一种集成沼气燃烧的污泥无害化低氮燃烧系统的制作方法

1.本实用新型属于超低氮、无害化物清洁燃烧技术领域，涉及一种集成沼气燃烧的污泥无害化低氮燃烧系统。


背景技术：

2.随着城市化进程的加快和污水处理率的提高，污泥的产量与日俱增。污泥具有产生量大、不稳定、易腐败、有恶臭、含寄生虫卵、病原微生物及重金属等有毒有害物质的特点，如不进行妥善、科学地处理处置，将对环境造成严重的二次污染。近年来，焚烧法处理污泥得到了较大的发展。与其他方法相比，焚烧法有以下几个突出的优点：(1)能使有机物全部碳化，最大限度的减少污泥体积和重量；(2)处理速度快；(3)就地焚烧，不需长距离运输；(4)可以回收能量用于发电和供热；(5)占地面积小，自动化水平高等。因此如何有效无害化燃烧污泥成为关注热点。
3.同时伴随经济的高速发展，能源的消耗迅速增长，人们开始寻找并利用可再生能源替代传统能源，我国鼓励和重视非常规天然气生物质气的发展。沼气作为一种典型的生物质气，是利用植物桔梗、粪便等发酵而成，其主要成分是甲烷和二氧化碳，目前沼气主要用于民用炊事照明、工业动力直接发电等用途，与天然气相比具有来源广泛、发展潜力大、可循环利用、规模可大可小等特点。
4.现有的低氮燃烧技术包括分级燃烧、预混燃烧、烟气再循环、水冷燃烧等，其中全预混燃烧、无焰燃烧不适用于大功率燃烧器，而分级燃烧、部分预混燃烧、水冷燃烧等技术则成为大功率燃烧器实现低氮燃烧的方式。
5.由于热力型氮氧化物在燃烧高温区域产生，因此最直接的控制氮氧化物产生的方式就是降低燃烧室温度，水冷燃烧的原理就是通过流动水带走燃烧室热量，实现低氮燃烧；分级燃烧技术是实现贫燃或者富燃燃烧，通过调配燃料、空气分配炉内温度场分布，从而避免局部高温的产生，达到降低nox生成的效果。


技术实现要素：

6.为了实现污泥的无害化处理、充分利用沼气热量、实现低氮无害化清洁燃烧，本实用新型的目的在于提供一种集成沼气燃烧的污泥无害化低氮燃烧系统及方法。
7.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
8.一种集成沼气燃烧的污泥无害化低氮燃烧系统，包括沼气发生池 2，与沼气发生池2连接的流量浓度检测装置1，流量浓度检测装置1 出口分两路，一路直接连通沼气天然气混合室4入口，另一路与天然气管道0出口一路通过第一流量阀3
‑
1连通沼气天然气混合室4入口，天然气管道0出口另一路通过第二流量阀3
‑
1连通三通接头19一入口，沼气天然气混合室4出口分两路，一路通过第三流量阀3
‑
3连通三通接头19另一入口，另一路连通沼气集箱5，三通接头19出口连通燃烧器 24；所述燃烧器24从中心向外依次布置有中心燃气集箱10、中心风道 12、污泥热风通道9、沼气环形通道11和一次风道8，燃烧器24后端连通燃烧
室18；所述中心燃气集箱10前端连接三通接头19出口，后端中心连接中心燃气喷枪16、两侧连接辅助燃气喷枪14；所述沼气环形通道11前端布置沼气集箱5，沼气集箱用以收集从沼气天然气混合室4 输送的成分稳定的沼气，沼气环形通道11后端布置有环形水冷孔板13，环形水冷孔板13和冷却水集箱23连接；所述一次风道8和燃烧室 18外围布置有水冷壁套7，水冷壁套7和冷却水集箱23连接；点火探针 6布置在辅助燃气喷枪14和一次风道8的中心，并能够前后伸缩，在点火时提供点火源。
