本实用新型适用于以城市生活垃圾为燃料的垃圾焚烧CFB锅炉。
背景技术：
近年来，随着国家对污染物治理工作力度的加大，生活垃圾焚烧锅炉尾部飞灰被划入危险废弃物名录。
生活垃圾焚烧锅炉有CFB和炉排两种形式，就生活垃圾处置彻底程度而言，CFB锅炉有着炉排锅炉无法比拟的优势。但是，用CFB锅炉燃烧生活垃圾会形成大量的飞灰，使得烟气中的氯元素在锅炉尾部200℃～450℃温度段形成二噁英这种剧毒物质，它们存在于飞灰中，如果任其排放将损害人们的身体健康，是国家标准严格禁止的行为；且飞灰中含有大量重金属物质，他们处于不稳定的状态，容易从飞灰中释放出来。为了处置这些飞灰，垃圾电厂不得不花费大量的运行费用将它们进行无害化处理，以达到国家允许的排放要求，堆放到填埋场。
而用炉排焚烧锅炉处置生活垃圾时，尽管许多方面远不及CFB锅炉处置效果好，但是由于其燃烧产生的飞灰量少，电厂处置飞灰的运行费用低，所以电厂经济性好，生活垃圾电厂纷纷摈弃CFB炉型采用炉排炉型焚烧生活垃圾。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于：提出一种具有低二噁英、低尘排放，低投资、低运行成本的显著优势的垃圾焚烧CFB锅炉。
本实用新型的目的通过下述技术方案来实现：
一种多级气固分离装置串联布置的垃圾焚烧CFB锅炉，包括焚烧垃圾的CFB锅炉炉膛和尾部烟道，还包括串联于炉膛烟气出口和尾部烟道之间的N级气固分离装置，N为正整数，且N≥2，炉膛、第二级气固分离装置至第N级气固分离装置底部均设置放灰口，N级气固分离装置的第一级气固分离装置的烟气入口与炉膛烟气出口连接，其下部物料出口通过回料装置与炉膛相连，第N级气固分离装置的烟气出口与尾部烟道相连，第一级至第N级气固分离装置之间的各级气固分离装置的烟气入口与上一级气固分离装置的烟气出口相连，各级气固分离装置的烟气出口与下一级气固分离装置的烟气入口相连，且从第一级气固分离装置至第N级气固分离装置的气固分离效率逐渐增高。
本专利中，生活垃圾中含有大量的氯元素，同时含有一定量的各种重金属，与常规化石燃料完全不同，生活垃圾在燃烧过程中，会生成无色、无味、透明的固体——剧毒物质二噁英，同时飞灰中会附着大量的重金属，这些重金属包括铜、铁。在200℃～450℃温度区间，氯的前驱物以铜、铁的低价金属氧化物作为催化剂，与烟气中的多种成分发生从头合成二噁英的化学反应，二噁英附着在飞灰中随烟气离开锅炉本体，在除尘器中被分离下来进入灰仓。国家标准规定，作为危险固体废弃物的生活垃圾焚烧锅炉尾部的飞灰不能随意处置，必须经过无害化处理合格后方允许进入填埋场填埋。由此可见，锅炉尾部出口的飞灰量越大，意味着垃圾电厂处置飞灰的运行费用越高，电厂经济性越差。
本专利串联了更为高效的多级气固分离装置。从第N级气固分离装置出口的烟气，其温度约在500℃～950℃之间，远离二噁英从头合成反应的温度区域，大大降低了经过200℃～450℃温度区间的飞灰量，这意味着大大降低了飞灰中作为反应催化剂的铜、铁的低价金属氧化物的含量，使烟气中的氯元素失去形成二噁英的化学反应的条件，从而起到抑制二噁英生成、节省处置飞灰运行费用的作用。
而且，多级气固分离装置，可以延长粉尘的燃烧时间，提高燃尽度，CO排放量大大减少。
