一种一体式流化床垃圾高效气化燃烧炉
技术领域
本发明涉及一种一体式流化床垃圾高效气化燃烧炉，属于固体废弃物处理技术领域。
背景技术
我国是垃圾包袱最重的国家，历年全国无序堆放的垃圾总量多达160亿吨，占用土地9亿平方米，严重污染大气和地下水资源，严重阻碍了城市经济与环境的快速和谐发展。此外，我国是一个资源和能源短缺的国家，如何实现城市垃圾资源化、能源化利用，在解决城市垃圾出路的同时，发展循环经济，是实现经济发展方式转变的一个有效途径。
为解决上述严重问题，国内外在垃圾处理上提出了许多解决方案，如垃圾经过分选后填埋、制肥、裂解制油、生化处理等。其中已经付诸实施的焚烧处理、卫生填埋、堆肥都存在着一定的不足。如焚烧技术在实现垃圾减量化的同时，获得热能，但生成的二噁英较多，烟气经过特殊处理后较难达到排放标准。
欧美、日本等发达国家正在积极开展垃圾气化技术应用，该技术直接将垃圾在贫氧气氛或少量水蒸气气氛下高温热处理生成具有一定热值的可燃气体，燃烧可燃气体用于发电或供热。相比于传统的垃圾直接焚烧处理，气化技术将垃圾接转化为可燃气，在气化条件下，二噁英的产生量大幅降低，可从源头上减少二噁英的排放，被认为是一种更为环保高效的处理途径。
发明内容
本发明要解决的技术问题是降低垃圾热处理过程中二噁英的排放量。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种一体式流化床垃圾高效气化燃烧炉，其特征在于，炉体自下往上同轴设有流化床气化段、干燥热解段、可燃气体燃烧段；流化床气化段底部设置排渣管，干燥热解段侧面对称设置2个垃圾进料口，可燃气体燃烧段上部设置高温烟气出口。
优选地，所述的流化床气化段包括绝热炉墙、风室二及布风板，布风板为倒V型结构；流化床气化段上部设有流化介质进口、底部对称设有2个排渣管；风室二底部设有漏灰排放口，侧面设有气化剂流通管。
优选地，所述的布风板斜面与水平线的夹角β为4～20°；排渣管为倾斜设置，其中心线与垂直线的夹角θ为15°～75°；流化床气化段深度D22为其宽度D2的1～8倍；流化床气化段的布风板至流化床气化段出口的高度H2为其深度D22的1～4倍。
优选地，所述的气化剂流通管流通的气化剂为空气、富氧空气、纯氧中的任意一种或空气、富氧空气、纯氧中的任意一种与蒸汽的混合气体。
优选地，所述干燥热解段包括绝热炉墙，干燥热解段底部对称设有2个倾斜炉排；炉排下方设有风室一，风室一上设有进风口及漏灰排出口。
优选地，所述的炉排为固定炉排或活动炉排，炉排的倾角α为15°～60°，炉排的宽度为流化床气化段的深度D22的1～1.5倍、长度L等于其宽度的1～4倍；进风口通入的风为空气或热烟气；绝热炉墙上部倾斜、倾斜面与垂直面的角度δ为30°～80°；
优选地，所述的可燃气体燃烧段包括绝热炉墙与水冷或风冷炉墙的组合炉墙；可燃气体燃烧段下部设有至少2层空气喷口，空气喷口为4角切圆布置或前后墙对冲布置。
优选地，所述的空气喷口层数为2～16中的偶数.