9.沼气发生池2不断产生沼气通过流量浓度检测装置1，流量浓度检测装置1包括沼气流量和甲烷浓度检测部分、逻辑运算部分；沼气流量和甲烷浓度检测部分检测沼气中甲烷浓度是否达到70％的甲烷含量设定标准，若甲烷浓度不足则逻辑运算部分会根据沼气流量计算达到标准浓度所需的天然气流量，同时输出电信号控制第一流量阀3
‑
1 通过该流量的天然气，两路气体汇入沼气天然气混合室4，形成能够持续输出、甲烷浓度稳定的沼气，从而达到沼气在燃烧器内部的稳定燃烧。
10.所述中心燃气喷枪16和辅助燃气喷枪14采用管群式布置，辅助燃气喷枪14采用v型喷嘴15，辅助燃气喷嘴喷出的燃气能够与空气进行混合后再喷入燃烧室18燃烧，达到燃料轴向分级燃烧和均衡燃烧的效果。
11.启动时第二流量阀3
‑
2打开，第三流量阀3
‑
3关闭，稳定燃烧时，第二流量阀3
‑
2关闭，第三流量阀3
‑
3打开，实现辅助燃气喷枪14 和中心燃气喷枪16燃料的转换，达到在启动时利用天然气稳定点燃，运行时充分利用沼气的目的，并且实现沼气的燃料分级的效果。
12.所述中心风道12内部具有旋流叶片20，中心风道12的空气经过旋流叶片20后形成旋流，与中心燃气喷枪16和辅助燃气喷枪14 中的燃气充分混合，并且燃烧形成的火焰旋流度大，能够有效地卷吸污泥热风通道9喷出的污泥颗粒，延长污泥颗粒在高温烟气中的停留时间，实现燃气污泥燃料联合分级，提高燃尽率且减少no
x
生成。
13.污泥热风通道9采用热风输送经过烟气烘干后的污泥粉末，保证污泥含水量降低易于燃烧；污泥热风通道9布置在中心风道12和沼气环形通道11之间，最终将污泥粉末喷入至燃烧室18进行燃烧，污泥热风通道9靠近出口处周向布置钝体21，污泥粉末受到钝体作用向中心靠拢，保证污泥粉末的聚集，有利于其被烟气包裹、燃烧，在污泥热风通道9出口处布置有稳燃齿22，有利于污泥粉末的稳定燃烧。
14.所述沼气天然气混合室4连通沼气集箱5并在沼气集箱5后方布置有沼气环形通道11，沼气环形通道11末端与燃烧室18隔绝的壁面形成回流区，有利于燃烧时的烟气回流。
15.所述沼气环形通道11末端布置有环形水冷孔板13，沼气通过环形水冷孔板上的小孔进入一次风道8，经过点火探针6点燃后，在燃烧室18内形成的火焰再次包裹污泥粉末进行燃烧，进一步延长污泥粉末在中心还原区的停留时间，提高燃尽率且减少no
x
生成。
16.在燃烧室18的外围周向布置有一圈空气喷嘴17向燃烧室不断喷射高速空气，形成一层气态钝体防止污泥燃烧后在壁面结渣并补充燃烧所需氧气。
17.所述的一种集成沼气燃烧的污泥无害化低氮燃烧系统的燃烧方法，沼气发生池2不断产生沼气通过流量浓度检测装置1，流量浓度检测装置1的沼气流量和甲烷浓度检测部分检测沼气中甲烷浓度是否达到70％的甲烷含量设定标准，若甲烷浓度不足则逻辑运算部分会根据沼气流量计算达到标准浓度所需的天然气流量，同时输出电信号控制第一流量阀3
‑
1通过该流量的天然气，两路气体汇入沼气天然气混合室4，沼气天然气混合室4持续输出
甲烷浓度稳定的沼气通入沼气集箱5；
18.开始点火阶段，第二流量阀3
‑
