专利名称：一种循环流化床垃圾焚烧锅炉及其垃圾焚烧方法
技术领域：
本发明涉及一种垃圾发电设备，特别是一种循环流化床垃圾焚烧锅炉及其垃圾焚 烧方法。
背景技术：
目前，随着城市化进程的加快和人民生活水平的提高，城市居民生活垃圾处理已 经成为环境保护的一个重要内容。2007年我国655个设市城市的垃圾总量即达1. 25亿吨， 很多城市面临“垃圾围城”，垃圾无害化处理已经成为最为重要的环境保护问题之一。在垃圾无害化处理的三种方法中，垃圾焚烧发电是最贴近垃圾处理的无害化，减 量化和资源化三原则的处理方式，因此已经开始在我国得到发展。其中，采用循环流化床垃 圾焚烧锅炉的设备投资少，适用于垃圾热值比较低、酸度和水分比较大的生活垃圾。但是， 我国目前投运的循环流化床垃圾焚烧锅炉，其炉膛都是由膜式水冷壁构成的。膜式水冷壁 要吸收炉内的热量，使炉内烟气温度降低，从而影响到垃圾的预热着火，及达不到二恶英分 解要求的温度，所以都要投入一定比例的煤，与垃圾一起混烧以提高烟气温度。垃圾质量好 热值高，可以少投入一些煤，垃圾质量差热值低，就要多投入一些煤。据清华大学研究，垃圾 质量最好时，投入的煤量也不能少于整个燃料总重量的6%。由于当前我国煤的价格居高不 下，使垃圾发电厂的运行成本大幅提高，有的甚至处于亏损边缘。申请号为“00108520. 4”， 名称为“城市生活垃圾内循环异重流化床焚烧锅炉”的中国发明专利申请文件所公开的垃 圾焚烧锅炉，没有涉及其燃烧室的绝热问题；申请号为“200410009082. 2”，名称为“一种用 于焚烧生活垃圾的循环流化床锅炉”的中国发明专利申请所公开的循环流化床锅炉，虽然 在燃烧室内设置了减少膜式水冷壁吸热，保证燃烧室内燃烧温度的卫燃带，但对该卫燃带 的结构及组成没有详细说明，从公开的文件中无法判断该卫燃带如何实现减少膜式水冷壁 吸热，保证燃烧室内燃烧温度的功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可克服现有技术的缺点，不需要加入高热 值燃料来助燃的循环流化床焚烧垃圾锅炉，以提高对垃圾品质变化的适应性并降低垃圾发 电厂的运行成本。为了实现上述目的，本发明提供了一种循环流化床垃圾焚烧锅炉，包括钢构架及 设置在所述钢构架上的炉膛本体、中部烟道、尾部烟道及锅筒，所述中部烟道内设置有烟气 分离装置和回料装置，所述烟气分离装置与所述回料装置分别与所述炉膛本体连接，所述 尾部烟道与所述烟气分离装置连接，所述炉膛本体和所述尾部烟道中设置有汽水系统，所 述汽水系统与所述锅筒连接，其中，所述炉膛本体包括 上部水冷壁炉膛，其上设置有烟气出口，所述烟气出口用于将烟气弓I向所述烟气 分离装置；下部绝热炉膛，其上设置有垃圾入口、二次风喷口及回料入口，所述回料入口用于连接所述回料装置；
中部绝热炉膛，用于分别连接所述上部水冷壁炉膛及所述下部绝热炉膛；其中，所述中部绝热炉膛与所述下部绝热炉膛为无受热面炉膛结构，用于防止垃 圾燃烧后产生的热量散失，以将所述热量用于后期投入垃圾的预热和点燃。上述的循环流化床垃圾焚烧锅炉，其中，所述无受热面炉膛结构包括炉墙和安装 在所述炉墙的外表面的承压护板，所述炉墙包括耐火砖层及砌筑在所述耐火砖层的外层的 保温层。上述的循环流化床垃圾焚烧锅炉，其中，所述炉墙上还设置有多层耐火砖支架，所 述耐火砖支架固定在所述承压护板上。上述的循环流化床垃圾焚烧锅炉，其中，所述各层耐火砖支架之间，还设置有耐火 砖拉钩，所述耐火砖拉钩固定在所述承压护板上。上述的循环流化床垃圾焚烧锅炉，其中，所述承压护板的边缘设置有用于密封的 双向膨胀节，所述双向膨胀节能够吸收双向膨胀。上述的循环流化床垃圾焚烧锅炉，其中，所述承压护板为高强度低合金结构钢的 栅格结构，所述栅格结构的外表面采用低合金钢板密封结构。上述的循环流化床垃圾焚烧锅炉，其中，所述下部绝热炉膛的纵截面为上宽下窄 的梯形，所述下部绝热炉膛的底部端口处设置有结构为漏斗状的布风板，所述布风板上设 置有排渣管口和多排风帽，所述排渣管口设置在所述多排风帽的中间。上述的循环流化床垃圾焚烧锅炉，其中，所述下部绝热炉膛底部连接有水冷一次 风室，所述水冷一次风室上设置有一次风入口及用于连接启动燃烧器的燃烧器接口，所述 水冷一次风室的工质受热面通过管道与所述锅筒连接。上述的循环流化床垃圾焚烧锅炉，其中，所述水冷一次风室包括上集箱、下集箱及 设置于所述上集箱和所述下集箱之间的膜式水冷壁，所述上集箱、所述下集箱及所述膜式 水冷壁共同形成箱形风室，所述布风板设置在所述上集箱内。上述的循环流化床垃圾焚烧锅炉，其中，所述水冷一次风室还连接有排渣管。上述的循环流化床垃圾焚烧锅炉，其中，设置于所述排渣管口周围的所述风帽上 设置有指向所述排渣管的中心的通风孔。