利用高温烟气再循环处理高含水率生活垃圾的系统及方法与流程

本发明涉及一种利用高温烟气再循环处理高含水率生活垃圾系统及方法，属于垃圾干燥焚烧处理技术领域。

背景技术：

由于我国独特的饮食习惯及废弃物回收方式导致入炉焚烧垃圾热值较低，进入焚烧炉的垃圾多为厨余垃圾及其他低热值废弃物，其含水率有时很高，垃圾热值低；为了维持入炉垃圾正常燃烧不得不掺烧其他高热值的辅助燃料，如煤、燃油等，对于冬季北方地区垃圾焚烧，情况更加糟糕；冬季的雨雪天气会使得垃圾中水分含量增加，会以冰块等形式夹杂在垃圾中，且部分北方地区依旧采取燃煤的方式进行取暖，这会导致入炉生活垃圾中混入大量不具热值的炉渣、炉灰等，容易造成设备故障。

北方冬季气候对垃圾焚烧的具体影响包括：

（1）由于冰冻的原因，压滤过程中无法去除结冰水分，导致垃圾入炉后在干燥段干燥时间延长，增加了干燥段的长度，炉排燃烧点向后推迟，使得正常燃烧和燃尽时间缩短，燃烧不充分，热效率降低；冰块掺杂在垃圾中，融化后会导致炉排中正在燃烧的火焰熄灭，给锅炉的安全运行带来巨大的风险，不完全燃烧也会使得烟气污染加重。

（2）北方冬天气温低于零度，垃圾中的水分增加了烟气中的水蒸气分压，使烟气露点温度升高，腐蚀尾部受热面，为了降低腐蚀速度，焚烧炉燃烧所用空气需要用高品质蒸汽预热，这使垃圾电厂的能量利用效率降低，如：对于一台500t/d的焚烧炉来说，其一次风量约为6600nm3/h，如果将一次风由-15℃加热至20℃，大概每小时需消耗2.5-3.5t蒸汽，占全部蒸汽量的十分之一，全厂热效率损失明显；温度较低也会导致垃圾发酵速度降低，需要将蒸汽通入酵池，也会进一步降低厂发电能力。

（3）垃圾含水、冰影响着火，大量水分汽化吸热降低燃烧室温度，增加着火热；随着水分增加，点燃过程推迟，挥发份的燃烧速率显著降低，即水分影响了垃圾挥发分的析出；垃圾焚烧时水分对二恶英总量及毒性当量也有影响，水分通过活化飞灰的活性位置，从整体上促进了二恶英的合成，提高了二恶英排放的毒性当量。

如果能在焚烧前对垃圾进行干燥，降低含水率，不仅可以减少单位垃圾产生的烟气量，也可以降低烟气露点和排烟损失，还可以改善燃烧状况，炉膛温度也会相应提高；可以布置更多的水冷壁受热面，节省辅助燃料，提高垃圾燃尽率。因此，为改善燃烧工况，使垃圾能够维持自行燃烧或降低焚烧时的掺煤比，就需要对其进行干燥预处理、提高能量品质。目前针对生活垃圾入炉前的干燥方法有很多，包括加装暖气提高垃圾卸料大厅温度、引入低温低压蒸汽加热垃圾池、设加热风加热垃圾池内的垃圾及增加垃圾发酵天数等方式，但效果并不理想，垃圾燃烧依旧存在产生热量少，余热锅炉不能生产充足蒸汽等问题；采用提高一次风温技术处理北方高含水量垃圾时，不论是采用增加空预器受热面积的技术方案，或是增加一台空预器技术方案，其投资成本高昂，系统变动较大。

在现有公开的专利文献中：

（1）如公开号为cn202993220u，名为一种机械炉排垃圾焚烧炉高温烟气循环系统的专利文献，其将烟气再循环用于炉排干燥段用风，烟气中粉尘会磨损炉排炉。抽取的烟气温度大于550℃，循环风机和管道均需采用不锈钢，投资成本高。且该方法干燥段仅通入高温烟气，没有通入常规焚烧炉采用的热空气，不适合于现有焚烧炉改造。

