专利名称：在焚烧系统中控制初次和二次空气喷射的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括多排分隔成几段的二次空气喷嘴的废物焚烧装置。该发明涉及一种用于控制二次空气几个参数，包括下列参数中至少一个流量、速度、湍流、体积、成分和温度，以便在焚烧系统中使焚烧过程最佳化。本发明涉及控制初次空气的喷射方法。本发明也涉及一种焚烧设备，其功能按照所述方法控制初次和二次空气喷射。
背景技术：
废物的燃烧过程相当复杂，因为其中不但在炉栅上也在炉栅以上空间产生均匀和不均匀的反应。包括燃烧室和后燃烧室的锅炉部分是焚烧装置的关键部分并且需要以极大的注意进行设计。这种类型锅炉的重要特性是良好的性能、高度灵活性、良好的实用性和可靠性并具有对各种压力部件可接受的使用寿命。灵活性极其重要，因为废物在例如成分和热值方面有很大变化。锅炉必须能够在这些经常变化的状态下运行并且在尽可能稳定方式下产生蒸汽和热量。
自实施EU废物焚烧条令(2000/076)以来，要求对于市政废物在温度850℃以上至少保持驻留时间2秒以上，综合集中使用选择性剩余废物和高热值“问题”和不均匀废弃燃料，达到完全燃烧的条件现在变得更加苛刻。大量现存的装置并不设计在这些条件下运行并且需要这些系统进行主要的改进以便符合新的要求。
为符合这些新要求近年来已经开发和实施几种新技术。为增加燃烧效率和减少对于大气污染物的排放，对于燃烧过程提供产生氧气的二次空气被供给到锅炉中以便改进可燃废气的燃烧。例如，DE4401821描述一种由带有二次空气供应系统的“置换体”组成改进燃烧的方法和装置。使用这种新的二次空气喷射系统燃烧和后燃烧过程可以有力地改进并且能够导致烟道气体更短时间内并明显地完全燃烧。
在此，名词置换体、非流线型体和棱形体可互换地使用。不过，获得有效燃烧的一个主要问题是二次空气的良好混合。二次空气的细微调节很困难。另外，由于在锅炉内缺乏由二次空气引起的足够湍流，不能达到二次空气与可燃废气的足够混合，导致不完全燃烧。还有，当喷入锅炉中时，引入的二次空气常常没有正确地处理以便立即参加后燃烧过程。结果是，需要较长时间使后燃烧过程中烟道气达到完全燃烧，而在锅炉中喷入未经处理的二次空气甚至可以减慢后燃烧过程。
另一个问题是整个后燃烧室剖面上的温度并不恒常；烟道气的凹穴内有时与最佳温度相比较热或较冷，导致诸如腐蚀、结渣和污垢等不合要求的副作用。
为解决上述问题，本发明提供一种包括改进的初次空气和二次空气系统的新装置，一种控制包括流量、速度、湍流、体积、成分和温度等二次空气的参数的方法，和一种控制初次空气的方法。采用这种装置和方法导致高度有效的燃烧过程，其特征为产生低的初始排放物并且能够适应EU条令规范。
发明概要本发明的一个实施例是一种焚烧固体材料的装置，包括-供料系统，能够向锅炉引入固体材料，-炉栅系统，包括几个炉栅元件，-炉膛，能够焚烧所述固体材料，-后燃烧室，能够烧尽由于所述焚烧而产生的烟道气，-初次空气供应系统，能够有差别地横越不同炉栅元件和横越炉栅宽度分配空气，-置换体，放置在燃烧室出口和后燃烧室进口，能够分裂所产生的烟道气流成为两条单独的烟道气流，-弯头，作为装置内部的前壁和后壁，其形状使其与置换体外形一起在后燃烧室进口处建立两个文丘里管形的烟道气通路，-两对多排二次空气喷嘴，直接位于燃烧室出口和后燃烧室进口，一对位于炉膛内部前壁和对面的置换体壁；另一对位于炉膛内部后壁和对面的置换体壁，其中，各排二次空气喷嘴区分为两或更多分段，各分段包括两个或多个喷嘴，使通过任何分段的气流能够不同于其直接邻近的分段。
本发明的另一实施例为如上所述的装置，其中各分段和与其对面的分段在相对成对的二次空气喷嘴排上形成成对的分段。
本发明另一实施例为如上所述的装置，其中对于各分段的空气流通过一个或多个阀和/或调节一个或多个风扇和/或按照在所述分段内所选择的二次空气喷嘴直径进行控制。
