机械式炉排炉垃圾焚烧设备及方法与流程

1.本发明涉及城市生活垃圾焚烧技术领域，特别是涉及一种机械式炉排炉垃圾焚烧设备及方法，尤其可以应用于高热值垃圾的焚烧。


背景技术：

2.垃圾焚烧发电作为一种无害化、减量化、资源化的处理方式，成为我国垃圾城市垃圾处置的主要方法。垃圾焚烧发电流程：垃圾由运输车运至焚烧厂，经地磅称重后，开至卸料门，卸到垃圾池。垃圾吊车将垃圾送入给料斗，并送入炉内，垃圾经过干燥、燃烧和燃烬三个阶段，在850℃～1100℃的高温下充分燃烧。通过dcs自动控制系统和自动燃烧控制系统能够即时监控和调整炉内垃圾的燃烧工况，及时调节炉排运行速度和燃烧空气量。燃烧的火焰及垃圾焚烧产生的高温烟气，经余热锅炉进行热交换，产生高温蒸汽，为汽轮发电机组提供汽源。
3.目前垃圾焚烧发电厂的焚烧垃圾热值呈现逐渐上涨的趋势，原因：(1)随着国民经济的发展，垃圾的品质逐渐提高，热值也逐渐升高；(2)垃圾分类后带来的影响；(3)协同处置的需求，垃圾焚烧厂可能参与协同处置高热值垃圾，比如工业有机固废等。
4.一般来讲，垃圾焚烧厂的运行按25年～30年考虑，这就要求垃圾焚烧设备必须要适应垃圾热值增加带来的影响，目前国内针对焚烧高热值垃圾的研究主要集中在设备方面，例如水冷炉墙和水冷炉排的研发。
5.关于水冷炉排：例如中国申请cn107990326a公开了一种铸造成型的水冷炉排片，具体公开了焚烧炉炉排设置铸造成型的水冷炉排片，通过向其内置水腔中通入冷水的方式来冷却炉排，从而将炉排片表面温度下降至250摄氏度以下，使炉排片寿命提升5年以上，维护周期延长20％以上，大大降低了运营成本。又如中国申请cn107940482a公开了一种水冷炉排的水路布置结构，涉及的是水冷炉排的水路布置结构，水冷炉排的炉排片设有两个独立的水腔；水腔成u型，纵向排列在炉排片内部，具有挠性的金属管连接相邻炉排片对应水腔的进出口，每行炉排形成两个独立的贯通水路，以对炉排降温；该结构可使炉排片寿命提升5年以上，维护周期延长20％以上，大大降低了运营成本。虽然上述两篇现有技术均可以提升炉排片的使用寿命，但均是对水冷炉排的研究，且水冷炉排结构存在的问题是：水冷炉排加工制造成本高，且还需要增加水路和水箱的布置，炉排在推动过程中容易出现管路损坏、漏水等问题。
6.关于水冷炉墙：例如中国申请cn107893999a公开了一种垃圾焚烧炉水冷落差墙装置，该装置包括落差墙水冷壁、耐火材料、活动支撑装置、穿墙密封装置、中间密封装置、保温材料、背部密封盒等组成，可使落差墙表面温度冷却到450℃～550℃，有效降低炉膛热负荷和防止结焦，适应高热值垃圾焚烧。但是，该水冷炉墙装置存在的问题是：对于现有空冷焚烧炉来讲，需要大规模改造，成本高。
7.综上，目前对于焚烧高热值垃圾研究，都是从水冷炉墙或水冷炉排设备的研发和改造出发，然而水冷炉墙的改造过程复杂、投资大，水冷炉排在运行中容易出现漏水、破管
等故障，且更换炉排片操作复杂，水冷炉排还会增加加工成本。


技术实现要素：

8.本技术发明人从焚烧机理和控制角度出发，提供一种新的机械式炉排炉垃圾焚烧设备及方法。本发明通过利用低氧含量的循环烟气替代部分一次风空气，改变垃圾焚烧炉内的焚烧工况，降低炉排片表面热负荷，增加垃圾焚烧设备对高热值垃圾的适应能力；而且本发明改造投资成本和运行成本都相对较低，克服了现有技术中水冷炉排或水冷炉墙装置存在系列问题。本发明尤其适用于高热值垃圾的焚烧。