上述的循环流化床垃圾焚烧锅炉，其中，所述布风板的漏斗面的倾斜角度为 15° 25°。上述的循环流化床垃圾焚烧锅炉，其中，所述尾部烟道中设置有对流管束，所述对 流管束与所述锅筒连接，所述对流管束为沿所述尾部烟道宽度方向等距离排列的管束，所 述管束在水平方向与水平线成10° 15°的夹角。上述的循环流化床垃圾焚烧锅炉，其中，所述下部绝热炉膛的侧壁上还设置有紧 急加煤口，用于垃圾质量特别恶劣时临时投煤助燃。为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种循环流化床垃圾焚烧方法，用于 循环流化床垃圾焚烧锅炉，其中，在循环流化床炉膛着火燃烧区设置无受热面炉膛结构取 代水冷壁吸热部件，用于防止垃圾燃烧后产生的热量散失，以将所述热量用于后期投入的 垃圾的预热和点燃。上述的循环流化床垃圾焚烧方法，其中，所述循环流化床垃圾焚烧锅炉的启动点火装置为柴油燃烧器，所述柴油燃烧器的启动燃料为轻柴油，所述轻柴油燃烧后产生的高 温烟气将炉料加热到850°C以后，逐渐投入垃圾并且逐渐减少所述轻柴油的投入量，至所述 垃圾可以单独维持850°C以上炉温，停止运行所述柴油燃烧器。 上述的循环流化床垃圾焚烧方法，其中，所述循环流化床垃圾焚烧锅炉的过热器 入口烟气温度低于或等于580°C，以使过热器管壁温度避开400°C的高温腐蚀区。上述的循环流化床垃圾焚烧方法，其中，所述循环流化床垃圾焚烧锅炉的尾部烟 道的各受热面均采用4m/s 6m/s的低烟速，以减少尾部烟道的磨损。上述的循环流化床垃圾焚烧方法，其中，所述循环流化床垃圾焚烧锅炉的工质侧 采用6. 5MPa、450°C的次高压参数。上述的循环流化床垃圾焚烧方法，其中，所述循环流化床垃圾焚烧锅炉的空气预 热器的空气的入口温度大于120°C，烟气的出口温度大于200 V。本发明的技术效果在于本发明的循环流化床焚烧垃圾锅炉及其制造和使用方 法，其炉膛着火燃烧区由耐火保温材料砌筑，不存在常规循环流化床焚烧垃圾锅炉的水冷 壁吸热部件，从而大大提高了着火燃烧区的烟气温度，在垃圾品质下降，垃圾发热值降低 时，仍然可以着火燃烧，不需要加入其它高热值燃料(比如煤)来助燃，从而降低了垃圾发 电厂的运行成本，增大了对垃圾品质变化的适应性。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图1本发明的循环流化床垃圾焚烧锅炉结构框图；图2本发明汽水系统结构框图；图3a本发明除尘系统结构框图；图3b本发明排渣系统结构框图；图4本发明空气系统结构框图；图5本发明渗浙液处理系统结构框图；图6本发明的循环流化床垃圾焚烧锅炉结构示意图；图7本发明的水冷一次风室结构示意图；图8本发明的炉墙结构示意图；图9图8的A部放大结构示意图；图10图8的B部放大结构示意图；图Ila 图lie本发明的异型耐火砖结构示意图；图12本发明风帽结构示意图；图13本发明排渣管附近特殊风帽结构示意图；图14本发明排渣管连接示意图。其中，附图标记1 水冷一次风室6 —次风入口IA上集箱7 二次风喷口IB下集箱8 垃圾入口IC膜式水冷壁9 紧急加煤口
ID布风板10 渗浙液入口2下部绝热炉膛11排渣管2A承压护板IlA排渣管口2B炉墙12 锅筒2C耐高温保温材料13旋风分离器2D普通保温材料14回料装置2E向膨胀节141回料入口2F风帽15对流管束2F1帽顶16上级省煤器2F2供气管17上级过热器2F3、2F4通风孔18下级过热器2G耐火浇注料19减温器2H耐火砖20下级省煤器2M耐火砖拉钩21 给水入口2N耐火砖支架22 —次风空气预热器3中部绝热炉膛23 二次风空气预热器4上部水冷壁炉膛24烟气出口灰斗41烟气出口25 钢构架5启动燃烧器25A支撑钢梁51燃烧器接口26过热蒸汽引出口27波纹形膨胀节303 省煤器100炉膛本体400a 除尘系统101中部烟道401 烟气分离装置102尾部烟道400b排渣系统200空气系统500 吹灰系统201空气预热器600 渗浙液处理系统300汽水系统601 污水池301水冷系统602 污水泵302过热器
