专利名称：双级料腿循环床垃圾焚烧锅炉的制作方法
技术领域：
本实用新型属于能源利用和环境保护设备，特别涉及双级料腿循环床垃圾焚烧锅炉。
随着我国经济的快速发展，垃圾的数量也在迅速增加，如果垃圾处理不当，将会对环境产生极大的污染。由于垃圾中存在着大量的有机成分，利用垃圾作为替代能源既能处理废料又能产生能量。焚烧法是处理垃圾获得能源的有效方式，然而由于垃圾具有成分复杂，灰份高等特性。因此焚烧炉设计是实施这一技术的关键。
目前的垃圾焚烧炉主要为固定炉排燃烧方式和流态化燃烧方式。固定炉排燃烧方式的主要问题为燃烧稳定性差，常常需要辅助燃料如重油来稳定燃烧。由于垃圾中含有废塑料制品、废橡胶制品、有机生物体，焚烧后将产生HCl、Cl2等气体，对锅炉受热面将产生高温氯腐蚀，如张鹤声，简瑞民，在《能源技术》期刊上“垃圾焚烧锅炉受热面管壁金属的高温腐蚀”(1994，(4)，24-28)一文所讲的，这些腐蚀性气体对受热面金属管壁造成的危害是致命的。在实际生活中这种危害时有发生，如深圳市环卫综合处理厂由日本三菱公司引进的两台发电垃圾.焚烧炉，在投运100天就遭到严重的高温腐蚀，被迫停运。因此，目前只能降低参数运行，使其发电效率被迫降低。此外，剧毒有机污染物(二噁碤，dioxin)和重金属(Hg，Cd，Pb等)污染物的排放等二次污染也是垃圾焚烧过程中亟待解决的问题。流化床燃烧技术具有燃料适应能力强，以及低SOx，NOx排放的特点，目前流化床技术已成功而广泛地应用于煤燃烧过程，然而，流化床技术焚烧垃圾还没有得到大规模的应用，许多问题如提高燃烧效率，降低污染物的排放量，减少腐蚀等问题亟待解决。目前采用的流化床垃圾焚烧技术主要为直接将固体垃圾加入鼓泡流化床或循环流化床中燃烧，如“燃用固体废弃物的快装流化床焚烧炉”(中国专利申请号97218051)，和“循环流化床垃圾焚烧炉”(中国专利申请号96222966)所介绍的垃圾处理方法，但这种直接燃烧方式仍未解决高温氯腐蚀和污染物的排放问题，虽然有专利提到利用石灰石就地脱氯化氢解决腐蚀问题，但最近的研究结果表明在燃烧温度下，加石灰脱氯的效果很差。
由于氯化氢是二噁碤的先驱物，因此高温氯腐蚀和二噁碤的排放这两个问题来源于垃圾中存在的氯组分。故而有效的脱氯是解决垃圾焚烧过程中高温氯腐蚀和二噁碤排放的关键。
本实用新型的目的在于提供一种双级料腿循环床垃圾焚烧锅炉，利用其新型循环流化床技术高效、洁净地焚烧城市垃圾，使其化学能转换为热能和电能以解决垃圾的弃置和污染问题；同时采用新的设计思想在设备内部就地脱氯消除在燃烧过程中的高温氯腐蚀和二噁碤的排放问题。
本实用新型采用双级料腿循环流化床系统，将垃圾的热解、脱氯、燃烧、以及还原氮氧化物等过程在系统内进行分级治理。其实现的主要手段为采用双级料腿循环流化床系统。常规的循环流化床系统是将固体物料在上升管(即燃烧室)由高速气流携带经气固分离器(如旋风分离器)分离后，下降至料腿中再返回至上升管，本实用新型中的双级料腿循环流化床系统将料腿部分分成串联的两级，每级有其自己的气体出口。
本实用新型包括燃烧室、旋风分离器和料腿，其特征在于燃烧室1的底部为布风板12，布风板12的下面有一风室8，风室8有一次风a1进口及炉膛排渣孔10在燃烧室1的下部有辅助燃料C的进口，上部有二次风a2的进口，顶部有一与旋风分离器2相连的炉膛出口13；旋风分离器2的上部连接一对流烟道7，底部连接一第一级料腿3料腿3的下部为一鼓泡床，其内设置换热器4，边部有一与第二级料腿5用气封连接的出口11，底部有料腿排渣孔9；第二级料腿5的下部为一鼓泡床，并有一与燃烧室1用气封连接相通的物料返回口15和垃圾燃料W的入口，上部有一氯吸附床6，吸附床6的顶部有一与燃烧室1相通的气体出口14。
