多级燃控清洁燃烧系统的制作方法

[0001]
本发明涉及清洁燃烧装置技术领域，尤其是涉及一种多级燃控清洁燃烧系统。


背景技术：

[0002]
目前垃圾类燃料、污泥类燃料、生物质类燃料通常采用单级或两级燃烧系统。其中，单级燃烧系统为当前垃圾类、污泥类燃料、生物质类燃料燃烧的主流设备，主要包括炉排炉和流化床锅炉，使用时，存在如下主要问题:1)燃料热值变化较大时炉膛出口温度变化较大，炉膛出口温度太高时易出现结焦故障，炉膛出口温度太低时燃烧效率低而且不易满足二噁英850℃高温分解要求；2）燃烧污染物主要采取烧后处理的方式，其采用的专用设备造价高、效率低、运行成本高；炉排炉的底渣由于高温结焦夹心导致烧灼减率高或超标；炉排炉和流化床锅炉则分别产生垃圾总量约5%和15%的危废性飞灰，二次处理难度高、费用巨大；3）排烟气中二噁英后处理设备效果不稳定，费用高，污染严重。两级燃烧系统通常使用各种气化焚烧炉，多为由热解气化燃烧装置和二次补燃装置组成，其存在的主要问题为:1)燃料燃尽率低、燃烧效率低：从燃烧原理根本上导致底渣烧灼减率很高甚至底渣因燃烧不完全产生刺鼻性有毒气味；2）层燃炉气化段局部高温结焦故障率特别高；3）气化时的低风速要求使得燃烧时总风量很小，由此导致设备焚烧量普遍很小，设备不易大型化。


技术实现要素：

[0003]
为了解决上述问题，本发明提供一种无助燃、高效、无害化的多级燃控清洁燃烧系统，具体可采取如下技术方案：本发明所述的多级燃控清洁燃烧系统，包括通过烟道依次连接的第一焚烧装置、除尘装置、第二焚烧装置、热回收装置和烟囱，所述热回收装置和烟囱之间的所述烟道连接有回流总管，所述回流总管分支为分别连通于所述第一焚烧装置的第一回流支管和第二焚烧装置的第二回流支管；其中，所述第一焚烧装置的焚烧温度保持在650-1000℃，所述第二焚烧装置的出口气体温度保持在900-1300℃，所述除尘装置的出口气体含尘量小于10mg/nm3。
[0004]
所述第一焚烧装置内自下而上依次设置有一级焚烧风室、一级焚烧室、二级焚烧室和三级焚烧室，所述三级焚烧室顶部与燃料密封进料机相连，所述一级焚烧风室和一级焚烧室之间设置有炉排，所述炉排上连接有延伸至第一焚烧装置外侧的排渣装置；所述三级焚烧室对应设置有三级焚烧风进口管，所述二级焚烧室对应设置有二级焚烧风进口管，一级焚烧风室对应设置有与所述第一回流支管相连的一级焚烧风进口管。
[0005]
所述一级焚烧室、二级焚烧室和三级焚烧室内设置有冷却换热器。
[0006]
所述炉排较低处与所述排渣装置连接。
[0007]
所述第二焚烧装置包括依次设置的四级焚烧室、五级焚烧室、六级焚烧室，所述四级焚烧室设置有四级焚烧风进口管，所述五级焚烧室设置有五级焚烧风进口管、六级焚烧室设置有六级焚烧风进口管；所述第二回流支管分别与四级焚烧风进口管、五级焚烧风进口管和六级焚烧风进口管相连通。
[0008]
所述除尘装置包括一级除尘器和二级除尘器。
[0009]