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述本发明为解决垃圾热值低且波动大，燃烧稳定性差，炉膛燃烧温度低影响二恶英 分解，烟气中含腐蚀性强的酸性气体等问题，在锅炉整体结构上采用了不同于常规垃圾燃 煤混合燃料循环流化床锅炉的结构设计。参见图1及图6，图1为本发明的循环流化床垃圾焚烧锅炉结构框图，图6为本发 明的循环流化床垃圾焚烧锅炉结构示意图。本发明的循环流化床垃圾焚烧锅炉，包括钢构 架25及设置在所述钢构架25上的炉膛本体100、中部烟道101、尾部烟道102及锅筒12，所 述中部烟道101内设置有烟气分离装置401和回料装置14，所述烟气分离装置401与所述回料装置14分别与 所述炉膛本体100连接，所述尾部烟道102与所述烟气分离装置401连 接，所述炉膛本体100和尾部烟道102中设置有汽水系统300，所述炉膛本体100包括上 部水冷壁炉膛4，其炉墙上设置有用于将烟气引向所述烟气分离装置401的烟气出口 41，所 述烟气分离装置401与所述烟气出口 41连接；下部绝热炉膛2，其炉墙2B上设置有用于投 放垃圾的垃圾入口 8、用于连接所述回料装置14的回料入口 141及二次风喷口 7 ；用于连接 所述上部水冷壁炉膛4及所述下部绝热炉膛2的中部绝热炉膛3。所述下部绝热炉膛2的 底部连接有水冷一次风室1，所述水冷一次风室1上设置有一次风入口 6及用于连接启动 燃烧器5的燃烧室接口 51，所述水冷一次风室1的工质受热面通过管道与所述锅筒12连 接，以保证在启动和运行时能够将热量传递给工质；所述水冷一次风室1底部连接有排渣 管11 ；其中，所述中部绝热炉膛3与所述下部绝热炉膛2用于防止垃圾燃烧后产生的热量 散失，以将所述热量用于新投入垃圾的预热和点燃。其中，所谓的绝热炉膛即炉膛着火燃烧 区由耐火保温材料砌筑，不存在常规循环流化床垃圾焚烧锅炉的水冷壁吸热部件，从而可 以大大提高炉膛着火燃烧区的烟气温度，在垃圾品质下降，垃圾发热值降低时，仍然可以着 火燃烧，不需要加入其他高热值燃料来助燃，从而降低垃圾发电厂的运行成本，增大对垃圾 品质变化的适应性。钢构架25用于支撑锅炉所有部件的重量，其设计的地震烈度为7级，按国家有关 标准进行设计。为便于检查和维修，本发明的循环流化床垃圾焚烧锅炉还装有可到达各个 部位的平台楼梯。参见图6，图6为本发明的循环流化床垃圾焚烧锅炉结构示意图。本实施例中，炉 膛本体100上部与烟气分离装置401连接，回料装置14下部与炉膛本体100下部连接，回 料装置14与烟气分离装置401位于中间位置，烟气分离装置401与尾部烟道102连接，尾 部烟道102内从上到下依次布置有对流管束15、上级省煤器16、上级过热器17、减温器19、 下级过热器18、下级省煤器20、一次风空气预热器22、二次风空气预热器23及烟气出口灰 斗24。以上对流管束15、上级省煤器16、上级过热器17、下级过热器18、下级省煤器20的 布置为尾部受热面。为了避免尾部受热面受到烟气中灰粒的磨损，控制流过尾部受热面的 平均烟气流速在4 6m/s之间，通常，在垂直于烟气流向的管束平面上，烟道横截面积扣除 管束占有的面积，即为烟气的流通面积，烟气量一定，流通面积越大，烟速越低，所以增大烟 道横截面积或者减少管束占有的面积，可以降低烟气流速。本实施例中主要采用增大烟道 横截面积来达到降低烟速的目的，因此该锅炉尾部烟道102的流通断面积要比同容量锅炉 大40%左右。所述下部绝热炉膛2的纵截面为上宽下窄的梯形，所述中部绝热炉膛3和所述上 部水冷壁炉膛4的纵截面为矩形，以利于烟气随垃圾的燃烧在炉膛内作勻速上升流动。参 见图8、图9及图10，图8为本发明的炉墙结构示意图，图9为图8的A部放大结构示意图， 图10为图8的B部放大结构示意图。所述中部绝热炉膛3和所述下部绝热炉膛2均为炉 墙2B和承压护板2A联合结构，所述炉墙2B包括砌筑为一体的耐火砖2H及砌筑在所述耐 火砖2H的外层的保温材料2C、2D，炉墙2B的向火面用耐火砖2H砌筑，所述耐火砖2H为异 型耐火砖(参见图Ila 图lie)，砌筑后能够互相咬合避免脱落，所述异型耐火砖可以为高 铝砖、半硅石砖或莫来石砖，并在异型耐火砖的外部砌筑足够厚度的保温材料2C，2D，使炉 墙的外表面温度不超过50°C。保温材料在紧贴耐火砖2H的一侧砌筑耐高温保温材料2C，在耐高温保温材料2C外侧再砌筑普通保温材料2D，所述保温材料可以为硅酸铝砖、珍珠岩 砖或硅藻土砖，在普通保温材料2D外侧为所述承压护板2A，即承压护板2A安装在所述炉墙 2B的外表面，所述承压护板2A用于承担所述炉墙2B的重量和保持炉膛内的压力。所述承 压护板2A为高强度低合金结构钢的栅格结构，所述栅格结构的外表面用低合金钢板密封。 所述承压护板2A的下部边缘用于支撑，所述承压护板2A的上部边缘、左侧边缘及右侧边缘 均设置有膨胀间隙。所述承压护板2A的边缘均设置有能够吸收双向膨胀的双向膨胀节2E， 所述双向膨胀节2E用于密封。所述炉墙2B沿高度方向上还设置有多层耐火砖支架2N，每 层耐火砖支架2N在水平方向成为环形，在高度方向，每大约2米左右，设置一层炉墙耐火砖 支架2N，在耐火砖支架2N下部留有足够的膨胀间隙，所述耐火砖支架2N固定在所述承压护 板2A上，所述各层耐火砖支架2N的各 层之间，还设置有用于保持所述炉墙2B表面平整的 耐火砖拉钩2M，所述耐火砖拉钩2M固定在所述承压护板2A上。