9.本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：
10.根据本发明的一个方面，本发明提供的一种机械式炉排炉垃圾焚烧方法，包括：
11.垃圾焚烧炉，包括炉排，炉排具有炉排室；
12.一次风管道，与炉排室相连，用于向炉排室内通入一次风；
13.二次风管道，与垃圾焚烧炉的炉膛相连，用于补入二次风，以使炉膛内可燃气体充分燃烧；
14.烟气净化系统，与垃圾焚烧炉的烟气出口相连，用于净化处理焚烧所产生的燃烧烟气，得到循环烟气；
15.循环烟气管道，一端与所述烟气净化系统相连，另一端通过炉排循环风道分别与各炉排室相连，用于抽取所述循环烟气并使其回流至炉排室内，以使所述循环烟气与一次风混合，降低炉排处的温度和氧含量，使炉排上垃圾在限氧控温条件下焚烧。
16.可选的，所述循环烟气管道、炉排循环风道、以及一次风管道上均设有流量调节装置。
17.可选的，所述烟气净化系统包括；依次通过管道相连的换热装置、脱酸装置、除尘装置和输送装置，其中，所述换热装置与垃圾焚烧炉相连用于对燃烧烟气进行换热；所述脱酸装置用于对换热后燃烧烟气进行脱酸处理；所述除尘装置用于对脱酸处理后燃烧烟气进行除尘得到循环烟气；所述输送装置用于将所述循环烟气循环回流至垃圾焚烧炉内。进一步地，所述输送装置为引风机，所述循环烟气管道从除尘装置和引风机之间管道引出。
18.可选的，所述炉排位于所述垃圾焚烧炉的下部；所述炉排室位于炉排下方；所述二次风管道位于所述垃圾焚烧炉的上部。
19.可选的，所述垃圾焚烧炉，包括多段炉排，每段炉排均具有独立的炉排室，每个炉排室至少通过一条炉排循环风道与所述循环烟气管道相连。
20.可选的，所述垃圾焚烧炉中，所述炉排包括干燥段、燃烧段及燃烬段；所述炉排室包括干燥炉排室、燃烧炉排室和燃烬炉排室；所述干燥炉排室与干燥段相连，所述燃烧炉排室与燃烧段相连，所述燃烬炉排室与燃烬段相连。
21.根据本发明的另一个方面，本发明提供的一种机械式炉排炉垃圾焚烧方法，其特征在于，包括：
22.收集并净化处理垃圾焚烧炉内焚烧所产生的燃烧烟气，得到循环烟气；
23.抽取所述循环烟气，将所述循环烟气回流至炉排室，并使其与通入炉排室的一次风混合，通过采用循环烟气替代部分一次风进入垃圾焚烧炉内来降低炉排处的温度和氧含量，以使炉排上的垃圾在限氧控温条件下焚烧；
24.向垃圾焚烧炉的炉膛内补入二次风，使炉膛内可燃气体充分燃烧。
25.可选的，所述循环烟气与一次风混合后从炉排下方进入垃圾焚烧炉内。
26.可选的，所述焚烧方法还包括：根据垃圾焚烧炉内焚烧工况变化，调节进入炉排室内的一次风和循环烟气的流量。
27.可选的，所述焚烧方法还包括：根据垃圾焚烧炉内可燃气体变化，调节进入炉膛内的二次风的流量。
28.可选的，所述焚烧方法还包括：根据垃圾热值，控制回流至炉排室内的循环烟气抽取量。其中，当为低热值垃圾时，降低循环烟气量。
29.可选的，所述的净化处理垃圾焚烧炉内焚烧所产生的燃烧烟气的步骤中，包括：对燃烧烟气进行换热；对换热后燃烧烟气进行脱酸处理；对脱酸处理后燃烧烟气进行除尘处理。