2打开，天然气管道0的天然气通过三通接头19通入中心燃气集箱10随后通入辅助燃气喷枪14和中心燃气喷枪16，中心风道12的空气经过旋流叶片20形成旋流并与辅助燃气喷枪14和中心燃气喷枪16喷出的燃气混合，并被伸出的点火探针6点燃，在燃烧室18形成火焰；沼气集箱5中的沼气依次通过沼气环形通道11和环形水冷孔板13与一次风通道8的空气混合并被点火探针6点燃在燃烧室18燃烧；污泥热风通道9送入污泥粉末，污泥粉末经过钝体21的作用聚集在中心一圈喷入燃烧室18，在稳燃齿22的作用下稳定的燃烧被中心火焰和外周的沼气火焰形成的回流区包裹实现污泥粉末的充分燃烧；一次风通道8与燃烧室18外层的水冷壁套7以及环形水冷孔板13与水冷集箱23连接，保证低氮燃烧和二恶英的分解，燃烧室18外围一周布置有空气喷嘴17，在燃烧室边缘形成一层空气钝体，防止污泥燃烧在壁面产生结渣现象，并且补充燃烧所需的空气；
19.待点火完成燃烧稳定后，第二流量阀3
‑
2关闭，第三流量阀3
‑
3 打开，中心燃气集箱10改通由沼气天然气混合室4供应的沼气，实现沼气的燃气分级和节约天然气的目的。
附图说明
20.图1为本实用新型的结构示意图。
21.图2为本实用新型中心燃气集箱、中心燃气喷枪及辅助燃气喷枪示意图。
22.附图标记说明
[0023]0‑
天然气管道；1
‑
流量浓度检测装置；2
‑
沼气发生池；3
‑1‑
第一流量阀；第二3
‑
2流量阀；3
‑3‑
第三流量阀；4
‑
沼气天然气混合室；5
‑ꢀ
沼气集箱；6
‑
点火探针；7
‑
水冷壁套；8
‑
一次风通道；9
‑
污泥热风通道；10
‑
中心燃气集箱；11
‑
沼气环形通道；12
‑
中心风道；13
‑
环形水冷孔板；14
‑
辅助燃气喷枪；15
‑
v型喷嘴；16
‑
中心燃气喷枪；17
‑
空气喷嘴；18
‑
燃烧室；19
‑
三通接头；20
‑
旋流叶片；21
‑
钝体；22
‑
稳燃齿；23
‑
水冷集箱；24
‑
燃烧器。
具体实施方式
[0024]
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
[0025]
如图1所示，本实用新型一种集成沼气燃烧的污泥无害化低氮燃烧系统，包括沼气发生池2，与沼气发生池2连接的流量浓度检测装置 1，流量浓度检测装置1出口分两路，一路直接连通沼气天然气混合室 4入口，另一路与天然气管道0出口一路通过第一流量阀3
‑
1连通沼气天然气混合室4入口，天然气管道0出口另一路通过第二流量阀3
‑
1连通三通接头19一入口，沼气天然气混合室4出口分两路，一路通过第三流量阀3
‑
3连通三通接头19另一入口，另一路连通沼气集箱5，三通接头19出口连通燃烧器24；所述燃烧器24从中心向外依次布置有中心燃气集箱10、中心风道12、污泥热风通道9、沼气环形通道11和一次风道8，燃烧器24后端连通燃烧室18；所述中心燃气集箱10前端连接三通接头19出口，后端中心连接中心燃气喷枪16、两侧连接辅助燃气喷枪14；所述沼气环形通道11前端布置沼气集箱5，沼气集箱用以收集从沼气天然气混合室4输送的成分稳定的沼气，沼气环形通道11后端布置有环形水冷孔板13，环形水冷孔板13和冷却水集箱23连接；所述一次风道8和燃烧室18外围布置有水冷壁套7，水冷壁套7和冷却水集箱23连接；点火探针6布置在辅助燃气喷枪14和一次风道8的中心，并能够前后伸缩，在点火时提供点火源。
[0026]
