一种高效炉排炉垃圾焚烧发电系统及其工作方法与流程

1.本发明属于节能环保领域，涉及垃圾的清洁转换与能量利用，具体涉及一种高效炉排炉垃圾焚烧发电系统及其工作方法。

背景技术：

2.随着城镇化的快速发展，垃圾每年以8％～10％的速度增长，“垃圾围城”现象日益严重。垃圾焚烧具有减量化、无害化、资源化的特点，是垃圾处理的终极方式。目前主流的垃圾焚烧方式是炉排炉焚烧，焚烧温度水平较低，且烟气中大量的含氯成分无法分解，导致过热器高温腐蚀严重，因此炉排炉垃圾焚烧仅能产生中温中压的蒸汽，限制了机组的发电效率和经济性。因此，提高炉排炉发电的蒸汽参数的同时避免过热器高温腐蚀，成为业界迫切的需求。

技术实现要素：

3.为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高效炉排炉垃圾焚烧发电系统及其工作方法，该系统充分利用炉排炉内垃圾燃烧的过程特性，通过针对性设计，能够提高炉排炉发电的蒸汽参数的同时避免过热器高温腐蚀，实现炉排炉垃圾焚烧高效发电。
4.本发明采用的技术方案如下：
5.一种高效炉排炉垃圾焚烧发电系统，包括炉排炉、烟气再循环系统、蒸发器、一级过热器、省煤器、烟气净化系统、凝汽器、再生燃气管道、二燃室空气预热器、燃气净化装置、二燃室、二级过热器和蒸汽轮机；
6.烟气再循环系统的入口与二级过热器的烟气出口连接，烟气再循环系统的出口与炉排炉的炉膛中部连接；
7.蒸发器的烟气入口与炉排炉炉膛出口相连，蒸发器的烟气出口与一级过热器的烟气入口相连；一级过热器的烟气出口与省煤器的烟气入口相连，省煤器的烟气出口与烟气净化系统的入口相连；省煤器的水入口与凝汽器的出水口连接，省煤器的水出口与蒸发器的水入口相连，蒸发器的蒸汽出口与一级过热器的蒸汽入口相连，一级过热器的蒸汽出口与二级过热器的蒸汽入口相连；
8.二燃室空气预热器的燃气入口通过再生燃气管道与炉排炉的垃圾热解区连接，二燃室空气预热器的燃气出口与燃气净化装置的入口连接，燃气净化装置的出口与二燃室的燃气入口连接，二燃室的烟气出口与二级过热器的烟气入口连接；二燃室空气预热器的空气出口与二燃室进风口连接，二级过热器的蒸汽出口与蒸汽轮机的蒸汽入口连接，蒸汽轮机的蒸汽出口与凝汽器的进汽口连接。
9.优选的，蒸汽轮机包括高压缸和中低压缸，二级过热器的蒸汽出口与高压缸的蒸汽入口连接，中低压缸的蒸汽出口与凝汽器的进汽口连接。
10.优选的，烟气再循环系统包括烟气再循环管道和蒸汽再热器，烟气再循环管道的
一端与二级过热器的烟气出口连接，烟气再循环管道的另一端与炉排炉的炉膛中部连接；蒸汽再热器接入烟气再循环管道中，蒸汽轮机高压缸的出口与蒸汽再热器的蒸汽入口连接，蒸汽再热器的蒸汽出口与蒸汽轮机的中低压缸蒸汽口入连接。
11.优选的，本发明高效炉排炉垃圾焚烧发电系统还包括一次风系统，一次风系统与炉排炉的底部相连。
12.优选的，本发明高效炉排炉垃圾焚烧发电系统还包括垃圾供给系统，垃圾供给系统与炉排炉的垃圾入口连接。
13.优选的，本发明高效炉排炉垃圾焚烧发电系统还包括二次风系统，二次风系统与炉排炉炉膛的上部连接。
14.优选的，本发明高效炉排炉垃圾焚烧发电系统还包括二燃室送风系统，二燃室送风系统的出口与二燃室空气预热器的空气进口连接。
15.本发明所述的高效炉排炉垃圾焚烧发电系统的工作方法，包括如下过程：
16.炉排炉中垃圾焚烧时产生的烟气依次经蒸发器、一级过热器、省煤器换热，之后经烟气净化系统净化后排出；再生燃气管道将炉排炉热解区垃圾热解产生的再生燃气输送至二燃室空气预热器进行冷却，冷却后的再生燃气进入燃气净化装置，燃气净化装置去除再生燃气中的飞灰以及腐蚀性物质，去除了飞灰以及腐蚀性物质的再生燃气进入二燃室燃烧，二燃室内燃烧所需的空气经二燃室空气预热器加热后进入二燃室，二燃室内燃烧产生的烟气进入二级过热器加热蒸汽，换热降温后的烟气经烟气再循环系统被送入炉排炉炉膛的中部位置；来自一级过热器的中温中压蒸汽在二级过热器内被加热至高温高压蒸汽，所述高温高压蒸汽进入蒸汽轮机内做功发电，做功后的蒸汽进入凝汽器中被凝结，自凝汽器的凝结水依次经省煤器、蒸发器和一级过热器被加热并进行循环。