目前应用流化床技术焚烧垃圾的主要问题是高温氯腐蚀和二噁碤的排放。而解决这些问题的关键是在垃圾中的氯化物随挥发分逸出后(主要为氯化氢)尽快地在其进入炉膛高温区前除去。石灰(Ca(OH)2)或石灰(CaCO3)是常用并较为经济的脱氯剂。当石灰或石灰石与氯化氢接触时其主要化学反应为(R1)(R2)(R3)在高温下，碳酸钙和氢氧气钙将分解为氧化钙(R4)(R5)然而，其主要脱氯反应(R2-R3)在高温条件下(＞700℃)，其逆向反应起主导作用。氯化氢的吸收转换率受到化学平衡的限制。在常规的流化床燃烧系统中，石灰通常直接加入炉膛中。而炉膛内的温度总是高于750℃，故而吸收氯化氢的效果甚微。这是将垃圾直接加入流化床中燃烧时脱氯的难点。
本实用新型采用双级料腿将垃圾的焚烧分解为热解，脱氯，燃烧和脱硝几部分，使这几个过程在不同的条件下分别进行以达到最佳的脱氯和燃烧效果。设备主要由燃烧室，旋风分离器，第一级料腿，第二级料腿组成。燃烧室的底部为布风板，布风板的下面是风室，一次风由风室通过布风板进入燃烧室，燃烧室的顶部为一出口，该出口与旋风分离器相连，含有循环物料颗粒的气流通过燃烧室的出口进入旋风分离器进行气固分离，分离后的气体经由旋风分离器的上部进入对流烟道，在与对流受热面换热后进入布袋除尘器，进一步除尘后的烟气进入烟囱排入大气。由旋风分离器分离后的循环物料颗粒经旋风分离器的底部落入第一级料腿，该料腿的下部为一鼓泡床，其内设置换热器以控制第二级料腿中的温度，第一级料腿的下部有一出口，由一气封连接至第二级料腿的中部，冷却后的循环物料颗粒由此进入第二级料腿；第二级料腿的下部也为一鼓泡床，垃圾从鼓泡床的上部加入，与热循环物料混合，升温并热解；该料腿的上部为一氯吸附床，内装有氯吸附剂，吸附床的顶部有一气体出口连至燃烧室的中部，在第二级料腿下部产生的热解气经吸附床脱氯后进入燃烧室的中部燃烧，并形成局部还原区以还原燃烧室下部燃烧生成的氮氧化合物；第二级料腿的下部装有物料返回口，由一气封连接至燃烧室的下部，垃圾热解后的固体可燃成分随循环物料一起由该返回口进入燃烧室下部燃烬，在燃烧室的中部，除氯后的热解气入口的上部，装有二次风引入口以保证热解气的完全燃烧。
该设备的各个装置的功能及其操作条件叙述如下(1).垃圾加入第二级料腿的鼓泡流化床内使其在较低的温度下(～600℃)热解，让其氯组分在该温度下与热解气同时析出。(2)含氯的热解气通过该料腿上部的一个吸附床，内装有细颗粒石灰(～100μ)脱去气体中的氯组分。(3)垃圾热解后剩余的半焦进入燃烧室的底部进行燃烧，燃烧温度控制在800℃左右的温度下避免其重金属成分的挥发，使重金属成分固定在灰分中以从排渣孔排出，同时低温燃烧避免了床料的结团。(4).脱氯后的热解气引入燃烧室的上部燃烧，在引入处形成局部还原区，还原半焦燃烧过程中产生的NOx，同时在还原区的上部加入二次风使燃烧室上部温度升高(大约900℃)，保证了热解气中的碳氢化合物燃烬。(5).床料采用细石英砂，使循环物料主要为石英砂，减少垃圾灰分被夹带到燃烧室上部高温区造成重金属成分的挥发。(6).第一级料腿底部装有换热器用于降低循环物料的温度，并控制第二级料腿的温度，使其保持在600℃左右。
本实用新型解决了垃圾焚烧锅炉就地脱氯的问题，大大降低了高温氯腐蚀，增加了锅炉中高温换热器的使用寿命，提高了设备的可靠性，减少了维护停炉时间，降低了投资与运行成本；此外，燃烧室上部的局部还原区降低了氮氧化物的排放量；采用二次风，提高了燃烧温度，减少了不完全燃烧损失，由于脱去了热解气中的氯组分同时减少了碳氢化合物的不完全燃烧，二噁碤的生成量将大大降低，而燃烧室底部的低温燃烧则抑制了垃圾中重金属成份的挥发和排放，由此可使垃圾中的化学能转换为热能和电能，同时解决了垃圾焚烧中的二次污染问题。
以下结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的描述。
图1.本实用新型的设备示意图。
图中标标号1.燃烧室2.旋风分离器 3.第一级料腿 4.换热器5.第二级料腿6.吸附床 7.对流烟道 8.风室9.料腿排渣孔10.炉膛排渣孔 11.出口12.布风板13.炉膛出口 14.除氯热解气出口 15.物料返回口a1.一次风 a2.二次风 g1.除氯后的热解气 g2.烟气C.辅助燃料 W.垃圾燃料实施例1.
