一种用于固废热解处理的固体热载体炉

技术领域

本发明属于固体废弃物热解技术领域，具体涉及一种使用多燃料燃烧循环量可控的固体热载体加热炉。

背景技术

近年来，利用热解技术对固体废弃物进行处理，以“无二噁英”产生的环保优势，成为固废处理行业新的发展方向。热解过程是吸热过程，热源供给方式有固体热载体和气体热载体两种方式。其中，固体热载体加热方式以传热速率快、加热效率高等优势被广泛采用。

采用固体热载体方法对固体物料进行热解的技术，国内多以气流床、流化床等与热解设备耦合的方法进行。其中，利用循环流化床锅炉对固体热载体加热，利用加热后的循环热灰和固体热载体作为热解热源的工艺，以实现固体物料热解的同时，又可实现热电气多联产的优势被推崇。

循环流化床锅炉是利用固体燃料颗粒，在炉床内经气体流化后再进行燃烧的技术，它具有燃烧效率高、燃烧污染排放量低、负荷调节范围大等优点；但传统锅炉也存在燃烧燃料固定，主要以固体燃料为主，其它燃料掺烧比例有限，目前掺烧燃料负荷普遍<30％；循环量不可控、无法调节等缺点。

基于传统循环流化床锅炉循环量不可控的现状，固废热解处理技术多采用外循环系统两路返料模式。此技术沿用常规流化床锅炉原理，在外循环管路中加入旁通路，通过旁通分流结构实现循环量的调节，以满足热解工艺中供热热源的调节要求。但是，双路返料随之带来控制系统复杂，且对流动性较差的固体物料，带来更大的堵塞风险。因此，目前采用此工艺的固体物料热解装置，没有开展工业化大规模应用案例。

此外，针对固废行业，物料组分复杂，例如生活垃圾等，含有各种有机物、无机物，造成热解固体残物组分复杂，粒径、体积、形状偏差大，易堵塞的状态，常规循环流化床锅炉中采用的回料阀结构，由于仅适用于组分单一、粒径筛分范围窄的物料，已无法满足固废热解行业要求。

因此，结合固体物料热解工艺，开发出一种全部以热解产物作为流化床锅炉燃料，循环量可控，并且适用于返料组分复杂、粒径偏差大的固体热载体炉，对固废热解行业的大规模工业化应用意义重大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于气、油、碳三种燃料，其中固体燃料灰分大、燃点高、热负荷较小(<40％)，且循环量可控，并适用于组分复杂、粒径偏差大的物料返料，可工业化应用的固体热载体加热炉。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种用于固废热解处理的固体热载体炉，固体热载体炉炉膛底部外接底部风室，底部风室端部连接底部燃烧器；炉膛四壁布置水冷壁，炉膛沿竖直高度，下部为炉膛密相区，密相区上部为稀相区，两者中间为密、稀相区过渡段。炉膛密相区、稀相区和炉膛密、稀相区过渡段的侧壁多点、分层设置侧壁燃烧器；固体热载体炉炉膛内气固混合物由炉膛出口进入旋风分离器，进行气固分离后，高温固体热载体由旋风分离器下部料腿经下料控制器进入热解设备完成热解，并随热解残物经返料机构重新返回固体热载体炉炉膛再次加热，形成循环；分离后的高温烟气由旋风分离器上部中心筒进入尾部烟道，烟气进入尾部烟道前，增设1通道，1通道四壁设置水冷壁，使烟气沿1通道先顺流向下与水冷壁换热，降温后烟气再逆流向上与尾部烟道中的受热面换热。

高温固体热载体由旋风分离器进行气固分离后，固体热载体采用单回路型式，由旋风分离器下部料腿经下料控制器、热解设备和返料机构返回炉膛。

底部燃烧器采用燃油、燃气或燃油燃气两用燃烧器，采用单独供风、喷射式、连续燃烧方式，负荷调节范围20％～200％。

侧壁燃烧器采用燃气、燃油或燃油燃气两用燃烧器，采用单台分别供风、燃料喷射、连续燃烧方式，单台负荷调节范围20％～200％。

底部燃烧器和侧壁燃烧器采用床上、床下连续燃烧方案。

下料控制器、固体热载体炉炉膛内一次风量和返料机构共同控制固体热载体的循环量及实现可调性，以适应固体热解物料进料量、热值变化，引起的吸热量的变化，使热解产物始终满足固体热载体炉炉膛内传热需求。

返料机构采用机械无轴螺旋返料器，适用于组分复杂、粒径偏差大、高强度物料的顺利返料。1通道与尾部烟道的结合，使烟气在流动方向发生180°逆转，促进烟气中粉尘在底部灰斗的沉降，降低烟气尾部飞灰含量。

本发明所取得的有益效果为：

1)本发明固体热载体炉通过床上、床下设置单独供风、喷射式油气两用燃烧器，实现油、气燃料大比例燃烧(热负荷>60％)，并通过燃烧器的可调性，实现灰分大、燃点高、热负荷小(<40％)的固体燃料的充分燃烧，最终实现油、气、固多燃烧稳定、连续燃烧。

2)本发明固体热载体炉外循环系统，采用单回路型式，在系统中引入下料控制器和返料机构，共同实现固体热载体循环量的可调性，使固体热载体循环量控制系统简单、易操作。

3)本发明固体热载体炉采用机械无轴螺旋返料机构，改变常规流化床锅炉供风回料阀返料型式，解决组分复杂、粒径偏差大、高强度物料的顺利返料，并实现在线、实时调节返料量。

