气化焚烧炉和废料气化焚烧方法与流程

1.本发明涉及气化燃烧领域，具体而言，本发明涉及气化焚烧炉和废料气化焚烧方法。


背景技术：

2.现有的废料焚烧炉主要有直燃式焚烧炉(如固定床式焚烧炉、流化床式焚烧炉、回转窑式焚烧炉等)，气化式焚烧炉(如流化床气化焚烧炉和移动床气化焚烧炉等)和热解式焚烧炉(如立式旋转炉、固定床热解焚烧炉等)等炉型。对于直燃式焚烧炉，固定床式焚烧炉适合于特别小规模的场合(如日处理量在1～2吨)，且操作不便，需要人工出渣，不安全。流化床和回转窑适合于大型焚烧设备，如日处理量达到50吨以上。热解式焚烧炉适合于高热值、特定处理对象的废料，处理规模不大，因燃料适应性差、机械结构故障率高、排放不易达标而较少采用。气化式焚烧炉大型的以流化床气化焚烧炉为主，中小型的以移动床或固定床气化焚烧炉为主。


技术实现要素：

3.本发明旨在提供一种危险废物的气化焚烧技术，处理规模较小(如在6～48吨/天)，且燃料适应性好、排放性能优异。为此，本发明的一个目的在于提出气化焚烧炉和废料气化焚烧方法。
4.在本发明的一个方面，本发明提出了一种气化焚烧炉。根据本发明的实施例，该气化焚烧炉包括第一炉体和第二炉体，所述第一炉体包括预燃段、气化段和燃烧段，所述第二炉体包括急冷段，所述第一炉体和所述第二炉体的顶部连通且之间具有共用壁面；所述气化段的底部设有一次布风装置，所述气化段的侧部设有所述预燃段和二次布风装置，所述预燃段包括液体或浆状废料进料装置、固体进料装置和燃烧装置，所述预燃段的出口连通至所述气化段的上段，所述气化段的上段横截面积由上至下逐渐增大，所述气化段的下段横截面积由上至下逐渐减小，所述气化段的下段设有蒸汽入口；所述燃烧段的底部与所述气化段的顶部连通，所述燃烧段的侧部设有三次布风装置；所述燃烧段的上段为等截面段，所述燃烧段的下段横截面积由上至下逐渐减小；所述急冷段的顶部与所述燃烧段的顶部连通，所述急冷段设有冷却水入口、烟气出口和飞灰出口，所述急冷段的上段横截面积由上至下逐渐增大，所述急冷段的下段横截面积由上至下逐渐减小。
5.根据本发明上述实施例的气化焚烧炉适于同时处理固体废料和液体(或浆状废料)废料，或者单独处理固体废料和液体(或浆状废料)废料中的一种。待处理废料首先进入预燃段进行预燃烧，由此，既可以把固体废料进行干燥和部分热解气化，更能把喷进来的浆状或液体废料气化。经预燃烧后的废料进入气化段在一次气化空气和蒸汽作用下进行气化，得到气化气和/或残渣；气化段的下段设有蒸汽入口，可以在气化段的下段贴壁喷入蒸汽，该部分蒸汽既可以起到气化剂的作用，又可以在气化段的下段进行清灰。进一步地，气化气进入燃烧段进行燃烧，得到燃烧后烟气；燃烧后烟气经急冷后，可达标排放。该气化焚
烧炉中，第一炉体和第二炉体的顶部连通且之间具有共用壁面，结合第一、第二炉体各区域的横截面积变化特点，共用壁面的上段垂直，下段由上至下先向燃烧段一侧接近、再向急冷段一侧接近。由此，一方面在气化段与燃烧段之间形成了一个相对于上下两侧横截面积均较小的“喉部”，从而可以相对分割气化段和燃烧段，有效控制气化段相对较低的温度和维持燃烧段的高温，此外，喉部以下可以形成较大的气化空间，提供较低气化速率所需的空间补偿，同时气化段气速较低有利于防止固体颗粒被气流携带出气化段进入高温燃烧段(既减少了飞灰量从而大大较少飞灰处置费用，又防止过多的灰分进入燃烧段熔融或趁机在省煤器部分，影响传热)；另一方面在急冷段的上段形成渐扩空间，进一步提高了喷水急冷的效果。综上所述，采用根据本发明上述实施例的气化焚烧炉处理废料，可以显著提高废料的焚烧及尾气处理效果，并显著降低运行的能源与人力成本。
6.另外，根据本发明上述实施例的气化焚烧炉还可以具有如下附加的技术特征：