燃烧器24采用燃气、沼气双集箱供应方式，中心燃气喷枪16和辅助燃气喷枪14采用管群式布置，天然气送入中心燃气集箱10后分配到辅助燃气喷枪14和中心燃气喷枪16管内，再由数根小管流出，与高速流过的空气混合，改善了空气/燃气混合情况，达到燃烧均衡的目的；沼气设置沼气集箱5用于持续稳定供给沼气。
[0027]
如图1所示，沼气发生池2不断产生沼气通过流量浓度检测装置 1，流量浓度检测装置1包括沼气流量和甲烷浓度检测部分、逻辑运算部分；沼气流量和甲烷浓度检测部分检测沼气中甲烷浓度是否达到 70％的甲烷含量设定标准，若甲烷浓度不足则逻辑运算部分会根据沼气流量计算达到标准浓度所需的天然气流量，同时输出电信号控制第一流量阀3
‑
1通过该流量的天然气，两路气体汇入沼气天然气混合室 4，形成能够持续输出、甲烷浓度稳定的沼气，从而达到沼气在燃烧器内部的稳定燃烧。
[0028]
如图1所示，污泥热风通道9采用热风输送经过烟气烘干后的污泥粉末，保证污泥含水量降低易于燃烧；污泥热风通道9布置在中心风道12和沼气环形通道11之间，最终将污泥粉末喷入至燃烧室18进行燃烧，污泥热风通道9靠近出口处周向布置钝体21，污泥粉末受到钝体作用向中心靠拢，保证污泥粉末的聚集，有利于其被烟气包裹、燃烧，在污泥热风通道9出口处布置有稳燃齿22，有利于污泥粉末的稳定燃烧。
[0029]
如图1所示，在燃气集箱10前布置有三通接头19，分别连接天然气管道0和沼气天然气混合室4，启动时第二流量阀3
‑
2打开，第三流量阀3
‑
3关闭，稳定燃烧时，第二流量阀3
‑
2关闭，第三流量阀3
‑
3打开，实现辅助燃气喷枪14和中心燃气喷枪16燃料的转换，达到在启动时利用天然气稳定点燃，运行时充分利用沼气的目的，并且实现沼气的燃料分级的效果。
[0030]
如图1所示，所述中心风道12内部具有旋流叶片20，中心风道 12的空气经过旋流叶片20后形成旋流，与中心燃气喷枪16和辅助燃气喷枪14中的燃气充分混合，并且燃烧形成的火焰旋流度大，能够有效地卷吸污泥热风通道9喷出的污泥颗粒，延长污泥颗粒在高温烟气中的停留时间，实现燃气污泥燃料联合分级，提高燃尽率且减少 no
x
生成。
[0031]
如图1所示，所述沼气天然气混合室4连通沼气集箱5并在沼气集箱5后方布置有沼气环形通道11，沼气环形通道11末端与燃烧室18隔绝的壁面形成回流区，有利于燃烧时的烟气回流。
[0032]
如图2所示，辅助燃气喷枪14出口采用v型喷嘴15，中心燃气喷枪16形成主火焰，辅助燃气喷枪14与一次风在外围助燃，两喷枪间形成中心烟气回流区，对尚未进行燃烧反应的空气和燃料进行预热、稀释，能够有效地强化燃烧、稳定火焰。同时，烟气回流使得炉内温度分布更加均匀，降低燃烧室最高温度，抑制热力型nox的形成，同时烟气回流卷吸污泥粉末，增加其在燃烧室中的停留时间促使其完全燃烧并有利于分解燃烧污泥时产生的恶二英达到无害化燃烧的效果。
[0033]
如图1所示，沼气环形通道11末端布置有环形水冷孔板13，沼气通过环形水冷孔板上的小孔进入一次风道8，并被点火探针6点燃进行燃烧，环形水冷孔板可以有效防止回火并降低燃烧温度，并且控制氮氧化物的产生。
[0034]
如图1所示，一次风道8以及燃烧室18外围布置有水冷壁套7 以降低燃烧温度，实现控制燃烧室温度在1000℃左右，在此温度下热力型氮氧化物的产生得到有效抑制，同时污泥燃烧产生的恶二英也得到有效的分解。
