专利名称：一种燃烧不规则低灰熔点燃料的燃烧方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃烧方法及其设备，属于燃烧固体废弃物和生物质燃料的燃烧方法及其设备技术领域。
背景技术：
随着国民经济的发展，资源和环境问题越来越受到人们的关注。如何处理一些固体废弃物以及绿化副产品，利用可再生资源提供能源等已成为重要问题。
开发可再生的生物质作为锅炉燃料，是实现可持续发展的战略之一。例如棕榈壳是城市绿化和农业生产的副产品，分析表明棕榈壳具有很高的热值，可达4000kJ/kg，而且燃烧的过程中不会产生二恶英等剧毒的污染物，其中的灰分中含有丰富的钾，可以回收利用作为化肥。由于棕榈壳难以破碎，而且经过分析发现，棕榈壳中水分较大(通常超过50％)，灰份含量低，但是由于在生长过程中，生物质吸收了大量的碱金属和碱土金属的成分，燃烧产物的灰熔点低，所以棕榈壳不适合利用煤粉炉、链条炉或者流化床锅炉燃烧。一些固体废弃物也具有和棕榈壳等生物质类似的性质，粒径较大，而且不规则，热值较大，但是水分高，灰熔点低。
目前我国国内的垃圾焚烧锅炉采用的主要炉型是链条炉和循环流化床锅炉等，不同的炉型对垃圾燃料有各自不同的要求，运行经验显示，各种炉型都有自己的优缺点。现有的技术都采用固态排渣，由于燃烧产物的灰熔点低，炉膛中的燃烧温度一般不得超过800℃，限制了燃烧温度，会使燃烧不充分，燃烧效率低，一些有害的有机结构不能完全分解并生成较多的二恶英等有害成分；而且容易产生结渣的问题，会影响炉膛水冷壁的传热效率，甚至会引起一些事故，使锅炉的连续稳定运行受到影响。所以现有技术的一个瓶颈是如何解决固体废弃物的灰熔点低带来的相关问题。
目前的固体废弃物和生物质燃料燃烧的另一个问题是，由于这类燃料成分往往不够稳定，并且常常由于水分比较高，所以着火、稳燃有一些难度，一般需要特殊的燃烧器或者采用添加辅助燃料等其它措施来保证着火，从而提高了设备投资和运行成本；所以如何解决固体废弃物和生物质燃料的着火问题也是一个重要问题。
发明内容
本发明的目的是针对一些不规则、粒径大、热值较高，但水份较大，灰熔点较低的生物质燃料或其它固体废弃物提供一种燃烧方法及其燃烧设备，该方法能够进一步提高燃烧效率，增强运行的稳定性，同时有效解决着火和结渣的问题。
本发明的技术方案如下
一种燃烧不规则低灰熔点燃料的方法，其特征在于该方法包括如下步骤进行1)利用卧式倾斜旋转的燃烧室，使燃烧室的中心轴线与水平面的夹角在2～12°的范围内，并在燃烧室外部敷设保温层；2)将不规则低灰熔点的燃料和助燃热空气从燃烧室前端送入燃烧室内进行燃烧，所述旋转燃烧室的旋转速度为5～10r/min；燃烧室内的燃烧温度至少为1300℃，使燃料在燃烧室内形成液态熔渣；3)利用设置在燃烧室尾端的捕渣装置收集液态熔渣，再经粒化、澄清处理；燃烧室所产生的烟气进入尾部烟道完成换热。
本发明提供了一种燃烧不规则低灰熔点燃料的锅炉，包括燃烧室，与燃烧室相连的捕渣装置和尾部烟道，所述的尾部烟道中含有空气预热器，其特征在于所述的燃烧室采用卧式倾斜旋转的燃烧室，燃烧室的中心轴线与水平面的夹角在2～12°的范围内，并在燃烧室外部设有隔热层；所述的捕渣装置设置在所述燃烧室的尾端，并与渣井、粒化箱和澄清池相连接。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果①本发明适用于灰熔点很低的燃料，燃烧室温度很高，燃料燃烧充分，所产生的灰份被熔融成液体，不会结渣。熔融的灰渣流经捕渣装置以后，进入渣井，除少量的粉尘之外，不会进入尾部烟道造成在过热器、省煤器等部位的结渣。