在焚燒系統中控制初次和二次空氣噴射的方法和裝置的製作方法

2023-07-23 19:50:11 3

專利名稱：在焚燒系統中控制初次和二次空氣噴射的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及包括多排分隔成幾段的二次空氣噴嘴的廢物焚燒裝置。該發明涉及一種用於控制二次空氣幾個參數，包括下列參數中至少一個流量、速度、湍流、體積、成分和溫度，以便在焚燒系統中使焚燒過程最佳化。本發明涉及控制初次空氣的噴射方法。本發明也涉及一種焚燒設備，其功能按照所述方法控制初次和二次空氣噴射。
背景技術：
廢物的燃燒過程相當複雜，因為其中不但在爐柵上也在爐柵以上空間產生均勻和不均勻的反應。包括燃燒室和後燃燒室的鍋爐部分是焚燒裝置的關鍵部分並且需要以極大的注意進行設計。這種類型鍋爐的重要特性是良好的性能、高度靈活性、良好的實用性和可靠性並具有對各種壓力部件可接受的使用壽命。靈活性極其重要，因為廢物在例如成分和熱值方面有很大變化。鍋爐必須能夠在這些經常變化的狀態下運行並且在儘可能穩定方式下產生蒸汽和熱量。
自實施EU廢物焚燒條令(2000/076)以來，要求對於市政廢物在溫度850℃以上至少保持駐留時間2秒以上，綜合集中使用選擇性剩餘廢物和高熱值「問題」和不均勻廢棄燃料，達到完全燃燒的條件現在變得更加苛刻。大量現存的裝置並不設計在這些條件下運行並且需要這些系統進行主要的改進以便符合新的要求。
為符合這些新要求近年來已經開發和實施幾種新技術。為增加燃燒效率和減少對於大氣汙染物的排放，對於燃燒過程提供產生氧氣的二次空氣被供給到鍋爐中以便改進可燃廢氣的燃燒。例如，DE4401821描述一種由帶有二次空氣供應系統的「置換體」組成改進燃燒的方法和裝置。使用這種新的二次空氣噴射系統燃燒和後燃燒過程可以有力地改進並且能夠導致煙道氣體更短時間內並明顯地完全燃燒。
在此，名詞置換體、非流線型體和稜形體可互換地使用。不過，獲得有效燃燒的一個主要問題是二次空氣的良好混合。二次空氣的細微調節很困難。另外，由於在鍋爐內缺乏由二次空氣引起的足夠湍流，不能達到二次空氣與可燃廢氣的足夠混合，導致不完全燃燒。還有，當噴入鍋爐中時，引入的二次空氣常常沒有正確地處理以便立即參加後燃燒過程。結果是，需要較長時間使後燃燒過程中煙道氣達到完全燃燒，而在鍋爐中噴入未經處理的二次空氣甚至可以減慢後燃燒過程。
另一個問題是整個後燃燒室剖面上的溫度並不恆常；煙道氣的凹穴內有時與最佳溫度相比較熱或較冷，導致諸如腐蝕、結渣和汙垢等不合要求的副作用。
為解決上述問題，本發明提供一種包括改進的初次空氣和二次空氣系統的新裝置，一種控制包括流量、速度、湍流、體積、成分和溫度等二次空氣的參數的方法，和一種控制初次空氣的方法。採用這種裝置和方法導致高度有效的燃燒過程，其特徵為產生低的初始排放物並且能夠適應EU條令規範。
發明概要本發明的一個實施例是一種焚燒固體材料的裝置，包括-供料系統，能夠向鍋爐引入固體材料，-爐柵系統，包括幾個爐柵元件，-爐膛，能夠焚燒所述固體材料，-後燃燒室，能夠燒盡由於所述焚燒而產生的煙道氣，-初次空氣供應系統，能夠有差別地橫越不同爐柵元件和橫越爐柵寬度分配空氣，-置換體，放置在燃燒室出口和後燃燒室進口，能夠分裂所產生的煙道氣流成為兩條單獨的煙道氣流，-彎頭，作為裝置內部的前壁和後壁，其形狀使其與置換體外形一起在後燃燒室進口處建立兩個文丘裡管形的煙道氣通路，-兩對多排二次空氣噴嘴，直接位於燃燒室出口和後燃燒室進口，一對位於爐膛內部前壁和對面的置換體壁；另一對位於爐膛內部後壁和對面的置換體壁，其中，各排二次空氣噴嘴區分為兩或更多分段，各分段包括兩個或多個噴嘴，使通過任何分段的氣流能夠不同於其直接鄰近的分段。
本發明的另一實施例為如上所述的裝置，其中各分段和與其對面的分段在相對成對的二次空氣噴嘴排上形成成對的分段。
本發明另一實施例為如上所述的裝置，其中對於各分段的空氣流通過一個或多個閥和/或調節一個或多個風扇和/或按照在所述分段內所選擇的二次空氣噴嘴直徑進行控制。
本發明另一實施例為如上所述的裝置，其中，-各分段和位於其對面的分段包含較大和較小直徑的所述噴嘴，-具有較大直徑的噴嘴接近於在所述分段內的具有較小直徑的噴嘴，-在相對分段內的噴嘴對準，使那些較大直徑者直接放置在具有較小直徑的噴嘴的對面。
本發明另一實施例為如上所述的裝置，還包括任何陣列的4個或更多溫度傳感器，各傳感器位於由一對分段所限定的區域上方。
本發明另一實施例為如上所述的裝置，其中二次空氣通過其終端為噴嘴的二次空氣管道供應，這些噴嘴通過所述裝置的前壁和後壁以及通過置換體的薄膜壁。
本發明另一實施例為如上所述的裝置，其中二次空氣供應管道由在置換體內部或沿鍋爐壁外部的兩個或多個同心管組成。
本發明另一實施例為如上所述的裝置，其中所述裝置內部的前壁和後壁彎曲成為如此形狀，使其與置換體的外形一起建立兩個文丘裡管形的煙道氣通路，並具有在20°到40°之間的開放角度(α/β)，以便增加在文丘裡管形混合區域內的煙道氣湍流。
本發明另一實施例為如上所述的裝置，其中置換體製成扭曲的長菱形柱體形狀。
本發明另一實施例為一種包括採用上述裝置焚燒固體材料的方法。
本發明另一實施例為一種如上所述的方法，包括下列步驟(a)監控煙道氣的氧氣含量，(b)從步驟(a)決定所述裝置需要的空氣總流量，(c)分配空氣到初次和二次空氣供應系統，使空氣總流量按照步驟(b)維持，(d)監控各溫度傳感器的溫度，(e)平衡位於各煙道氣流中的溫度傳感器的溫度，(f)比較步驟(e)中平衡的溫度，以便決定兩氣流中較熱的溫度，(g)通過位於兩氣流中較熱的氣流下面的二次空氣噴嘴增加二次空氣流量，並通過位於兩氣流中較冷的氣流下面的二次空氣噴嘴減少二次空氣流量，從而全面維持在二次空氣系統內的相同的空氣總流量，和(h)如果二氣流按照步驟(f)具有同樣溫度則不改變二次空氣的流量，以便全面維持在二次空氣系統內的同樣的空氣總流量。
本發明另一實施例為一種如上所述的方法，還包括下列步驟(i)當在步驟(f)中決定的兩氣流中較熱者位於最接近供料系統處時，減少在最接近供料系統的爐柵元件下面的初次空氣流量，並且增加在其餘爐柵元件以下面積中的初次空氣流量，使其在初次空氣系統中維持同樣的空氣總流量，(j)當在步驟(f)中決定的兩氣流中較熱者位於最接近輸出系統時，增加在最接近供料系統的爐柵元件下面的初次空氣流量，並且減少在其餘爐柵元件以下面積中的初次空氣流量，使其在初次空氣系統中維持同樣的空氣總流量，(k)如果二氣流按照步驟(f)具有同樣溫度則不改變初次空氣的流量，以便在初次空氣系統中維持同樣的空氣總流量。
本發明另一實施例為一種如上所述的方法，還包括下列步驟(l)比較在步驟(d)中監控的各溫度傳感器的溫度與在步驟(e)中決定的平衡溫度，(m)當傳感器探測到的溫度高於步驟(e)中決定的平衡溫度時，用位於傳感器下面的二次空氣噴嘴增加在兩個分段中的二次空氣流量，並減少對其它分段的二次空氣流量，以便維持在二次空氣系統中的同樣的空氣總流量，(n)當傳感器探測到的溫度低於步驟(e)中決定的平衡溫度時，用位於傳感器下面的二次空氣噴嘴減少在兩個分段中二次空氣流量，並增加對其它分段的二次空氣流量，以便維持在二次空氣系統中的同樣的空氣總流量，(o)如果由傳感器探測到的溫度與在步驟(e)中決定的平衡值相同則不改變二次空氣的流量，以便在二次空氣系統中維持同樣的空氣總流量。
本發明另一方面涉及一種在焚燒器中對固體材料熱處理的方法，包括燃燒室和後燃燒室，所述方法基本上由以下組成-對燃燒室供應固體材料，-分階段燃燒所述引入的材料，從而產生導向所述後燃燒室的煙道氣，-利用存在於後燃燒室進口並限定兩個文丘裡管形的煙道氣通路的置換體分開所述煙道氣為兩個單獨的煙道氣流；其中通過直接在燃燒室出口和後燃燒室進口噴射二次空氣和通過所述二次空氣噴射而控制至少下列參數之一流量、湍流、體積、速度或溫度。
本發明提供一種控制初次空氣和二次空氣噴射幾個參數的方法，和一種能夠執行所述方法的裝置，該方法將極大地改進燃燒過程的效率，它將減少排放物並將符合更加嚴格的燃燒過程。
具體的實施方式按照本發明幾個可能實施的例子將顯示在下列圖中。