本发明另一实施例为如上所述的装置，其中，-各分段和位于其对面的分段包含较大和较小直径的所述喷嘴，-具有较大直径的喷嘴接近于在所述分段内的具有较小直径的喷嘴，-在相对分段内的喷嘴对准，使那些较大直径者直接放置在具有较小直径的喷嘴的对面。
本发明另一实施例为如上所述的装置，还包括任何阵列的4个或更多温度传感器，各传感器位于由一对分段所限定的区域上方。
本发明另一实施例为如上所述的装置，其中二次空气通过其终端为喷嘴的二次空气管道供应，这些喷嘴通过所述装置的前壁和后壁以及通过置换体的薄膜壁。
本发明另一实施例为如上所述的装置，其中二次空气供应管道由在置换体内部或沿锅炉壁外部的两个或多个同心管组成。
本发明另一实施例为如上所述的装置，其中所述装置内部的前壁和后壁弯曲成为如此形状，使其与置换体的外形一起建立两个文丘里管形的烟道气通路，并具有在20°到40°之间的开放角度(α/β)，以便增加在文丘里管形混合区域内的烟道气湍流。
本发明另一实施例为如上所述的装置，其中置换体制成扭曲的长菱形柱体形状。
本发明另一实施例为一种包括采用上述装置焚烧固体材料的方法。
本发明另一实施例为一种如上所述的方法，包括下列步骤(a)监控烟道气的氧气含量，(b)从步骤(a)决定所述装置需要的空气总流量，(c)分配空气到初次和二次空气供应系统，使空气总流量按照步骤(b)维持，(d)监控各温度传感器的温度，(e)平衡位于各烟道气流中的温度传感器的温度，(f)比较步骤(e)中平衡的温度，以便决定两气流中较热的温度，(g)通过位于两气流中较热的气流下面的二次空气喷嘴增加二次空气流量，并通过位于两气流中较冷的气流下面的二次空气喷嘴减少二次空气流量，从而全面维持在二次空气系统内的相同的空气总流量，和(h)如果二气流按照步骤(f)具有同样温度则不改变二次空气的流量，以便全面维持在二次空气系统内的同样的空气总流量。
本发明另一实施例为一种如上所述的方法，还包括下列步骤(i)当在步骤(f)中决定的两气流中较热者位于最接近供料系统处时，减少在最接近供料系统的炉栅元件下面的初次空气流量，并且增加在其余炉栅元件以下面积中的初次空气流量，使其在初次空气系统中维持同样的空气总流量，(j)当在步骤(f)中决定的两气流中较热者位于最接近输出系统时，增加在最接近供料系统的炉栅元件下面的初次空气流量，并且减少在其余炉栅元件以下面积中的初次空气流量，使其在初次空气系统中维持同样的空气总流量，(k)如果二气流按照步骤(f)具有同样温度则不改变初次空气的流量，以便在初次空气系统中维持同样的空气总流量。
本发明另一实施例为一种如上所述的方法，还包括下列步骤(l)比较在步骤(d)中监控的各温度传感器的温度与在步骤(e)中决定的平衡温度，(m)当传感器探测到的温度高于步骤(e)中决定的平衡温度时，用位于传感器下面的二次空气喷嘴增加在两个分段中的二次空气流量，并减少对其它分段的二次空气流量，以便维持在二次空气系统中的同样的空气总流量，(n)当传感器探测到的温度低于步骤(e)中决定的平衡温度时，用位于传感器下面的二次空气喷嘴减少在两个分段中二次空气流量，并增加对其它分段的二次空气流量，以便维持在二次空气系统中的同样的空气总流量，(o)如果由传感器探测到的温度与在步骤(e)中决定的平衡值相同则不改变二次空气的流量，以便在二次空气系统中维持同样的空气总流量。
本发明另一方面涉及一种在焚烧器中对固体材料热处理的方法，包括燃烧室和后燃烧室，所述方法基本上由以下组成-对燃烧室供应固体材料，-分阶段燃烧所述引入的材料，从而产生导向所述后燃烧室的烟道气，-利用存在于后燃烧室进口并限定两个文丘里管形的烟道气通路的置换体分开所述烟道气为两个单独的烟道气流；其中通过直接在燃烧室出口和后燃烧室进口喷射二次空气和通过所述二次空气喷射而控制至少下列参数之一流量、湍流、体积、速度或温度。
本发明提供一种控制初次空气和二次空气喷射几个参数的方法，和一种能够执行所述方法的装置，该方法将极大地改进燃烧过程的效率，它将减少排放物并将符合更加严格的燃烧过程。
具体的实施方式按照本发明几个可能实施的例子将显示在下列图中。
