尾部煙道；爐膛I上部為爐膛稀相區(qū)，爐膛下部為爐膛密相區(qū)，U型燃燼室前側(cè)上部設(shè)有高溫空氣預(yù)熱器，U型燃燼室底部設(shè)有撞擊式分離器，U型尾部煙道前側(cè)從上到下順次設(shè)有高溫過熱器、一二次風(fēng)空氣預(yù)熱器、中溫過熱器、一二次風(fēng)空氣預(yù)熱器、低溫過熱器、省煤器，U型尾部煙道后側(cè)設(shè)有低溫空預(yù)器，爐膛I下部側(cè)壁設(shè)有垃圾給料口，爐膛上部側(cè)壁設(shè)有與旋風(fēng)分離器上部相連，旋風(fēng)分離器底部與回料器上端相連，回料器下端與爐膛下部側(cè)壁相連，旋風(fēng)分離器上端與U型燃燼室前側(cè)上部相連，U型燃燼室下端與爐膛下部側(cè)壁相連，爐膛下端與通過水冷式冷渣分選及回料裝置與爐膛下部側(cè)壁相連，U型燃燼室后側(cè)上部與U型尾部煙道前側(cè)上部相連。適用于低熱值混合垃圾的高溫空氣強(qiáng)化燃燒方法是垃圾通過垃圾給料口以750 850噸/天的給料速率送入爐膛密相區(qū)，通過高溫床料將垃圾點(diǎn)燃燃燒，使?fàn)t膛內(nèi)溫度均勻保持在850 950°C，未燃燼的細(xì)顆粒和垃圾熱解煙氣被吹入爐膛稀相區(qū)繼續(xù)燃燒，細(xì)顆粒通過旋風(fēng)分離器分離，通過返料器送回爐膛密相區(qū)，燃燒產(chǎn)生的渣進(jìn)入水冷式冷渣分選及回料裝置，其中粗顆粒被收集，而細(xì)顆粒被送入爐膛密相區(qū)，通過旋風(fēng)分離器分離的850 900°C高溫?zé)煔獗凰腿險型燃燼室的前側(cè)上部，經(jīng)過設(shè)置在U型燃燼室前側(cè)上部的高溫空氣預(yù)熱器，將空氣加熱到450-500°C，撞擊式分離器將煙氣中剩余的細(xì)顆粒分離出來，并回送入爐膛密相區(qū)，煙氣在爐膛和U型燃燼室的燃燒階段的停留時間大于5秒，煙氣通過U型燃燼室后側(cè)進(jìn)入U型尾部煙道前側(cè)后，從上到下順次通過高溫過熱器、一二次風(fēng)空氣預(yù) 熱器、中溫過熱器、一二次風(fēng)空氣預(yù)熱器、低溫過熱器、省煤器冷卻，并轉(zhuǎn)向進(jìn)入U型尾部煙道后側(cè)，向上經(jīng)過低溫空氣預(yù)熱器，實(shí)現(xiàn)低熱值混合垃圾的高溫空氣強(qiáng)化燃燒的目的。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果
(I)與傳統(tǒng)的生活垃圾處理焚燒方法相比，本發(fā)明利用高溫空氣強(qiáng)化低熱值垃圾混合燃燒的方法更能適應(yīng)我國垃圾成份復(fù)雜、高水分和低熱值的特點(diǎn)，燃料適應(yīng)范圍更廣，燃燒更穩(wěn)定充分；
(2 )爐內(nèi)形成了強(qiáng)混多重循環(huán)燃燒系統(tǒng)，爐內(nèi)物料混合均勻，保證爐內(nèi)溫度均勻控制在85(Tl00(rC范圍內(nèi)，煙氣停留時間長(>5s)，實(shí)現(xiàn)焚燒爐內(nèi)溫度場充分均勻和可控，對于揮發(fā)份和固定碳的燃燼是非常有效的，不會產(chǎn)生大量的未燃燼物質(zhì)，如碳黑、CO及PAHs等有機(jī)污染物，從而可大幅度抑制二噁英的生成。(3)創(chuàng)新設(shè)置的U型鍋爐燃燼室，進(jìn)一步提高煙氣的燃燼度，U形煙道可以分離部分飛灰，防止鍋爐尾部受熱面的積灰，從而對于抑制二噁英低溫再生成、焚燒爐長期穩(wěn)定運(yùn)行起到良好地促進(jìn)作用。(4) U型鍋爐燃燼室進(jìn)口一次風(fēng)高溫輻射式空氣預(yù)熱器提高了一次風(fēng)溫度(450-500°C)，穩(wěn)定了床溫，強(qiáng)化爐內(nèi)垃圾焚燒，同時有效降低了過熱器入口處煙溫，防止過熱器局部高溫腐蝕。另外在高溫空氣預(yù)熱器進(jìn)出口增加旁通以調(diào)節(jié)一次熱風(fēng)溫度，有效解決了垃圾季節(jié)性變化影響鍋爐穩(wěn)定燃燒的問題。(5)鍋爐尾部受熱面采用過熱器和空預(yù)器交叉布置，大節(jié)距排列，有效防止受熱面積灰，大大延長焚燒爐的連續(xù)運(yùn)行時間。同時減少二噁英在低溫受熱面的再生，降低焚燒爐二噁英的原始排放濃度。(6)能直接對垃圾進(jìn)行純燒，無需要摻煤，降低了能耗，提高了運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；同時單臺鍋爐處理垃圾能力大，燃燒組織好，運(yùn)行穩(wěn)定。


