一种燃用城市废弃物的高参数余热锅炉及其工作方法

技术领域

本发明属于液态排渣锅炉领域，具体涉及一种燃用城市废弃物的高参数余热锅炉及其工作方法。

背景技术

城市废弃物被填埋，其所蕴藏的生物质能不仅没有得到利用，而且对土壤、大气和水系统造成污染，已引起关注，垃圾焚烧具有减量化、无害化、资源化的特点，在国内外已得到广泛应用。

传统垃圾焚烧炉主要为炉排炉及少量流化床炉，焚烧温度水平较低，仅能达到850℃-950℃。为了尽可能实现垃圾完全燃烧，需要保证极高的过量空气系数，且生成的烟气及飞灰中二噁英浓度高，此外烟气中大量的重金属及氯盐限制了余热锅炉的高参数运行，使得整个系统发电效率偏低，通常在22-26％。由于采用固态排渣方式，大量有害物质停留在飞灰中随着烟气排出，不仅影响着余热锅炉各受热面状态，还极大地增加了尾气处理的难度和成本。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供了一种燃用城市废弃物的高参数余热锅炉及其工作方法，本发明将燃料进入炉内后采用高强度旋风燃烧，能保证颗粒完全熔融并燃烧完全。本发明能够实现在燃烧过程中100％二噁英分解率，有效提升重金属固化率，降低氯盐排放，为以后城市废弃物锅炉的高参数提升提供了一种思路。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种燃用城市废弃物的高参数余热锅炉，包括主燃烧器、旋风室和二次燃烧室；所述旋风室的炉膛采用束腰型炉膛，旋风室在腰部以上的炉膛为旋风室上炉膛、在腰部以下的炉膛为旋风室下炉膛，主燃烧器安装在旋风室上炉膛的顶部，旋风室上炉膛上在主燃烧器的下方设有二次风口，旋风室上炉膛上在二次风口的下方设有点火及稳燃燃烧器，旋风室在腰部靠近旋风室上炉膛的一侧设有炉腰二次风口，炉腰二次风口位于点火及稳燃燃烧器的下方；旋风室下炉膛的侧壁设有出口，该出口与二次燃烧室的入口连通，旋风室下炉膛的底部设有旋风室排渣口，二次燃烧室的底部设有二次室排渣口。

优选的，二次风口沿旋风室上炉膛的切向设置，并与主燃烧器的喷射方向垂直，炉腰二次风口的出口喷射朝向旋风室上炉膛中心。

优选的，旋风室的腰部以上设置为绝热炉膛，旋风室的腰部以下设置为采用有耐火浇筑料的受热面。

优选的，二次燃烧室上设有过渡烟道，过渡烟道的一端与二次燃烧室炉膛的底部连通，过渡烟道的另一端通过捕渣管与旋风室下炉膛的出口连接。

优选的，过渡烟道和二次燃烧室的底部均涂有耐火浇筑料。

优选的，二次燃烧室炉膛上在过渡烟道的上方设有补燃二次风口和补燃燃烧器，补燃二次风口位于补燃燃烧器的下方。

优选的，二次燃烧室的底部设置为倾斜式的，二次室排渣口设置于二次燃烧室底部的最低位置。

优选的，二次燃烧室炉膛的顶部连接有尾部烟道，二次燃烧室炉膛的顶部沿着烟气流动方向依次设有屏式过热器、低温过热器和高温过热器，尾部烟道中沿着烟气流动方向依次设有高温省煤器、低温省煤器、高温空预器和低温空预器。

本发明如上所述的燃用城市废弃物的高参数余热锅炉的工作方法，包括如下过程：

将经过干燥碾磨后的城市废弃物作为燃料通过主燃烧器进入旋风室上炉膛，从主燃烧器进入旋风室上炉膛的燃料向下旋转喷射，从二次风口和炉腰二次风口向旋风室上炉膛送入热空气，热空气与主燃烧器喷射的燃料混合，燃料被干燥加热，部分燃料发生热解并与CO

