解读:高温热解分级燃烧垃圾焚烧炉设计原理

2018-11-01

一、城市垃圾的特征及燃烧特性分析

    城市生活垃圾是由多种废物组成的混合物,成份非常复杂、水分高、热值较低,在1400~3500kcal/kg左右,具有透气性强、脱水速度快,燃烧速度快,灰份低等特点。


二、燃烧设计原理

    任何有机物都是由简单的无机小分子构成的。有机物分解成简单无机分子的条件就是打开分子之间的结合力,使其为与氧气反应创造前提条件。国际上处理二噁英的标准是使烟气在800℃的高温下,热解时间不低于2秒钟,我们所设计标准是在900℃的高温环境下,烟气热解时间不低于2秒钟。


三、关于燃烧部分的设计说明

在实际现场运行中,所收集的垃圾水分含量和物料种类不可控,一般需要烘干等前置处理,造成设备复杂,结构繁琐,故障率高,增加运行成本,之所以采用高温气化分级燃烧方式,一方面解决了二噁英的合成,另一方面解决了物料含水量及热值不确定等不可控因素。本设备在设计过程中免去了前期的烘干过程,所搜集的所有物料直接进入气化室(包括建筑垃圾、金属废料),无需分拣。

1、尽可能的提高燃烧室的温度,燃烧室采用绝热设计,用来保持气化室和燃烧室的温度且温度可控。

2、燃烧方式:生活垃圾的燃烧由于透气性强,燃烧速度快,一是容易造成燃烧室的氧含量大,NOx产生量大;二是易形成积碳,容易堵塞炉排及换热管束。

为此我们在炉拱下部布置高温风管(高温风来源于炉膛内部的盘管),利用高温空气从上而下吹燃燃料,减少NOx的产生。本高温风为主给风量。

利用垃圾开始焚烧时产生的热量来预热空气至300-500℃,把热空气加压后,通过炉拱下部布置高温风管,从炉排上慢慢燃烧的火焰上部,逆行吹至燃料,使其进行预热后并迅速燃烧。垃圾在气化室内自上而下燃烧裂解。解决氧含量大与积碳问题。

3、水冷炉排(专利号:ZL 201721554709.1)倾斜角39度,炉排下采用均布风系统,分多个独立风室,每个风室由二个独立的对向风机布风,风量大小由变频控制。用来精确控制气化室含氧量。

4、水冷炉排下方配置往复排,用于燃烧气化在水冷排上送来的未气化尽的燃料,调节往复排的速度可以控制物料的燃尽度及灰渣的下行速度。由于高温气化区在整个气化室的前部,前部的水冷炉排因内部有强制水循环冷却,不会遭受损坏。随着物料的下行,气化室温度降低,中低温区正好处于往复炉排上部,往复炉排的材质选择范围大,不必采用贵重特殊材料即可。

5、气化室的高含碳量的高温烟气进入一燃室,气化室的高温烟气和部分过剩氧气进入一燃室,进行充分混合二次燃烧。产生高温850-1100℃,用于做功。(一燃室也可引进部分尾气,让尾气中的氮氧分子在高温中充分分解,使NOx排放更低。)

6、一燃室、二燃室及三燃室采用绝热材料进行保温,不增加水冷壁管吸热,以保证一、二、三燃室的高温环境。根据烟气流速计算出,一燃室至三燃室的烟气流程长度,以保证烟气在高温环境中相对停留时间≥2S,以减少二噁英排放。


      7、由于采用的是高温气化方式,最终燃烧的是气化后的高温烟气,即便是不增加任何尾气处理设备,也不会有黑烟和味道。


四、垃圾与给料系统的设计

垃圾经抓斗放入垃圾储仓后,用液压推料系统推进料仓,再由液压推料系统将料推入燃烧室。推料开口为190mm,可以将直径350mm左右的团状垃圾挤压后推入燃烧室。如块大推不进去,可由检查孔人工打碎或由检查孔从料仓内取出。料仓的高度由料位仪控制,料仓内设喷水管,防止回燃。给料系统由独立的给料机控制。


五、推渣系统的设计

推渣采用液压推渣系统,主要作用是控制底料的移动速度及灰渣的多少。


六、关于热解区的设计

热解区采用高温耐火与蓄热材料预制制作,主要作用是增大烟道内的蓄热量,提升低温烟气的温度,为有机分子充分热解与氧气反应创造必要条件。


七、关于烟气CO还原法脱硝技术

        不降低燃烧室的温度,在烟气的出口处增加脱硝装置,产生的还原性气体在高温下与NO反应将其还原成无害气体(烟气中95%以上的NXOX气体为NO)。燃料燃烧温度达到华氏900K(482℃)时开始生成NOx,温度越高,生成的NOx浓度越高。NOx中95%以上为一氧化氮,一氧化氮在没有催化剂的情况下,最佳还原温度为950~1100℃之间,可以与之反应的还原物质有一氧化碳、活性炭、氢气、甲烷、煤气、氨水、尿素等。燃料分级燃烧技术是用还原性气体在高温下将一氧化氮还原成无害气体氮气。

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