（2）又如授权公开号为cn201396766y，名为一种垃圾焚烧炉烟气再循环低位废热能再利用装置的专利文献，其将烟气再循环用于炉排干燥段和炉排燃尽段供风，系统结构复杂，且烟气再循环用于燃尽段炉排对于降低焚烧炉热灼减率并无帮助。抽取的烟气温度较低，对垃圾干燥的影响有限。

（3）再如申请公开号为cn104141958a，名为机械式垃圾焚烧锅炉烟气余热循环利用系统及自动化控制方法的专利文献，其将烟气再循环用于二次风及炉排干燥段，系统烟气温度较低，干燥过程烟气量较大，影响炉膛的稳定；低温烟气中含湿度高，烟道如保温不好或存在漏风，循环烟道很容易结露，烟气中酸性气体含量高，很容易腐蚀管道和循环风机，且循环烟道从尾部一直到焚烧炉底部，烟道长度太长，阻力大，更容易发生腐蚀。

综上，由于炉膛温度较高，引出炉膛烟气对于蒸发面的蒸发量影响较大，且高温对于管道及循环风机的要求较高，设备损坏率较高；尾部烟气温度较低，所需烟气量较大，风机耗电量高，干燥后的大量烟气如果再次进入炉膛会严重影响炉膛运行稳定性，垃圾干燥的均匀性无法保证。

技术实现要素：

发明目的：针对生活垃圾含水率高、热值低的问题，本发明提供一种低制造或改造成本、低能耗运行的利用高温烟气再循环处理高含水率生活垃圾的系统及方法。

技术方案：

一种利用高温烟气再循环处理高含水率生活垃圾的系统，包括燃烧炉、烟气抽取装置、烟气净化装置、垃圾干燥装置以及布气装置；在所述燃烧炉的尾部烟道内设置有两级省煤器；所述烟气抽取装置包括烟气抽取口、循环风机以及烟气管道；其特征在于：所述烟气抽取口位于两级省煤器中间；所述垃圾干燥装置包括水平烟气风室和垂直干燥风室，所述烟气管道通过控制阀分别与水平烟气风室和垂直干燥风室连通；所述布气装置包括水平烟气风室布气装置及垂直干燥风室烟气布气装置，水平烟气风室布气装置设置在所述水平烟气风室，垂直干燥风室烟气布气装置布置在所述垂直干燥风室；在所述垂直干燥风室还设置有热空气干燥风进风口。

本发明处理系统及方法，通过将两级省煤器间的高温烟气抽取除尘后送至垃圾给料口底部水平烟气风室及炉排干燥段下部的垂直干燥风室，与焚烧炉原热空气干燥风联用，干燥高含水率入炉垃圾，提高进入焚烧段垃圾的热值。其中垂直干燥风室高温烟气干燥风流动方向垂直于炉排干燥段，水平烟气风室高温烟气干燥风流动方向平行于炉排干燥段，使得烟气从两个方向对湿垃圾进行干燥，避免垃圾干燥不均的现象。

高温烟气从两级省煤器中间抽取，烟道上进出口装有电动阀门，当垃圾含水量大于某个阀值时，通过自动控制系统打开电动阀门，抽取高温烟气送入垃圾焚烧炉排炉垂直干燥风室及水平烟气风室；循环风机采用变频调节，可根据垃圾含水率调节抽取的烟气量；循环风机前设置旋风分离器，分离器下端设置卸料阀，卸料阀下面设置气力输送装置，将高温烟气中飞灰分离下来，将飞灰送入灰渣间；为了实现更加高效的干燥，本系统采用自动测控系统，烟道上安装有烟气流量计和温度计等，用于烟气流量测量、烟气温度测量、循环风机转速调节、调节风板角度调节、烟道电动阀门开关等。

