專利名稱：雙級料腿循環(huán)床垃圾焚燒鍋爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于能源利用和環(huán)境保護設(shè)備，特別涉及雙級料腿循環(huán)床垃圾焚燒鍋爐。
隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，垃圾的數(shù)量也在迅速增加，如果垃圾處理不當(dāng)，將會對環(huán)境產(chǎn)生極大的污染。由于垃圾中存在著大量的有機成分，利用垃圾作為替代能源既能處理廢料又能產(chǎn)生能量。焚燒法是處理垃圾獲得能源的有效方式，然而由于垃圾具有成分復(fù)雜，灰份高等特性。因此焚燒爐設(shè)計是實施這一技術(shù)的關(guān)鍵。
目前的垃圾焚燒爐主要為固定爐排燃燒方式和流態(tài)化燃燒方式。固定爐排燃燒方式的主要問題為燃燒穩(wěn)定性差，常常需要輔助燃料如重油來穩(wěn)定燃燒。由于垃圾中含有廢塑料制品、廢橡膠制品、有機生物體，焚燒后將產(chǎn)生HCl、Cl2等氣體，對鍋爐受熱面將產(chǎn)生高溫氯腐蝕，如張鶴聲，簡瑞民，在《能源技術(shù)》期刊上“垃圾焚燒鍋爐受熱面管壁金屬的高溫腐蝕”(1994，(4)，24-28)一文所講的，這些腐蝕性氣體對受熱面金屬管壁造成的危害是致命的。在實際生活中這種危害時有發(fā)生，如深圳市環(huán)衛(wèi)綜合處理廠由日本三菱公司引進的兩臺發(fā)電垃圾.焚燒爐，在投運100天就遭到嚴(yán)重的高溫腐蝕，被迫停運。因此，目前只能降低參數(shù)運行，使其發(fā)電效率被迫降低。此外，劇毒有機污染物(二噁碤，dioxin)和重金屬(Hg，Cd，Pb等)污染物的排放等二次污染也是垃圾焚燒過程中亟待解決的問題。流化床燃燒技術(shù)具有燃料適應(yīng)能力強，以及低SOx，NOx排放的特點，目前流化床技術(shù)已成功而廣泛地應(yīng)用于煤燃燒過程，然而，流化床技術(shù)焚燒垃圾還沒有得到大規(guī)模的應(yīng)用，許多問題如提高燃燒效率，降低污染物的排放量，減少腐蝕等問題亟待解決。目前采用的流化床垃圾焚燒技術(shù)主要為直接將固體垃圾加入鼓泡流化床或循環(huán)流化床中燃燒，如“燃用固體廢棄物的快裝流化床焚燒爐”(中國專利申請?zhí)?7218051)，和“循環(huán)流化床垃圾焚燒爐”(中國專利申請?zhí)?6222966)所介紹的垃圾處理方法，但這種直接燃燒方式仍未解決高溫氯腐蝕和污染物的排放問題，雖然有專利提到利用石灰石就地脫氯化氫解決腐蝕問題，但最近的研究結(jié)果表明在燃燒溫度下，加石灰脫氯的效果很差。
由于氯化氫是二噁碤的先驅(qū)物，因此高溫氯腐蝕和二噁碤的排放這兩個問題來源于垃圾中存在的氯組分。故而有效的脫氯是解決垃圾焚燒過程中高溫氯腐蝕和二噁碤排放的關(guān)鍵。
本實用新型的目的在于提供一種雙級料腿循環(huán)床垃圾焚燒鍋爐，利用其新型循環(huán)流化床技術(shù)高效、潔凈地焚燒城市垃圾，使其化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能和電能以解決垃圾的棄置和污染問題；同時采用新的設(shè)計思想在設(shè)備內(nèi)部就地脫氯消除在燃燒過程中的高溫氯腐蝕和二噁碤的排放問題。
