一种焚烧锅炉热能回收和烟气净化集成系统的制作方法

一种焚烧锅炉热能回收和烟气净化集成系统
1.技术领域：
2.本实用新型涉及循环流化床、炉排层燃锅炉等方式焚烧生活或工业垃圾、污泥、农林生物质或一般固废，进行发电或能源综合回收利用等技术领域，是将锅炉岛与烟气岛有机集成的系统装置，既保证锅炉焚烧安全、稳定、高效，又能使焚烧后的烟气各项指标达到规范标准的超低排放要求。
3.

背景技术：

4.目前，生活或工业垃圾、污泥、农林生物质或一般固废（相较于不可再生的煤、石油等化石燃料，这类物质一般称作为可再生能源，以下统称为“可再生能源”）技术领域无害化焚烧处理一般均采用循环流化床或层燃炉排等锅炉岛。锅炉岛设备包括焚烧锅炉本体、给水系统、烟风系统和灰渣处理系统等；烟气岛设备包括脱硫系统、脱硝系统、除二恶英系统、烟气除尘系统等，主要是将焚烧锅炉所排放的污染烟气中有害成分（如so2、nox、co等）、灰尘（主要包括人类可吸入颗粒、有害重金属、二恶英等）经过烟气净化后，达到国家超净排放指标排放大气。
5.对于可再生能源焚烧发电或能源综合利用，锅炉岛和烟气岛是废转能工厂的两大核心工艺系统。如何做到这两大核心工艺系统有机配合是关键。
6.传统的烟气岛一般放置在锅炉岛下游，净化后的烟气经过锅炉引风机送入烟囱排放大气。此时，锅炉岛设备排出的有害烟气在150℃至220℃之间，这样的烟气净化装置，本专利术语称之为低温烟气岛。
7.低温烟气岛，虽然能在一定程度上也能达到烟气净化指标的要求，但对于锅炉本体，其未经过处理的有害烟气从炉膛直接经过对流换热腔体内进行换热，将会导致以下几个问题：
8.（1）、换热器的对流受热面的磨损问题，在对流换热器的设计上，迎风面需要设置防磨片，以减少对换热管束的损坏，但却减少了对流换热系数，影响了换热效率，同时也增加的运行维护成本；
9.（2）、锅炉对流受热面管束容易出现堵灰，需要配套相应的清灰装置，定期或不定期对其表面进行清理，才能保证有效换热；
10.（3）、锅炉本体通过辐射和对流换热后，如果锅炉排烟温度过高会减少余热回收效率，若排烟温度过低则会造成锅炉对流换热管束产生低温腐蚀导致爆管泄露等事故。
11.综上，需要对传统的烟气净化装置和净化方式进行改进。
12.