砌筑时，上下两层耐火砖缝 要错开，形成“丁”字型砖缝结构，避免出现十字型砖缝。炉墙支撑耐火砖支架2N和耐火砖 拉钩2M生根在承压护板2A上，除最下一层炉墙外，由各部分承压护板2A分别承担炉墙重 量，然后由承压护板2A将各部重量传递到钢构架25上。上部水冷壁炉膛4为钢管与扁钢焊制的膜式水冷壁结构，所述膜式水冷壁的上集 箱与所述膜式水冷壁的下集箱分别与所述锅筒12连接。所述膜式水冷壁的外表面包覆有 保温材料，所述保温材料可以为矿渣棉、岩棉或玻璃棉。膜式水冷壁的下集箱与锅筒12用 下水管连接，上集箱用汽水引出管与锅筒12连接。膜式水冷壁分成3个水循环回路，循环 倍率均大于20。膜式水冷壁在下集箱处设有固定支撑，使膜式水冷壁从下集箱开始向上膨 胀，使膜式水冷壁与绝热炉膛砖墙之间的接缝保持很小，易于密封。膜式水冷壁的外表面附 有200mm厚的矿渣棉、岩棉、玻璃棉等保温材料，使其外表面温度小于50°C。膜式水冷壁的 后墙设有两个出口，将烟气引向旋风分离器13。在设计旋风分离器时，首先要确定入口的 大小，入口的大小由通过的烟气量和入口烟气速度来决定。烟气量取决于燃烧的垃圾量，烟 气速度按惯例有一定范围的推荐值。入口的大小确定好了以后，分离器的其他尺寸均与入 口大小成比例，也就是分离器的整体大小尺寸即可以确定下来。分离器通过的烟气量大，分 离器的入口就大，则分离器的尺寸大。分离器的数量主要看分离器的大小与锅炉的大小是 否协调，是否匹配。本实施例采用两个旋风分离器13，烟气由炉膛上部分两个出口同时分 别进入两个旋风分离器13，这样旋风分离器13与锅炉较协调，连接部件尺寸也较合适。本 实施例中，膜式水冷壁管子采用Φ51 Φ60规格，材质为20G/GB5310，扁钢宽度的选取要 使扁钢中心线的运行温度小于400°C，以避开高温腐蚀区。燃用一般垃圾时，炉膛横截面烟 气流速在920°C时为3. 7m/s。炉膛出口温度为910°C，料层温度为930°C，炉膛出口过剩空 气系数取为1.4。料层静止高度取600-800mm，保证有足够的蓄热能力来维持稳定燃烧。旋 风分离器13采用两台蜗壳式高温绝热分离器，技术可靠成熟，分离效率高。进口烟气流速 选取为20 25m/s，料腿内径选取为Φ600 Φ800πιπι。返料管内径为Φ600 Φ800πιπι。 设计物料循环倍率为20，料腿立柱内物料运动速度为0. 3m/s左右。炉内密相区的运行压力一般为8kpa，承压护板2A按1. 5倍炉内压力，S卩12kpa设 计，以保证运行时承压护板2A不产生变形。每块承压护板2A的下部边缘分别支撑在钢构 架25或水冷一次风室1的上集箱IA上，其余三个边缘与钢构架25之间留有膨胀间隙。承 压护板2A的四个边缘与相邻结构之间用能够吸收双向膨胀的双向膨胀节2E密封。
由于炉膛的中下部采用绝热结构，就使先前投入的垃圾燃烧后产生的热量基本上 不会散失，能够全部用于后期投入垃圾的预热和点燃，因此可以大大提高锅炉对垃圾质量 变化的适应性。整个炉膛高度超过23米，保证烟气在炉膛内的流动时间超过4秒，充分满 足了二恶英分解时间不小于2秒的要求，使二恶英能够完全分解。炉膛采用分级送风系统， 一次风通过布置在水冷一次风室1的布风板ID上的风帽2F送入，约占总风量的60%左右， 一次风温度大约在260°C 300°C之间。二次风温度大约在190°C 240°C之间，通过炉膛 下部二次风喷口 7送入，在二次风的喷射作用下，促使空气与未燃烬的可燃物充分混合，达 到使垃圾燃烬的目的。炉膛下部的密相区烟气温度大于900°C。参见图2及图6，图2为本发明汽水系统结构框图，所述汽水系统300包括水冷系 统301、省煤器303、过热器302及锅筒12，所述水冷系统301、所述过热器302及所述省煤 器303分 别与锅筒12连接，所述水冷系统301中的对流管束15、所述省煤器303及所述过 热器302设置在所述尾部烟道102中。本实施例中，所述省煤器303包括上级省煤器16和 下级省煤器20，所述上级省煤器16用于降低烟气温度，以保证所述过热器302能够避开烟 气的高温区，使过热器302的入口烟气温度不大于580°C，以保证上级过热器17，下级过热 器18能够避开烟气的高温腐蚀区域。上级省煤器16的结构为沿烟道宽度方向等距离排列 的蛇形管束并采用扩展受热面。所述下级省煤器20用于加热给水并进一步降低所述烟气 的温度，其结构为沿烟道宽度方向等距离排列的蛇形管束并采用扩展受热面。所述过热器 302包括上级过热器17和下级过热器18，其结构为沿烟道宽度方向等距离排列的蛇形管束 并采用扩展受热面，所述上级过热器17和所述下级过热器18之间还设置有减温器19，所 述减温器19分别与所述上级过热器17和所述下级过热器18连接，所述减温器19可以为 面式减温器或喷水式减温器，由于限制了过热器302入口烟气温度，使过热器302的管壁温 度能够避开烟气高温腐蚀区。