7.在本发明的一些实施例中，沿物料进料方向，所述预燃段炉膛直径渐扩，所述预燃段炉膛直径为炉膛折算当量直径的1/2～1/3。
8.在本发明的一些实施例中，所述预燃段炉膛长度为炉膛折算当量直径的1～2倍。
9.在本发明的一些实施例中，所述二次布风装置包括两层二次风口，所述两层二次风口分别设在所述气化段的上段和下段。
10.在本发明的一些实施例中，在垂直方向上，位于所述气化段上段所述二次风口的位置高于所述预燃段的出口。
11.在本发明的一些实施例中，所述蒸汽入口包括旋转喷头。
12.在本发明的一些实施例中，所述三次布风装置包括两层三次风口，所述三次风口设在所述燃烧段的上段的底端和/或所述燃烧段的下段。
13.在本发明的一些实施例中，位于所述气化段、所述燃烧段的下段、所述急冷段的炉壁包括水冷壁。
14.在本发明的一些实施例中，所述气化焚烧炉进一步包括：省煤器，所述省煤器设在所述第二炉体内，且设在所述燃烧段与所述急冷段之间。
15.在本发明的另一方面，本发明提出了一种采用上述实施例的气化焚烧炉实施的废料气化焚烧方法。根据本发明的实施例，该气化焚烧方法包括：(1)将液体废料、浆状废料和固体废料的至少之一供给至预燃段进行预燃烧，得到预燃废料；(2)使所述预燃废料进入气化段进行气化，并在气化段的下段贴壁喷入蒸汽，在气化段底部通入一次气化空气，得到气化气和/或残渣；(3)使所述气化气进入燃烧段进行燃烧，得到燃烧后烟气；(4)对所述燃烧后烟气进行急冷，得到尾气和飞灰。该方法通过采用如前所述的气化焚烧炉处理废料，可以显著提高废料的焚烧及尾气处理效果，并显著降低运行的能源与人力成本。
16.另外，根据本发明上述实施例的废料气化焚烧方法还可以具有如下附加的技术特征：
17.在本发明的一些实施例中，所述预燃段温度为600～800℃，所述预燃段的气氛为前部氧化性气氛，后部还原性气氛；所述气化段温度为750～850℃，所述气化段的气氛为还原性气氛；所述燃烧段的温度为1100～1200℃，所述燃烧段的气氛为氧化性气氛。
18.在本发明的一些实施例中，所述废料气化焚烧方法进一步包括：在对所述燃烧后烟气进行急冷之前，预先使所述燃烧后烟气与省煤器换热
19.在本发明的一些实施例中，经过所述省煤器换热的所述燃烧后烟气的温度为420～480℃，所述尾气的温度为200～240℃。
20.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
21.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
22.图1是根据本发明一个实施例的气化焚烧炉的结构示意图；
23.图2是根据本发明再一个实施例的气化焚烧炉的结构示意图。
24.附图标记：
25.100-第一炉体，
26.10-气化段，11-一次布风装置，12-预燃段，13-二次布风装置，14-蒸汽入口，121-液体或浆状废料进料装置，122-固体进料装置，123-燃烧装置，
27.20-燃烧段，21-三次布风装置，
28.200-第二炉体，
29.30-急冷段，31-冷却水入口，32-烟气出口，33-飞灰出口，
30.40-省煤器，41-联络管，
31.300-共用壁面。
具体实施方式
32.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