优选地，所述的空气喷口的最上层至高温烟气出口的高度为6m～18m；可燃气体燃烧段的深度D11为所述流化床气化段的深度D22的0.5～2倍、宽度D1为其自身深度D11的1～4倍。
本发明的优点在于通过炉排、流化床布风板、可燃气体燃烧方式的窍门组合，在一个炉内实现了垃圾干燥热解、垃圾气化、可燃气体燃烧3个过程，克服了垃圾直接焚烧二噁英排放高的缺点，达到垃圾清洁热转化的目的。由于设置了炉内干燥段，本发明可以处理含水了较高的垃圾。由于倒V型布风板可将大颗粒不可燃垃圾排出炉外，且垃圾的气化活性较高且密度较低，因此本发明对垃圾前处理要求宽松，只需简单分拣破碎即可。
附图说明
图1为一体式流化床垃圾高效气化燃烧炉结构正视图；
图2为一体式流化床垃圾高效气化燃烧炉结构侧视图；
图3为图2所示A-A截面俯视结构一；
图4为图2所示A-A截面俯视结构二；
图5为图1所示B-B截面俯视图；
图6为图1所示Ⅰ处细节放大图；其中6a表示垃圾料层，6b表示热烟气；
附图标记说明：
100－可燃气体燃烧段；200－干燥热解段；300－炉排；400－流化床气化段；101－组合炉墙；102－空气喷口；103－高温烟气出口；201－绝热炉墙；202－进料口；203－进风口；204－风室一；205－漏灰排净口；401－绝热炉墙；402－排渣管；403－布风板；404－风室二；405－漏灰排放口；406－流化介质进口；408－气化剂流通管；
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
本发明为一种一体式流化床垃圾高效气化燃烧炉，如图1、图2所示。包括4个主要组成部分，炉体自下往上同轴设有流化床气化段400、干燥热解段200、可燃气体燃烧段100；流化床气化段400底部设置排渣管402，干燥热解段200侧面对称设置2个垃圾进料口202，可燃气体燃烧段100上部设置高温烟气出口103；流化床气化段400包括绝热炉墙401、风室二404及布风板403，布风板403为倒V型结构；流化床气化段400上部设有流化介质进口406、底部对称设置2个排渣管402；风室二404底部设有漏灰排放口405，侧面设置气化剂流通管408；干燥热解段200包括绝热炉墙201，干燥热解段200底部对称设有2个倾斜炉排300；炉排300下方设有风室一204，风室一204上设有进风口203及漏灰排出口205；可燃气体燃烧段100包括绝热炉墙与水冷或风冷炉墙的组合炉墙101；可燃气体燃烧段100下部设置至少2层空气喷口102，空气喷口102为4角切圆布置或前后墙对冲布置。
本发明的内部工作区域为3个区域，分别描述如下：
干燥热解区域：垃圾经过外部进料系统从2个进料口202进入设置在热解干燥段底部倾斜设置的炉排300，如图1和图5所示。由于炉排300具有一定的坡度，垃圾在炉排300上自由往下铺开，在炉排300上形成一定厚度的料层。来自风室一204的热烟气从炉排气体分配孔流出，水平穿透垃圾料层，对垃圾具有一定的加热、干燥、通风、推动的作用，垃圾料层的上部接收来自可燃气体燃烧段100的高温辐射，垃圾发生干燥、热解过程，如图6所示。干燥热解段200产生的热解气体、水蒸汽与来自流化床气化段400的可燃气体混合，随后进入可燃气体燃烧段100进行燃烧，干燥热解后的垃圾落入流化床气化段400进行气化反应。由于干燥热解段200的流通面积远大于流化床气化段400的流通面积，气体在流经热解气化段200时流速显著降低，从流化床气化段400夹带而上的颗粒在此处重新落入流化床气化段400继续气化，从而大幅降低高温烟气出口103排出的烟气含尘量。另一方面，气化产生的可燃气体富含氢气，在流经干燥热解段200流速降低后，停留时间延长，氢气与二噁英前驱物的反应时间增加，对从源头上降低二噁英的排放有益。