技术实现要素：

13.本实用新型目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种焚烧锅炉热能回收和烟气净化集成系统，突破了传统的思维发方式，这影响到锅炉本体的热交换设计理念；同时，也将加快现有废转能工厂的工艺路线改造，在业内必将成为一次革命性的技术创新。
14.本实用新型是通过以下技术方案实现的：
15.一种焚烧锅炉热能回收和烟气净化集成系统，包括有锅炉岛和烟气岛。
16.所述锅炉岛的炉膛上方与对流换热腔体之间安装有烟气挡板门；所述烟气岛的烟
气进口通过烟气循环管道ⅰ与烟气挡板门上游位置的炉膛连通，烟气岛的烟气出口通过烟气循环管道ⅱ连接至锅炉岛烟气挡板门下游与对流换热腔体上游之间；所述对流换热腔体内设置有对流换热器，净化后的烟气在对流换热腔体内进行换热，换热后的低温烟气，通过引风机由烟气管道送至烟囱排放大气，形成一个通过焚烧锅炉进行热能综合回收利用和烟气净化治理的集成系统。
17.所述的烟气岛包括烟气处理本体、烟气循环管道、加药装置、循环风机；所述烟气处理本体包括洁净室、污染室、隔板和耐高温复合滤筒，洁净室与污染室通过耐高温复合滤筒进行过滤并通过隔板进行隔离，分成上下两个腔室；所述耐高温复合滤筒的上端口为开口且用于洁净烟气排出，底端口封闭用于阻隔污染烟气，耐高温复合滤筒侧壁上分布有滤孔，通过耐高温复合滤筒过滤下来灰尘，通过落灰管道连接至飞灰输送系统；所述的耐高温复合滤筒的上端部设有方便卡装的台阶，隔板上分布有用于卡装耐高温复合滤筒的安装孔；所述的烟气循环管道的上游，烟气处理本体入口管道上设置有加药装置，加药装置用于添加化学药剂，包括但不限于脱硫剂、脱硝剂和除二恶英剂储存罐，其底部与烟气循环管道通过控制阀连接；所述的烟气岛烟气循环系统采用循环风机进行强制通风。
18.所述的耐高温复合滤筒由耐高温陶瓷滤筒以及外表面涂覆有钒钛钨催化层组成。
19.本实用新型的优点是：
20.1、由于锅炉本体烟气挡板门之后是无污染完全达标排放的洁净烟气，因此，锅炉对流换热效率大大提高；
21.2、彻底解决了锅炉对流受热面的磨损问题，在对流换热器的设计上，迎风面不需要防磨片，可以采取更高的烟气流速，提高对流换热系数，减少对流受热面，从而节省金属材料；
22.3、彻底解决了锅炉对流受热面的堵灰问题，对流换热器可采用带有鳍片扩展受热面的换热管，节省空间，另外不需要传统的清灰装置；
23.4、彻底解决了锅炉对流受热面的低温腐蚀问题，在锅炉设计上可采用更低的排烟温度（最低排烟温度可以保证60℃以下），减少排烟热损失，提高了锅炉的设计效率，减轻电厂环境热污染；
24.5、彻底消除电厂烟囱冒白烟现象，减少雾霾天气和石膏雨的形成，有利于环境保护；
25.6、彻底化学分解二恶英，而不是采用物理吸附二恶英，避免二次污染，使工作人员也处在安全的环境中；
26.7、采用协同高温脱硫脱硝，零污水排放，设备高温操作，免于冷凝导致设备腐蚀，设备等无需伴热，节约维修成本；
27.8、烟气处理采用五位一体集成化的烟气高温净化工艺，更便于烟气能量的高效回收。
28.附图说明：
29.图1为锅炉岛与烟气岛集成系统示意图。
30.图2为烟气岛结构示意图。
31.图3为耐高温复合滤筒结构示意图。
32.附图标记：
33.1、锅炉岛；1
‑
1、炉膛；1
‑
2、对流换热器；1
‑
3、对流换热腔体；1
‑
4、烟气挡板门；2、烟气岛；2
‑
1、洁净室；2
‑
2、污染室；2
‑
3、隔板；2
‑
4、高温复合滤筒；2
‑4‑
1、耐高温陶瓷滤筒；2
‑4‑
2、钒钛钨催化层；2
‑
5、烟气循环管道；2
‑
6、加药装置；2
‑
7、循环风机；3
‑
1、烟气循环管道ⅰ；3
‑
2烟气循环管道ⅱ；4、烟气管道；5、引风机；6、烟囱。
34.具体实施方式：
35.参见附图。
36.一种焚烧锅炉热能回收和烟气净化集成系统，包括有锅炉岛1和烟气岛2，锅炉岛1的炉膛1
‑
1上方与对流换热腔体1
‑
3之间安装有烟气挡板门1
‑
4，烟气岛2的烟气进口通过烟气循环管道ⅰ3
‑
1与烟气挡板门1
‑
4上游位置的炉膛1
‑
1连通；烟气岛2的烟气出口通过烟气循环管道ⅱ3
‑
2连接至锅炉岛1烟气挡板门1
‑
4下游与对流换热腔体1
‑
3上游之间，对流换热腔体1
‑
3内设置有对流换热器1
‑
2，净化后的烟气在对流换热腔体1
‑
3内进行换热，换热之后的低温烟气，通过引风机5由烟气管道4送至烟囱6排放大气，形成一个通过焚烧锅炉进行热能综合回收利用和烟气净化治理的集成系统。
37.进一步，烟气岛2包括烟气处理本体、烟气循环管道2
‑
5、加药装置2
‑
6、循环风机2
‑
7，烟气处理本体包括洁净室2
‑
1、污染室2
‑
2、隔板2
‑
3和耐高温复合滤筒2
‑
4，洁净室2
‑
1与污染室2
‑
2通过耐高温复合滤筒2
‑
4进行过滤并通过隔板2
‑
3进行隔离，分成上下两个腔室，耐高温复合滤筒2
‑
4的上端口为开口且用于洁净烟气排出，底端口封闭用于阻隔污染烟气，耐高温复合滤筒滤筒2
‑
4侧壁上分布有滤孔，通过耐高温复合滤筒2
‑
4过滤下来灰尘，通过落灰管道连接至飞灰输送系统。耐高温复合滤筒2
‑
4由耐高温陶瓷滤筒2
‑4‑
1以及外表面涂覆有钒钛钨催化层2
‑4‑
2组成。烟气循环管道2
‑
5采用循环风机2
‑
7强制通风。耐高温复合滤筒2