本實用新型采用雙級料腿循環(huán)流化床系統(tǒng)，將垃圾的熱解、脫氯、燃燒、以及還原氮氧化物等過程在系統(tǒng)內(nèi)進行分級治理。其實現(xiàn)的主要手段為采用雙級料腿循環(huán)流化床系統(tǒng)。常規(guī)的循環(huán)流化床系統(tǒng)是將固體物料在上升管(即燃燒室)由高速氣流攜帶經(jīng)氣固分離器(如旋風(fēng)分離器)分離后，下降至料腿中再返回至上升管，本實用新型中的雙級料腿循環(huán)流化床系統(tǒng)將料腿部分分成串聯(lián)的兩級，每級有其自己的氣體出口。
本實用新型包括燃燒室、旋風(fēng)分離器和料腿，其特征在于燃燒室1的底部為布風(fēng)板12，布風(fēng)板12的下面有一風(fēng)室8，風(fēng)室8有一次風(fēng)a1進口及爐膛排渣孔10在燃燒室1的下部有輔助燃料C的進口，上部有二次風(fēng)a2的進口，頂部有一與旋風(fēng)分離器2相連的爐膛出口13；旋風(fēng)分離器2的上部連接一對流煙道7，底部連接一第一級料腿3料腿3的下部為一鼓泡床，其內(nèi)設(shè)置換熱器4，邊部有一與第二級料腿5用氣封連接的出口11，底部有料腿排渣孔9；第二級料腿5的下部為一鼓泡床，并有一與燃燒室1用氣封連接相通的物料返回口15和垃圾燃料W的入口，上部有一氯吸附床6，吸附床6的頂部有一與燃燒室1相通的氣體出口14。
目前應(yīng)用流化床技術(shù)焚燒垃圾的主要問題是高溫氯腐蝕和二噁碤的排放。而解決這些問題的關(guān)鍵是在垃圾中的氯化物隨揮發(fā)分逸出后(主要為氯化氫)盡快地在其進入爐膛高溫區(qū)前除去。石灰(Ca(OH)2)或石灰(CaCO3)是常用并較為經(jīng)濟的脫氯劑。當(dāng)石灰或石灰石與氯化氫接觸時其主要化學(xué)反應(yīng)為(R1)(R2)(R3)在高溫下，碳酸鈣和氫氧氣鈣將分解為氧化鈣(R4)(R5)然而，其主要脫氯反應(yīng)(R2-R3)在高溫條件下(＞700℃)，其逆向反應(yīng)起主導(dǎo)作用。氯化氫的吸收轉(zhuǎn)換率受到化學(xué)平衡的限制。在常規(guī)的流化床燃燒系統(tǒng)中，石灰通常直接加入爐膛中。而爐膛內(nèi)的溫度總是高于750℃，故而吸收氯化氫的效果甚微。這是將垃圾直接加入流化床中燃燒時脫氯的難點。
本實用新型采用雙級料腿將垃圾的焚燒分解為熱解，脫氯，燃燒和脫硝幾部分，使這幾個過程在不同的條件下分別進行以達到最佳的脫氯和燃燒效果。設(shè)備主要由燃燒室，旋風(fēng)分離器，第一級料腿，第二級料腿組成。燃燒室的底部為布風(fēng)板，布風(fēng)板的下面是風(fēng)室，一次風(fēng)由風(fēng)室通過布風(fēng)板進入燃燒室，燃燒室的頂部為一出口，該出口與旋風(fēng)分離器相連，含有循環(huán)物料顆粒的氣流通過燃燒室的出口進入旋風(fēng)分離器進行氣固分離，分離后的氣體經(jīng)由旋風(fēng)分離器的上部進入對流煙道，在與對流受熱面換熱后進入布袋除塵器，進一步除塵后的煙氣進入煙囪排入大氣。