②由于采用了倾斜的旋转式燃烧室，在燃烧室内形成烟气内循环，因而能在一定程度上提高了着火的可靠性，较好地解决了着火的问题。在燃料质量出现较大波动或者输送设备停机的时候，由于旋转燃烧室保温层的作用，使旋转燃烧室的温度波动小，调节范围大，可靠性高。③由于燃烧温度较高，燃烧时间较长，能很快的烧去难分解的有毒有机物质，并抑止剧毒的二恶英类物质的生成，能较好的降低污染物的排放；本发明中可以采用较低的过量空气系数，降低氮氧化物的生成；本发明燃烧充分，灰渣中残碳少，便于后继处理。④本发明适用于各种较大粒径且难于破碎的燃料，对粒径没有特定的要求，不仅降低了能耗和运行成本，而且降低了制粉系统的投资。
图1为本发明提供的燃烧不规则、低灰熔点燃料锅炉的结构示意图。
图2为旋转燃烧室中烟气回流和形成高温，富燃料区状态示意图。
图中1-助燃热空气管道；2-进料口；3-电机；4-齿轮；5-旋转燃烧室；6-保温层；7-尾部烟道；8-捕渣装置；9-渣井；10-粒化箱；11-澄清池。
具体实施例方式
下面结合附图进一步说明本发明的工作原理、结构及最佳实施方式。
本发明工作原理如下在本发明中，采用卧式倾斜的旋转燃烧室5，并在燃烧室周围布置隔热层6，在燃烧设备正常运行以后，在燃烧室中维持高温区。由于不需要像链条炉和流化床锅炉那样需要在炉膛中布置水冷壁等来吸热，其热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燃料的发热量kJ/h；Qr，a辅助燃料的的发热量kJ/h；Qr，k助燃空气的发热量kJ/h；Q1烟气带走的热量kJ/h；Q2化学不完全燃烧热损失kJ/h；Q3机械不完全燃烧热损失kJ/hQ4散热损失kJ/h；Q5灰渣物理热损失kJ/h。
燃料的发热量与固体废弃物和生物质的组成有关，研究表明，热值一般在3350～5000kJ/kg的范围内，在计算中采用棕榈壳的热值4000kJ/kg作为例子计算，设定过量空气系数为1.2，设进入燃烧室的助燃热空气温度为280℃进行计算。
化学不完全燃烧热损失和机械不完全燃烧热损失都比较小，在理论计算的时候可以不予考虑。采用较厚的水冷壁，散热损失也比较低。根据热量平衡，燃料燃烧释放的热量和热空气带入的热量用于加热烟气，形成高温的烟气和高温的熔融灰渣。根据资料得到的比热值和燃料的成分分析，计算得到燃烧棕榈壳所得到的温度能达到1600℃以上，而固体废弃物或生物质燃料中的最难熔成分的灰熔点也不超过1300℃，说明在燃烧热值较高灰熔点较低的固体废弃物或生物质燃料时，一般都能保证旋转燃烧室中的温度足够高，形成液态排渣。
计算示例理论达到的技术参数如下表所示燃料低位发热量 送风温度 过量空气系数 燃烧效率 理论排烟温度kJ/kg ℃- ％℃4000280 1.2 951635在燃烧不规则、低灰熔点燃料锅炉中，棕榈壳等生物质燃料或者固体废弃物等燃料从旋转燃烧室5左端的进料口2送入，进入旋转燃烧室5燃烧，燃烧室周围布置有保温层6，使炉内温度保持在至少1300℃。
回转燃烧室的倾角是燃烧不规则、低灰熔点燃料锅炉设计的又一关键。倾角过大，可使燃料迅速的由燃烧室左端运动到右端，以及熔融的灰渣流动太快等，燃烧时间不够，很难燃尽；倾角过小，会造成燃料在燃烧室内局部位置的堆积，并造成局部位置温度过高，影响燃烧室的寿命，不利于稳定运行。本发明所述的燃烧室采用卧式倾斜旋转的燃烧室，燃烧室的中心轴线与水平面的夹角在2～12°的范围内，并在燃烧室外部设有保温层；所述的捕渣装置设置在所述燃烧室的尾端，并与渣井、粒化箱和澄清池相连接。旋转燃烧室5由电机3带动齿轮4转动，可以改变电机转速来控制旋转燃烧室5的转速。对于一般的生物质燃料和固体废弃物，旋转燃烧室5的旋转速度可在5～10r/min范围内，旋转燃烧室5的轴线与水平面的夹角可在2～12°的范围内。