30.有益效果：本发明通过收集燃烧烟气并净化处理得到循环烟气，抽取循环烟气，利用该低氧含量的循环烟气替代部分一次风空气，循环回流到垃圾焚烧炉内，改变了垃圾焚烧炉内的焚烧工况，降低了炉排片表面热负荷，增加了垃圾焚烧设备对高热值垃圾的适应能力，本发明改造投资成本和运行成本都相对较低，克服了现有技术中水冷炉排或水冷炉墙装置存在系列问题。
31.与现有技术相比，本发明优点和有益效果还体现在以下几个方面：
32.1)本发明在保证垃圾在炉排上的充分气化和燃烧的情况下，由于循环烟气中o2含量低于一次风空气，从而降低了通入介质的氧含量，进而降低了炉排上垃圾空气过量系数，达到了限氧控温的效果，降低了炉排热负荷，减少了炉排片受到的高温热损害。
33.2)本发明通过抽取循环烟气替代部分一次风空气，由于循环烟气的引入，降低了垃圾焚烧炉内的o2含量，可降低nox等含氮污染物的产生量，进而降低后续烟气的处理成本。
34.3)本发明引入循环烟气替代一次风空气，使垃圾在炉排表面欠氧燃烧，再通过二次风补燃，使可燃气体在炉膛内的充分焚烧，降低了炉排表面热负荷减少炉排片受到的高温损害，降低了焚烧炉整体容积热负荷，减少了炉膛壁受到的高温损害。
35.4)本发明从焚烧机理角度出发，改进时仅需增加循环风机和管道/风道，不需要对垃圾焚烧炉进行大的改造，通过低成本的投资运行，就可解决了现有技术中水冷炉排/水冷炉墙设备进行高热值垃圾焚烧处理时所存在的一系列问题。
36.5)本发明尤其可以应用于高热值垃圾焚烧，但不限于此，也可以通过适当降低循环烟气量来焚烧低热值垃圾，本发明对垃圾热值波动的适应性强，应用范围广。
附图说明
37.图1是本发明机械式炉排炉垃圾焚烧方法的原理。
38.图1中，10垃圾焚烧炉，30循环烟气管道。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下
对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.图1示意性地示出了一种机械式炉排炉垃圾焚烧方法的原理，同时也示出了焚烧设备的连接结构。如图1所示，本发明提供的一种机械式炉排炉垃圾焚烧设备，包括：垃圾焚烧炉10、连至垃圾焚烧炉10的一次风管道和二次风管道、与垃圾焚烧炉10烟气出口相连的烟气净化系统、以及连接烟气净化系统和垃圾焚烧炉10的循环烟气管道30。其中，所述垃圾焚烧炉10用于对送入其内的垃圾进行焚烧。所述一次风管道用于向垃圾焚烧炉10内通入一次风空气。所述二次风管道用于向垃圾焚烧炉10内补入二次风空气。所述烟气净化系统用于净化焚烧所产生的燃烧烟气以得到循环烟气。所述循环烟气管道30用于抽取循环烟气替代部分一次风空气循环回流到垃圾焚烧炉10内，降低炉排处的温度和氧含量，使炉排上垃圾在限氧控温条件下焚烧。本发明尤其适用于高热值垃圾的焚烧，但不限于此，也可以通过适当降低循环烟气量来焚烧低热值垃圾。
41.本发明通过抽取净化处理后循环烟气来替代部分一次风空气循环回流到垃圾焚烧炉10内，相比一次风空气，循环烟气具有较低温度和低氧含量，从而降低了炉排处空气温度和氧含量，从而降低了炉排片表面的热负荷。本发明通过抽取低氧含量的循环烟气来替代部分一次风空气还降低了含氮污染物的产生量，进而降低后续烟气的处理成本。本发明增加了垃圾焚烧设备的适应能力，尤其是对高热值垃圾的适应能力；降低了设备改造投资成本和运行成本。