‑
4的上端部设有方便卡装的台阶，隔板2
‑
3上分布有用于卡装耐高温复合滤筒2
‑
4的安装孔。烟气循环管道2
‑
5的上游，烟气处理本体入口管道上设置有加药装置2
‑
6，加药装置2
‑
6用于添加化学药剂，包括但不限于脱硫剂、脱硝剂和除二恶英剂储存罐，其底部与烟气循环管道2
‑
5通过控制阀连接。
38.对于本实用新型焚烧锅炉热能回收和烟气净化集成系统，锅炉岛需要烟气岛的性能保证：
39.1、处理后的烟气污染物，达到国家超净排放要求；
40.2、漏风率不得大于2%；
41.3、烟气阻力约1300~1600pa，不能超过1600pa；
42.4、处理烟气进出口温降在20~50℃，最高不得大于50℃；
43.5、最高承受烟气不能低于420℃。
44.烟气岛只有保证上述性能，焚烧锅炉热能回收和烟气净化集成系统才能到达本实用新型的系统最优。
45.上述结构中：在介于锅炉本体焚烧炉室和对流换热装置之间的烟气通道上设置烟气挡板门，将污染烟气从挡板门前抽出，经过烟气净化装置后，达标洁净的烟气再从烟气挡板门后引入。此时，洁净的烟气与锅炉本体对流换热装置进行充分换热，换热后的低温烟气从锅炉本体引出，再由锅炉引风机通过烟囱排放大气。
46.从锅炉本体中间抽出的烟气温度在300℃至450℃之间，这样的烟气净化装置，本专利术语称之为高温烟气岛。
47.虽然目前也有从锅炉本体中间抽出高温烟气进行处理的案例，但一般仅仅限于烟气的脱硝，本实用新型所指的高温烟气岛，系指包括烟气脱硫、脱硝、脱白、去除二恶英，烟气除尘等五位一体集成化的烟气净化工艺。
48.本实用新型，高温烟气岛核心技术说明如下：
49.高温复合滤筒直接安装到集尘器之孔板。产品可在高温的环境下作业。复合滤筒采用硅酸铝陶瓷结构，以提供在较高温度下（相对于传统的布袋滤筒），的灰尘过滤效率并可长时间保持性能稳定。传统滤布具有弹性, 逆吹时膨胀变形，将尘饼完全剥离导致粉尘存在穿透之疑虑。高温复合滤筒坚固刚性的过滤体，保留残存尘饼提高细微颗粒之过滤效果。使用寿命的期限比传统集尘器（滤袋）更加优越。设备高温操作，免于冷凝导致设备腐蚀，设备等无需伴热，节约维修成本。
50.另外，除了烟气除尘高效率，还辅以脱硝、脱硫、脱白、去除二恶英之功效，五位一体可以同时在一个封闭环境内，在同一温度工况下一并处理完成。
51.协同脱硫：应用干法式，搭配不同碱剂，如碳酸氢钠（nahco3）或消石灰（ca(oh)2）等，以去除酸性气体（so2、hcl、hf等）。滤筒除尘器可视为一座脱硫反应舱，在滤筒外形成消石灰滤饼固定床，增加反应效果。
52.协同脱硝：添加氨或尿素以去除氮氧化物。所谓催化高温复合滤筒是在滤筒外侧敷设一层钒钛钨催化剂，用于将氮氧化物还原成氮气。采用高温复合滤筒去除氮氧化物原理，属于改良型选择性催化还原反应（selective catalytic reduction）。催化剂采用钒钛钨系，最佳操作温度为300
‑
420℃，最高450℃。
53.协同脱白：烟气中的水蒸气，参与整个脱硫的全过程，由于采用的是干式脱硫，烟气中的水蒸气，参与脱硫剂与除酸性气体的化学反应，污水为零排放，消除烟囱的白羽（冒白烟）现象。
54.协同分解二恶英：在钒基催化剂的作用下，二恶英和氧气发生反应，被分解为co2、h2o、 hcl等无毒或较轻微毒性物质排出。
55.二恶英分解大致反应方程式：
56.c12hncl8
‑
no2 (9 0.5n)o2=(n
‑
4)h2o 12co2 (8
‑
n)hcl。
57.钒基催化剂是化学分解二恶英，而传统的活性碳是吸附二恶英，只是将烟气中二恶英转移到飞灰中，需送至危废处理厂再进行飞灰固化处理，以防二恶英再次逸出。活性碳是吸附是物理过程，而非化学分解二恶英，因此二次污染在所难免。
58.另外，由于洁净烟气不存在对换热管的低温腐蚀，因此可以最大限度地降低焚烧锅炉的排烟温度，来实现节能减耗的目的。一般为了避免低温腐蚀，锅炉的排烟温度必须高于烟气的露点，排烟温度一般控制在150~220℃。本实用新型是靠各个对流部件合理布置换热部件来实现锅炉超低温排放之目的，排烟温度可以保证60℃以下，最大程度做到能源的回收利用。
59.本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上游”、“下游”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本实用和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用的限制。此外，“序号1、2、3
……”
仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。
60.本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限制，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接或可拆卸连接；也可以是通过中间媒介传动的机械连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用中的具体含义。
61.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。