33.在本发明的一个方面，本发明提出了一种气化焚烧炉。参考图1，根据本发明的实施例，该气化焚烧炉包括第一炉体100和第二炉体200。第一炉体100包括气化段10和燃烧段20，第二炉体200包括急冷段30。第一炉体100和第二炉体200的顶部连通且之间具有共用壁面300。气化段10的底部设有一次布风装置11，气化段10的侧部设有预燃段12和二次布风装置13，预燃段12包括液体或浆状废料进料装置121、固体进料装置122和燃烧装置123，预燃段12的出口连通至气化段10的上段，气化段10的上段横截面积由上至下逐渐增大，气化段10的下段横截面积由上至下逐渐减小，气化段10的下段设有蒸汽入口14。燃烧段20的底部与气化段10的顶部连通，燃烧段20的侧部设有三次布风装置21；燃烧段20的上段为等截面段，燃烧段20的下段的由上至下横截面积逐渐减小。急冷段30的顶部与燃烧段20的顶部连通，急冷段30设有冷却水入口31、烟气出口32和飞灰出口33，急冷段30的上段横截面积由上至下逐渐增大，急冷段30的下段横截面积由上至下逐渐减小。
34.根据本发明的一些实施例，该气化焚烧炉为小型模块式结构，可整体出厂，废料处理规模在100～1000kg/h。更大规模的焚烧炉则需要做成几个大部件构成的块装结构甚至散装结构。
35.根据本发明的一些实施例，气化段10的底部设有与炉型大小适配的小型机械炉
排，可用于排出气化段10产生的残渣。
36.根据本发明的一些实施例，沿物料进料方向，预燃段12炉膛直径渐扩，预燃段12炉膛直径d为燃烧段20炉膛的炉膛折算当量直径d的1/2(d
max
)～1/3(d
min
)。由此，可以吸收部分气化段的辐射热，减少预燃段的辅助燃料(油/气)的消耗，同时降低了气速，延长了废料停留时间。
37.根据本发明的一些实施例，预燃段12炉膛长度l为燃烧段20炉膛折算当量直径d的1～2倍。由此，可以使废料预燃的速率和燃烧段炉膛的燃烧份额相匹配。
38.另外，液体或浆状废料进料装置121、固体进料装置122和燃烧装置123的具体种类并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如燃烧装置可以选自本领域常见的燃烧器等。
39.根据本发明的一些实施例，二次布风装置13包括两层二次风口，两层二次风口分别设在气化段10的上段和下段。由此，可以形成分层配风，从而实现分级气化，精细化地控制气化过程，在确保排放的前提下大大提高废料的适应范围。
40.根据本发明的一些实施例，在垂直方向上，位于气化段10的上段的二次风口的位置高于预燃段12的出口。由此，可以实现所有气化气(无论从预燃段出来的还是气化段新产生的气化气)中焦油、半焦等组分被二次气化，实现气化气的充分小分子化，为燃烧段的低过量空气系数燃烧并实现低co、高燃烧效率提供可靠保证。
41.根据本发明的一些实施例，蒸汽入口14包括旋转喷头，利用旋转喷头，可将蒸汽(或压缩空气)雾化喷入，从而进一步提高对废料的气化和清灰效果。在本发明的一些实施例中，蒸汽入口14包括多个。
42.根据本发明的一些实施例，三次布风装置21包括两层三次风口，三次风口设在燃烧段20的上段底端和/或燃烧段20的下段。由此，可以实现气化气的分级燃烧，在低过量空气系数条件下实现低nox、低co的清洁高效燃烧，从而确保危废在达到1100℃燃烧温度下的低nox、低co和低pcdd/fs的优异性能。
43.根据本发明的一些实施例，本发明的气化焚烧炉中，位于气化段10、燃烧段20的下段、急冷段30的炉壁包括水冷壁，水冷壁换热得到的蒸汽可以通过汽包外供。
44.参考图2，根据本发明的一些实施例，本发明的气化焚烧炉还可以进一步包括：省煤器40。省煤器40设在第二炉体200内，且设在燃烧段20与急冷段30之间。由此，可以进一步提高燃烧后烟气的余热利用率。省煤器40可根据实际需要设置一组或多组。另外，气化焚烧炉部分炉壁中水冷壁换热得到的蒸汽也可以通过联络管41供给至省煤器中使用。