圖I為適用于低熱值混合垃圾的高溫空氣強(qiáng)化燃燒裝置結(jié)構(gòu)示意圖中爐膛I、旋風(fēng)分離器2、爐膛稀相區(qū)3、爐膛密相區(qū)4、垃圾給料口 5、水冷式冷渣分選及回料裝置6、回料器7、高溫空氣預(yù)熱器8、高溫過熱器9、中溫過熱器10、低溫過熱器
11、一二次風(fēng)空氣預(yù)熱器12、省煤器13、U型燃燼室14、低溫空預(yù)器15、撞擊式分離器16。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，適用于低熱值混合垃圾 的高溫空氣強(qiáng)化燃燒裝置包括爐膛I、旋風(fēng)分離器2、爐膛稀相區(qū)3、爐膛密相區(qū)4、垃圾給料口 5、水冷式冷渣分選及回料裝置6、回料器7、高溫空氣預(yù)熱器8、高溫過熱器9、中溫過熱器10、低溫過熱器11、一二次風(fēng)空氣預(yù)熱器
12、省煤器13、U型燃燼室14、低溫空預(yù)器15、撞擊式分離器16和U型尾部煙道；爐膛I上部為爐膛稀相區(qū)3，爐膛I下部為爐膛密相區(qū)4，U型燃燼室14前側(cè)上部設(shè)有高溫空氣預(yù)熱器8，U型燃燼室14底部設(shè)有撞擊式分離器16，U型尾部煙道前側(cè)從上到下順次設(shè)有高溫過熱器9、一二次風(fēng)空氣預(yù)熱器12、中溫過熱器10、一二次風(fēng)空氣預(yù)熱器12、低溫過熱器11、省煤器13，U型尾部煙道后側(cè)設(shè)有低溫空預(yù)器15，爐膛I下部側(cè)壁設(shè)有垃圾給料口 5，爐膛I上部側(cè)壁設(shè)有與旋風(fēng)分離器2上部相連，旋風(fēng)分離器2底部與回料器7上端相連，回料器7下端與爐膛I下部側(cè)壁相連，旋風(fēng)分離器2上端與U型燃燼室14前側(cè)上部相連，U型燃燼室14下端與爐膛I下部側(cè)壁相連，爐膛I下端與通過水冷式冷渣分選及回料裝置6與爐膛I下部側(cè)壁相連，U型燃燼室14后側(cè)上部與U型尾部煙道前側(cè)上部相連。適用于低熱值混合垃圾的高溫空氣強(qiáng)化燃燒方法是垃圾通過垃圾給料口 5以750 850噸/天的給料速率送入爐膛密相區(qū)4，通過高溫床料將垃圾點(diǎn)燃燃燒，使?fàn)t膛I內(nèi)溫度均勻保持在850 950°C，未燃燼的細(xì)顆粒和垃圾熱解煙氣被吹入爐膛稀相區(qū)3繼續(xù)燃燒，細(xì)顆粒通過旋風(fēng)分離器2分離，通過返料器7送回爐膛密相區(qū)4，燃燒產(chǎn)生的渣進(jìn)入水冷式冷渣分選及回料裝置6，其中粗顆粒被收集，而細(xì)顆粒被送入爐膛密相區(qū)4，通過旋風(fēng)分離器2分離的850 900°C高溫?zé)煔獗凰腿險型燃燼室的前側(cè)上部，經(jīng)過設(shè)置在U型燃燼室前側(cè)上部的高溫空氣預(yù)熱器，將空氣加熱到450-500°C，撞擊式分離器16將煙氣中剩余的細(xì)顆粒分離出來，并回送入爐膛密相區(qū)4，煙氣在爐膛I和U型燃燼室14的燃燒階段的停留時間大于5秒，煙氣通過U型燃燼室14后側(cè)進(jìn)入U型尾部煙道前側(cè)后，從上到下順次通過高溫過熱器9、一二次風(fēng)空氣預(yù)熱器12、中溫過熱器10、一二次風(fēng)空氣預(yù)熱器12、低溫過熱器11、省煤器13冷卻，并轉(zhuǎn)向進(jìn)入U型尾部煙道后側(cè)，向上經(jīng)過低溫空氣預(yù)熱器15，實(shí)現(xiàn)低熱值混合垃圾的高溫空氣強(qiáng)化燃燒的目的。本發(fā)明中爐膛密相區(qū)4稀相區(qū)3采用水冷壁絕熱加隔熱，保證爐內(nèi)溫度均勻控制在850 950°C范圍內(nèi)，爐內(nèi)物料混合均勻，可實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定燃燒。