17.优选的，垃圾在炉排炉内燃烧时，燃烧过程沿炉排长度方向划分为三个区域，三个区域分别为垃圾干燥区、垃圾热解区和固态垃圾燃尽区，控制垃圾干燥区整体过量空气系数》1；静置垃圾热解区整体过量空气系数《1；控制固态垃圾燃尽区整体过量空气系数》1；
18.热解区垃圾热解产生的再生燃气温度为800～900℃，二燃室空气预热器出口的再生燃气温度为350～400℃；挥发性碱和重金属氯盐在二燃室空气预热器内凝华，然后经过燃气净化装置时被过滤，焦油随再生燃气通过燃气净化装置后进入二燃室进行燃烧。
19.优选的，蒸汽轮机包括高压缸和中低压缸，二级过热器的蒸汽出口与高压缸的蒸汽入口连接，中低压缸的蒸汽出口与凝汽器的进汽口连接；烟气再循环系统包括烟气再循环管道和蒸汽再热器，烟气再循环管道的一端与二级过热器的烟气出口连接，烟气再循环管道的另一端与炉排炉的炉膛中部连接；蒸汽再热器接入烟气再循环管道中，蒸汽轮机高压缸的出口与蒸汽再热器的蒸汽进口连接，蒸汽再热器的蒸汽出口与蒸汽轮机的中低压缸蒸汽口入连接；
20.蒸汽再热器以二级过热器中换热后的烟气作为热工质，加热来自蒸汽轮机高压缸出口的蒸汽，经蒸汽再热器加热后的蒸汽进入中低压缸，经蒸汽再热器中换热后的烟气进入炉排炉的中部位置完成循环。
21.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
22.本发明高效炉排炉垃圾焚烧发电系统实现了垃圾的高效利用，通过炉内配风优化，强化垃圾热解并将再生燃气单独利用，剩余垃圾在炉内燃尽。本发明针对垃圾和再生燃
气的不同特点，利用炉排炉燃烧垃圾产生中温中压蒸汽，避免炉内受热面高温腐蚀问题；将再生燃气管道、二燃室空气预热器、燃气净化装置、二燃室和二级过热器独立布置于炉排炉炉外，利用垃圾热解产生的再生燃气炉外净化后燃烧加热，产生高温高压蒸汽，提升机组发电效率。本发明采用烟气再循环系统，将二燃室产生的烟气全部引入炉排炉内，不仅可降低炉内燃烧的氮氧化物生成，同时可将整个发电机组的烟气集中进行污染物脱除处理，实现系统集约化。综上，本发明充分利用炉排炉内垃圾燃烧的过程特性，通过针对性设计，能够提高炉排炉发电的蒸汽参数的同时避免过热器高温腐蚀，实现炉排炉垃圾焚烧高效发电。
附图说明
23.图1为本发明高效炉排炉垃圾焚烧发电系统的示意图。
24.其中，1为一次风系统、2为炉排炉、2-1为垃圾干燥区、2-2为垃圾热解区、2-3为固态垃圾燃尽区、3为垃圾供给系统、4为二次风系统、5为蒸发器、6为一级过热器、7为省煤器、8为烟气净化系统、9为再生燃气管道、10为烟气再循环系统、11为二燃室空气预热器、12为二燃室送风系统、13为燃气净化装置、14为二燃室、15为二级过热器、16为蒸汽轮机、16-1为高压缸、16-2为中低压缸、17为凝汽器、18为蒸汽再热器。
具体实施方式
25.下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述。
26.本发明通过炉内配风优化，强化了垃圾的热解，并将垃圾热解制成的再生燃气抽出炉膛单独利用。在炉排炉内设计一级蒸汽过热系统，利用垃圾焚烧产生中温中压蒸汽；在炉排炉外设计二级蒸汽过热系统，利用再生燃气净化后燃烧，加热来自炉排炉的中温中压蒸汽至高温高压，并将产生的烟气用于蒸汽再热和再循环，达到余热利用和降低氮氧化物的效果。整个系统实现垃圾高效利用、烟气余热循环利用，并充分发挥了不同品质燃料的优势，在避免受热面高温腐蚀的前提下，切实提升了炉排炉垃圾焚烧的发电效率。本发明的具体方案详见以下实施例。
27.实施例
28.参考图1，本实施例的高效炉排炉垃圾焚烧发电系统包括炉排炉燃烧系统、一级蒸汽过热系统和二级蒸汽过热系统。