所述二级除尘器包括顶盖，具有顶面和下端面，所述顶面的中心处开设有进气口；筒身，具有第一端和第二端，所述第一端和所述顶盖的下端相连接，所述筒身上开设有排气口；承托板，设置在筒身内侧靠近所述第二端处，具有位于中心处的过灰口；集灰斗，其顶部与筒身第二端相连，底部设置有排灰口；过滤筒，包括卧式壁流蜂窝过滤元件，所述过滤筒设置在筒身内，顶部与顶盖顶面相接，底部与所述承托板相连，所述进气口和过灰口均位于过滤筒内侧，所述排气口则位于过滤筒外侧；气罐，设置在顶盖上；反吹管，与所述气罐相连通，所述反吹管上设置有电磁阀和位于筒身内侧并与过滤筒相对的吹气嘴；压差计，设置在过滤筒上；其中，所述压差计的信号输出端与控制系统的信号输入端电连接，所述控制系统的输出控制端与所述电磁阀的输入控制端电连接。
[0010]
所述卧式壁流蜂窝过滤元件沿过滤筒周向分为多组均匀设置，每组卧式壁流蜂窝过滤元件均沿竖向叠置，且每组卧式壁流蜂窝过滤元件沿气流方向的长度与过滤筒的厚度相同。
[0011]
所述一级除尘器和二级除尘器之间设置有前端回热器。
[0012]
所述热回收装置包括依次设置的终端回热器、余热锅炉和低温回热器。
[0013]
本发明提供的多级燃控清洁燃烧系统，结构简单，污染低，能效高，其通过多级焚烧严格控制了各级焚烧温度和烟气成分，前端的两级高温烟气除尘和灰高温排放，既阻止了灰吸附二噁英或其它有害成分成为危废性飞灰，又净化阻断了后部二噁英低温飞灰表面再生，后部燃烧温度900-1300℃满足了二噁英高温完全分解要求和控制热力型nox产生，实现了二噁英燃烧控制；多级燃烧既满足了燃料型氮在焚烧中最大化还原为n2的燃烧脱硝反应，也满足控制热力型nox产生，实现了燃控脱硝，最终实现了垃圾类燃料的清洁燃烧。
[0014]
与现有技术相比，本发明的具体优点如下：（1）结构简单、制造安装运行费用低廉：设备几乎全部为价格普通钢铁材料和常用耐火保温材料的绝热无压力普通设备；适用最简单粗分250mm级粗破碎+磁选的垃圾或类似燃料；与其它垃圾焚烧电厂危废性飞灰处理费用巨大相比，其没有危废性飞灰处理费用；运行中采用燃料氮燃控自还原，不须使用scr或sncr脱硝剂；不须采用活性碳粉和布袋除尘器对二噁英进行后处理；采用最廉价的石灰石完成85%以上的脱硫；（2）清洁燃烧低污染排放：只通过多级燃控时，在不投用活性炭吸附装置的条件下排放烟气中二噁英排放值小于0.1ngteq/nm3；不产生危废性飞灰，只产生可再利用的无害化固废灰渣；前端两级除尘，特别是二级陶瓷过滤除尘后排放烟气粉尘浓度最小值为1mg/nm3；不投用脱销剂和脱销装置的条件下nox排放小于80mg/nm3；第一焚烧装置700~800℃超低温运行+采用石灰石粉干法脱硫率大于85%；（3）燃烧效率高：采用专用的绝热型大炉膛沸腾焚烧方式证实渣烧酌减率小于0.5%，灰
烧酌减率~0 %，可燃物燃烧效率高于98%。
附图说明
[0015]
图1是本发明的结构示意图。
[0016]
图2是图1中二级除尘器的结构示意图。
[0017]
图3是图2中筒身的横截面结构示意图。
具体实施方式
[0018]
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
[0019]