爐膛密相區(qū)4內(nèi)物料循環(huán)，旋風(fēng)分離器分離2的飛灰循環(huán)和冷渣分選裝置6分選的冷渣循環(huán)，構(gòu)成了爐膛內(nèi)強(qiáng)混多重循環(huán)燃燒系統(tǒng)，強(qiáng)化物料混合，保證了爐膛穩(wěn)定燃燒。旋風(fēng)分離器后增設(shè)了 U型燃燼室14，進(jìn)一步提高低熱值混合垃圾的燃燼度，增加爐內(nèi)煙氣的停留時間，有效的減少碳黑、CO及二噁英等有機(jī)污染物的排放。U型燃燼室14由垂直膜式水冷壁組成，U型燃燼室14下部設(shè)撞擊式分離器16可以分離部分飛灰，有效防止鍋爐尾部受熱面的積灰，從而對于抑制二噁英生成、焚燒爐長期穩(wěn)定運(yùn)行起到良好地促進(jìn)作用。高溫空氣預(yù)熱器8布置在U型燃燼室14的入口，提高了一次風(fēng)溫度(450-500°C)，穩(wěn)定了床溫，強(qiáng)化爐內(nèi)垃圾焚燒，同時也能有效降低過熱器9 (10、11)處煙溫，防止過熱器9 (10、11)局部高溫腐蝕。高溫空氣預(yù)熱器8進(jìn)出口處增設(shè)了旁通系統(tǒng)，用以調(diào)節(jié)一次熱風(fēng)溫度，有效解決了垃圾季節(jié)性變化影響鍋爐穩(wěn)定燃燒的問題。尾部受熱面中過熱器和一二次空氣預(yù)熱器12交叉布置，大節(jié)距排列，空氣預(yù)熱器8 (12，15)節(jié)距180mm，省煤器13節(jié)距90mm，有效防止受熱面積灰，大大延長焚燒爐的連續(xù)運(yùn)行時間。同時減少二噁英在低溫受熱面的再生，降低焚燒爐二噁英的原始排放濃度。本發(fā)明在不摻煤情況下純燒生活垃圾量可達(dá)800噸/天，而且燃燒燒的垃圾熱值可以低至3200kJ/kg，爐內(nèi)溫度均勻保持在850 950°C，不僅是使有害物質(zhì)完全分解的重要保障，而且有效防止了爐內(nèi)的結(jié)渣。渣的灼減率均低于O. 5%，遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的底渣灼減率低于5%的要求，說明爐內(nèi)工況組織良好，僅存在極少的物理不完全燃燒。煙氣中S02、HC1、HF、N0X、二噁英等污染氣體排放均達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，其中二惡英的排放濃度值低于
0.1 ng I-TEQ/Nm3?；以兄亟饘俸烤_(dá)到了農(nóng)用污泥中重金屬含量的污染控制標(biāo)準(zhǔn)，可以作為農(nóng)用污泥使用?！ひ虼?，本發(fā)明提供的優(yōu)化焚燒技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高溫空氣強(qiáng)化純燒低熱值混合垃圾，保證了垃圾的穩(wěn)定焚燒和污染物的低排放，大大提高了垃圾電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性作為我國生活垃圾綜合處理處置技術(shù)體系中的重要組成部分，適宜我國國情，將推動我國生活垃圾的無害化資源化綜合處理科技與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
權(quán)利要求
1.一種適用于低熱值混合垃圾的高溫空氣強(qiáng)化燃燒裝置，其特征在于包括爐膛(I)、旋風(fēng)分離器(2)、爐膛稀相區(qū)(3)、爐膛密相區(qū)(4)、垃圾給料口(5)、水冷式冷渣分選及回料裝置(6)、回料器(7)、高溫空氣預(yù)熱器(8)、高溫過熱器(9)、中溫過熱器(10)、低溫過熱器(11)、一二次風(fēng)空氣預(yù)熱器(12)、省煤器(13)、U型燃燼室(14)、低溫空預(yù)器(15)、撞擊式分離器(16)和U型尾部煙道；爐膛(I)上部為爐膛稀相區(qū)(3)，爐膛(I)下部為爐膛密相區(qū)(4)，U型燃燼室(14)前側(cè)上部設(shè)有高溫空氣預(yù)熱器(8)，U型燃燼室(14)