与此同时，由于串联了N级更为高效的气固分离装置，使得进入尾部烟道受热面的烟气飞灰含量很低，锅炉飞灰原始排放即可达到国家标准。这样，一方面，淡化了锅炉尾部受热面防止磨损的要求，可以提高烟气流动速度，大幅提高受热面的换热效率，降低了锅炉初投资；另一方面，由于尾部烟道中烟气的飞灰含量很低，飞灰在该区域受热面中不会形成堵灰和搭桥，大幅提高了锅炉连续运行时间，降低了锅炉启停阶段为了维持炉膛850℃燃烧温度(国家标准规定的炉膛燃烧防止二噁英生成的强制要求)而助燃的传统化石燃料的耗量，降低了碳排放量；第三方面，由于第二方面大幅提高了锅炉连续运行时间，所以延缓了锅炉频繁启停时金属壁温频繁升降所造成的疲劳寿命损耗，延长了锅炉设备的使用寿命；第四方面，取消了锅炉尾部除尘器的设置，降低了初投资和运行费用。综上所述，提高了电厂的环境效益、社会效益、经济效益。
此外，在CFB锅炉中，旋风分离器作为常用的气固分离装置是整个系统的关键装置，在炉膛中未被充分燃烧的燃料/飞灰颗粒，需要经过旋风分离器的分离，再经过回料装置回到炉膛继续燃烧，由此形成一个不断循环的过程。在CFB锅炉中，气固分离装置(旋风分离器)是作为关键的物料分离循环的装置，而不是作为通常意义上的除尘装置存在，主要起到维持炉膛持续燃烧和维持锅炉负荷的作用，因此，在现有技术中CFB锅炉炉膛之后连接的旋风分离器都只有一级，即可满足物料分离循环和负荷稳定的需求，没有两级或更多级气固分离装置存在，对于通常意义上的除尘需求，都是在尾部烟道以后设置专门的除尘装置(例如布袋除尘器、电除尘器等)来实现。
作为选择，尾部烟道内布置对流受热面，对流受热面换热管相对节距均<2.5，烟气流速在8～15m/s之间。该方案中，相对现有技术，本专利尾部烟道较常规生活垃圾焚烧CFB炉可以布置得更为紧凑，降低投资成本。其中所述相对节距即相邻管子圆心节距与管子直径的比值。
作为选择，气固分离装置为工作温度＞500℃的高温气固分离装置。
作为选择，气固分离装置为旋风分离器或其他形式的气固分离装置。作为进一步选择，气固分离装置为旋风分离器。作为更进一步选择，旋风分离器设置两级。该方案中，采用旋风分离器，优选两级设置，可以取得最低投资成本和最佳飞灰处理效果的平衡。
作为选择，炉膛，以及第二级至第N级气固分离装置底部均设置放灰口。
作为选择，第一级气固分离装置为旋风分离器。旋风分离器底部设置回料装置，回料装置出口与炉膛底部后水冷壁的回灰口相连。
作为选择，尾部烟道和烟囱之间无需设置除尘设备。作为进一步选择，除尘设备为布袋除尘器。该方案中，经过N级气固分离装置的分离，锅炉尾部飞灰大幅减少，飞灰原始排放浓度即可达到生活垃圾焚烧污染物排放国家标准，所以尾部不再需要除尘器，进一步降低了初投资。
前述本实用新型主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本实用新型可采用并要求保护的方案；并且本实用新型，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本实用新型方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本实用新型所要保护的技术方案，在此不做穷举。
本实用新型的有益效果：
1.第一级气固分离装置上部烟气出口与第二级气固分离装置相连，第二级至第N级气固分离装置的分离效率高于第一级；从第一级气固分离装置引出的烟气中未被分离出的更加细小的飞灰，其绝大部分在后面的气固分离装置中被分离出来，使尾部烟道中的灰量更少，锅炉出口飞灰极少。这样就节省了锅炉出口作为危险废物的飞灰的处置成本，降低了电厂的运行费用；节省了布袋除尘器的初投资及其运行费用。综上所述，本发明提出的锅炉内部飞灰处理系统提高了电厂经济效益。
2.尾部烟道布置在多级串联的气固分离装置之后，烟气中飞灰浓度极低，相同条件下烟气流经受热面时对金属的磨损程度大大减轻，所以可以选取较高的烟气流速，提高了换热效率，节省了锅炉设备的初投资。