本发明所述的多级燃控清洁燃烧系统根据燃料成分和热值采用六级空气燃烧的方式，包括通过烟道依次连接的第一焚烧装置、除尘装置、第二焚烧装置、热回收装置和烟囱，上述热回收装置和烟囱之间的烟道连接有回流总管，回流总管分支为分别连通于第一焚烧装置的第一回流支管和第二焚烧装置的第二回流支管；其中，第一焚烧装置内设置一级焚烧室、二级焚烧室和三级焚烧室，其焚烧温度保持在650-1000℃；第二焚烧装置包括四级焚烧室、五级焚烧室和六级焚烧室，六级焚烧室的出口气体温度保持在900-1300℃，而除尘装置的出口气体则保持在含尘量小于10mg/nm3的范围。上述六级燃控清洁燃烧系统的各级燃烧分别按焚烧温度要求、按污染物产生排放机理、按飞灰形成危废的机理和条件进行全面燃烧控制，能够克服垃圾类燃料、污泥类燃料、生物质类燃料在单级或两级燃烧系统中出现的各种燃烧问题和污染物产生排放问题，在设备简单化、单机焚烧量大型化、燃料广泛适应的基础上实现高效率燃烧；除hcl和很小部分sox需要尾部处理外，其他污染物和大部分sox均可通过燃控实现超低达标排放；垃圾类燃料主要污染物二噁英和nox将以燃烧控制直接实现达标排放，多级燃烧控制后不产生危废性飞灰。
[0020]
具体地，如图1-3所示，第一焚烧装置1壳体外侧靠近上方处安装有燃料密封进料机1.1，炉膛内靠近底部处安装有炉排1.2，炉排1.2的上部依次为一级焚烧室1.3、二级焚烧室1.4和三级焚烧室1.5，二级焚烧室1.4附近的壳体上对应安装有二级焚烧风进口管，三级焚烧室1.5附近的壳体上对应安装有三级焚烧风进口管。炉排1.2的下部为一级焚烧风室1.7，一级焚烧风室1.7附近的壳体上对应安装有一级焚烧风进口管；炉排1.2的较低处连接有经过一级焚烧风室1.7延伸至第一焚烧装置1外侧的排渣装置1.8。
[0021]
对于高热值或超高热值燃料，为了防止燃料在多级燃烧过程中温度过高，根据实际情况可以在一级焚烧室1.3、二级焚烧室1.4和三级焚烧室1.5内安装冷却换热器1.6，通过换热介质对炉内烟气进行降温；进一步地，还可以在一级焚烧风进口管上连通第一回流支管12.1，用于将系统排空前的低温、低氧、低含尘净化尾气引入一级焚烧室1.3，以此降低燃烧温度。
[0022]
上述第一焚烧装置1在进行工作时，新风可以从一级焚烧风进口管、二级焚烧风进口管、三级级焚烧风进口管进入炉膛，同时，从第一回流支管12.1通入的低温回流烟气可以混入一级焚烧风进口管同新风一起进入炉膛内，燃料则经密封进料机1.1进入第一焚烧装置1的炉膛，在其下落的过程中被不断上升的高温烟气快速烘干及引燃。当一级焚烧室1.3、
二级焚烧室1.4和三级焚烧室1.5全部处于工作状态时，一级焚烧风经炉排1.2进入一级焚烧室1.3与燃料混合，燃料燃尽后经排渣装置1.8从底部排渣，未完全燃烧烟气直接进入二级焚烧风室1.4与二级焚烧风进行二级焚烧反应，二级焚烧室产生的未完全燃烧烟气直接进入三级焚烧室1.5与三级焚烧风进行三级焚烧反应。上述二级焚烧反应和三级焚烧反应主要用于燃料热值变动造成的燃烧温度不均匀调节，同时承担超低热值燃料氮转化n2的燃烧控制。一般地，第一焚烧装置1中各级焚烧温度依据燃料要求保持在650-1000℃。
[0023]
从三级焚烧室1.5排出的烟气需要进行除尘后再进入第二焚烧装置。上述除尘装置采用二级除尘，其中一级除尘器2采用旋风分离器等粗分离设备，用于滤除大部分的烟尘；二级除尘器4则采用如图2、3所示的高效过滤除尘器。必要时，在一级除尘器2和二级除尘器4安装前端回热器3，以达到降低二级除尘器4进口烟气温度防止其高温损坏的目的。为了避免一级除尘器2和二级除尘器4排出的固废飞灰附着二噁英污染环境，一级除尘器2和二级除尘器4的出口温度应控制在600℃以上。