图1a显示按照本发明设置具有置换体或棱柱5的焚烧锅炉或焚烧装置的剖面图。
图1b表示在图1a显示的装置中用于二次空气喷射的喷嘴30、31部分剖面图。
图2a表示图1b中振荡襟翼20的详细立体图。
图2b-2d示意地表示图2a中襟翼20在顶视图中三个位置。
图3a为设置旋转阀20的喷嘴30、31的示意性立体图。
图3b为一系列喷嘴30、31的示意剖面图，其中各喷嘴30、31设置单独的旋转阀20。
图3c为一系列喷嘴30、31的示意剖面图，其中二次空气供应槽12、13、14设置有旋转阀20。
图4显示按照以上描述焚烧系统的片段，和由后燃烧室内壁形成的角度。
图5显示带有两个均为直列式喷嘴阵列的剖面图，其中交错和对面的喷嘴42、43具有不同剖面直径。
图6显示具有同心管47、48、49的置换体5的剖面图，该同心管为引导二次空气到焚烧系统中横越宽度的不同区域的供应管道。
图7显示锅炉的三维图，包括已经分隔为按照本发明的3个分段73、74、75的一对喷嘴排71、72的例子。
图8显示锅炉的三维图，包括温度传感器SA1、SA2、SA3、SB1、SB2、SB3的阵列的例子，各位于由分段的喷嘴A1、A2、A3、B1、B2、B3所限定的区域中。
图9a和9b说明一种按照本发明的方法，用于纠正由于高和低热值的废物和根据热释放形态的温度不平衡。
图10显示按照本发明的具有置换体或棱柱5的可替代焚烧锅炉或焚烧装置的剖面图，具有与图1a同样的特征和标志。
图11显示锅炉的三维图，包括温度传感器SA1、SA2、SA3、SB1、SB2、SB3的阵列的例子，和按照炉栅元件数量和锅炉装置R1R....R5R、R1C....R5C、和R1L....R5L的宽度而配置几个初次空气喷射区域的格栅。
具体的实施方式本发明的一个方面涉及一种燃烧装置和方法，其特征为在燃烧区域中心的特殊的二次空气喷射系统，直接在燃烧室出口和在进入后燃烧室以前，并且至少控制下列参数之一流量、湍流、体积、成分、速度或温度。通过二次空气供应管道12、13、14到在锅炉前壁6和后壁7上和在置换体5两侧的几个喷嘴进口30、31，二次空气输入分隔的烟道气气流“A”和“B”(见图1a)。
本发明目的是使焚烧系统中燃烧过程最佳化并保证烟道气的完全燃烧，以便满足EU条令(2000/076)的要求和增加焚烧装置压力部件的性能和使用寿命。使用这样新颖和受控制的二次空气系统导致在由二次空气供应的氧气和烟道气之间更加有效的混合，并且将提高燃烧性能。因此，所述装置和方法导致在锅炉的后燃烧室中烟道气更加短的和清晰地限定的烧尽区域，即在置换体数米以上。按照焚烧过程的要求列出的参数可以调整。此外适当的锅炉几何形状可提供更加均匀速度和气流分布并且避免在锅炉不同区域内烟道气的再循环和死区。因此，锅炉在燃烧和后燃烧室之间具有双文丘里形过渡区段，它也促进部分烟道气流“A”和“B”与喷入的二次空气的混合。改进的二次空气与烟道气的混合增加燃烧过程的效率。
在另一实施例中，该方法的特征为二次空气被连续地中断，以便用二次空气流在锅炉中通过二次空气喷嘴释放时产生附加的脉动。在更加精致的配置中，二次空气流或者在二次空气管道12、13、14中或者在喷嘴30、31中或者在二者中连续地中断(见图1b、2a、2b、2c、2d、3a、3b、3c)。
在另一实施例中，该装置和方法的特征为二次空气流通过具有不同截面直径的喷嘴和/或通过二次空气管道供应，容许不同控制的二次空气流到几个区域，分布在后燃烧室的全部宽度上。按照本发明的一个方面，引导二次空气进入锅炉的喷嘴直径为交错地具有不同尺寸(图5)。这在后燃烧室中导致交错地不同的二次空气流的喷射，在锅炉中引起附加的湍流。按照本发明的另一方面，二次空气流通过由2个或多个同心管47、48、49(图6)构成的组合二次空气供应管道12、13、14供应。通过所述同心管道供应的二次空气可容许更加精确地控制二次空气到后燃烧室宽度上各个区域。采用互相配合的同心管容许只通过一条单独的供应管道供应不同流量的二次空气。按照在特定区域中燃烧过程不同阶段可能需要不同流量的二次空气。