29.炉排炉燃烧系统包括一次风系统1、炉排炉2、垃圾供给系统3、二次风系统4和烟气再循环系统10；一次风系统1与炉排炉2的底部相连，一次风系统1沿着炉排炉2的炉排长度方向从炉排炉2的底部将助燃风送入炉排炉2的炉膛；垃圾供给系统3将燃料源源不断输送至炉排上；二次风系统4将二次风从炉排炉2上部送入；烟气再循环系统10将循环烟气从炉排炉2中部送入，具体的，烟气再循环系统10包括烟气再循环管道和蒸汽再热器18，烟气再循环管道的一端与二级过热器15的烟气出口连接，烟气再循环管道的另一端与炉排炉2的炉膛中部连接；蒸汽再热器18接入烟气再循环管道中。垃圾在炉排炉2内燃烧时，实际燃烧过程沿炉排长度方向划分为三个区域，三个区域分别为垃圾干燥区2-1、垃圾热解区2-2和固态垃圾燃尽区2-3。
30.一级蒸汽过热系统包括蒸发器5、一级过热器6、省煤器7、烟气净化系统8和凝汽器17；蒸发器5布置在炉排炉2的炉膛出口位置，蒸发器5的烟气入口与炉排炉2炉膛出口相连，
蒸发器5的烟气出口与一级过热器6的烟气入口相连；一级过热器6的烟气出口与省煤器7的烟气入口相连，省煤器7的烟气出口与烟气净化系统8的入口相连，烟气净化系统8的出口排入大气。省煤器7的水入口接收来自凝汽器17的凝结水，省煤器7的水出口与蒸发器5的水入口相连，蒸发器5的蒸汽出口与一级过热器6的蒸汽入口相连，一级过热器6的蒸汽出口与二级过热器15的蒸汽入口相连。
31.二级蒸汽过热系统包括再生燃气管道9、二燃室空气预热器11、二燃室送风系统12、燃气净化装置13、二燃室14、二级过热器15、蒸汽轮机16和蒸汽再热器18。垃圾热解区2-2位于炉排的中部位置，再生燃气管道9与垃圾热解区2-2相连，将垃圾热解产生的再生燃气输送至二燃室空气预热器11进行冷却，冷却后的再生燃气进入燃气净化装置13，燃气净化装置13去除再生燃气中的飞灰、腐蚀性物质后进入二燃室14燃烧，燃烧所需的空气由二燃室送风系统12提供，该空气经二燃室空气预热器11加热后，送入二燃室14，燃烧产生高温烟气进入二级过热器15加热蒸汽，换热降温后的烟气经烟气再循环系统10被送入炉排炉2的中部位置。来自一级过热器6的中温中压蒸汽在二级过热器15内被加热至高温高压蒸汽，进入蒸汽轮机16的高压缸16-1做功发电，做功后的蒸汽在蒸汽再热器18中进行再热，后进入蒸汽轮机16的中低压缸16-2做功发电，中低压缸16-2出口的低品位蒸汽进入凝汽器17。
32.炉排炉2受过热器高温腐蚀限制，在炉内通常仅能产生中温中压蒸汽。为进一步提高蒸汽参数，将二级蒸汽过热系统布置在炉外，并由净化后的再生燃气燃烧加热。
33.垃圾在炉排炉2内燃烧时，垃圾干燥区2-1的垃圾由于初入炉膛，含水量较大，因此仅发生轻度燃烧，控制区域整体过量空气系数》1；垃圾热解区2-2的部分垃圾在高温下发生热解和燃烧，产生再生燃气向上逃逸，为促进热解燃气生成，控制该区域整体过量空气系数《1；固态垃圾燃尽区2-3为热解后的残余垃圾，尽可能燃尽后排渣，因此控制该区域整体过量空气系数》1。
34.二级蒸汽过热系统所需燃气经再生燃气管道9取自垃圾热解区2-2，原始再生燃气800～900℃，经过二燃室空气预热器11降温至350～400℃，在该温度水平下挥发性碱和重金属氯盐会凝华，而焦油不会凝结析出，从而保障燃气净化装置13的过滤效率。
35.烟气再循环系统10中布置了蒸汽再热器18，接收二级过热器15中换热后的烟气作为热工质，加热来自蒸汽轮机16高压缸16-1出口的蒸汽，后将蒸汽送入中低压缸16-2，烟气被送入炉排炉2的中部位置完成循环。
36.综上，本发明通过炉内配风优化，强化垃圾热解制成再生燃气，将低品质燃料垃圾通过炉排炉焚烧，产生中温中压蒸汽；将高品质燃料再生燃气引出炉外，净化处理后在二燃室燃烧，加热来自炉排炉的中温中压蒸汽至高温高压，达到提升蒸汽参数、避免受热面高温腐蚀，最终实现机组发电效率提升的目的。