由于炉内设置了采用炉排300的干燥热解段200，本发明可处理含水量较高的垃圾，当入炉垃圾低位热值达到5200kJ/kg时，入炉垃圾最高含水量可放宽至52％。本发明对垃圾预处理要求简单，只需简单分拣，并破碎至粒径小于50mm即可。
气化区域：在干燥热解段经过干燥和部分热解后的垃圾落入流化床气化段400进行气化反应。气化剂空气+过热蒸汽经过布风板403均匀分配后对垃圾进行流化，使可燃物在悬浮状态下发生气化反应。对于粒度较大的不可燃物质，则在倒V型布风板403倾斜的作用下，逐渐靠近排灰管402排出炉外。
由于垃圾在流化床气化段400的停留时间较长，平均温度达到800℃，因此垃圾中的可燃物经可被彻底气化，所排出的灰渣灼减率较低，典型值小于5％。
可燃气体燃烧区域：气化段产生～800℃的可燃气夹带少量颗粒进入干燥热解段200，由于流通面积突然扩大，流速显著降低，被气流夹带的颗粒重新落入气化段，可燃气体与热解干燥段200产生的热解气和水蒸汽混合后进入可燃气体燃烧区域100。气体在往上流动的过程中，温度先降低随后逐渐被燃烧区域的高温辐射热加热，温度逐渐升高至800℃左右，与从空气喷口102喷入的热空气燃烧，温度进一步升高至870℃，高温区烟气的停留时间大于2S，使得可燃气体中的污染物、大分子物质彻底分解。当垃圾热值无法达到设计要求的热值时，在该区域设置补燃燃烧器来维持温度大于870℃。高温烟气从高温烟气出口103排出，进入后续系统的余热回收锅炉，产生蒸汽用于发电或供热。
为了加强空气与可燃气体的混合，该区域的空气喷口102设置为4角切圆，自下往上共设置4层，每一层的切圆直径相等，且从下往上分别为顺时针切圆、逆时针切圆、顺时针切圆、逆时针切圆，如图3所示。空气喷口102的设置的原则是尽可能使空气与可燃气体充分混合燃烧，除了4角切圆的方式外，前后墙对冲的设置方式也可达到类似的效果，如图4所示，本实施例优选前后墙对冲的设置方式。
本发明可从源头上显著降低了二噁英的排放，实现垃圾高效清洁热转化，达到了垃圾的减量化、稳定化、资源化和无害化的目的。
下面以一套日处理垃圾量600吨的一体式流化床垃圾高效气化燃烧炉为例，说明本发明的效果。
实施例
一套日处理600吨(含水量52％)的一体式流化床垃圾高效气化燃烧炉，流化床气化段400宽度D2为1500mm，深度D22为3000mm，高度H2为7m，该段为长方体，外部敷设耐火材料，厚度约200mm。
干燥热解段200绝热炉墙的耐火隔热层厚度约为200mm，倾斜面与垂直面的角度δ为65°。炉排300的宽度为3m，长度L为5m，炉排倾角α为25°。
可燃气体燃烧段100深度D11为3000mm，宽度度D1为6000mm，设置绝热炉墙，耐火隔热层的厚度约为200mm，设置4层4角切圆空气喷口，最上层空气喷口离高温烟气出口103的高度H1为8000mm。炉内设置SNCR、设置补燃燃烧器(入炉垃圾低热值低于5200kJ/kg时投用)，气化燃烧炉总高约32000mm。
高温烟气出口103接余热锅炉，高温烟气经余热锅炉回收热量后部分烟气经过风机增压后送至干燥热解段200。余热锅炉所产蒸汽送至1台超临界燃煤锅炉进行再热提升品位后利用超临界机组发电。余热锅炉所产蒸汽也可用于供热。
垃圾原料为城市垃圾，含水量52％。
垃圾的性质参数如下：
气化燃烧炉的操作参数如下：
气化燃烧炉的主要性能指标如下：
气化燃烧炉的排放指标如下(余热锅炉出口)：
从以上数据可以看出，本发明与现有垃圾焚烧方式相比，原始排放的二噁英含量显著降低(本发明仅为垃圾焚烧炉的12.5％)，烟气含尘量也大幅度降低(本发明为垃圾焚烧炉的33.3％)，整体热效率与垃圾焚烧炉相当(大于80％)。由于采用了一体式的炉型结构，设备的投资与同等规模的垃圾焚烧炉相当，而排放指标优于垃圾焚烧炉。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