[0024]
上述二级除尘器4包括安装在底部支架上的壳体，该壳体包括顶盖4.1、筒身4.2、集灰斗4.3，其中，顶盖1的拱形顶面上开设有位于中心处的进气口a，环绕进气口a周侧设置有下凹式的安装槽b，环形气罐7嵌入安装在该安装槽b内。顶盖的下端与筒身4.2顶部（即第一端）相连，筒身4.2侧面开设有排气口c，筒身4.2底部（即第二端）与集灰斗4.3相连，集灰斗的侧面开设有检修口d，底部设置有排灰口e，该排灰口与排灰装置相连。筒身4.2内侧靠近底部处装有承托板4.4，该承托板4.4上开设有与进气口a同心设置的过灰口f。上述顶盖4.1、筒身4.2和集灰斗4.3的内壁以及承托板4.4的表面均设置有耐火砖等材料构成的耐火隔热层，承托板4.4内部空腔通过冷却介质降温以提高设备在高温工作条件下的使用经济性、可靠性和寿命。承托板4.4和气罐4.7底面顶盖4.1之间安装有过滤筒4.5，过滤筒4.5位于筒身4.2内，两者为同心设置的圆筒，其与方形结构的部件相比，能够承受更高的烟气压力；过滤筒4.5的顶部与顶盖4.1上下凹式安装槽b的底面密封相接，底部与承托板4.4密封相接，为了达到过滤目的，进气口a和过灰口f应位于过滤筒4.5内侧，而排气口c则应位于过滤筒4.5外侧，进一步地，为了避免承托板4.4积灰，过灰口f为圆形结构，且过灰口f的外径应与过滤筒4.5的内径相适配。上述过滤筒4.5采用在耐火砖墙内密封砌筑卧式壁流蜂窝过滤元件4.6的方式，如图3所述，卧式壁流蜂窝过滤元件4.6沿过滤筒4.5周向分为多组均匀设置，每组卧式壁流蜂窝过滤元件4.6均沿竖向叠置，且每组卧式壁流蜂窝过滤元件4.6沿气流方向的长度与过滤筒4.5的厚度相同。由于在高温工作条件下，壁流蜂窝过滤元件的抗压强度远远高于其抗拉强度（一般为30倍），因此，采用本发明的水平卧式砌筑法，壁流蜂窝过滤元件在工作时只需承受过滤元件间很小的压力，没有任何方向拉力，由此具备了在较高温条件下工作的能力，同时保留了蜂窝过滤元件的超高除尘效率。其次，相比同容量的烛式蜂窝金属或烛式蜂窝陶瓷过滤式除尘器，本发明的体积减少5倍以上，节约了大量的设备投资成本和设备占用空间；再次，通过加高过滤筒4.5和筒身4.2的高度即可方便地实现增加烟气处理量的需求。
[0025]
为了防止过滤筒4.5积灰影响烟气正常流通，在过滤筒4.5上安装有电子压差计，其次，位于顶盖1下凹式安装槽b内的气罐4.7上连通多条反吹管4.8，每条反吹管4.8均延伸至筒身4.2内侧并沿筒身4.2内壁竖向设置，筒身4.2内的反吹管4.8上安装有正对过滤筒4.5设置的吹气嘴4.9，反吹管4.8在筒身4.2外的部分则安装有脉冲电磁阀4.10。上述压差
计的电信号输出端与控制系统的电信号输入端电连接，控制系统的输出控制端与脉冲电磁阀4.10的输入控制端电连接。当电子压差计的检测值超过预设值时，脉冲电磁阀4.10打开，使气罐4.7内的压缩空气通过吹气嘴4.9对过滤筒4.5上的积灰进行吹扫。或者，根据实际情况，定时自动操作连接在脉冲电磁阀4.10两端的旁路阀，对过滤筒4.5进行吹扫。
[0026]