附图说明

图1为本发明固体热载体炉示意图。

图中：1.固体热载体炉炉膛；2.底部风室；3.炉膛密相区；4.炉膛稀相区；5.水冷壁；6.底部燃烧器；7.侧壁燃烧器；8.旋风分离器；9.下料控制器；10.热解设备；11.返料机构；12.1通道；13.尾部烟道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明所述一种用于固废热解处理的固体热载体炉包括固体热载体炉炉膛1、底部风室2、炉膛密相区3、炉膛稀相区4、水冷壁5、底部燃烧器6、侧壁燃烧器7、旋风分离器8、下料控制器9、热解设备10、返料机构11、1通道12、尾部烟道13。

所述固体热载体炉炉膛1底部外接底部风室2，底部风室2端部连接底部燃烧器6。底部燃烧器6采用燃油、燃气或油气两用燃烧器，采用单独供风、喷射式、连续燃烧方式，负荷调节范围20％～200％。此方案不同于常规流化床锅炉底部燃烧器为开工燃烧方案，它长期、连续运行，且可根据固体燃料着火点温度，适时调整进入燃烧器燃料量，以控制进入风室烟风温度(风温范围在200～700℃范围)，确保固体燃料的可燃性。底部燃烧器6的可调性，以及连续、单独配风燃烧方案，可解决固体燃料灰分大、燃点高、不易燃的难题，通过调节燃料量，使燃烧后产生的烟风温度高于密相区3内固体燃料着火点，保证炉内固体燃料皆可燃；同时，由于固体燃料热负荷小，风室的高温烟风进入密相区后，可提高密相区温度，弥补固体燃料(热负荷<40％)释放热量不足，导致床温较低的缺陷。

所述固体热载体炉炉膛1内沿竖直高度，下部为炉膛密相区3，所述炉膛密相区3上部为炉膛稀相区4，两者中间为密、稀相区过渡段。炉膛密相区3、稀相区4及炉膛密、稀相区过渡段侧壁设置侧壁燃烧器7，采用燃气、燃油或油气两用燃烧器，燃烧器采用多点、分层布置方案，每台燃烧器采用燃料喷射，单独配风方式，单台负荷调节范围20％～200％。通过燃烧器多点、分层布置，使固体热载体炉膛1内部温度场均匀，以保证固体燃料的充分燃烧和固体热载体加热的均匀性。所述侧壁燃烧器采用的单独配风燃烧方案，与常规流化床锅炉将掺烧燃料直接喷入炉膛内与二次风混合燃烧的方案不同，现采用的方案可保证燃料充分燃烧，有效解决燃料喷入炉膛与二次风混合后，由于混合不均匀而导致的爆燃或燃烧不充分等问题。

所述底部燃烧器6和侧壁燃烧器7采用的床上、床下连续燃烧方案，可实现油、气燃料大比例燃烧(热负荷>60％)；并通过燃烧器的可调性，实现灰分大、燃点高、热负荷小(<40％)的固体燃料的充分燃烧，最终实现油、气、固多燃烧稳定、连续燃烧。

所述固体热载体炉炉膛1内部四壁布置水冷壁5，上述燃烧方案使炉膛内保持稳定温度场，实现固体热载体均匀加热、循环换热的同时，使水冷壁5有效均匀传热，保证固体热载体炉的稳定运行。

固体热载体在炉膛1内加热至850～950℃，随高温烟气由炉膛出口进入旋风分离器8。所述旋风分离器8进口与固体热载体炉炉膛1出口水平相连，固体热载体经旋风分离器8气固分离后，由旋风分离器8下部料腿进入下料控制器9，分离后的烟气由上部中心筒进入尾部烟道13。

固体热载体经旋风分离器8下部料腿，采用单回路型式，经下料控制器9下落入热解设备10，在其内完成固体废弃物的热解后，随热解残物一起进入下部返料机构11，由返料机构11重新送入固体热载体炉膛1再次加热，完成循环。固体热载体单回路循环设计，使循环系统控制方案简单、易操作，保证系统循环工业应用的可实施性。

所述旋风分离器8下部料腿与下料控制器9进口相连，下料控制器9出口与热解设备10相连，热解设备10的固体混合物出口连接返料机构11。所述返料机构11入口与热解设备10相连，出口连接固体热载体炉炉膛1返料入口。

所述返料机构11采用机械无轴螺旋返料器，所述返料机构11与常规流化床锅炉采用供风回料阀型式返料不同，现结构可避免常规回料阀面对粒径偏差大、大块无机物易堵的问题，更适用于组分复杂、粒径偏差大、高强度物料的顺利返料。

通过调节下料控制器9阀门开度，调节进入热解设备10的固体热载体流量，以适应固体热解物料进料量、热值的变化，引起的吸热量的变化，由此导致的固体热载体流量的变化，以保证热解充分，热解产物满足要求。同时，通过调节固体热载体炉炉膛1内一次风量、返料机构11机械控制频率，实现返料量的在线、实时调节，总体实现固体热载体循环系统循环量的可调节性，使热解产物始终满足炉膛1内传热需求。

所述高温烟气由旋风分离器8上部中心筒进入尾部烟道13，烟气进入尾部烟道13前，增设1通道12，所述1通道12四壁设置水冷壁5，使烟气沿1通道12先顺流向下与水冷壁5换热，降温后烟气再逆流向上与尾部烟道13中的受热面换热。此结构，可调节进入尾部烟道13的烟气温度，从而调整换热管壁温，既能避免烟气中HCL对尾部受热面的高温腐蚀，降低高温换热管爆管机率；又可防止烟气中粉尘在管壁面的沉积，保证传热效率及粉尘对受热面的腐蚀。所述1通道12与尾部烟道13的结合，使烟气在流动方向发生180°逆转，促进烟气中粉尘在底部灰斗的沉降，降低烟气尾部飞灰含量，降低装置飞灰处理成本，提高环保指标。