專利名稱：一種燃燒不規(guī)則低灰熔點(diǎn)燃料的燃燒方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃燒方法及其設(shè)備，屬于燃燒固體廢棄物和生物質(zhì)燃料的燃燒方法及其設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，資源和環(huán)境問題越來越受到人們的關(guān)注。如何處理一些固體廢棄物以及綠化副產(chǎn)品，利用可再生資源提供能源等已成為重要問題。
開發(fā)可再生的生物質(zhì)作為鍋爐燃料，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略之一。例如棕櫚殼是城市綠化和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)品，分析表明棕櫚殼具有很高的熱值，可達(dá)4000kJ/kg，而且燃燒的過程中不會(huì)產(chǎn)生二惡英等劇毒的污染物，其中的灰分中含有豐富的鉀，可以回收利用作為化肥。由于棕櫚殼難以破碎，而且經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，棕櫚殼中水分較大(通常超過50％)，灰份含量低，但是由于在生長過程中，生物質(zhì)吸收了大量的堿金屬和堿土金屬的成分，燃燒產(chǎn)物的灰熔點(diǎn)低，所以棕櫚殼不適合利用煤粉爐、鏈條爐或者流化床鍋爐燃燒。一些固體廢棄物也具有和棕櫚殼等生物質(zhì)類似的性質(zhì)，粒徑較大，而且不規(guī)則，熱值較大，但是水分高，灰熔點(diǎn)低。
目前我國國內(nèi)的垃圾焚燒鍋爐采用的主要爐型是鏈條爐和循環(huán)流化床鍋爐等，不同的爐型對(duì)垃圾燃料有各自不同的要求，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)顯示，各種爐型都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)?，F(xiàn)有的技術(shù)都采用固態(tài)排渣，由于燃燒產(chǎn)物的灰熔點(diǎn)低，爐膛中的燃燒溫度一般不得超過800℃，限制了燃燒溫度，會(huì)使燃燒不充分，燃燒效率低，一些有害的有機(jī)結(jié)構(gòu)不能完全分解并生成較多的二惡英等有害成分；而且容易產(chǎn)生結(jié)渣的問題，會(huì)影響爐膛水冷壁的傳熱效率，甚至?xí)鹨恍┦鹿?，使鍋爐的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行受到影響。所以現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)瓶頸是如何解決固體廢棄物的灰熔點(diǎn)低帶來的相關(guān)問題。
目前的固體廢棄物和生物質(zhì)燃料燃燒的另一個(gè)問題是，由于這類燃料成分往往不夠穩(wěn)定，并且常常由于水分比較高，所以著火、穩(wěn)燃有一些難度，一般需要特殊的燃燒器或者采用添加輔助燃料等其它措施來保證著火，從而提高了設(shè)備投資和運(yùn)行成本；所以如何解決固體廢棄物和生物質(zhì)燃料的著火問題也是一個(gè)重要問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)一些不規(guī)則、粒徑大、熱值較高，但水份較大，灰熔點(diǎn)較低的生物質(zhì)燃料或其它固體廢棄物提供一種燃燒方法及其燃燒設(shè)備，該方法能夠進(jìn)一步提高燃燒效率，增強(qiáng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時(shí)有效解決著火和結(jié)渣的問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種燃燒不規(guī)則低灰熔點(diǎn)燃料的