底部設(shè)有撞擊式分離器(16)，U型尾部煙道前側(cè)從上到下順次設(shè)有高溫過熱器(9)、一二次風(fēng)空氣預(yù)熱器(12)、中溫過熱器(10)、一二次風(fēng)空氣預(yù)熱器(12)、低溫過熱器(11)、省煤器(13)，U型尾部煙道后側(cè)設(shè)有低溫空預(yù)器(15)，爐膛(I)下部側(cè)壁設(shè)有垃圾給料口(5)，爐膛(I)上部側(cè)壁設(shè)有與旋風(fēng)分離器(2)上部相連，旋風(fēng)分離器(2)底部與回料器(7)上端相連，回料器(7)下端與爐膛(I)下部側(cè)壁相連，旋風(fēng)分離器(2)上端與U型燃燼室(14)前側(cè)上部相連，U型燃燼室(14)下端與爐膛(I)下部側(cè)壁相連，爐膛(I)下端與通過水冷式冷渣分選及回料裝置(6)與爐膛(I)下部側(cè)壁相連，U型燃燼室(14)后側(cè)上部與U型尾部煙道前側(cè)上部相連。
2.一種使用如權(quán)利要求I所述裝置的適用于低熱值混合垃圾的高溫空氣強(qiáng)化燃燒方法，其特征在于垃圾通過垃圾給料口(5)以750 850噸/天的給料速率送入爐膛密相區(qū)(4)，通過高溫床料將垃圾點(diǎn)燃燃燒，使?fàn)t膛(I)內(nèi)溫度均勻保持在850 950°C，未燃燼的細(xì)顆粒和垃圾熱解煙氣被吹入爐膛稀相區(qū)(3)繼續(xù)燃燒，細(xì)顆粒通過旋風(fēng)分離器(2)分離，通過返料器(7)送回爐膛密相區(qū)(4)，燃燒產(chǎn)生的渣進(jìn)入水冷式冷渣分選及回料裝置(6)，其中粗顆粒被收集，而細(xì)顆粒被送入爐膛密相區(qū)(4)，通過旋風(fēng)分離器(2)分離的850 900°C高溫?zé)煔獗凰腿險型燃燼室的前側(cè)上部，經(jīng)過設(shè)置在U型燃燼室前側(cè)上部的高溫空氣預(yù)熱器，將空氣加熱到450-500°C，撞擊式分離器(16)將煙氣中剩余的細(xì)顆粒分離出來，并回送入爐膛密相區(qū)(4)，煙氣在爐膛(I)和U型燃燼室(14)的燃燒階段的停留時間大于5秒，煙氣通過U型燃燼室(14)后側(cè)進(jìn)入U型尾部煙道前側(cè)后，從上到下順次通過高溫過熱器(9)、一二次風(fēng)空氣預(yù)熱器(12)、中溫過熱器(10)、一二次風(fēng)空氣預(yù)熱器(12)、低溫過熱器(11)、省煤器(13)冷卻，并轉(zhuǎn)向進(jìn)入U型尾部煙道后側(cè)，向上經(jīng)過低溫空氣預(yù)熱器(15)，實(shí)現(xiàn)低熱值混合垃圾的高溫空氣強(qiáng)化燃燒的目的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于低熱值混合垃圾的高溫空氣強(qiáng)化燃燒裝置及方法。U型尾部煙道后側(cè)設(shè)有低溫空預(yù)器，爐膛下部側(cè)壁設(shè)有垃圾給料口，爐膛上部側(cè)壁設(shè)有與旋風(fēng)分離器上部相連，旋風(fēng)分離器底部與回料器上端相連，回料器下端與爐膛下部側(cè)壁相連，旋風(fēng)分離器上端與U型燃燼室前側(cè)上部相連，U型燃燼室下端與爐膛下部側(cè)壁相連，爐膛下端與通過水冷式冷渣分選及回料裝置與爐膛下部側(cè)壁相連，U型燃燼室后側(cè)上部與U型尾部煙道前側(cè)上部相連。本發(fā)明利用高溫空氣強(qiáng)化低熱值垃圾混合燃燒的方法更能適應(yīng)我國垃圾成份復(fù)雜、高水分和低熱值的特點(diǎn)，燃料適應(yīng)范圍更廣，燃燒更穩(wěn)定充分。能直接對垃圾進(jìn)行純燒，無需要摻煤，降低了能耗，提高了運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。
文檔編號F23G5/46GK102878569SQ20121034830
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月19日
發(fā)明者蔣旭光, 李曉東, 嚴(yán)建華, 池涌, 陸勝勇, 馬增益, 金余其, 王飛, 黃群星, 薄拯, 倪明江, 岑可法 申請人:浙江大學(xué)