技术特征：

1.一种高效炉排炉垃圾焚烧发电系统，其特征在于，包括炉排炉(2)、烟气再循环系统(10)、蒸发器(5)、一级过热器(6)、省煤器(7)、烟气净化系统(8)、凝汽器(17)、再生燃气管道(9)、二燃室空气预热器(11)、燃气净化装置(13)、二燃室(14)、二级过热器(15)和蒸汽轮机(16)；烟气再循环系统(10)的入口与二级过热器(15)的烟气出口连接，烟气再循环系统(10)的出口与炉排炉(2)的炉膛中部连接；蒸发器(5)的烟气入口与炉排炉(2)炉膛出口相连，蒸发器(5)的烟气出口与一级过热器(6)的烟气入口相连；一级过热器(6)的烟气出口与省煤器(7)的烟气入口相连，省煤器(7)的烟气出口与烟气净化系统(8)的入口相连；省煤器(7)的水入口与凝汽器(17)的出水口连接，省煤器(7)的水出口与蒸发器(5)的水入口相连，蒸发器(5)的蒸汽出口与一级过热器(6)的蒸汽入口相连，一级过热器(6)的蒸汽出口与二级过热器(15)的蒸汽入口相连；二燃室空气预热器(11)的燃气入口通过再生燃气管道(9)与炉排炉(2)的垃圾热解区(2-2)连接，二燃室空气预热器(11)的燃气出口与燃气净化装置(13)的入口连接，燃气净化装置(13)的出口与二燃室(14)的燃气入口连接，二燃室(14)的烟气出口与二级过热器(15)的烟气入口连接；二燃室空气预热器(11)的空气出口与二燃室(14)进风口连接，二级过热器(15)的蒸汽出口与蒸汽轮机(16)的蒸汽入口连接，蒸汽轮机(16)的蒸汽出口与凝汽器(17)的进汽口连接。2.根据权利要求1所述的一种高效炉排炉垃圾焚烧发电系统，其特征在于，蒸汽轮机(16)包括高压缸(16-1)和中低压缸(16-2)，二级过热器(15)的蒸汽出口与高压缸(16-1)的蒸汽入口连接，中低压缸(16-2)的蒸汽出口与凝汽器(17)的进汽口连接。3.根据权利要求2所述的一种高效炉排炉垃圾焚烧发电系统，其特征在于，烟气再循环系统(10)包括烟气再循环管道和蒸汽再热器(18)，烟气再循环管道的一端与二级过热器(15)的烟气出口连接，烟气再循环管道的另一端与炉排炉(2)的炉膛中部连接；蒸汽再热器(18)接入烟气再循环管道中，蒸汽轮机(16)高压缸(16-1)的出口与蒸汽再热器(18)的蒸汽入口连接，蒸汽再热器(18)的蒸汽出口与蒸汽轮机(16)的中低压缸(16-2)蒸汽口入连接。4.根据权利要求1所述的一种高效炉排炉垃圾焚烧发电系统，其特征在于，还包括一次风系统(1)，一次风系统(1)与炉排炉(2)的底部相连。5.根据权利要求1所述的一种高效炉排炉垃圾焚烧发电系统，其特征在于，还包括垃圾供给系统(3)，垃圾供给系统(3)与炉排炉(2)的垃圾入口连接。6.根据权利要求1所述的一种高效炉排炉垃圾焚烧发电系统，其特征在于，还包括二次风系统(4)，二次风系统(4)与炉排炉(2)炉膛的上部连接。7.根据权利要求1所述的一种高效炉排炉垃圾焚烧发电系统，其特征在于，还包括二燃室送风系统(12)，二燃室送风系统(12)的出口与二燃室空气预热器(11)的空气进口连接。8.权利要求1-7任意一项所述的一种高效炉排炉垃圾焚烧发电系统的工作方法，其特征在于，包括如下过程：炉排炉(2)中垃圾焚烧时产生的烟气依次经蒸发器(5)、一级过热器(6)、省煤器(7)换热，之后经烟气净化系统(8)净化后排出；再生燃气管道(9)将炉排炉(2)热解区(2-2)垃圾热解产生的再生燃气输送至二燃室空气预热器(11)进行冷却，冷却后的再生燃气进入燃气净化装置(13)，燃气净化装置(13)去除再生燃气中的飞灰以及腐蚀性物质，去除了飞灰以