方法，其特征在于該方法包括如下步驟進(jìn)行1)利用臥式傾斜旋轉(zhuǎn)的燃燒室，使燃燒室的中心軸線與水平面的夾角在2～12°的范圍內(nèi)，并在燃燒室外部敷設(shè)保溫層；2)將不規(guī)則低灰熔點(diǎn)的燃料和助燃熱空氣從燃燒室前端送入燃燒室內(nèi)進(jìn)行燃燒，所述旋轉(zhuǎn)燃燒室的旋轉(zhuǎn)速度為5～10r/min；燃燒室內(nèi)的燃燒溫度至少為1300℃，使燃料在燃燒室內(nèi)形成液態(tài)熔渣；3)利用設(shè)置在燃燒室尾端的捕渣裝置收集液態(tài)熔渣，再經(jīng)?；?、澄清處理；燃燒室所產(chǎn)生的煙氣進(jìn)入尾部煙道完成換熱。
本發(fā)明提供了一種燃燒不規(guī)則低灰熔點(diǎn)燃料的鍋爐，包括燃燒室，與燃燒室相連的捕渣裝置和尾部煙道，所述的尾部煙道中含有空氣預(yù)熱器，其特征在于所述的燃燒室采用臥式傾斜旋轉(zhuǎn)的燃燒室，燃燒室的中心軸線與水平面的夾角在2～12°的范圍內(nèi)，并在燃燒室外部設(shè)有隔熱層；所述的捕渣裝置設(shè)置在所述燃燒室的尾端，并與渣井、粒化箱和澄清池相連接。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果①本發(fā)明適用于灰熔點(diǎn)很低的燃料，燃燒室溫度很高，燃料燃燒充分，所產(chǎn)生的灰份被熔融成液體，不會(huì)結(jié)渣。熔融的灰渣流經(jīng)捕渣裝置以后，進(jìn)入渣井，除少量的粉塵之外，不會(huì)進(jìn)入尾部煙道造成在過熱器、省煤器等部位的結(jié)渣。②由于采用了傾斜的旋轉(zhuǎn)式燃燒室，在燃燒室內(nèi)形成煙氣內(nèi)循環(huán)，因而能在一定程度上提高了著火的可靠性，較好地解決了著火的問題。在燃料質(zhì)量出現(xiàn)較大波動(dòng)或者輸送設(shè)備停機(jī)的時(shí)候，由于旋轉(zhuǎn)燃燒室保溫層的作用，使旋轉(zhuǎn)燃燒室的溫度波動(dòng)小，調(diào)節(jié)范圍大，可靠性高。③由于燃燒溫度較高，燃燒時(shí)間較長，能很快的燒去難分解的有毒有機(jī)物質(zhì)，并抑止劇毒的二惡英類物質(zhì)的生成，能較好的降低污染物的排放；本發(fā)明中可以采用較低的過量空氣系數(shù)，降低氮氧化物的生成；本發(fā)明燃燒充分，灰渣中殘?zhí)忌?，便于后繼處理。④本發(fā)明適用于各種較大粒徑且難于破碎的燃料，對(duì)粒徑?jīng)]有特定的要求，不僅降低了能耗和運(yùn)行成本，而且降低了制粉系統(tǒng)的投資。


圖1為本發(fā)明提供的燃燒不規(guī)則、低灰熔點(diǎn)燃料鍋爐的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為旋轉(zhuǎn)燃燒室中煙氣回流和形成高溫，富燃料區(qū)狀態(tài)示意圖。
圖中1-助燃熱空氣管道；2-進(jìn)料口；3-電機(jī)；4-齒輪；5-旋轉(zhuǎn)燃燒室；6-保溫層；7-尾部煙道；8-捕渣裝置；9-渣井；10-?；洌?1-澄清池。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的工作原理、結(jié)構(gòu)及最佳實(shí)施方式。
本發(fā)明工作原理如下在本發(fā)明中，采用臥式傾斜的旋轉(zhuǎn)燃燒室5，并在燃燒室周圍布置隔熱層6，在燃燒設(shè)備正常運(yùn)行以后，在燃燒室中維持高溫區(qū)。由于不需要像鏈條爐和流化床鍋爐那樣需要在爐膛中布置水冷壁等來吸熱，其熱量平衡方程可以表示成
Qr，w+Qr，a+Qr，k＝Q1+Q2+Q3+Q4+Q5其中Qr，w燃料的發(fā)熱量kJ/h；Qr，a輔助燃料的的發(fā)熱量kJ/h；Qr，k助燃空氣的發(fā)熱量kJ/h；Q1煙氣帶走的熱量kJ/h；Q2化學(xué)不完全燃燒熱損失kJ/h；Q3機(jī)械不完全燃燒熱損失kJ/hQ4散熱損失kJ/h；Q5灰渣物理熱損失kJ/h。