本发明的另一方面涉及废物焚烧的装置(图1a)，其特征为所述装置通过二次空气管道12、13、14供应二次空气，该管道终端为几个喷嘴30、31，直接位于燃烧室出口3和在进入后燃烧室4之前，其中二次空气的控制至少通过下列参数之一流量、湍流、体积、成分、速度或温度。
在另一实施例中，该装置通过二次空气管道12、13、14对喷嘴30、31提供二次空气，通过锅炉的前壁6和后壁7和通过置换体5的前壁和后壁(图1a)。二次空气喷射的重要优点是烟道气的混合，由于减少二次空气喷射流束的必要穿透深度几乎达到原有锅炉深度的1/4。通过大量具有较低个别气流的较小喷嘴的二次空气喷射使二次空气更加快速地加热达到CO-氧化所需要的反应温度(大约600℃)。
在另一实施例中，本发明设计所述的装置，其中二次空气供应管道由至少两个或更多同心圆管组成。这是二次空气的不同流量的供应只需通过一个单独的管道。两个或更多同心管道容许独立地控制的二次空气流动到在后燃烧室宽度上的个别区域，例如对应于不同的炉栅通道(图6)。
在另一实施例中，本发明涉及所述的装置，其中不稳定襟翼20位于二次空气供应管道或喷嘴或二者内部，并当二次空气喷入焚烧装置的燃烧室时能够建立起脉动气流(图1b)。在典型的结构中(图2a)襟翼具有棱柱形状并且铰接在空气供应管道中。由于其不稳定的平衡-作为其重量、长度或形状的函数-并且设计在2到9次脉动/秒(＝大约每分钟120到500次脉动)频率范围内振荡，这些襟翼将干扰在二次空气供应管道或喷嘴内的层流并且提供具有能强制更好混合的附加脉动振幅的二次空气流。振荡的频率可以用襟翼的活动重量调整，从而改变其重心位置。襟翼长度可较佳地决定如下最小襟翼长度＝1K×B√2＝f(500次脉动/分钟)最大襟翼长度＝3K×B√2＝f(120次脉动/分钟)K＝特定襟翼-值＝f(重量、重心)
B＝在襟翼处的管道宽度在另一实施例中，本发明涉及所述装置，具有一对分别的二次空气供应管道，其端部交错地设置不同直径的喷嘴。该布置如此，使具有位于锅炉的前壁6上喷嘴的二次空气供应管道12(图1a)，与具有位于置换体前壁上喷嘴的二次空气供应管道14形成一对。具有位于锅炉的后壁7上喷嘴的二次空气供应管道13与具有位于置换体后壁上喷嘴的二次空气供应管道14形成另一对。在更加精致的构造中，该装置的特征为两个对面的喷嘴具有不同出口直径(图5)。这意味着两个对面但同轴的喷嘴各自具有标号为43和42的大和小内部直径。这些不同尺寸互相面对的喷嘴能够强烈地改善喷入的二次空气与烟道气的混合。
在典型的实施例中，有关本发明的装置包括具有如图4和6所示扭曲的菱形外形的置换体5。
一个如何按照本发明使二次空气喷射中的几个参数受到控制的方法和装置显示在图1a中。该系统通过如图1b所示的喷嘴30、31在通路“A”和“B”中供应二次空气。在燃烧室出口和在后燃烧室的进口，二次空气最理想地直接喷入废气的流动中。通过导向几个位于锅炉前壁和置换体5两侧的喷嘴30、31的二次空气管道12、13、14，二次空气喷入分隔的烟道气流“A”和“B”。按照图1a，锅炉前和后薄膜壁6和7和置换体5的薄膜壁19设置有耐火材料，一系列喷嘴30、31通过这些耐火材料。
按照本发明，如在此披露的作为初次和二次空气引入锅炉的总氧气量由烟道气的氧气含量决定。如此引入的氧气按照本工艺的方法在初次和二次空气进口系统中分配。按照本发明，初次和二次空气的分配如以下所描述通过监控在气流部分A和B的温度削弱。
在本发明一个实施例中，烟道气温度的测量如在此所描述地安装在锅炉中，即在烟道气流“A”和“B”出口的几米以上，以便测量各流动部分的实际温度。在本发明的一个方面，温度测量的目的是在燃烧过程中，通过变化二次空气流量，在前面部分“A”维持接近于后面部分“B”中同样的温度(大约1,000℃)。因此，当在“A”部分中观测到烟道气温度增加时，流向“A”部分的二次空气就应增加一直到自动地建立起相等温度。同时，“B”部分中二次空气流被减少以便保持二次空气总流量为常数，除非在二个部分中观测到总温度增加，由此应增加二次空气总流量。