工作时，超高温含尘烟气从顶盖4.1进气口a进入含尘烟道（即过滤筒4.5内侧），在一定的烟气压力作用下由内而外通过过滤筒4.5，含尘烟气在经过过滤筒4.5的卧式壁流蜂窝过滤元件4.6时，所含烟尘颗粒与气体分离，一部分沿着过滤筒4.5下落至集灰斗4.3，并通过排灰口e进入排灰装置进入下一工序，另一部分聚集在过滤筒4.5上，当积灰导致过滤筒4.5内外侧烟气压差增大到一定程度，气罐4.7内的压缩空气通过反吹管4.8经脉冲电磁阀4.10和吹气嘴4.9对过滤筒4.5进行反向吹扫，积灰从过滤筒4.5内侧壁面脱落落入下部集灰斗4.3。对于烟尘分离后的净化烟气（其含尘量小于10mg/nm3），则由筒身4.2的排气口c达标外排。
[0027]
上述第二焚烧装置包括依次连接的四级焚烧室5、五级焚烧室6、六级焚烧室7，其中，四级焚烧室5安装有四级焚烧风进口管，五级焚烧室6安装有五级焚烧风进口管，六级焚烧室7安装有六级焚烧风进口管，且四级焚烧风进口管、五级焚烧风进口管和六级焚烧风进口管上均连接有第二回流支管12.2。烟气中的未燃尽成分在上述每个焚烧室中均可与新风、低温回流烟气混合再次发生焚烧反应。通过对各级焚烧室新风和低温回流烟气的风量调节实现对不同含氮燃料焚烧中燃料氮最大化还原为n2的燃烧脱硝反应，并完成烟气的完全燃烧。通常情况下，六级焚烧室7的出口烟气温度应达到900-1300℃并保持2秒以上，从而使烟气中的二噁英在850℃以上高温中完全彻底分解，并避免1300℃以上超高温大量热力型nox的生成。
[0028]
之后，高温的清洁烟气会进入由终端回热器8、余热锅炉9和低温回热器10组成的热回收装置逐步降温至190℃以下，再通入烟囱11排空。上述前端回热器3、终端回热器8和低温回热器10的冷却介质均为冷空气。前述第一回流支管12.1和第二回流支管12.2均连通于回流总管12，而回流总管12则从低温回热器10和烟囱11之间的烟道上引出。
[0029]
本发明通过第一焚烧装置1的高温预烘干，各回热器将燃烧用冷空气温度提升到最高大约650℃等措施满足了超低热值燃料（例如含水约65%的污泥燃料）燃烧温度高于850℃的要求，通过各级燃烧份额比调节配风量满足了燃料超低热值燃烧温度要求，通过设置冷却换热器换热1.6和向一级焚烧反应室1.3通入回流烟气控制第一焚烧装置1的运行温度，通过向四级焚烧反应室5、五级焚烧室6和六级焚烧室7通入回流烟气控制设备运行温度，满足了燃料超高热值燃烧的正常温度要求。由此，使本发明具备适用燃烧燃料热值 3.6-23mj(850-5500kcal/kg)的变化范围。其次，本发明通过位于多级燃烧系统中间位置的一级除尘器2和二级除尘器4净化了四级焚烧室5、五级焚烧室6和六级焚烧室7入口烟气，实现了四级、五级、六级焚烧无尘洁净高温燃烧，避开了余热锅炉9烟气降温后飞灰导致的二噁英再生，实现了二噁英的燃烧控制。由于一级除尘器2和二级除尘器4滤除的飞灰在600℃以上排放，高于二噁英的灰脱附温度，因此这些飞灰为不含二噁英或其他有害污染物的一般性固废飞灰，从而实现了燃料的清洁燃烧。
[0030]
对本发明一级除尘器2和二级除尘器4出口的固体废物进行检测，得到如表1所示的检测结果：
表1:需要说明的是，在本发明的描述中，诸如“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

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