一种基于布朗气的垃圾焚烧炉在线熔焦方法及系统与流程

本发明涉及焚烧炉清焦，尤其涉及一种基于布朗气的垃圾焚烧炉在线熔焦方法及系统。

背景技术：

1、焚烧炉是用于垃圾或生物质进行无害化处理的关键设备，其核心机制在于通过高温环境（温度范围通常在850℃至1100℃）促使固体废弃物中的有机物分解，转化为无害气体、水蒸气及灰渣。生活垃圾成分复杂，其中含有大量含钠、钾的盐类、含钙镁的无机物、含硫化合物，以及玻璃、陶瓷、砖石、铝箔等硅铝质与金属组分。在炉膛环境下，这些组分之间发生复杂的高温反应，生成低熔点共熔体，其共熔点普遍低于900℃，在炉膛温度下即呈黏性熔融或半熔融状态。这些黏性微粒随上升烟气与飞灰一起被携带至炉膛上部，在遇到温度相对较低的前拱、后拱耐火材料表面时被冷却、黏附并固化，形成结焦。

2、因此生活垃圾焚烧炉在长期运行过程中，炉膛前拱、后拱的耐火砖（浇注料）表面会持续沉积并烧结形成致密结焦层，严重时形成厚度数百毫米、单块质量数百公斤的焦瘤。炉膛结焦后，其向垃圾料层的辐射反射能力显著下降，新入炉垃圾干燥与着火位置后移，燃烧中心后移，导致燃尽段缩短、热灼减率升高。结焦会改变前后拱的设计几何型线，破坏前拱辐射干燥和后拱烟气回流的组织工况，后拱结焦改变了烟气回流的通流断面与方向，前后拱交汇的混合工况被破坏，炉膛出口co浓度升高并频繁波动，同时影响sncr喷氨区的温度窗口，脱硝效率下降、氨逃逸上升；另外大块焦瘤在自重或热冲击下突然坠落还会砸坏炉排片、、卡死炉排、损坏炉排液压推杆，甚至造成炉膛瞬时正压、观察孔喷火伤人，构成重大设备与人身安全隐患。

3、目前行业内清除前后拱结焦的主流做法仍是停炉冷却后人工机械清焦，停炉冷却后人工机械清焦是指停炉后自然冷却或强制通风冷却48~72小时，待炉膛温度降至可进入水平后，搭设脚手架，作业人员进入炉膛，使用风镐、钢钎、大锤、液压破碎器对前后拱结焦进行敲击破碎并人工清运。该方案是目前绝大多数垃圾焚烧厂在大修或计划性检修时采用的方式。停炉人工清焦要求炉膛温度必须降至人体可承受水平，这就必然要求停炉并经历长时间冷却，一次清焦作业需停炉 5~7 天，损失巨大的上网电量与垃圾处理量；且作业环境为高温、高粉尘、多尘毒、上方存在坠物的受限空间，属于安全风险等级最高的检修作业之一。人工只能采用机械敲击这一种手段，敲击力必然同时作用于结焦层与其下方的耐火砖，因结焦层与耐火砖的黏结强度往往高于耐火砖自身的抗拉强度，故清焦过程"焦砖同去"几乎不可避免，导致耐火衬里损伤、修补量增加、下一周期结焦更易发生，形成恶性循环。

4、各种清焦手段还包括：化学防结焦剂、蒸汽/激波/声波吹灰、高压水射流、干冰射流等。投加化学防结焦剂属于预防性措施而无法清除已经形成的致密硬焦，其作用对象是尚未沉积或正在沉积的飞灰颗粒，在垃圾料斗、给料溜槽或炉膛内定期喷入以镁基、铝基高熔点氧化物或磷酸盐类为主的防结焦剂、松散剂，通过提高灰渣共熔点或在焦层内形成疏松结构，抑制结焦生成或降低结焦强度，对于已经完成烧结致密化、厚度达数十至数百毫米的硬质焦壳，药剂根本无法渗透进入焦层内部，因此对存量结焦几乎无效。高压水射流清焦方法依靠高速冲击和急剧冷缩实现破碎，其破碎机理决定了它对温差敏感的脆性材料具有普遍破坏性，高压水射流无法区分结焦层与耐火砖，在剥落结焦的同时必然对砖体造成热震损伤。而且射流作业要求作业面温度不能过高，否则水在到达焦面前即已汽化、射流失效，因此必须停炉或大幅降负荷，"在线"性无法真正成立。此外，水射流还产生大量含重金属、含盐的清洗废水，需要额外处理。