42.所述垃圾焚烧炉10用于对送入其内的垃圾进行焚烧。其中，垃圾可以为高热值垃圾，但不限于此，也可以是低热值垃圾。垃圾一般至少经过干燥、燃烧和燃烬三个阶段，在高温下充分燃烧，燃烧后产生燃烧烟气，燃烧烟气从垃圾焚烧炉10的烟气出口排出。
43.所述垃圾焚烧炉10包括炉排和炉排室；进一步地，可以包括多段炉排，且每段炉排均具有独立的炉排室，以使各阶段可以分别控制，提高垃圾焚烧效率。如图1所示，所述垃圾焚烧炉10中的炉排包括依次设置的干燥段、燃烧段及燃烬段，其中，干燥段位于垃圾入口侧以便于对进入垃圾充分干燥；相应地，炉排室可以包括干燥炉排室、燃烧炉排室和燃烬炉排室；其中，所述干燥炉排室与干燥段相连，所述燃烧炉排室与燃烧段相连，所述燃烬炉排室与燃烬段相连，分别为各段炉排提供焚烧所需空气。进一步地，各炉排室位于对应段炉排的下方，从而使得混合烟气从炉排下方通入，使得混合氧气得到充分利用。
44.进一步地，为了提高垃圾干燥、燃烧和燃烬的干燥/燃烧效率，垃圾入口位于垃圾焚烧炉10中部，炉排设置在垃圾焚烧炉10的下部。优选地，将炉排室设置在炉排下方，以使燃烧气体从炉排下方通入，从而使得燃烧气体得到充分利用，进而提高炉排上垃圾的燃烧效率。具体地，如图1所示，所述垃圾焚烧炉10，主体可以采用钝角形式的l型结构，包括竖向设置的喉口部和斜向设置的焚烧部，垃圾入口可以位于拐角前拱处，烟气出口设置在喉口部的顶部，出渣口位于焚烧部末端处。
45.所述一次风管道用于向垃圾焚烧炉10内通入一次风空气，为垃圾提供焚烧环境。所述一次风管道与各炉排室相连(未示出)，以经各炉排室进入垃圾焚烧炉10内。其中，一次风管道与各炉排室的具体连通方式，可以是一次风主管道分出分管道，各分管道与炉排室相连。或者可以是各炉排室分别连接一条一次风管道等方式。又或者可以是将一次风管道
分别与炉排循环风道相连，一次风与循环烟气共同经炉排循环风道进入炉排室，在各段炉排下方的炉排室内混合。进一步地，可以在炉排循环风道与一次风管道连接处设置流量调节装置，通过该所述调节装置便可实现对进入炉排循环风道内的一次风和循环烟气量的控制。
46.所述二次风管道用于向垃圾焚烧炉10内补入二次风空气，以使炉膛内可燃气体充分燃烧。如图1所示，所述二次风管道与垃圾焚烧炉10的炉膛相连。为了提高炉膛内可燃气体燃烧效率，同时为了避免对垃圾焚烧环境气体产生干扰，将二次风管道连接在垃圾焚烧炉10的上部。为了保证可燃气体充分性，可以在垃圾焚烧炉10喉口周围设置多个二次风管道，以从多角度补入二次风，例如二次风管道可以沿喉口部外周设置。进一步地，所述二次风管道内可以设置流量调节装置用于调节补入垃圾焚烧炉10内的二次风空气的流量，以保证垃圾焚烧炉10内的可燃气体进行充分燃烧。
47.所述烟气净化系统用于净化垃圾焚烧炉10经焚烧所产生的燃烧烟气，从而得到循环烟气，所述循环烟气为低氧气含量。所述烟气净化系统与垃圾焚烧炉10的烟气出口相连，以方便收集燃烧烟气。所述烟气净化系统可以包括脱酸塔和除尘器，分别用于对燃烧烟气进行脱酸和除尘处理，以得到低氧含量循环烟气。优选地，采用先脱酸后除尘方式对燃烧烟气进行净化，以便提高燃烧烟气的净化效果。