燃料的發(fā)熱量與固體廢棄物和生物質(zhì)的組成有關(guān)，研究表明，熱值一般在3350～5000kJ/kg的范圍內(nèi)，在計(jì)算中采用棕櫚殼的熱值4000kJ/kg作為例子計(jì)算，設(shè)定過量空氣系數(shù)為1.2，設(shè)進(jìn)入燃燒室的助燃熱空氣溫度為280℃進(jìn)行計(jì)算。
化學(xué)不完全燃燒熱損失和機(jī)械不完全燃燒熱損失都比較小，在理論計(jì)算的時(shí)候可以不予考慮。采用較厚的水冷壁，散熱損失也比較低。根據(jù)熱量平衡，燃料燃燒釋放的熱量和熱空氣帶入的熱量用于加熱煙氣，形成高溫的煙氣和高溫的熔融灰渣。根據(jù)資料得到的比熱值和燃料的成分分析，計(jì)算得到燃燒棕櫚殼所得到的溫度能達(dá)到1600℃以上，而固體廢棄物或生物質(zhì)燃料中的最難熔成分的灰熔點(diǎn)也不超過1300℃，說明在燃燒熱值較高灰熔點(diǎn)較低的固體廢棄物或生物質(zhì)燃料時(shí)，一般都能保證旋轉(zhuǎn)燃燒室中的溫度足夠高，形成液態(tài)排渣。
計(jì)算示例理論達(dá)到的技術(shù)參數(shù)如下表所示燃料低位發(fā)熱量 送風(fēng)溫度 過量空氣系數(shù) 燃燒效率 理論排煙溫度kJ/kg ℃- ％℃4000280 1.2 951635在燃燒不規(guī)則、低灰熔點(diǎn)燃料鍋爐中，棕櫚殼等生物質(zhì)燃料或者固體廢棄物等燃料從旋轉(zhuǎn)燃燒室5左端的進(jìn)料口2送入，進(jìn)入旋轉(zhuǎn)燃燒室5燃燒，燃燒室周圍布置有保溫層6，使?fàn)t內(nèi)溫度保持在至少1300℃。
回轉(zhuǎn)燃燒室的傾角是燃燒不規(guī)則、低灰熔點(diǎn)燃料鍋爐設(shè)計(jì)的又一關(guān)鍵。傾角過大，可使燃料迅速的由燃燒室左端運(yùn)動(dòng)到右端，以及熔融的灰渣流動(dòng)太快等，燃燒時(shí)間不夠，很難燃盡；傾角過小，會(huì)造成燃料在燃燒室內(nèi)局部位置的堆積，并造成局部位置溫度過高，影響燃燒室的壽命，不利于穩(wěn)定運(yùn)行。本發(fā)明所述的燃燒室采用臥式傾斜旋轉(zhuǎn)的燃燒室，燃燒室的中心軸線與水平面的夾角在2～12°的范圍內(nèi)，并在燃燒室外部設(shè)有保溫層；所述的捕渣裝置設(shè)置在所述燃燒室的尾端，并與渣井、?；浜统吻宄叵噙B接。旋轉(zhuǎn)燃燒室5由電機(jī)3帶動(dòng)齒輪4轉(zhuǎn)動(dòng)，可以改變電機(jī)轉(zhuǎn)速來控制旋轉(zhuǎn)燃燒室5的轉(zhuǎn)速。對(duì)于一般的生物質(zhì)燃料和固體廢棄物，旋轉(zhuǎn)燃燒室5的旋轉(zhuǎn)速度可在5～10r/min范圍內(nèi)，旋轉(zhuǎn)燃燒室5的軸線與水平面的夾角可在2～12°的范圍內(nèi)。
燃料和煙氣在旋轉(zhuǎn)燃燒室5的尾部被分離，在重力的作用下，熔融的灰渣由捕渣裝置8收集，通過渣井9，然后在粒化箱10中?；?，變成固體顆粒，并被送入澄清池11，最終與水分離。煙氣則上升進(jìn)入尾部煙道7，流經(jīng)過熱器，再熱器，省煤器和空氣預(yù)熱器等完成換熱，并經(jīng)過凈化和除塵裝置，最后通過煙囪排入大氣。由于固體廢棄物的燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生粉塵和SOx、NOx以及氯化物等有害氣體，所以凈化和除塵裝置是必不可少的，針對(duì)不同的燃料，需要配備HCl-洗滌塔、SO2-洗滌塔以及脫NOX反應(yīng)器等，確保廢氣的排放達(dá)到國家環(huán)保要求。