在本发明的一个方面，温度测量关联到二次空气喷射系统响应更改的锅炉状态的能力，诸如在炉栅上热释放形态的变化。例如，当高热值废料突然进入炉膛内时，废料的燃烧将从炉栅的第一元件上开始并且在A部分的烟道气温度将上升至温度设定点以上，因此热释放形态变化趋向进料斗。设定点可以是任何用户定义的温度。设定点温度可以在900到1100℃、950到1050℃、920到1020℃、970到1070℃、980到1080℃、970到1030℃、980到1020℃或990到1010℃。该系统可识别过热和温度不平衡并且按照以上描述反应。当低热值废料加入和炉栅上燃烧延迟时，则发生相似的过程，但按相反方向进行。这在图9a中示例表示，其中温度传感器91、92放置在置换体5以上的各烟道气流中。当高热值废料93进入炉膛时，在烟道气流A中气体温度增加，因此放置在气流A上设定点上面的传感器91所探测的温度提高。该温度的提高和不平衡造成更多二次空气从较热空气流94下面喷嘴喷入，并且也使较少二次空气从较冷空气流95下面喷嘴喷入。
在图9b中，当低热值废料96如这里所描述地进入炉膛时，热释放形态少许从进料斗变化移开并且趋向出口901。在气流B中气体温度少许增加，从而提高放置在设定点以上气流B中传感器92探测的温度。该温度的提高和不平衡造成更多二次空气从较热空气流97下面喷嘴喷入，并且也使较少二次空气从较冷空气流98下面喷嘴喷入。
本发明的另一方面，在气流部分A和B中气流温度的探测用来作为预先显示进入炉膛废料的类型，并且可以连接到炉栅速度和初次空气沿不同炉栅元件分布的过程控制。例如，如图9a所示，当高热值废料93如这里所披露进入炉膛时，废料的燃烧将从炉栅的第一元件上开始并且炉栅热释放形态变化将趋向炉栅废料输入(料斗)端99。其结果是废料将趋向炉栅的废料输入端99焚烧。按照本发明，热释放形态的变化由在A部分的烟道气温度传感器91探测，该温度将升高到设定点温度以上。设定点温度可以是任何如以上描述所定义的温度。该系统可探测过热温度和识别部分A和部分B之间的温度不平衡，并且通过减少供应低于或接近高热值废料R1到R2的初次空气起反应，以便移动热释放形态返回趋向后燃烧室区域。与此同时，在炉栅R3到R5其余位置中的初次空气流增加以便保持初次空气流总量恒常。当低热值的废料加入时，将发生相似的过程，但在相反方向进行，并且炉栅上的燃烧被延迟，以便使热释放形态朝废料出口901方向移动(图9b)。
如以上所描述，喷射二次空气的喷嘴设置在两对横排中，各排在对面的壁上。一对炉壁由锅炉内部前壁和对面的置换体壁形成；另一对炉壁由锅炉内部后壁和对面置换体壁形成。按照本发明的一个方面，各排二次空气喷嘴区分为两个或多个分段，各分段包括两个或多个喷嘴，使通过任何分段的空气流可以与直接邻近的分段同样或不同。在一个分段的空气流的控制可以通过阀门，通过调节一个或多个风扇，通过在一定范围内调整喷嘴直径，或通过所有这些措施的综合。在本发明范围内，属于分段的喷嘴直径放置在相应对面壁上同样直径喷嘴的对面。在本发明范围内，还有属于分段的喷嘴的直径放置在与对面壁上不同直径喷嘴的对面。当放置在对面的喷嘴为不同直径时，也在本发明范围内，小直径喷嘴放置在具有较大直径喷嘴的对面。
包括区分为3排的多边排二次空气喷嘴的锅炉例子显示在图7中。图7显示一对多排二次空气喷嘴71、72区分为3个分段73、74、75。二次空气的控制通过控制对个分段的空气流量的阀门77获得，而阀门78控制对各排喷嘴的空气流量。