具体的，本发明从余热锅炉两级省煤器抽取烟气（约300-400℃），经旋风分离器除尘后经高温风机输送至垂直干燥风室及水平烟气风室；垂直干燥风室连接高温烟气干燥风和焚烧炉原热空气干燥风；水平烟气风室连接高温烟气干燥风，水平烟气风室位于垃圾给料口底部，与炉膛等宽，布气孔出口烟气流动方向平行于炉排干燥段。

为保证进入炉排炉焚烧段垃圾含水量稳定在某一范围内，垂直干燥风室内设置3~6个调节风板，调节风板尺寸与干燥风室壁面贴合，水平烟气风室布气孔大小及偏转角度可调；根据垃圾含水率变化，改变偏转角度及布气孔大小，从而改变炉排干燥段热烟气分布，尽量保证进入焚烧段垃圾含水量变化不大，从而提高炉膛燃烧稳定性。

根据入炉垃圾含水率w不同，炉排干燥段供风有以下三种工作模式供参考：

工作模式1：当w<50%时，开启垂直干燥风室的热空气干燥风，关闭水平烟气风室的高温烟气和垂直干燥风室的高温烟气干燥风。

工作模式2：当50%<w<58%时，开启垂直干燥风室的热空气干燥风和垂直干燥风室的高温烟气干燥风，关闭水平烟气风室的高温烟气干燥风。

工作模式3：当58%<w时，全部开启垂直干燥风室的热空气干燥风、垂直干燥风室的高温烟气干燥风、水平烟气风室的高温烟气干燥风。

本发明利用中高温烟气再循环处理高含水率生活垃圾，通过抽取两级省煤器中间的高温烟气干燥含水率高的生活垃圾，相比于炉膛外垃圾干燥，该系统较为简单，无需额外设备；相比于提高垃圾卸料大厅温度/增加发酵时间，该方法能有效控制进入焚烧炉焚烧段的垃圾中水分；相比于提高一次风温度，该方法不需要额外增加空气预热器受热面，系统投资省，运行灵活，高含水率时打开循环烟气，低含水率时关闭即可，响应时间短，速度快。

有益效果：

（1）抽取烟气的取样口放置在两级省煤器之间，主要是平衡抽取的烟气量、烟气温度及对焚烧炉运行的影响。抽取此位置处的烟气，温度合理，在300~400℃之间，具有流量适中、温度适中的优点；相对而言炉膛烟气温度高，对设备要求高，而尾部烟气温度低，抽取烟气量大，因此本专利将烟气抽取口至于两级省煤器之间。抽取烟气。相比抽取尾部烟气，本系统所需干燥烟气量小，风机功率小，烟气湿度小，无低温腐蚀现象，干燥速率快；相比抽取更高温度烟气，本系统循环烟气管道和风机材质无需不锈钢，采用碳钢即可，投资成本低。

（2）循环烟道上增加旋风分离器，降低循环烟气对炉排炉、循环风机的磨损，提高系统可靠性和经济性；采用垂直干燥和水平干燥相结合，垃圾干燥过程更加合理，避免了单方向烟气干燥带来不均现象，调节灵活，更能保证进入炉排焚烧段垃圾含量水降低到某一范围内。

（3）采用烟气再循环处理高含水率生活垃圾，有利于改善焚烧炉高温区污染物排放，降低燃烧产物中nox含量，实现低nox燃烧；干燥过程中产生的水蒸气进入炉膛后发生煤气化反应生成水煤气，提高焚烧效率的同时，降低飞灰的产生量。

（4）本系统适用于现有垃圾焚烧厂焚烧高水分垃圾改造，无需改变垃圾焚烧炉炉排结构，无需增加炉排干燥段长度，干燥系统可以根据垃圾含水率的高低切换工作模式，更加符合实际生产需要。