如图所示，该循环床系统的料腿部分分为串联的二级。图中1为燃烧室，2为旋风分离器，3为第一级料腿，4为蒸汽换热器，5为第二级料腿，6为氯化氢吸收床。垃圾作为燃料W加入第二级料腿5内，温度为600℃，第二级料腿5由少量空气使床料保持流化状态，使其中主要为还原气氛。垃圾在第二级料腿5中热解，垃圾中90％以上的氯将随挥发份逸出，含氯热解气向上流动进入吸附床6中，在温度为500-600℃的吸附床内，装有石灰以吸收氯化氢，使其除氯率达到85％以上；脱氯后的烟气g1由出口14进入燃烧室1中；在第二级料腿5中的固定碳和灰分随着循环物料由物料返回口15进入燃烧室1中，第二级料腿5和燃烧室1之间由气封连接以防止燃烧室1中的气体返回到第二级料腿5中。由于垃圾中80％以上为挥发分，某些垃圾进入燃烧室1内的半焦量可能不足以维持稳定燃烧的燃烧温度。此时，可向燃烧室1的底部加入少量辅助燃料C以保持稳定燃烧温度，其温度约800℃左右。辅助燃料C可以是煤，也可以是其它燃料，如生物质。垃圾的灰分可由在燃烧室1底部的排渣孔10排出。一次风a1进入风室8中，通过布风板12进入燃烧室1内以保证半焦燃烬。半焦燃烧产物与循环物料向上运动与除氯后的热解气g1(主要为热解产物，少部分燃烧产物和水蒸汽)相遇，在燃烧时形成一个局部还原区，在燃烧室1底部生成的氮氧化合物在该区被部分还原；该区的上部加入二次风a2以保证除氯后的热解气g1的完全燃烧，同时形成一个大约900℃的高温区以保证碳氢化合物在燃烧室1内燃烬；循环物料和燃烬后的烟气g2经炉膛出口13进入旋风分离器2实现气固分离，固体循环物料下行进入第一级料腿3中，第一级料腿3中安有换热器4，使循环物料在其中降温，并控制循环物料进入第二级料腿5的温度，使第二级料腿5的温度保持在600℃左右，这样保证垃圾中的含氯组分随着挥发分逸出。少部分由循环物料携带的灰分可由第一级料腿3底部的排渣孔9排出。第一级料腿3和第二级料腿5之间由气封连接以防止第二级料腿5中的气体进入到第一级料腿3中，烟气g2则从旋风分离器2出口进入对流受热面烟气通道7。由于垃圾中的氯组分在进入燃烧室1前被除去，避免了燃烧室内的高温氯腐蚀，同时无氯气体的高温燃烬，防止了二噁碤的生成，而垃圾中的金属固定于灰中从排渣孔派出，所以，既防止了重金属的排放又避免了其在尾部对二噁碤二次生成的催化作用。
权利要求1.一种双级料腿循环床垃圾焚烧锅炉，包括燃烧室、旋风分离器和料腿，其特征在于燃烧室(1)的底部为布风板(12)，布风板(12)的下面有一风室(8)，风室(8)有一次风(a1)进口及炉膛排渣孔(10)；在燃烧室(1)的下部有辅助燃料(C)的进口，上部有二次风(a2)的进口，顶部有一与旋风分离器(2)相连的炉膛出口(13)；旋风分离器(2)的上部连接一对流烟道(7)，底部连接一第一级料腿(3)；料腿(3)的下部为一鼓泡床，其内设置换热器(4)，边部有一与第二级料腿(5)用气封连接的出口(11)，底部有料腿排渣孔(9)；第二级料腿(5)的下部为一鼓泡床，并有一与燃烧室(1)用气封连接相通的物料返回口(15)和垃圾燃料(W)的入口，上部有一氯吸附床(6)，吸附床(6)的顶部有一与燃烧室(1)相通的气体出口(14)。
专利摘要本实用新型特别涉及双级料腿循环床垃圾焚烧锅炉。在燃烧室的底部为布风板和风室,风室有一次风进口及炉膛排渣孔;上部有与旋风分离器相连的炉膛出口;旋风分离器上部连接对流烟道,底部连接第一级料腿;料腿边部有与第二级料腿气封连接的出口,底部有料腿排渣孔;第二级料腿有与燃烧室相通的物料返回口和垃圾燃料的入口,在上部有氯吸附床,吸附床有与燃烧室相通的气体出口。本实用新型可以减少高温氯腐蚀和二噁英的排放。
文档编号F23G5/30GK2376579SQ9921654
公开日2000年5月3日 申请日期1999年7月9日 优先权日1999年7月9日
发明者林伟刚 申请人:中国科学院化工冶金研究所