5、现有清焦手段或需停炉，或只能预防而无法清除已经形成的致密硬焦，或会向炉内引入液态水、碳、硫等杂质并造成耐火材料急冷剥落，或存在燃料瓶组进入炉前平台的爆炸风险，均无法在不停炉、不损伤炉衬、不污染烟气、本质安全的四项要求下同时成立。如何在垃圾焚烧炉不停炉（额定负荷或低负荷运行）的状态下，安全、高效、无二次污染地清除炉膛前拱、后拱耐火材料表面的致密结焦层，同时不损伤耐火衬里、不干扰炉内燃烧与烟气净化工况，是目前需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、发明目的：针对以上缺点，本发明提供一种安全、高效、清洁的基于布朗气的垃圾焚烧炉在线熔焦方法及系统。

2、技术方案：本发明中所述的一种基于布朗气的垃圾焚烧炉在线熔焦方法，包括以下步骤：

3、步骤1：实时获取垃圾焚烧炉的炉膛负压实测值，判断炉膛负压实测值是否小于负压预设值；当炉膛负压实测值不小于负压预设值时，继续监测炉膛负压实测值，当炉膛负压实测值小于负压预设值时，执行步骤2；

4、步骤2：控制冷却水系统冷却布朗气喷枪；

5、步骤3：获取冷却水系统的回水温度，判断回水温度是否小于预设温度值，若回水温度小于预设温度值，执行步骤4，若回水温度不小于预设温度值，则根据回水温度控制冷却水系统的冷却水流量，并继续监测冷却水系统的回水温度；

6、步骤4：控制布朗气发生器生成布朗气，布朗气从布朗气喷枪中喷出，在枪头引燃形成高温火焰用于熔焦；

7、步骤5：观察结焦情况，若焦块溶解完成执行步骤6，否则继续执行步骤4：

8、步骤6：关闭布朗气发生器。

9、进一步的，所述根据回水温度控制冷却水系统的冷却水流量具体步骤为：将预设温度值和回水温度之差与温度系数的乘积作为控制信号，基于控制信号采用pid控制器确定冷却水系统的冷却水流量，根据确定的冷却水流量控制冷却水系统。

10、进一步的，在步骤4中，实时获取炉膛参数包括炉膛负压、温度和co浓度，当任一炉膛参数越限，强制关闭布朗气发生器。

11、本发明所述的一种基于布朗气的垃圾焚烧炉在线熔焦系统，包括布朗气子系统、循环水子系统和控制系统，所述布朗气子系统包括布朗气发生器和布朗气喷枪，所述循环水子系统包括冷却水系统、流量控制装置和水温检测装置；

12、水温检测装置，用于实时获取冷却水系统的回水温度；

13、流量控制装置，用于根据控制系统计算的冷却水流量控制冷却水系统；

14、控制系统，用于获取实时获取垃圾焚烧炉的炉膛负压实测值，判断炉膛负压实测值是否小于负压预设值；当炉膛负压实测值不小于负压预设值时，继续监测炉膛负压实测值，当炉膛负压实测值小于负压预设值时，控制冷却水系统冷却布朗气喷枪；还用于根据水温检测装置检测的回水温度，判断回水温度是否小于预设温度值，若回水温度小于预设温度值，控制布朗气发生器生成布朗气，布朗气从布朗气喷枪中喷出，在枪头引燃形成高温火焰用于熔焦，若回水温度不小于预设温度值，则根据回水温度计算冷却水流量；还用于在焦块溶解完成后关闭布朗气发生器。

15、进一步的，所述布朗气喷枪布置在焚烧炉膛前拱、后拱或侧墙的插枪孔中，成排布置，用以向炉膛内喷射布朗气。

16、进一步的，所述布朗气系统还包括供气管路，所述供气管路设置供气阀，当控制系统控制布朗气发生器关闭时，同时控制供气阀关闭，当控制系统控制布朗发生器启动时，同时控制供气阀打开。