48.在一优选实施例中，所述烟气净化系统包括；依次通过管道相连的换热装置、脱酸装置、除尘装置和输送装置，其中，所述换热装置与所述垃圾焚烧炉10的烟气出口相连，用于与燃烧烟气进行换热，降低燃烧烟气温度同时产生可利用的高温蒸汽；所述脱酸装置用于对燃烧烟气进行脱酸处理；所述除尘装置用于对脱酸处理后燃烧烟气进行除尘；所述输送装置用于将除尘后得到的循环烟气循环回流至垃圾焚烧炉10内。
49.如图1所示，所述烟气净化系统，具体可以包括：依次通过管道相连的余热锅炉、脱酸塔、除尘器和引风机。引风机采用循环引风机，例如高温循环风机。所述余热锅炉与垃圾焚烧炉10通过管道相连，所述循环烟气管道30从除尘器和引风机之间管道引出。从垃圾焚烧炉10烟气出口出来的燃烧烟气可以通过所述余热锅炉进行热交换，经过热交换燃烧烟气温度降低，同时产生的高温蒸汽可以用于为汽轮发电机组提供汽源。经热交换降温后的燃烧烟气经过脱酸塔进行脱酸处理，处理后进行除尘，得到低氧含量的循环烟气，以替代部分一次风空气循环回流至垃圾焚烧炉10内对炉排处进行降温和降氧，降低炉排表面热负荷，减少热损失，延长炉排的使用寿命，使炉排片寿命提升5年以上，维护周期延长20％以上。
50.所述循环烟气管道30用于抽取低氧含量的循环烟气，并将循环烟气替代部分一次风空气循环回流到垃圾焚烧炉10内，降低炉排处的温度和氧含量，以使炉排上的垃圾在限氧控温条件下焚烧，从而降低了炉排表面处的热负荷，减少热损害，提升使用寿命。
51.如图1所示，所述循环烟气管道30的一端与所述烟气净化系统相连，另一端通过炉排循环风道与炉排室相连，用于抽取循环烟气并使其回流至炉排室内，以使所述循环烟气与一次风混合，降低炉排处的温度和氧含量，使炉排上垃圾在限氧控温条件下焚烧。其中，每个炉排室至少通过一条炉排循环风道与所述循环烟气管道30相连，具体可以根据各段焚烧工况对炉排循环风道数量进行调整。如图1所示，炉排循环风道可以设置六条，具体地，与干燥段对应的干燥炉排室可以通过一条炉排循环风道与循环烟气管道30相连，与燃烧段对应的燃烧炉排室可以通过三条炉排循环风道与循环烟气管道30相连，与燃烬段对应的燃烬
炉排室可以通过两条条炉排循环风道与循环烟气管道30相连，以便垃圾更加有效经三个阶段充分燃烧。本发明中，循环烟气主要通入干燥段和燃烧段，以达到限氧控温的效果。
52.在一优选实施例中，在所述循环烟气管道30、炉排循环风道、以及一次风管道内均设置有流量调节装置，用于调节各管道内介质的流量，以实现对进入垃圾焚烧炉10内介质流量的控制。所述流量调节装置可以为流量调节阀，以便于流量调节。进一步地，所述炉排循环风道内均设置有电动风门，用于调节进入各炉排室内的循环烟气流量。更进一步地，所述炉排循环风道内还可以设置风机以保证介质顺利通入炉排室内。一次风管道内设置有电动风门用于调节进入炉排室内的一次风空气流量。
53.本发明中所述机械式炉排炉垃圾焚烧设备还包括控制系统，用于监控和调整炉内燃烧工况。所述控制系统可以包括dcs自动控制系统和自动燃烧控制系统。所述控制系统可以垃圾焚烧炉10、一次风管道、二次风管道、烟气净化系统、循环烟气管道30等一个或多个进行连接。进一步地，所述控制系统与管道内的流量调节装置相连，以根据垃圾焚烧炉10内的焚烧工况调节流量调节装置，从而调节进入垃圾焚烧炉10内的介质的量。更进一步地，采用控制系统，根据垃圾焚烧炉10内的焚烧工控，调节一次风管道内流量调节装置，调节循环烟气和/或循环炉排风道内流量调节装置，从而对炉排室混合烟气中的一次风空气量和循环烟气量进行调节，例如可以使炉排室内混合烟气中的循环烟气量占总烟气量的5％～25％。