同时，处于腐蚀危险区域的过热器管束采用有一定耐腐蚀能 力的钢材，并在局部涂上搪瓷或防腐涂料。尾部受热面15，16，17，18，20属于汽水系统的一 部分，汽水系统300的运行流程如下炉给水从给水操纵台出来，进入下级省煤器20的入口 集箱的给水入口 21，水在下级省煤器20被加热到170°C 190°C，此时下级省煤器20内工 质流速控制在0.4 0.8m/s之间。工质是在下级省煤器20的管子内部流动的，如果工质 的流量一定，则工质流速取决于下级省煤器20的管子内径的大小和同时流过的下级省煤 器20的管子数量。按照惯例，省煤器303中的工质流速不能低于0. 3m/s，不能高于1. 2m/ s。本实施例中通过控制下级省煤器20的管子内径及下级省煤器20的管子数量来控制工 质流速，使工质流速符合要求。水从下级省煤器20的出口集箱出来后，经过连接管进入上 级省煤器16的入口集箱。水在上级省煤器16被加热到270°C 290°C，此时上级省煤器16 内工质流速控制在0. 4 0. 8m/s之间。水从上级省煤器16出来后，进入锅筒12，通过锅筒 12再分配到水冷系统301。水冷系统301由三部分组成上部水冷壁炉膛4，对流管束15，水冷一次风室1。上 部水冷壁炉膛分三个循环回路两侧墙各一个，前后墙合用一个。对流管束15和水冷一次 风室1各自有独立循环回路。对流管束15的布置是为了补充炉膛蒸发受热面的不足，同时 也起到降低上级过热器17及下级过热器18的入口烟温的作用。水冷系统301的作用是吸 收烟气热量，将饱和水蒸发为饱和蒸汽，饱和蒸汽经过锅筒12引入过热器。饱和蒸汽由锅 筒12引入下级过热器18的入口集箱后，经过下级过热器18管束加热到370°C 390°C，再从下级过热器18的出口集箱经过连接管引入减温器19。蒸汽经过减温，温度降低。减温 后的蒸汽经过连接管引入上级过热器17的入口集箱。蒸汽经过上级过热器17管束加热到 450°C后，离开锅炉送往汽轮机发电。所述对流管束15与所述水冷一次风室1分别与所述锅筒12连接，所述对流管束 15设置于所述尾部烟道102中，以补充炉膛的蒸发受热面的不足及降低所述过热器302的 入口烟气的温度，对流管束15属于蒸发受热面，用以补充炉膛蒸发受热面的不足，其蒸发 量大于30%。对流管束15的上下集箱分别通过管道与锅筒12连接，形成独立的水循环回 路，其水循环倍率要大于20。对流管束15的结构为沿烟道宽度方向等距离排列的管束，为 保证不出现管内汽水分层现象，管束在水平方向与水平线成10° 15°的夹角。所述水冷 一次风室1设置于所述下部绝热炉膛2的下方，所述水冷一次风室1的工质受热面通过管 道与所述锅筒12连接，以保证在启动和运行时能够将热量传递给工质。参见图7，图7为本发明的水冷一次风室结构示意图。所述水冷一次风室1包括上 集箱1A、下集箱IB及设置于所述上集箱IA和所述下集箱IB之间的膜式水冷壁1C，所述上 集箱1A、所述下集箱IB及所述膜式水冷壁IC共同形成一箱形风室，所述上集箱IA内设置 有布风板1D，所述布风板ID为漏斗状，该漏斗状布风板ID的底部设置有用于与排渣管11 连接的排渣管口 11A，该排渣管口 IlA设置在布风板ID的中间位置，所述布风板ID为膜式 水冷壁与耐火浇铸料2G联合结构，其上设置有风帽2F，本实施例中该风帽2F为蘑菇形风 帽(参见图12)，包括帽顶2F1、供气管2F2、通风孔2F3。水冷一次风室1位于炉膛的正下 方。其上集箱IA由大口径厚壁管Φ406Χ45和等径三通在水平方向组成“口”型结构，在该 “口”型平面内布置有膜式水冷壁，形成布风板1D，在布风板ID上布置有蘑菇形风帽2F，风 帽沿炉膛宽度方向布置成漏斗状，漏斗四个面的倾斜角度设置为15° 25°，最佳为20° 左右，漏斗的最低处布置有大口径Φ400πιπι排渣管11，以保证大块不可燃物料能够迅速排 出炉外。排渔管11四周布置特殊风帽(参见图13)，由于本发明的排渣管11尺寸较大，排 渣管11上方可能存在空气量不足的现象，所以设计了这种特殊风帽，力图增加向排渣管11 上方供应的风量。特殊风帽与一般风帽的差别是增加了指向排渣管11中心的通风孔2F4， 同时加大了供气管2F2的通径，该特殊风帽可以补充排渣管11上方空气量的不足。水冷一次风室1的下集箱IB由较小口径厚壁管Φ 219 X 20和等径三通在水平方 向组成“口”型结构，位于上集箱IA的下方。