按照本发明的一个方面，温度传感器阵列安装在两个气流部分“A”和“B”出口上方几米以便测量各气流部分实际温度。按照本发明另一方面，安装的温度传感器数量等于各对多排喷嘴区分的分段数量。按照本发明另一方面，在各气流部分“A”和“B”中的传感器阵列如此放置，使各传感器放在由一个沿炉壁喷嘴分段，沿相应对面炉壁的喷嘴分段和各排喷嘴之间距离所限定的区域上方和附近。在本文件内，由沿炉壁喷嘴分段，相应沿对面炉壁喷嘴分段和各排喷嘴距离所定义的面积称为“分段喷射面积”。图8显示按照本发明一个具有放置在置换体5上方的温度传感器81阵列的锅炉例子。如以上所描述的分段喷射面积标志为A1、A2、A3，由喷嘴分段73、74、75所限定。温度传感器SA1、SA2和SA3放置在各分段喷射面积A1、A2和A3上方和附近。相似布置的传感器SB1、SB2和SB3放置在另一通路(“B”)的分段喷射面积上方和附近，所述分段喷射面积可以标志为B1、B2和B3。分段喷射面积的“附近区域”可以通过外推方法计算在后燃烧室的变狭进口到后燃烧室截面的分段喷射面积的位置和尺寸决定。该外推方法利用传统工艺方法实施。
在后燃烧室中空气温度的精确控制对于尽量减少腐蚀、结渣和污染效果是重要的。发明者已经发现在后燃烧室各部分存在温度的差别，例如，跨越部分A的温度可能在中间比边缘更热。发明者发现这种差别可能是局部或全面的，通过改变在局部温度差别区域下方的二次空气喷射(流量)率调节，如此可导致在后燃烧室及锅炉中减少腐蚀、结渣和污染。在本发明另一方面，各对多排喷嘴如上所述区分为一个或多个分段，并且阵列中各传感器放置在各分段喷射区域的上方或附近；在这样的布置中，由各传感器探测到的温度决定由各相应喷嘴分段的空气喷射率。例如，在图8中，在所指示的分段喷射区域A2从喷嘴74流出的空气流量由传感器SA2的读数决定；在所指示的分段喷射区域A1从喷嘴73流出的空气流量由传感器SA1的读数决定；在所指示的分段喷射区域A3从喷嘴75流出的空气流量由传感器SA3的读数决定。发明者意外地发现，在后燃烧区域局部温度的波动可以用二次空气引入锅炉的位置和速率调节(换言之即二次空气流量)。这一意外的发现意味着冷却锅炉壁的效应可以得到补偿。此外，由于，例如，受到在炉栅边缘高热值废料的存在，或受到在炉栅中间较大块废料而造成横越炉栅狭路上不均匀装载引起在后燃烧室中任何温度的不均匀可以得到补偿。
发明者还发现，如以上所述在后燃烧室中各分段内温度差别可以部分地或全面地通过改变在局部温度差别区域下方的初次空气流量。这在图11中显示，其中阐明按照本发明具有置换体5和温度传感器阵列SA1、SA2、SA3、SB1、SB2和SB3的锅炉3维视图。初次空气的输入可沿不同炉栅元件R1到R5和横越炉栅R_R、R_C和R_L控制。在本发明一个实施例中，炉膛包括沿炉栅和横越炉栅宽度的2维阵列的初次空气输入区域。在本发明另一实施例中，由在后燃烧室中温度传感器阵列探测到的温度变化影响横越炉栅宽度的初次空气流量。在本发明另一实施例中，显示温度增加的温度传感器促使在位于所述传感器下面位置上一个或多个初次空气输入区域的流量减少。例如，如果传感器SA1探测到温度增加，位于SA1以下的相应初次空气进口区域将通过减少R1L和/或R2L和/或R3L的流量作为响应。在其余初次空气进口区域的空气流量增加以便维持正确的空气总供应量。
在此披露的装置和方法也通过尽量减少在烟道气流中在HCl、Cl和Cl化合物存在中的CO-浓度(减少大气压力)而减少腐蚀的潜在可能性。
可以用该方法和装置显著地减少从按照的本发明锅炉携带粉尘到焚烧装置的燃烧室和后燃烧室，因为在炉栅下面需要总体上较少的初次空气。该系统的附加优点是燃烧过程在置换体上方2-3米处完成而且在后燃烧室上部不发生火焰熄灭。在置换体上面近乎完全的燃烧，均匀的烟道温度分布和不存在热气体层以及烟道气携带少量的粉尘，导致锅炉加热表面降低污染。由于锅炉加热表面的污染倾向降低很多，在人力清理而停机之间的周期可以增加。因此，这可以导致维护和修理费用在总体上减少并同时增加装置的可用程度。
在第一通道的耐火材料衬里范围可以减少到极少程度。仅足以符合2秒/850℃的规则。此外，由于燃烧在置换体以上数米处完全地完成，不再需要保护后燃烧室和第一通道水平以上的薄膜壁。
按照本发明一个实施例，二次空气的供应连续地被扰动，其目的是建立二次空气在进入锅炉以前的脉动。按照图1b，该脉动可以用放置在如图1b所示的二次空气供应管道12、13、14中的不稳定襟翼20完成。主要二次空气管道16向所述二次空气供应管道12、13、14输送。襟翼20的永久运动将在两部分“A”和“B”区域中建立二次空气脉动气流。