3.尾部烟道布置在N级串联的气固分离装置之后，烟气中飞灰浓度极低，尾部烟道不易堵灰，大幅延长了锅炉连续运行时间。这样，一方面，相同时间段内机组能够发出更多的电；另一方面，也节省了锅炉启停阶段辅助化石燃料的消耗量，减少了碳排放量，提高了环境效益。以上两个方面均提高了电厂的经济效益。
4.由于大幅提高了连续运行时间，所以减轻了锅炉频繁启停所带来的热疲劳损害，提高了设备使用寿命。
5.第二级至第N级分离器底部不设置回料装置，设置放灰口，控制炉内燃烧循环的灰浓度和炉膛传热，保证燃烧稳定性，减轻尾部受热面区域的磨损。
6.炉膛底部设置放灰口，排放炉内已经燃尽的炉渣。
附图说明
图1是本实用新型实施例1的装置流程示意图；
图中，炉膛1、第一级气固分离装置2、回料装置3、第二级气固分离装置4、尾部烟道5、第三级至第N级气固分离装置6。
图2是本实用新型实施例2的装置流程示意图；
图中，炉膛1、第一级旋风分离器2、回料装置3、第二级旋风分离器4和尾部烟道5。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步的说明。
实施例一：
参考图1所示，一种多级气固分离装置串联布置的垃圾焚烧CFB锅炉，包括焚烧垃圾的CFB锅炉炉膛1和尾部烟道5，还包括串联于炉膛1烟气出口和尾部烟道5之间的N级气固分离装置。炉膛1由膜式水冷壁组成，水冷壁表面敷设耐火浇注料，炉前水冷壁与给料装置、给煤装置相接；焚烧炉膛1通过炉前墙给料、炉膛下部配风，控制炉膛内垃圾燃烧的状态，生活垃圾在炉内燃烧生成的部分热量被水冷壁吸收。气固分离装置为工作温度＞500℃的高温气固分离装置，以满足高温烟气环境工作需要以及离开二噁英生成温度区间需要。尾部烟道5和烟囱之间无需设置除尘设备，例如布袋除尘器和/或电除尘器。
炉膛1、第二级气固分离装置4至第三级至第N级气固分离装置6底部均设置放灰口。其中炉膛1底部设置放灰口，用以排放炉膛1燃烧生成的炉渣，第二级气固分离装置4至第N级气固分离装置6底部不设置回料装置，代之以排灰口，用以排放被第一级以后的气固分离装置捕捉下来的飞灰。这是因为被第一级以后的气固分离装置分离出来的飞灰颗粒度更为细小，且在炉内停留时间足够长，已经燃尽，如果再返回炉膛1，则被烟气直接带出炉膛1，不被第一级气固分离装置2分离，而是再次被后面串联的气固分离装置分离，那么这部分飞灰对炉膛1内传热没有贡献，不仅没有益处，而且无限增加烟气飞灰浓度，增加对沿途几何边界材料的磨损。
N级气固分离装置的第一级气固分离装置2的烟气入口与炉膛1烟气出口连接，其下部物料出口通过回料装置3与炉膛1相连，具体布置优选为炉膛1后水冷壁上部出口连接第一级气固分离装置2，第一级气固分离装置2底部与回料装置3相连，回料装置3出口与炉膛1后水冷壁下部回灰口相连，使得炉膛1、第一级气固分离装置2、回料装置3形成物料外循环系统。
第N级气固分离装置6的烟气出口与尾部烟道5相连，第一级气固分离装置2至第N级气固分离装置6之间的各级气固分离装置的烟气入口与上一级气固分离装置的烟气出口相连，各级气固分离装置的烟气出口与下一级气固分离装置的烟气入口相连，且从第一级气固分离装置2至第N级气固分离装置6的气固分离效率逐渐增高，用以分离上一级分离器出口烟气中更为细小的颗粒物，被第二级至第N级气固分离装置分离下来的颗粒物通过分离器底部的排灰口排出。本实施例中，尾部烟道5内布置对流受热面，烟道内对流受热面包含过热器、省煤器和空气预热器(如有)。受热面吸收烟气中热量加以利用，控制排烟温度，以便于锅炉后部烟气处理系统正常运行。且对流受热面较常规生活垃圾焚烧CFB炉布置得更为紧凑，对流受热面换热管相对节距均<2.5，烟气流速在8～15m/s之间。