上下集箱的大小口径厚壁管之间用膜式水冷 壁IC连接，形成一个箱形风室，风室的立墙装有启动燃烧器5的燃烧器接口 51和一次风入 口 6，底墙装有排渣管11通过口，排渣管11与底墙之间采用柔性连接(参见图14)，即排渣 管11上端与水冷一次风室1的上集箱IA内的布风板ID焊接固定，排渣管11从上端向下 膨胀，排渣管11下端与水冷一次风室1通过波纹型膨胀节27连接，由波纹型膨胀节27吸 收膨胀，排渣管11的膨胀基本没有受到限制，故称之为柔性连接。水冷一次风室1及其上面部分炉墙(包括耐火砖2Β层，耐高温保温材料2C层及 普通保温材料2D层)及承压护板2Α的重量由上集箱IA承担，通过上集箱IA的支座将负 荷传递到钢构架25Α上。水冷一次风室1的工质受热面分别通过下降管和上升管与锅筒12 相连，形成单独的水循环回路，以保证在启动和运行时能够将热量传递给工质。水冷一次风 室1外壁采用轻型炉墙，启动和运行时其外表面温度不大于50°C。 参见图3a、图3b及图6，图3a为本发明除尘系统结构框图，图3b为本发明排渣系统结构框图，所述除尘系统400a包括烟气出口灰斗24，所述排渣系统400b包括排渣管11， 所述排渣管11 一端与所述水冷一次风室1中的布风板ID连接，排渣管11另一端连接至排 渣处理系统(图未示)；所述烟气出口灰斗24—端连接在所述尾部烟道102末端，经烟气 分离装置401分离后的烟气经过所述烟气出口灰斗24引至烟气处理系统的除尘器(图未 示)，以除去烟气中的灰尘。本实施例中，所述烟气分离装置401为旋风分离器13，该旋风 分离器13为蜗壳式高温绝热分离器。参见图4及图6，图4为本发明空气系统结构框图，所述空气系统200包括启动燃 烧器5、一次风入口 6、二次风喷口 7及空气预热器201，所述启动燃烧器5与所述水冷一次 风室1连接，所述一次风入口 6设置于所述水冷一次风室1的侧壁上，所述二次风喷口 7设 置于所述下部绝热炉膛2的侧壁上，所述空气预热器201设置在所述尾部烟道102中，以 利用烟气加热燃烧用的空气及降低烟气温度，所述空气预热器201分别与所述一次风入口 6及所述二次风喷口 7连接。本实施例中，所述空气预热器201包括一次风空气预热器22 和二次风 空气预热器23，所述一次风空气预热器22与所述一次风入口 6连接，所述二次风 空气预热器23与所述二次风喷口 7连接。空气预热器201布置的目的是用烟气加热燃烧 用的空气，把烟气温度降得更低，以提高锅炉的效率。空气预热器201由水平布置的管束组 成，管内通过空气，管外通过烟气。一次风空气预热器22和二次风空气预热器23分开布置。 一次风被加热的温度较高，大约在260°C 300°C之间，风量大约占总风量的60%，经过水 冷一次风室1通过布风板ID上的风帽2F送入炉膛，对垃圾的预热着火起到主要作用。二 次风温度低一些，大约在190°C 240°C之间，通过下部绝热炉膛2两侧墙送入炉膛，对已经 着火的垃圾补充氧气，增加垃圾的燃烬程度。空气预热器201的管子由Φ51 Φ76规格 的有缝钢管或螺纹槽管构成。为防止空气预热器201的烟气低温腐蚀，空气的入口温度要 大于120°C，烟气的出口温度要大于200°C，冷空气进入空气预热器201前，要经过冷空气预 处理系统加热到大于120°C。在布风板ID下方的水冷一次风室1后部立墙配备两台柴油启动燃烧器5，供锅炉 启动点火之用。床下点火可大大缩短锅炉的启动时间，节省启动燃料量。启动燃料可采用 轻柴油。油燃烧后产生的高温烟气将炉料加热到850°C以后，开始逐渐投入垃圾并且逐渐减 少投油量，直到垃圾可以单独维持850°C以上炉温时，停止运行启动燃烧器5。为了使锅炉 能够在垃圾质量特别恶劣时依然能够焚烧并且达到二恶英分解的要求，所述空气系统200 还包括紧急加煤口 9，用于垃圾质量特别恶劣时临时投煤助燃，该紧急加煤口 9设置在下部 绝热炉膛2的侧壁上。参见图1，本发明的循环流化床垃圾焚烧锅炉，本实施例中，还包括设置于所述尾 部烟道102中的吹灰系统500，用于防止所述尾部烟道102的受热面(包括对流管束15、上 级省煤器16、上级过热器17、下级过热器18、下级省煤器20、一次风空气预热器22、二次风 空气预热器23)的沾灰污染。所述吹灰系统可以为声波吹灰器、高能脉冲吹灰器或蒸汽吹 灰器，布置在相邻管组的中间，进行定期吹灰，可有效地将管子外表面的沾灰除去。参见图1及图5，图5为本发明渗浙液处理系统结构框图，本发明的循环流化床垃 圾焚烧锅炉，本实施例中，还包括渗浙液处理系统600。在垃圾场垃圾堆放过程中，会渗出液 体，称作渗浙液。所述渗浙液处理系统600包括污水池601、污水泵602及渗浙液入口 10， 所述渗浙液入口 10设置于所述中部绝热炉膛3上，所述污水池601用于储存渗浙液，所述污水泵602用于将所述污水池601中的渗浙液通过所述渗浙液入口 10打入炉膛内雾化焚 烧，所述污水池601与所述污水泵602之间以及所述污水泵602与所述渗浙液入口 10之间 通过管道连接。