燃料和烟气在旋转燃烧室5的尾部被分离，在重力的作用下，熔融的灰渣由捕渣装置8收集，通过渣井9，然后在粒化箱10中粒化，变成固体颗粒，并被送入澄清池11，最终与水分离。烟气则上升进入尾部烟道7，流经过热器，再热器，省煤器和空气预热器等完成换热，并经过净化和除尘装置，最后通过烟囱排入大气。由于固体废弃物的燃烧过程中会产生粉尘和SOx、NOx以及氯化物等有害气体，所以净化和除尘装置是必不可少的，针对不同的燃料，需要配备HCl-洗涤塔、SO2-洗涤塔以及脱NOX反应器等，确保废气的排放达到国家环保要求。
设置在尾部烟道中的空气预热器通过热空气管道与燃烧室前端部相连。在燃烧过程中，空气首先在空气预热器中被预热，预热产生的热空气温度一般在250～300℃，并通过热空气管道1送入旋转燃烧室5。如图2所示，助燃热空气从燃烧室的前端进料口2的附近通过热空气喷嘴送入燃烧室，由前往后运动，由于旋转燃烧室的倾角作用，使燃料由上往下地运动；而燃烧产生的热烟气在重力作用下往上运动，在燃烧室内会形成内循环，高温的烟气被卷回到进料口附近，将燃料加热并点燃析出的挥发分，燃料随后开始参与燃烧，在燃烧室的前端形成高温，高氧浓度和燃料浓度的区域，如图2中阴影部分所示；在这个区域内，燃料迅速释放热量，使燃料的着火比较稳定。在进行低负荷运行或者燃料成分发生比较大的变化时，能够保证新的燃料在送入燃烧室以后能够被可靠的点燃，有利于燃烧设备的稳定运行。
权利要求
1.一种燃烧不规则低灰熔点燃料的方法，其特征在于该方法包括如下步骤1)利用卧式倾斜旋转的燃烧室，使燃烧室的中心轴线与水平面的夹角在2～12°的范围内，并在燃烧室外部敷设保温层；2)将不规则低灰熔点的燃料和助燃热空气从燃烧室前端送入燃烧室内进行燃烧，所述旋转燃烧室的旋转速度为5～10r/min；燃烧室内的燃烧温度至少为1300℃，使燃料在燃烧室内形成液态熔渣；3)利用设置在燃烧室尾端的捕渣装置收集液态熔渣，再经粒化、澄清处理；燃烧室所产生的烟气进入尾部烟道完成换热。
2.一种燃烧不规则低灰熔点燃料的锅炉，包括燃烧室，与燃烧室相连的捕渣装置和尾部烟道，所述的尾部烟道中含有空气预热器，其特征在于所述的燃烧室采用卧式倾斜旋转的燃烧室，燃烧室的中心轴线与水平面的夹角在2～12°的范围内，并在燃烧室外部设有保温层；所述的捕渣装置设置在所述燃烧室的尾端，并与渣井、粒化箱和澄清池相连接。
3.按照权利要求2所述的燃烧不规则低灰熔点燃料的锅炉，其特征在于所述的空气预热器通过热空气管道与燃烧室前端部相连。
全文摘要
一种燃烧不规则低灰熔点燃料的燃烧方法及其设备，属于燃烧固体废弃物和生物质燃料燃烧方法及其设备技术领域。本发明利用卧式倾斜旋转的燃烧室，使燃烧室的中心轴线与水平面的夹角在2～12°的范围内，并在燃烧室外部敷设保温层；将不规则低灰熔点的燃料放入燃烧室内进行燃烧，使燃料在燃烧室内形成液态熔渣；将液态熔渣通过设置在燃烧室尾端的捕渣装置，然后通过粒化、澄清处理，所产生的烟气进入尾部烟道完成换热。本发明采用了旋转燃烧室和捕渣装置，采用液态排渣，解决了燃料低灰熔点的问题；倾斜的旋转燃烧室还成功的解决了着火的问题，提高了锅炉运行的稳定性。本发明对燃料的粒径大小没有特定的要求，因而降低了制粉系统的投资。
文档编号F23G5/46GK1587814SQ20041007407
公开日2005年3月2日 申请日期2004年9月3日 优先权日2004年9月3日
发明者张海, 侯祥松, 吕俊复, 岳光溪 申请人:清华大学