图2a、2b、2c、和2d详细解释在铰链装置下持续运动襟翼20的作用。图2a显示没有外力驱动自动振荡的襟翼20。这些自动襟翼的振荡幅度依赖于襟翼的长度、形状和重量。对于旋转阀的情况，振荡冲量强度可以如图3a所解释，用外力(诸如电动机)驱动的旋转圆阀20，在单独喷嘴上实现。外力驱动阀20可以如图3b所示位于个别的喷嘴30、31内，或者如图3c所示在普通的二次空气管道12、13、14内。阀门20的位置如图3c所示各自在二次空气管道12、13、14内，或者如图3b所示，处于各个喷嘴30、31内，对于喷嘴的振荡冲量具有不同的影响。
如以上所描述使空气脉动的手段是在本发明范围以内，按照本发明它可以安装在任何锅炉中。
图1a显示典型焚烧装置中锅炉、燃烧室和后燃烧室的剖面，该装置特别设计用于焚烧固体废物或生物体，由具有焚烧炉栅25的炉膛2组成，炉栅通过带有推动器的供料斗1接受固体废料。所产生的烟道气被引导进入燃烧室3和后燃烧室4。处于炉栅下面的料斗22用来收集炉栅筛出物并且同时用作初次空气供应沟槽。初次空气通过几个空气管道23供应。在炉栅25的端部，炉灰通过竖井21落入炉灰取出器(未示)。所产生尚未完全燃烧的烟道气通过安装在后燃烧室进口的置换体5区分为两股气流。利用放置在燃烧室出口3和后燃烧室进口4的置换体5，烟道气通路分隔为两条气流沟槽“A”和“B”。二次空气通过其中设置置换体5的后燃烧室4进口的4排喷嘴喷入。二次空气通过在锅炉前壁6及后壁7中的喷嘴30和置换体5上的喷嘴31导入。烟道气与二次空气混合，其结果在置换体5上方几米高处完成完全燃烧，并且也导致较短的火焰和更均匀的氧气浓度。二次空气由二次空气风扇9通过二次空气管道11供应到二次空气供应管道12、13、14进入喷嘴30、31，管道11内设置二次空气调节阀15。
本发明可替代和可能的设置显示在图5、6、7、8、11和12中。图5披露平行对准的两条二次空气管道和具有交错不同直径的喷嘴42、43。两个对面的喷嘴各自具有大直径43和小直径42以便改善喷入的二次空气和烟道气的混合。图6阐明使用不同的同心管道47、48、49供应二次空气到管道14。由于设置3个同心管道47、48、49，3种不同二次空气流量可以独立地控制并且在横越锅炉宽度上喷射。
权利要求
1.一种焚烧固体材料的装置，包括-供料系统，能够向锅炉引入固体材料，-炉栅系统，包括几个炉栅元件，-炉膛，能够焚烧所述固体材料，-后燃烧室，能够烧尽由于所述焚烧而产生的烟道气，-初次空气供应系统，能够有差别地横越不同炉栅元件和横越炉栅宽度分配空气，-置换体，放置在燃烧室出口和后燃烧室进口，能够分裂所产生的烟道气流成为两条单独的烟道气流，-弯头，作为装置内部的前壁和后壁，其形状使其与置换体外形一起在后燃烧室进口处建立两个文丘里管形的烟道气通路，-两对多排二次空气喷嘴，直接位于燃烧室出口和后燃烧室进口，一对位于炉膛内部前壁和对面的置换体壁；另一对位于炉膛内部后壁和对面的置换体壁。其特征为，各排二次空气喷嘴区分为两或更多分段，各分段包括两个或多个喷嘴，使通过任何分段的气流能够不同于其直接邻近的分段。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，各分段和与其对面的分段在相对成对的二次空气喷嘴排上形成成对的分段。
3.按照权利要求1和2之一所述的装置，其特征在于，对于各分段的空气流通过一个或多个阀和/或调节一个或多个风扇和/或按照在所述分段内所选择的二次空气喷嘴直径进行控制。
4.按照权利要求1到3中任何一个所述的装置，其特征在于，-各分段和位于其对面的分段包含较大和较小直径的所述喷嘴，-具有较大直径的喷嘴接近于在所述分段内的具有较小直径的喷嘴，-在相对分段内的喷嘴对准，使那些较大直径者直接放置在具有较小直径的喷嘴的对面。