燃烧过程如下垃圾由垃圾入口 8送到下部绝热炉膛2的布风板ID上面后，在流 化风的作用下细小颗粒被上升烟气携带到炉膛上部空间，一边流动一边着火燃烧，并充满 整个炉膛，大颗粒在炉膛下部沸腾翻滚，经过烘干预热着火过程，放出热量加热炉料形成带 有蓄热量的高浓度物料池，为后加入垃圾顺利着火提供充足热源。被烟气携带向炉膛出口 流动的小颗粒燃料，包括没有燃烬部分，随同烟气进入旋风分离器13，在离心力的作用下与 烟气分离，回落到立柱料腿内，在立柱料腿下部形成粉状灰堆积立柱。该粉状灰堆积立柱的 下表面连接回料装置14，在返料风的作用下，处于流化状态，在粉状灰堆积立柱的活塞作用 下，迫使回料装置14上处于流化状态的介质向炉膛内流动。回到炉膛后，含有可燃质的灰 颗粒又被重新迅速加热，再次着火燃烧，流向炉膛出口。垃圾就是这样反复循环燃烧，直到 燃烬。锅炉启动准备工作结束后，在布风板ID上加入大约800mm厚的炉料，在回料装置 14入口立管加入约1500mm高的细炉料，然后开始启动燃烧器5点火。随着启动燃烧器5运 行时间的增加，炉内烟气温度逐渐升高。当炉内烟气温度升高到850°C以上时，开始投入垃 圾，随着垃圾投入量的逐渐增大，同步减少启动燃烧器5的投油量，最后关闭启动燃烧器5， 锅炉进入纯垃圾燃料的运行状态。在这个过程中，炉内烟气温度不能低于850°C，以满足二 恶英分解的要求。同时，随着垃圾的投入，逐渐开大回料装置14的回料风，逐步建立起正常 的物料循环。本锅炉工质侧过热蒸汽的出口参数采用6. 5Mpa, 450 V的次高压参数。过热蒸汽出 口参数越高，吨蒸汽的发电量越大。采用上述参数后，相比中压参数，使垃圾发电厂的发电 效益，可增加大约30元/吨垃圾，增大了垃圾发电厂的整体效益。本发明的循环流化床垃圾焚烧方法，用于本发明的循环流化床垃圾焚烧锅炉，在 循环流化床炉膛着火燃烧区设置耐火保温材料取代水冷壁吸热部件，用于防止垃圾燃烧后 产生的热量散失，以将所述热量用于后期投入的垃圾的预热和点燃。所述循环流化床垃圾 焚烧锅炉的启动点火装置为启动燃烧器5，本实施例中，所述启动燃烧器5为柴油燃烧器， 其启动燃料为轻柴油，锅炉启动准备工作结束后，在布风板ID上加入大约800mm厚的炉料， 在回料装置14入口立管加入约1500mm高的细炉料，然后开始启动燃烧器5点火。随着启动 燃烧器5运行时间的增加，炉内烟气温度逐渐升高。所述轻柴油燃烧后产生的高温烟气将 炉料加热到850°C以后，逐渐投入垃圾并且逐渐减少所述轻柴油的投入量，至所述垃圾可以 单独维持850°C以上炉温时，停止运行所述柴油燃烧器，锅炉进入纯垃圾燃料的运行状态。 所述循环流化床垃圾焚烧锅炉的过热器302入口烟气温度低于或等于580°C，以使过热器 302管壁温度避开400°C的高温腐蚀区。所述循环流化床垃圾焚烧锅炉的尾部烟道102的 各受热面均采用4m/s 6m/s的低烟速，以减少尾部烟道102的磨损。所述循环流化床垃圾焚烧锅炉的工质侧采用6.5MPa、450°C的次高压参数。所述循 环流化床垃圾焚烧锅炉的空气预热器201的空气的入口温度大于120°C，烟气的出口温度 大于200°C。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的 技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变 形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种循环流化床垃圾焚烧锅炉，包括钢构架及设置在所述钢构架上的炉膛本体、中 部烟道、尾部烟道及锅筒，所述中部烟道内设置有烟气分离装置和回料装置，所述烟气分离 装置与所述回料装置分别与所述炉膛本体连接，所述尾部烟道与所述烟气分离装置连接， 所述炉膛本体和所述尾部烟道中设置有汽水系统，所述汽水系统与所述锅筒连接，其特征 在于，所述炉膛本体包括上部水冷壁炉膛，其上设置有烟气出口，所述烟气出口用于将烟气引向所述烟气分离 装置；下部绝热炉膛，其上设置有垃圾入口、二次风喷口及回料入口，所述回料入口用于连接 所述回料装置；中部绝热炉膛，用于分别连接所述上部水冷壁炉膛及所述下部绝热炉膛；其中，所述中部绝热炉膛与所述下部绝热炉膛为无受热面炉膛结构，用于防止垃圾燃 烧后产生的热量散失，以将所述热量用于后期投入垃圾的预热和点燃。
2.如权利要求1所述的循环流化床垃圾焚烧锅炉，其特征在于，所述无受热面炉膛结 构包括炉墙和安装在所述炉墙的外表面的承压护板，所述炉墙包括耐火砖层及砌筑在所述 耐火砖层的外层的保温层。