設(shè)置在尾部煙道中的空氣預(yù)熱器通過熱空氣管道與燃燒室前端部相連。在燃燒過程中，空氣首先在空氣預(yù)熱器中被預(yù)熱，預(yù)熱產(chǎn)生的熱空氣溫度一般在250～300℃，并通過熱空氣管道1送入旋轉(zhuǎn)燃燒室5。如圖2所示，助燃熱空氣從燃燒室的前端進(jìn)料口2的附近通過熱空氣噴嘴送入燃燒室，由前往后運(yùn)動(dòng)，由于旋轉(zhuǎn)燃燒室的傾角作用，使燃料由上往下地運(yùn)動(dòng)；而燃燒產(chǎn)生的熱煙氣在重力作用下往上運(yùn)動(dòng)，在燃燒室內(nèi)會(huì)形成內(nèi)循環(huán)，高溫的煙氣被卷回到進(jìn)料口附近，將燃料加熱并點(diǎn)燃析出的揮發(fā)分，燃料隨后開始參與燃燒，在燃燒室的前端形成高溫，高氧濃度和燃料濃度的區(qū)域，如圖2中陰影部分所示；在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，燃料迅速釋放熱量，使燃料的著火比較穩(wěn)定。在進(jìn)行低負(fù)荷運(yùn)行或者燃料成分發(fā)生比較大的變化時(shí)，能夠保證新的燃料在送入燃燒室以后能夠被可靠的點(diǎn)燃，有利于燃燒設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種燃燒不規(guī)則低灰熔點(diǎn)燃料的方法，其特征在于該方法包括如下步驟1)利用臥式傾斜旋轉(zhuǎn)的燃燒室，使燃燒室的中心軸線與水平面的夾角在2～12°的范圍內(nèi)，并在燃燒室外部敷設(shè)保溫層；2)將不規(guī)則低灰熔點(diǎn)的燃料和助燃熱空氣從燃燒室前端送入燃燒室內(nèi)進(jìn)行燃燒，所述旋轉(zhuǎn)燃燒室的旋轉(zhuǎn)速度為5～10r/min；燃燒室內(nèi)的燃燒溫度至少為1300℃，使燃料在燃燒室內(nèi)形成液態(tài)熔渣；3)利用設(shè)置在燃燒室尾端的捕渣裝置收集液態(tài)熔渣，再經(jīng)?；⒊吻逄幚?；燃燒室所產(chǎn)生的煙氣進(jìn)入尾部煙道完成換熱。
2.一種燃燒不規(guī)則低灰熔點(diǎn)燃料的鍋爐，包括燃燒室，與燃燒室相連的捕渣裝置和尾部煙道，所述的尾部煙道中含有空氣預(yù)熱器，其特征在于所述的燃燒室采用臥式傾斜旋轉(zhuǎn)的燃燒室，燃燒室的中心軸線與水平面的夾角在2～12°的范圍內(nèi)，并在燃燒室外部設(shè)有保溫層；所述的捕渣裝置設(shè)置在所述燃燒室的尾端，并與渣井、?；浜统吻宄叵噙B接。
3.按照權(quán)利要求2所述的燃燒不規(guī)則低灰熔點(diǎn)燃料的鍋爐，其特征在于所述的空氣預(yù)熱器通過熱空氣管道與燃燒室前端部相連。
全文摘要
一種燃燒不規(guī)則低灰熔點(diǎn)燃料的燃燒方法及其設(shè)備，屬于燃燒固體廢棄物和生物質(zhì)燃料燃燒方法及其設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明利用臥式傾斜旋轉(zhuǎn)的燃燒室，使燃燒室的中心軸線與水平面的夾角在2～12°的范圍內(nèi)，并在燃燒室外部敷設(shè)保溫層；將不規(guī)則低灰熔點(diǎn)的燃料放入燃燒室內(nèi)進(jìn)行燃燒，使燃料在燃燒室內(nèi)形成液態(tài)熔渣；將液態(tài)熔渣通過設(shè)置在燃燒室尾端的捕渣裝置，然后通過?；⒊吻逄幚?，所產(chǎn)生的煙氣進(jìn)入尾部煙道完成換熱。本發(fā)明采用了旋轉(zhuǎn)燃燒室和捕渣裝置，采用液態(tài)排渣，解決了燃料低灰熔點(diǎn)的問題；傾斜的旋轉(zhuǎn)燃燒室還成功的解決了著火的問題，提高了鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性。本發(fā)明對(duì)燃料的粒徑大小沒有特定的要求，因而降低了制粉系統(tǒng)的投資。
文檔編號(hào)F23G5/46GK1587814SQ20041007407
公開日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月3日
發(fā)明者張海, 侯祥松, 呂俊復(fù), 岳光溪 申請(qǐng)人:清華大學(xué)