本实施例中整个生活垃圾焚烧处置的流程如下：
焚烧炉膛1垂直布置，垃圾从炉前下部进入炉膛1，炉膛1供风系统提供的风量与之发生化学反应，在炉膛1内剧烈燃烧。炉膛1后水冷壁上部出口与第一级气固分离装置2相接，分离炉膛1内上升烟气所携带的大量未燃尽物料和飞灰，通过第一级气固分离装置2下部的回料装置3送回炉膛1继续参与燃烧，形成循环燃烧，同时起到维持锅炉负荷的作用。未被第一级气固分离装置2分离出来的较为细小的飞灰随烟气从第一级气固分离装置2烟气出口排出，进入第二级气固分离装置4，第二级气固分离装置4比第一级气固分离装置2具有更高的分离效率。在第二级气固分离装置4内，这些细小的飞灰中的绝大部分被分离下来，较为洁净的烟气从第二级气固分离装置4烟气出口排出，进入第三级气固分离装置，以此类推，直至第N级。第N级气固分离装置6烟气出口与尾部烟道5相接，烟气由此进入尾部烟道5；被分离下来的飞灰从第二级气固分离装置4至第N级气固分离装置6底部放灰口排出。从前面N级气固分离装置上部出口引出的较为洁净的烟气在尾部烟道5中向受热面放热，将烟气温度降低至锅炉排烟温度后排出锅炉本体。锅炉各受热面区域在锅炉内吸收垃圾燃烧释放的热量，令锅炉给水逐渐变为额定参数的过热蒸汽，过热蒸汽携带着热能被送往汽轮发电机组做功，将热能转变为电能供人们利用。
本实施例中，由于串联了具有更高分离效率的多级气固分离装置，故尾部烟道中烟气含灰量大为减少，这也就减少了附着在飞灰中的铜、铁的氧化物。这样，在从头合成二噁英的200℃～450℃温度区间内，氯元素失去了化学反应所必需的催化剂，也就失去了反应条件，抑制了二噁英的生成，有利于环境保护和人民身体健康。
本实施例中，由于串联了具有更高分离效率的多级气固分离装置，故尾部烟道中烟气含灰量大为减少，锅炉出口烟气中颗粒物的原始排放浓度可以达到污染物排放的标准要求，这些极少量飞灰随烟气一同进入大气，因此减少了垃圾电厂处置这些飞灰的运行成本，提高了电厂的经济性。
本实施例中，由于串联了具有更高分离效率的气固分离装置，故尾部烟道中烟气含灰量大为减少，使锅炉的飞灰原始排放浓度达到生活垃圾焚烧污染物排放的国家标准，节省了锅炉尾部除尘器的初投资及其运行费用。
本实施例中，由于串联了具有更高分离效率的多级气固分离装置，故尾部烟道中烟气含灰量大为减少，解决了受热面堵灰问题，尾部受热面可以布置得更为紧凑，相对节距(即相邻管子圆心节距与管子直径的比值)均<2.5，烟气流速在8～15m/s之间，节省了锅炉设备初投资。
本实施例中，在尾部烟道中，由于串联了具有更高分离效率的多级气固分离装置，使烟气含灰量大为减少，解决了受热面堵灰问题，大幅延长了锅炉连续运行时间。这样，一方面，相同时间段内机组能够发出更多的电；另一方面，也节省了锅炉启停阶段辅助化石燃料的消耗量，减少了碳排放量，提高了环境效益；第三方面，降低了频繁启停造成的疲劳损害，延长了锅炉设备的使用寿命；第四方面，由于设置比第一级气固分离装置更为高效的第二级气固分离装置，使得烟气在离开锅炉本体时含尘量已经达到排放标准的要求，所以节省了尾部除尘系统的初投资和运行费用。以上四个方面均提高了电厂的经济效益。
实施例二：
参考图2所示，本实施例与实施例1基本相同，其区别在于，气固分离装置为旋风分离器，且旋风分离器设置两级，即第一级旋风分离器2和第二级旋风分离器4。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。