由旋風(fēng)分離器分離后的循環(huán)物料顆粒經(jīng)旋風(fēng)分離器的底部落入第一級料腿，該料腿的下部為一鼓泡床，其內(nèi)設(shè)置換熱器以控制第二級料腿中的溫度，第一級料腿的下部有一出口，由一氣封連接至第二級料腿的中部，冷卻后的循環(huán)物料顆粒由此進入第二級料腿；第二級料腿的下部也為一鼓泡床，垃圾從鼓泡床的上部加入，與熱循環(huán)物料混合，升溫并熱解；該料腿的上部為一氯吸附床，內(nèi)裝有氯吸附劑，吸附床的頂部有一氣體出口連至燃燒室的中部，在第二級料腿下部產(chǎn)生的熱解氣經(jīng)吸附床脫氯后進入燃燒室的中部燃燒，并形成局部還原區(qū)以還原燃燒室下部燃燒生成的氮氧化合物；第二級料腿的下部裝有物料返回口，由一氣封連接至燃燒室的下部，垃圾熱解后的固體可燃成分隨循環(huán)物料一起由該返回口進入燃燒室下部燃燼，在燃燒室的中部，除氯后的熱解氣入口的上部，裝有二次風(fēng)引入口以保證熱解氣的完全燃燒。
該設(shè)備的各個裝置的功能及其操作條件敘述如下(1).垃圾加入第二級料腿的鼓泡流化床內(nèi)使其在較低的溫度下(～600℃)熱解，讓其氯組分在該溫度下與熱解氣同時析出。(2)含氯的熱解氣通過該料腿上部的一個吸附床，內(nèi)裝有細(xì)顆粒石灰(～100μ)脫去氣體中的氯組分。(3)垃圾熱解后剩余的半焦進入燃燒室的底部進行燃燒，燃燒溫度控制在800℃左右的溫度下避免其重金屬成分的揮發(fā)，使重金屬成分固定在灰分中以從排渣孔排出，同時低溫燃燒避免了床料的結(jié)團。(4).脫氯后的熱解氣引入燃燒室的上部燃燒，在引入處形成局部還原區(qū)，還原半焦燃燒過程中產(chǎn)生的NOx，同時在還原區(qū)的上部加入二次風(fēng)使燃燒室上部溫度升高(大約900℃)，保證了熱解氣中的碳?xì)浠衔锶紶a。(5).床料采用細(xì)石英砂，使循環(huán)物料主要為石英砂，減少垃圾灰分被夾帶到燃燒室上部高溫區(qū)造成重金屬成分的揮發(fā)。(6).第一級料腿底部裝有換熱器用于降低循環(huán)物料的溫度，并控制第二級料腿的溫度，使其保持在600℃左右。
本實用新型解決了垃圾焚燒鍋爐就地脫氯的問題，大大降低了高溫氯腐蝕，增加了鍋爐中高溫?fù)Q熱器的使用壽命，提高了設(shè)備的可靠性，減少了維護停爐時間，降低了投資與運行成本；此外，燃燒室上部的局部還原區(qū)降低了氮氧化物的排放量；采用二次風(fēng)，提高了燃燒溫度，減少了不完全燃燒損失，由于脫去了熱解氣中的氯組分同時減少了碳?xì)浠衔锏牟煌耆紵?，二噁碤的生成量將大大降低，而燃燒室底部的低溫燃燒則抑制了垃圾中重金屬成份的揮發(fā)和排放，由此可使垃圾中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能和電能，同時解決了垃圾焚燒中的二次污染問題。
以下結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的描述。


圖1.本實用新型的設(shè)備示意圖。
圖中標(biāo)標(biāo)號1.燃燒室2.旋風(fēng)分離器 3.第一級料腿 4.換熱器5.第二級料腿6.吸附床 7.對流煙道 8.風(fēng)室9.料腿排渣孔10.爐膛排渣孔 11.出口12.布風(fēng)板13.爐膛出口 14.除氯熱解氣出口 15.物料返回口a1.一次風(fēng) a2.二次風(fēng) g1.除氯后的熱解氣 g2.煙氣C.輔助燃料 W.垃圾燃料實施例1.