优选的，热空气经二次风口后沿旋风室上炉膛的切向进入旋风室上炉膛，风速为100-200m/s；

从主燃烧器喷出的燃料与热空气混合后的温度为200-250度；

旋风室下炉膛和二次燃烧室中的温度为1600℃-1800℃。

本发明具有如下有益效果：

本发明燃用城市废弃物的高参数余热锅炉结构上的创新如下：1、炉膛改进为束腰型炉膛(以前为直炉膛)，旋风室上炉膛和旋风室下炉膛在结构上有较为清晰的分界线，针对城市废弃物水分高难着火的特点，上炉膛设置为绝热炉膛，燃烧热量主要来着燃料中的热解气(易着火)，保证燃料燃烧稳定，在结构上减少了前期所需热量；下炉膛受热面布置有耐火浇筑料，燃烧热量主要来着燃料热解出的炭(难着火发热量高)，保证燃料燃烧完全；改进为束腰型炉膛也整体提高了炉膛热负荷，有利于液态排渣；2、布置了炉腰二次风，增加了空气分级手段，旋风室上炉膛上部为缺氧区域，有利于热解气化区形成；旋风室下炉膛燃烧热量较高，有利于燃烧熔融区的形成。经实验，本发明的锅炉将垃圾焚烧的炉膛温度从现有的900℃提升至1600-1800℃，可使余热锅炉参数提升至亚临界，有效提高机组效率近10％；大量的重金属及氯盐随着炉渣排出，能减少尾部环保设施压力，减少投资，市场前景广阔，社会及环境效益好。

进一步的，二次燃烧室底部结构优化为倾斜式，保证二次流渣顺畅。

附图说明

图1为本发明燃用城市废弃物的高参数余热锅炉的结构示意图。

其中，1-主燃烧器、2-二次风口、3-炉腰二次风口、4-补燃二次风口、5-点火及稳燃燃烧器、6-补燃燃烧器、7-旋风室上炉膛、8-旋风室下炉膛、9-捕渣管、10-二次燃烧室、10-1-过度烟道、11-屏式过热器、12-低温过热器、13-高温过热器、14-高温省煤器、15-低温省煤器、16-高温空预器、17-低温空预器、18-旋风室排渣口、19-二次室排渣口、20-炉膛上半部、21-尾部烟道、22-腰部。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来对本发明做进一步的说明。

如图1所示，本实施例为一燃用城市废弃物的高参数余热锅炉，包括主燃烧器1、旋风室和二次燃烧室10；二次燃烧室10炉膛的顶部连接有尾部烟道21，二次燃烧室10炉膛的顶部沿着烟气流动方向依次设有屏式过热器11、低温过热器12和高温过热器13，尾部烟道21中沿着烟气流动方向依次设有高温省煤器14、低温省煤器15、高温空预器16和低温空预器17。本发明旋风室的炉膛采用束腰型炉膛，旋风室在腰部22以上的炉膛为旋风室上炉膛7、在腰部22以下的炉膛为旋风室下炉膛8，主燃烧器1安装在旋风室上炉膛7的顶部，旋风室上炉膛7上在主燃烧器1的下方设有二次风口2，二次风口2沿旋风室上炉膛7周向的切向设置，并与主燃烧器1的喷射方向垂直，炉腰二次风口3的出口喷射朝向旋风室上炉膛7中心；旋风室上炉膛7上在二次风口2的下方设有点火及稳燃燃烧器5，旋风室在腰部22靠近旋风室上炉膛7的一侧设有炉腰二次风口3，炉腰二次风口3位于点火及稳燃燃烧器5的下方；旋风室下炉膛8的侧壁设有出口，二次燃烧室10上设有过渡烟道10-1，过渡烟道10-1的一端与二次燃烧室10炉膛的底部连通，过渡烟道10-1的另一端通过捕渣管9与旋风室下炉膛8的出口连接；二次燃烧室10炉膛上在过渡烟道10-1的上方设有补燃二次风口4和补燃燃烧器6，补燃二次风口4位于补燃燃烧器6的下方；旋风室下炉膛8的底部设有旋风室排渣口18，二次燃烧室10的底部设有二次室排渣口19。

本发明上述方案中，烟道流程为旋风室上炉膛7、旋风室下炉膛8、二次燃烧室10、二次燃烧室的炉膛上半部20、尾部烟道21；进风入口为低温空预器17、高温空预器16、二次风口2、炉腰二次风口3、补燃二次风口4；燃料入口为主燃烧器1、点火及稳燃燃烧器5和补燃燃烧器6；排渣口为旋风室排渣口18、二次室排渣口19。城市废弃物通过主燃烧器1进入旋风室上炉膛7；热空气通过主燃烧器1、二次风口2和炉腰二次风口3进入旋风室，通过补燃二次风口4进入二次燃烧室10；辅助燃料通过点火及稳燃燃烧器5进入旋风室上炉膛7，通过补燃燃烧器6进入二次燃烧室10。