附图说明

图1为本发明系统图；

图2为水平烟气风室结构图；

图3为垂直干燥风室结构图；

附图中：1-蒸发器；2-过热器；3-省煤器；4-旋风分离器；5-循环风机；6-垂直干燥风室；7-燃烧风风室；8-燃尽风风室；9-炉排干燥段；10-炉排燃烧段；11-炉排燃尽段；12-灰渣间；13-推料器；14-水平烟气风室；15-炉膛；16-下料斗；3-1烟气抽取口；6-1热空气阀门；6-2高温烟气阀门；6-3调节风板；14-1布气孔；14-2高温烟气阀门。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明公开一种利用高温烟气再循环处理高含水率生活垃圾系统及方法，如图1，

该处理系统包括烟气抽取装置、烟气净化装置、垃圾干燥装置及布气装置等；烟气抽取装置包括位于两级省煤器中间的烟气抽取口3-1、循环风机5及烟气管道等；烟气净化装置为高温旋风除尘器4；垃圾干燥装置包括水平烟气风室14和垂直干燥风室6；布气装置包括水平烟气风室布气孔14-1及垂直干燥风室烟气调节风板6-3。

首先，省煤器3两级省煤器中间的高温烟气经烟气抽取口3-1被高温循环风机5抽取至保温管道中，烟气被送入垂直干燥风室6及水平烟气风室14之前，经旋风分离器4去除携带飞灰，飞灰直接进入灰渣间12；高温烟气干燥风及热空气干燥风在垂直干燥风室6中被调节风板6-3调整气流方向；入炉垃圾经下料斗16进入推料器13后受到侧向水平烟气风室14高温烟气干燥风的对流干燥。

具体的，针对不同含水率w的入炉垃圾，炉排干燥段供风有以下三种工作模式供参考：

工作模式1：当w<50%时，垂直干燥风室6的热空气干燥风开启，水平烟气风室14的高温烟气干燥风、垂直干燥风室6的高温烟气干燥风关闭。高温烟气阀门6-2和高温烟气阀门14-2关闭，热空气阀门6-1打开，焚烧炉原有的热空气干燥风被送入干燥风室6。此时入炉垃圾含水率较低，在炉内辐射及热空气的干燥下可以达到焚烧段含水率要求。

工作模式2：当50%<w<58%时，垂直干燥风室6的热空气干燥风和高温烟气干燥风开启，水平烟气风室14关闭。由于含水进一步提高，仅通过热空气干燥风无法满足干燥需求，此时为了降低含水率，在工作模式1基础上，再打开垂直干燥风室6的高温烟气干燥风。首先，省煤器3两级省煤器中间的高温烟气经烟气抽取口3-1被循环风机5抽取至保温管道中，高温烟气阀门14-2关闭，高温烟气阀门6-2和热空气阀门6-1打开，热空气干燥风和高温烟气干燥风被送入干燥风室6。高温烟气循环风量可通过调节循环风机5转速进行相应调节。

工作模式3：当58%<w时，垂直干燥风室6的热空气干燥风和高温烟气干燥风开启，水平烟气风室14开启。此时入炉垃圾含水率已经超出垂直干燥风室6干燥能力，为满足干燥需求，此时水平烟气风室14开启，进行水平方向干燥，提高干燥能力的同时，使得干燥的均匀度提升。首先，省煤器3两级省煤器中间的高温烟气经烟气抽取口3-1被循环风机5抽取至保温管道中，高温烟气阀门14-2、高温烟气阀门6-2、热空气阀门6-1全部打开，热空气干燥风和高温烟气干燥风被送入干燥风室6，高温烟气干燥风被送入水平烟气风室14。进入垂直干燥风室6和水平烟气风室14的高温烟气量可通过调节循环风机5转速、高温烟气阀门6-2开度、高温烟气阀门14-2开度进行相应调节。

上述对本发明的具体实施方式的阐述是为方便相关技术人员对本发明的理解和应用，并非对本发明的保护范围的限制；在本发明所述的原理和技术方案基础上，本领域技术人员不付出创造性劳动所做的修改和改进都应在本发明的保护范围内。