如圖所示，該循環(huán)床系統(tǒng)的料腿部分分為串聯(lián)的二級。圖中1為燃燒室，2為旋風(fēng)分離器，3為第一級料腿，4為蒸汽換熱器，5為第二級料腿，6為氯化氫吸收床。垃圾作為燃料W加入第二級料腿5內(nèi)，溫度為600℃，第二級料腿5由少量空氣使床料保持流化狀態(tài)，使其中主要為還原氣氛。垃圾在第二級料腿5中熱解，垃圾中90％以上的氯將隨揮發(fā)份逸出，含氯熱解氣向上流動進入吸附床6中，在溫度為500-600℃的吸附床內(nèi)，裝有石灰以吸收氯化氫，使其除氯率達到85％以上；脫氯后的煙氣g1由出口14進入燃燒室1中；在第二級料腿5中的固定碳和灰分隨著循環(huán)物料由物料返回口15進入燃燒室1中，第二級料腿5和燃燒室1之間由氣封連接以防止燃燒室1中的氣體返回到第二級料腿5中。由于垃圾中80％以上為揮發(fā)分，某些垃圾進入燃燒室1內(nèi)的半焦量可能不足以維持穩(wěn)定燃燒的燃燒溫度。此時，可向燃燒室1的底部加入少量輔助燃料C以保持穩(wěn)定燃燒溫度，其溫度約800℃左右。輔助燃料C可以是煤，也可以是其它燃料，如生物質(zhì)。垃圾的灰分可由在燃燒室1底部的排渣孔10排出。一次風(fēng)a1進入風(fēng)室8中，通過布風(fēng)板12進入燃燒室1內(nèi)以保證半焦燃燼。半焦燃燒產(chǎn)物與循環(huán)物料向上運動與除氯后的熱解氣g1(主要為熱解產(chǎn)物，少部分燃燒產(chǎn)物和水蒸汽)相遇，在燃燒時形成一個局部還原區(qū)，在燃燒室1底部生成的氮氧化合物在該區(qū)被部分還原；該區(qū)的上部加入二次風(fēng)a2以保證除氯后的熱解氣g1的完全燃燒，同時形成一個大約900℃的高溫區(qū)以保證碳?xì)浠衔镌谌紵?內(nèi)燃燼；循環(huán)物料和燃燼后的煙氣g2經(jīng)爐膛出口13進入旋風(fēng)分離器2實現(xiàn)氣固分離，固體循環(huán)物料下行進入第一級料腿3中，第一級料腿3中安有換熱器4，使循環(huán)物料在其中降溫，并控制循環(huán)物料進入第二級料腿5的溫度，使第二級料腿5的溫度保持在600℃左右，這樣保證垃圾中的含氯組分隨著揮發(fā)分逸出。少部分由循環(huán)物料攜帶的灰分可由第一級料腿3底部的排渣孔9排出。第一級料腿3和第二級料腿5之間由氣封連接以防止第二級料腿5中的氣體進入到第一級料腿3中，煙氣g2則從旋風(fēng)分離器2出口進入對流受熱面煙氣通道7。由于垃圾中的氯組分在進入燃燒室1前被除去，避免了燃燒室內(nèi)的高溫氯腐蝕，同時無氯氣體的高溫燃燼，防止了二噁碤的生成，而垃圾中的金屬固定于灰中從排渣孔派出，所以，既防止了重金屬的排放又避免了其在尾部對二噁碤二次生成的催化作用。
權(quán)利要求1.一種雙級料腿循環(huán)床垃圾焚燒鍋爐，包括燃燒室、旋風(fēng)分離器和料腿，其特征在于燃燒室(1)的底部為布風(fēng)板(12)，布風(fēng)板(12)的下面有一風(fēng)室(8)，風(fēng)室(8)有一次風(fēng)(a1)進口及爐膛排渣孔(10)；在燃燒室(1)的下部有輔助燃料(C)的進口，上部有二次風(fēng)(a2)的進口，頂部有一與旋風(fēng)分離器(2)相連的爐膛出口(13)；旋風(fēng)分離器(2)的上部連接一對流煙道(7)，底部連接一第一級料腿(3)；料腿(3)的下部為一鼓泡床，其內(nèi)設(shè)置換熱器(4)，邊部有一與第二級料腿(5)用氣封連接的出口(11)，底部有料腿排渣孔(9)；第二級料腿(5)的下部為一鼓泡床，并有一與燃燒室(1)用氣封連接相通的物料返回口(15)和垃圾燃料(W)的入口，上部有一氯吸附床(6)，吸附床(6)的頂部有一與燃燒室(1)相通的氣體出口(14)。
專利摘要本實用新型特別涉及雙級料腿循環(huán)床垃圾焚燒鍋爐。在燃燒室的底部為布風(fēng)板和風(fēng)室,風(fēng)室有一次風(fēng)進口及爐膛排渣孔;上部有與旋風(fēng)分離器相連的爐膛出口;旋風(fēng)分離器上部連接對流煙道,底部連接第一級料腿;料腿邊部有與第二級料腿氣封連接的出口,底部有料腿排渣孔;第二級料腿有與燃燒室相通的物料返回口和垃圾燃料的入口,在上部有氯吸附床,吸附床有與燃燒室相通的氣體出口。本實用新型可以減少高溫氯腐蝕和二噁英的排放。
文檔編號F23G5/30GK2376579SQ9921654
公開日2000年5月3日 申請日期1999年7月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月9日
發(fā)明者林偉剛 申請人:中國科學(xué)院化工冶金研究所