3.如权利要求2所述的循环流化床垃圾焚烧锅炉，其特征在于，所述炉墙上还设置有 多层耐火砖支架，所述耐火砖支架固定在所述承压护板上。
4.如权利要求3所述的循环流化床垃圾焚烧锅炉，其特征在于，所述各层耐火砖支架 之间，还设置有耐火砖拉钩，所述耐火砖拉钩固定在所述承压护板上。
5.如权利要求2、3或4所述的循环流化床垃圾焚烧锅炉，其特征在于，所述承压护板的 边缘设置有用于密封的双向膨胀节，所述双向膨胀节能够吸收双向膨胀。
6.如权利要求2、3或4所述的循环流化床垃圾焚烧锅炉，其特征在于，所述承压护板为 高强度低合金结构钢的栅格结构，所述栅格结构的外表面采用低合金钢板密封结构。
7.如权利要求1、2、3或4所述的循环流化床垃圾焚烧锅炉，其特征在于，所述下部绝热 炉膛的纵截面为上宽下窄的梯形，所述下部绝热炉膛的底部端口处设置有结构为漏斗状的 布风板，所述布风板上设置有排渣管口和多排风帽，所述排渣管口设置在所述多排风帽的 中间。
8.如权利要求7所述的循环流化床垃圾焚烧锅炉，其特征在于，所述下部绝热炉膛底 部连接有水冷一次风室，所述水冷一次风室上设置有一次风入口及用于连接启动燃烧器的 燃烧器接口，所述水冷一次风室的工质受热面通过管道与所述锅筒连接。
9.如权利要求8所述的循环流化床垃圾焚烧锅炉，其特征在于，所述水冷一次风室包 括上集箱、下集箱及设置于所述上集箱和所述下集箱之间的膜式水冷壁，所述上集箱、所述 下集箱及所述膜式水冷壁共同形成箱形风室，所述布风板设置在所述上集箱内。
10.如权利要求8所述的循环流化床垃圾焚烧锅炉，其特征在于，所述水冷一次风室还 连接有排渣管。
11.如权利要求10所述的循环流化床垃圾焚烧锅炉，其特征在于，设置于所述排渣管 口周围的所述风帽上设置有指向所述排渣管的中心的通风孔。
12.如权利要求7所述的循环流化床垃圾焚烧锅炉，其特征在于，所述布风板的漏斗面 的倾斜角度为15° 25°。
13.如权利要求1、2、3、4、8、9、10、11或12所述的循环流化床垃圾焚烧锅炉，其特征在 于，所述尾部烟道中设置有对流管束，所述对流管束与所述锅筒连接，所述对流管束为沿所 述尾部烟道宽度方向等距离排列的管束，所述管束在水平方向与水平线成10° 15°的 夹角。
14.如权利要求1、2、3、4、8、9、10、11或12所述的循环流化床垃圾焚烧锅炉，其特征在 于，所述下部绝热炉膛的侧壁上还设置有紧急加煤口，用于垃圾质量特别恶劣时临时投煤 助燃。
15.一种循环流化床垃圾焚烧方法，用于循环流化床垃圾焚烧锅炉，其特征在于，在循 环流化床炉膛着火燃烧区设置无受热面炉膛结构取代水冷壁吸热部件，用于防止垃圾燃烧 后产生的热量散失，以将所述热量用于后期投入的垃圾的预热和点燃。
16.如权利要求15所述的循环流化床垃圾焚烧方法，其特征在于，所述循环流化床垃 圾焚烧锅炉的启动点火装置为柴油燃烧器，所述柴油燃烧器的启动燃料为轻柴油，所述轻 柴油燃烧后产生的高温烟气将炉料加热到850°C以后，逐渐投入垃圾并且逐渐减少所述轻 柴油的投入量，至所述垃圾可以单独维持850°C以上炉温，停止运行所述柴油燃烧器。
17.如权利要求15所述的循环流化床垃圾焚烧方法，其特征在于，所述循环流化床垃 圾焚烧锅炉的过热器入口烟气温度低于或等于580°C，以使过热器管壁温度避开400°C的 高温腐蚀区。
18.如权利要求15所述的循环流化床垃圾焚烧方法，其特征在于，所述循环流化床垃 圾焚烧锅炉的尾部烟道的各受热面均采用4m/s 6m/s的低烟速，以减少尾部烟道的磨损。
19.如权利要求15所述的循环流化床垃圾焚烧方法，其特征在于，所述循环流化床垃 圾焚烧锅炉的工质侧采用6. 5MPa、450°C的次高压参数。
20.如权利要求15所述的循环流化床垃圾焚烧方法，其特征在于，所述循环流化床垃 圾焚烧锅炉的空气预热器的空气的入口温度大于120°C，烟气的出口温度大于200°C。
全文摘要
一种循环流化床垃圾焚烧锅炉及其垃圾焚烧方法，该锅炉包括钢构架及设置在其上的炉膛本体、中部烟道、尾部烟道及锅筒，中部烟道内设置有烟气分离装置和回料装置，烟气分离装置与回料装置分别与炉膛本体连接，尾部烟道与烟气分离装置连接，炉膛本体和尾部烟道中设置有汽水系统，汽水系统与锅筒连接，炉膛本体包括上部水冷壁炉膛，下部绝热炉膛，中部绝热炉膛，其中，中部绝热炉膛与下部绝热炉膛为无受热面炉膛结构，用于防止垃圾燃烧后产生的热量散失，以将热量用于新投入垃圾的预热和点燃。本发明的垃圾焚烧锅炉及其焚烧方法降低了垃圾发电厂的运行成本，增大了对垃圾品质变化的适应性。
文档编号F23G5/30GK102042600SQ20091023536
公开日2011年5月4日 申请日期2009年10月21日 优先权日2009年10月21日
发明者张天飚, 董凯 申请人:烟台鑫丰源电站设备有限公司