17、进一步的，所述布朗气喷枪包括输送布朗气的内管、套设于内管外侧的外套管、冷水堵板，所述冷水堵板设置于内管与外套管端部，且位于内管与外套管之间，所述内管与外套管之间设置隔板，隔板末端与冷水堵板之间存在预设距离，隔板将内管与外套管之间的空间分隔为进水通道和回水通道，所述外套管设置冷却水入口和冷却水出口，冷却水入口位于进水通道一侧，冷却水出口位于回水通道一侧。

18、进一步的，所述冷却水系统包括冷却水箱、循环泵、散热器和供水管道，所述冷却水箱的出水端通过供水管道与循环泵的输入端连接，循环泵的输出端通过供水管道与冷却水入口连接，且循环泵的输出端设置流量控制装置，所述冷却水出口通过供水管道与散热器入口端连接，且冷却水出口设置水温检测装置，散热器出口端通过供水管道与冷却水箱的进水端连接。

19、进一步的，所述垃圾焚烧炉设置观察孔，通过观察孔观察结焦情况。

20、进一步的，所述控制系统通过硬接线或通讯协议与垃圾焚烧炉的dcs进行联锁，实时获取炉膛参数包括炉膛负压、温度和co浓度，当dcs反馈任一炉膛参数越限，控制系统将强制切断布朗气发生器并关闭供气阀。

21、有益效果：本发明相对于现有技术，其显著优点是：

22、（1）根据炉膛负压和冷却水温度控制布朗气的发生与关闭，保证在安全工况下进行熔焦，杜绝了炉膛正压时从插枪孔向外喷火伤人的可能，提高清焦安全性。

23、（2）依靠热熔融原理，作用时只需喷枪伸入炉膛，完全不需要停炉降温或人员进入炉膛操作，且焚烧炉可维持额定负荷或降负荷连续运行，所以不再需要现有技术中5~7天的停炉冷却清焦周期。由此直接避免发电量、垃圾处理量损失和启停用柴油消耗，推得本发明显著提高全厂设备可利用率与经济性。

24、（3）熔焦效率极高，能有效清除致密硬焦。因为布朗气火焰温度≥2800℃，而垃圾焚烧结焦物的流动温度ft通常为1200~1350℃，即火焰温度已达到结焦物流动温度的两倍以上，所以只要火焰接触焦层，结焦物就会被迅速加热至熔点以上，由固态转变为可流淌的液态。对于厚度数百毫米、烧结致密的硬质焦瘤也能高效熔化清除，从根本上解决了现有化学法无法渗透、机械法和水射流法破碎难度大且不彻底的问题。

25、（4）无机械接触，根除炉衬损伤，本方法的清焦机制是利用高温使焦层自身熔化脱落，作用力为热而非机械敲击力或高压水射流冲击力，喷枪火焰仅接触焦层而对耐火砖无冲击，且枪体全程受强制水冷保护，不会对耐火材料造成热震。所以在清焦过程中不会连带剥落耐火砖或产生裂纹，由此从根本上解决了清焦必伤炉衬的行业顽疾，延长炉衬寿命，减少修复成本，并阻断“焦砖同去—表面粗糙—更容易结焦”的恶性循环。

26、（5）完全无二次污染，保障烟气净化系统稳定。因为布朗气由纯水电解而来，燃烧产物仅为水蒸气，不含碳、硫、氮氧化物及固体颗粒物，且不引入石灰石、防结焦剂等任何固态或液态添加剂，所以熔焦过程不会增加飞灰量，不会改变烟气成分中的so2、hcl、nox浓度，不会产生需要后续处理的含重金属清洗废水。因此，本方法不会干扰炉内sncr脱硝、干法/半干法脱酸及布袋除尘等后续净化环节，推理得出其对全厂环保达标具有完美的相容性。

27、（6）彻底消除燃爆及喷火伤人风险，布朗气采用即产即用、零储存原则，发生器出口到喷枪燃烧口的管路容积极小，系统内不存留任何易燃易爆气体气瓶；同时控制系统与dcs联锁，在炉膛负压波动（趋正）或回水超温的毫秒级时间内即可切断气源。所以与乙炔、丙烷等瓶装燃料方案相比，完全消除了燃料运输、储存、回火爆炸的风险；与高压水射流相比，彻底杜绝了炉膛正压时从插枪孔向外喷火伤人的可能，实现了化工过程中本质安全设计的等级。