[0035]
如图1所示，在燃烧室18的外围周向布置有一圈空气喷嘴17向燃烧室不断喷射高
速空气，形成一层气态钝体防止污泥燃烧后在壁面结渣并补充燃烧所需氧气。
[0036]
如图1所示，本实用新型所述的一种集成沼气燃烧的污泥无害化低氮燃烧系统的燃烧方法，沼气发生池2不断产生沼气通过流量浓度检测装置1，流量浓度检测装置1的沼气流量和甲烷浓度检测部分检测沼气中甲烷浓度是否达到70％的甲烷含量设定标准，若甲烷浓度不足则逻辑运算部分会根据沼气流量计算达到标准浓度所需的天然气流量，同时输出电信号控制第一流量阀3
‑
1通过该流量的天然气，两路气体汇入沼气天然气混合室4，沼气天然气混合室4持续输出甲烷浓度稳定的沼气通入沼气集箱5；开始点火阶段，第二流量阀3
‑
2打开，天然气管道0的天然气通过三通接头19通入中心燃气集箱10随后通入辅助燃气喷枪14和中心燃气喷枪16，中心风道12的空气经过旋流叶片20形成旋流并与辅助燃气喷枪14和中心燃气喷枪16喷出的燃气混合，并被伸出的点火探针6点燃，在燃烧室18形成火焰；沼气集箱5中的沼气依次通过沼气环形通道11和环形水冷孔板13与一次风通道8的空气混合并被点火探针6点燃在燃烧室18燃烧；污泥热风通道9送入污泥粉末，污泥粉末经过钝体21的作用聚集在中心一圈喷入燃烧室18，在稳燃齿22的作用下稳定的燃烧被中心火焰和外周的沼气火焰形成的回流区包裹实现污泥粉末的充分燃烧；一次风通道8与燃烧室18外层的水冷壁套7以及环形水冷孔板13与水冷集箱23连接，保证低氮燃烧和二恶英的分解，燃烧室18外围一周布置有空气喷嘴17，在燃烧室边缘形成一层空气钝体，防止污泥燃烧在壁面产生结渣现象，并且补充燃烧所需的空气；待点火完成燃烧稳定后，第二流量阀3
‑
2关闭，第三流量阀3
‑
3打开，中心燃气集箱10 改通由沼气天然气混合室4供应的沼气，实现沼气的燃气分级和节约天然气的目的。
[0037]
为了能够实现超低氮、无害化燃烧，本实用新型主要通过以下几个措施：
[0038]
(1)分级燃烧：中心燃气通过中心燃气喷枪16和辅助燃气喷枪 14实现轴向分级燃烧，同时中心燃气和沼气形成燃气分级，沼气、天然气又和污泥粉末形成气体、固体分级燃烧，同时燃烧所需空气经中心风道12、污泥热风通道9、一次风道8以及空气喷嘴17分级送入燃烧器实现空气分级。
[0039]
(2)均衡燃烧：辅助燃气喷枪14的出口在中心风道出口内部，空气、燃气可以在中心风道混合，达到燃烧均衡的目的。
[0040]
(3)烟气回流：辅助燃气喷枪14出口采用v型喷嘴15，中心燃气喷枪16形成主火焰，辅助燃气喷枪14与一次风在外围助燃，两喷枪间形成中心烟气回流区，对尚未进行燃烧反应的空气和燃料进行预热、稀释，能够有效地强化燃烧、稳定火焰。烟气回流使得炉内温度分布更加均匀，降低燃烧室最高温度，抑制热力型nox的形成。在燃烧室18内，由于中心燃气管道和环形沼气燃烧管道燃烧的火焰产生的烟气回流可以有效卷吸两者之间的污泥热风管道所排出的污泥粉末，增加污泥粉末在燃烧室内的停留时间，实现污泥的充分燃烧
[0041]
(4)水冷燃烧：环形水冷孔板13和水冷套7有效降低燃烧温度和燃烧室温度，控制燃烧室温度在1000℃左右，降低热力型氮氧化物的产生，同时保证污泥燃烧时产生的恶二英得到有效分解。