本发明上述方案中，进入燃烧器的燃料为经过干燥碾磨后城市废弃物通过主燃烧器1进入旋风室的炉膛，燃料在旋风室内向下旋转喷射，二次风切向进入，可延长燃烧停留时间，保证燃烧完全。

本发明上述方案中，热空气从二次风口2进入旋风室，风速为100-200m/s，气流出口方向与主燃烧器1的燃料出口方向垂直；部分热空气从炉腰二次风口3进入旋风室。辅助燃料通过点火及稳燃燃烧器5进入旋风室，根据所需的功能，进入燃料量应能调节。辅助燃料通过补燃燃烧器6进入二次燃烧室10，根据所需的功能，进入燃料量应能调节。旋风室的熔渣从旋风室排渣口18排出，二次燃烧室10的炉渣从二次室排渣口19排出。二次燃烧室10的底部设置为倾斜式的，二次室排渣口19设置于二次燃烧室10底部的最低位置，保证二次流渣顺畅。烟气流程为旋风室(依次包括旋风室上炉膛7、旋风室下炉膛8)、捕渣管9、二次燃烧室10、屏式过热器11、低温过热器12、高温过热器13、高温省煤器14、低温省煤器15、高温空预器16、低温空预器17。

燃料进入炉内后分别在旋风室上炉膛7进行热解气燃烧、旋风室下炉膛8进行碳颗粒熔融燃烧、后在二次燃烧室10进行再次燃烧。

工质流程为低温省煤器15、高温省煤器14、水冷壁(旋风室和二次燃烧室)、屏式过热器11、低温过热器12、高温过热器13。

本发明上述技术方案中，考虑城市废弃物虽然经过干燥碾磨，但水分较高，为保证液态流渣，旋风室上炉膛7为绝热炉膛，旋风室下炉膛8为有耐火浇筑料的受热面，确保炉膛下部出口温度为1600℃-1800℃；旋风室由许多小管子围绕成一个圆形筒体，构成气密性炉膛，微正压运行，性能设计时选择较高的容积热负荷和断面热负荷保证燃料燃烧完全。

本发明旋风室上炉膛7按燃料物理化学反应过程，可分为2个反应区：热解气化区(位于旋风室上炉膛7上部)和燃烧熔融区(位于旋风室上炉膛7下部)。首先通过热风或热烟气干燥后的城市废弃物通过主燃烧器1进入旋风室，此时混合温度为200-250度，进入旋风室上炉膛7后，废弃物被热烟气再进行干燥加热，在高温下部分热解，与气相中的CO

点火及稳燃燃烧器5为辅助燃料燃烧器，在点火初期作为点火热源使用；在主燃料热值发生变化时，可作为稳燃热源；在运行时，也可作为长明灯热源使用，燃烧器输入能量可根据情况调节。

旋风室的出口通过过渡烟道10-1及捕渣管9与二次燃烧室10相连，二次燃烧室10下部涂有耐火浇筑料，能保持高温。旋风室未燃烬的燃料可继续在二次燃烧室里进行燃烧，补燃燃烧器6可根据燃烧情况补充辅助燃料。

本发明的上述方案中，燃料通过1级气化和2级熔融燃烧和捕渣管，大部分飞灰熔融在旋风室内壁通过旋风室排渣口18排出，因此炉膛灰渣比远小于煤粉炉，60％的重金属通过旋风室排渣口18、二次室排渣口19排出，并固化在渣中。运行中燃料加入一定比例石灰石，即可降低燃料灰熔点保证留渣顺畅，还可与氯化物反应生成氯化钙和CO

本发明的上述方案中，在旋风室和二次燃烧室里，烟气温度较长时间为1600℃以上，烟气中的二噁英在此温度下完全分解。

本发明燃用城市废弃物的高参数余热锅炉中，燃料采用旋风燃烧方式，降低锅炉飞灰中的重金属及氯化物，提高余热锅炉工质参数及机组发电效率的同时，还可进行金属分类回收及炉渣综合利用，提升生物质能利用率。本发明通过燃用经一体机前置碳化的多源固废颗粒，并采用旋风燃烧方式，在接近于绝热的燃烧室里将垃圾焚烧的炉膛温度从900℃提升至1600℃，可使余热锅炉参数提升至亚临界，有效提高机组效率近10％；大量的重金属及氯盐随着炉渣排出，能减少尾部环保设施压力，减少投资，市场前景广阔，社会及环境效益好。