54.本发明提供的一种机械式炉排炉垃圾焚烧方法，所述方法包括以下步骤s1至步骤s3，需要说明的是，以下步骤的序号并非是对先后顺序的限定。
55.步骤s1，收集并净化处理垃圾焚烧炉10内焚烧所产生的燃烧烟气，得到净化处理后的循环烟气。
56.其中，所述循环烟气为低氧含量，具体地，所述循环烟气中o2含量低于一次风空气中氧气含量，从而可以实现对炉排处进行限氧作用，使得炉排表面处垃圾进行欠氧燃烧。其中，可以将经净化处理后的循环烟气的温度控制在大约为160℃～220℃，以便有效地对炉排进行控温，但不限于此，可以根据炉内燃烧工况做适当调整。
57.所述净化处理的步骤中，包括：对燃烧烟气进行换热；对换热后燃烧烟气进行脱酸处理；对脱酸处理后燃烧烟气进行除尘，得到上述低温且低氧含量的循环烟气。
58.步骤s2，抽取循环烟气，将所述循环烟气经炉排循环风道回流至炉排室，并使其与通入炉排室的一次风混合，通过采用循环烟气替代部分一次风空气进入到垃圾焚烧炉10内，来降低炉排处的温度和氧含量，以使炉排上的垃圾在限氧控温条件下焚烧，从而降低炉排表面热负荷。其中，所述循环烟气与一次风混合后从炉排下方进入垃圾焚烧炉内，从而保证混合烟气的充分利用，保证炉排处温度和氧含量，进而降低炉排表面热负荷。
59.进一步地，所述方法还可以包括：根据送入垃圾焚烧炉10内的垃圾的垃圾热值，来初步控制回流至炉排室内的循环烟气抽取量。通过对循环烟气抽取量进行初步控制更有利于后续循环烟气量和一次风空气量的调节。
60.进一步地，所述方法还可以包括：可以根据垃圾焚烧炉10内焚烧工况变化，调节进入炉排室内的一次风空气和循环烟气的流量；具体是通过调节一次风管道和炉排循环风道内的流量调节装置进行调节的。通过对临近炉排室处进行流量调节，可以更准确控制进入炉排室的一次风空气和循环烟气，从而保证混合烟气通入炉排后，可以使得炉排处垃圾在
限氧控温条件下进行焚烧。例如可以通过调节流量调节装置，使得炉排室内混合烟气中，循环烟气量大约占总烟气量的5％～25％，主要流向干燥段和燃烧段，达到限氧控温的效果。
61.步骤s3，向垃圾焚烧炉10的炉膛内补入二次风，使炉膛内可燃气体进行充分燃烧。进一步地，可以根据垃圾焚烧炉10内可燃气体变化，调节进入炉膛内的二次风的流量，以保证垃圾挥发份燃尽。在实施过程中需按照垃圾焚烧的“3t”原则和炉渣热灼减率、出口氧气含量符合规范进行控制。
62.综上，本发明在保证垃圾在炉排上充分热解和燃烧的情况下，通过引入循环烟气替代部分一次风空气，降低了焚烧温度和炉排表面热负荷，从而减少了炉排片受到的热损害；通过向炉内引入低氧含量的循环烟气，增加炉膛壁和炉排片对高热值垃圾的适应能力，降低了改造投资成本和运行成本；通过二次补风实现可燃气体在炉膛内的充分焚烧，由于循环烟气的加入，整体上降低了垃圾焚烧炉10的容积热负荷，进而减少了炉膛壁受到的高温损害；由于循环烟气的引入，降低了焚烧炉内的氧含量，可降低含氮污染物的产生量，进而降低后续烟气处理成本。
63.本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。