5.按照权利要求1到4中任何一个所述的装置，其特征在于，还包括任何阵列的4个或更多温度传感器，各传感器位于由一对分段所限定的区域上方。
6.按照权利要求1到5中任何一个所述的装置，其特征在于，二次空气通过其终端为喷嘴的二次空气管道供应，这些喷嘴通过所述装置的前壁和后壁以及通过置换体的薄膜壁。
7.按照权利要求1到6中任何一个所述的装置，其特征在于，二次空气供应管道由在置换体内部或沿锅炉壁外部的两个或多个同心管组成。
8.按照权利要求1到7中任何一个所述的装置，其特征在于，所述装置内部的前壁和后壁弯曲成为如此形状，使其与置换体的外形一起建立两个文丘里管形的烟道气通路，并具有如图4所示的、在20°到40°之间的开放角度α和β，以便增加在文丘里管形混合区域内的烟道气湍流。
9.按照权利要求1到8中任何一个所述的装置，其特征在于，置换体制成扭曲的长菱形柱体形状。
10.一种焚烧固体材料的方法，包括采用按照权利要求1到9中任何一个所述的装置。
11.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤(a)监控烟道气的氧气含量，(b)从步骤(a)决定所述装置需要的空气总流量，(c)分配空气到初次和二次空气供应系统，使空气总流量按照步骤(b)维持，(d)监控各温度传感器的温度，(e)平衡位于各烟道气流中的温度传感器的温度，(f)比较步骤(e)中平衡的温度，以便决定两气流中较热的温度，(g)通过位于两气流中较热的气流下面的二次空气喷嘴增加二次空气流量，并通过位于两气流中较冷的气流下面的二次空气喷嘴减少二次空气流量，从而全面维持在二次空气系统内的相同的空气总流量，和(h)如果二气流按照步骤(f)具有同样温度则不改变二次空气的流量，以便全面维持在二次空气系统内的同样的空气总流量。
12.按照权利要求10和11之一所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤(i)当在步骤(f)中决定的两气流中较热者位于最接近供料系统处时，减少在最接近供料系统的炉栅元件下面的初次空气流量，并且增加在其余炉栅元件以下面积中的初次空气流量，使其在初次空气系统中维持同样的空气总流量，(j)当在步骤(f)中决定的两气流中较热者位于最接近输出系统时，增加在最接近供料系统的炉栅元件下面的初次空气流量，并且减少在其余炉栅元件以下面积中的初次空气流量，使其在初次空气系统中维持同样的空气总流量，(k)如果二气流按照步骤(f)具有同样温度则不改变初次空气的流量，以便在初次空气系统中维持同样的空气总流量。
13.按照权利要求10到12之一所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤(l)比较在步骤(d)中监控的各温度传感器的温度与在步骤(e)中决定的平衡温度，(m)当传感器探测到的温度高于步骤(e)中决定的平衡温度时，用位于传感器下面的二次空气喷嘴增加在两个分段中的二次空气流量，并减少对其它分段的二次空气流量，以便维持在二次空气系统中的同样的空气总流量，(n)当传感器探测到的温度低于步骤(e)中决定的平衡温度时，用位于传感器下面的二次空气喷嘴减少在两个分段中二次空气流量，并增加对其它分段的二次空气流量，以便维持在二次空气系统中的同样的空气总流量，(o)如果由传感器探测到的温度与在步骤(e)中决定的平衡值相同则不改变二次空气的流量，以便在二次空气系统中维持同样的空气总流量。
全文摘要
本发明涉及一种用于在锅炉中焚烧废料的装置和方法，该锅炉包括供料系统、炉栅、炉膛、后燃烧室和初次及二次空气系统，其中成排的喷嘴分隔成为分段，各分段能够喷射不同于邻近分段的空气流量。本发明还涉及一种控制所述初次和二次空气系统的方法。
文档编号F23N3/04GK1646859SQ03807908
公开日2005年7月27日 申请日期2003年4月3日 优先权日2002年4月3日
发明者B·埃答姆斯, R·德普罗弗特 申请人:西格斯吉宝科技集团