45.在本发明的另一方面，本发明提出了一种采用上述实施例的气化焚烧炉实施的废料气化焚烧方法。根据本发明的实施例，该气化焚烧方法包括：(1)将液体废料、浆状废料和固体废料的至少之一供给至预燃段进行预燃烧，得到预燃废料；(2)使预燃废料进入气化段进行气化，并在气化段的下段贴壁喷入蒸汽，在气化段底部通入一次气化空气，得到气化气和/或残渣；(3)残渣排出炉外，同时使气化气进入燃烧段进行燃烧，得到燃烧后烟气；(4)对燃烧后烟气进行急冷，最大限度抑制二恶英类(pcdd/fs)的二次合成，得到尾气和飞灰。该方法通过采用如前的气化焚烧炉处理废料，可以显著提高废料的焚烧及尾气处理效果，并显著降低运行的能源与人力成本。
46.根据本发明的一些实施例，上述液体废料、浆状废料和固体废料的具体种类并不
受特别限制。示例性地，固体废料可以为人造革生产过程中提纯蒸馏dmf废水后的残渣，其主要成分包括皮屑、树脂和填充物(包括木质纤维素、碳酸钙等)，热值约在3000～5000kcal/kg之间，其中含有重金属、氯等有害成分。
47.根据本发明的一些实施例，上述预燃段温度为600～800℃，气氛为前部氧化性气氛，后部还原性气氛。气化段温度为750～850℃，气氛为还原性气氛。燃烧段的温度为1100～1200℃，气氛为氧化性气氛。
48.根据本发明的一些实施例，废料气化焚烧方法进一步包括：在对燃烧后烟气进行急冷之前，预先使燃烧后烟气与省煤器换热。由此，可以进一步提高燃烧后烟气的余热利用率。
49.根据本发明的一些实施例，经过省煤器换热的燃烧后烟气的温度为420～480℃，急冷后尾气的温度为200～240℃。
50.另外，需要说明的是，前文针对气化焚烧炉所描述的全部特征和优点，同样适用于该废料气化焚烧方法，在此不再一一赘述。
51.下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
52.实施例1
53.参考图2，气化焚烧炉包括第一炉体100和第二炉体200。第一炉体100包括气化段10和燃烧段20，第二炉体200包括急冷段30。第一炉体100和第二炉体200的顶部连通且之间具有共用壁面300。气化段10的底部设有一次布风装置11，气化段10的侧部设有预燃段12和二次布风装置13，预燃段12包括液体或浆状废料进料装置121、固体进料装置122和燃烧装置133，预燃段12的出口连通至气化段10的上段，气化段10的下段设有蒸汽入口14。燃烧段20的底部与气化段10的顶部连通，燃烧段20的侧部设有三次布风装置21。急冷段30的顶部与燃烧段20的顶部连通，急冷段30设有冷却水入口31、烟气出口32和飞灰出口33，急冷段30与燃烧段20之间设有省煤器40。
54.(1)将液体废料(或浆状废料)和固体废料供给至预燃段进行预燃烧，得到预燃废料；
55.(2)使预燃废料进入气化段进行气化，并在气化段的下段贴壁喷入蒸汽，在气化段底部通入一次气化空气，得到气化气和残渣；
56.(3)使气化气进入燃烧段进行燃烧，得到燃烧后烟气；
57.(4)使燃烧后烟气与省煤器换热后，将450℃的烟气喷水急冷至220℃，得到尾气和飞灰。
58.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
59.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三
个等，除非另有明确具体的限定。
60.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
61.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
62.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
63.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。