及腐蚀性物质的再生燃气进入二燃室(14)燃烧，二燃室(14)内燃烧所需的空气经二燃室空气预热器(11)加热后进入二燃室(14)，二燃室(14)内燃烧产生的烟气进入二级过热器(15)加热蒸汽，换热降温后的烟气经烟气再循环系统(10)被送入炉排炉(2)炉膛的中部位置；来自一级过热器(6)的中温中压蒸汽在二级过热器(15)内被加热至高温高压蒸汽，所述高温高压蒸汽进入蒸汽轮机(16)内做功发电，做功后的蒸汽进入凝汽器(17)中被凝结，自凝汽器(17)的凝结水依次经省煤器(7)、蒸发器(5)和一级过热器(6)被加热并进行循环。9.根据权利要求8所述的一种高效炉排炉垃圾焚烧发电系统的工作方法，其特征在于，垃圾在炉排炉(2)内燃烧时，燃烧过程沿炉排长度方向划分为三个区域，三个区域分别为垃圾干燥区(2-1)、垃圾热解区(2-2)和固态垃圾燃尽区(2-3)，控制垃圾干燥区(2-1)整体过量空气系数>1；静置垃圾热解区(2-2)整体过量空气系数<1；控制固态垃圾燃尽区(2-3)整体过量空气系数>1；热解区(2-2)垃圾热解产生的再生燃气温度为800～900℃，二燃室空气预热器(11)出口的再生燃气温度为350～400℃；挥发性碱和重金属氯盐在二燃室空气预热器(11)内凝华，然后经过燃气净化装置(13)时被过滤，焦油随再生燃气通过燃气净化装置(13)后进入二燃室(14)进行燃烧。10.根据权利要求8所述的一种高效炉排炉垃圾焚烧发电系统的工作方法，其特征在于，蒸汽轮机(16)包括高压缸(16-1)和中低压缸(16-2)，二级过热器(15)的蒸汽出口与高压缸(16-1)的蒸汽入口连接，中低压缸(16-2)的蒸汽出口与凝汽器(17)的进汽口连接；烟气再循环系统(10)包括烟气再循环管道和蒸汽再热器(18)，烟气再循环管道的一端与二级过热器(15)的烟气出口连接，烟气再循环管道的另一端与炉排炉(2)的炉膛中部连接；蒸汽再热器(18)接入烟气再循环管道中，蒸汽轮机(16)高压缸(16-1)的出口与蒸汽再热器(18)的蒸汽进口连接，蒸汽再热器(18)的蒸汽出口与蒸汽轮机(16)的中低压缸(16-2)蒸汽口入连接；蒸汽再热器(18)以二级过热器(15)中换热后的烟气作为热工质，加热来自蒸汽轮机(16)高压缸(16-1)出口的蒸汽，经蒸汽再热器(18)加热后的蒸汽进入中低压缸(16-2)，经蒸汽再热器(18)中换热后的烟气进入炉排炉(2)的中部位置完成循环。

技术总结

本发明公开了一种高效炉排炉垃圾焚烧发电系统及其工作方法，通过炉内配风优化，强化了垃圾的热解，并将垃圾热解制成的再生燃气抽出炉膛单独利用。在炉排炉内设计一级蒸汽过热系统，利用垃圾焚烧产生中温中压蒸汽；在炉排炉外设计二级蒸汽过热系统，利用再生燃气净化后燃烧，加热来自炉排炉的中温中压蒸汽至高温高压，并将产生的烟气用于蒸汽再热和再循环，达到余热利用和降低氮氧化物的效果。整个系统实现垃圾高效利用、烟气余热循环利用，并充分发挥了不同品质燃料的优势，在避免受热面高温腐蚀的前提下，切实提升了炉排炉垃圾焚烧的发电效率。电效率。电效率。