圖1a顯示按照本發明設置具有置換體或稜柱5的焚燒鍋爐或焚燒裝置的剖面圖。
圖1b表示在圖1a顯示的裝置中用於二次空氣噴射的噴嘴30、31部分剖面圖。
圖2a表示圖1b中振蕩襟翼20的詳細立體圖。
圖2b-2d示意地表示圖2a中襟翼20在頂視圖中三個位置。
圖3a為設置旋轉閥20的噴嘴30、31的示意性立體圖。
圖3b為一系列噴嘴30、31的示意剖面圖，其中各噴嘴30、31設置單獨的旋轉閥20。
圖3c為一系列噴嘴30、31的示意剖面圖，其中二次空氣供應槽12、13、14設置有旋轉閥20。
圖4顯示按照以上描述焚燒系統的片段，和由後燃燒室內壁形成的角度。
圖5顯示帶有兩個均為直列式噴嘴陣列的剖面圖，其中交錯和對面的噴嘴42、43具有不同剖面直徑。
圖6顯示具有同心管47、48、49的置換體5的剖面圖，該同心管為引導二次空氣到焚燒系統中橫越寬度的不同區域的供應管道。
圖7顯示鍋爐的三維圖，包括已經分隔為按照本發明的3個分段73、74、75的一對噴嘴排71、72的例子。
圖8顯示鍋爐的三維圖，包括溫度傳感器SA1、SA2、SA3、SB1、SB2、SB3的陣列的例子，各位於由分段的噴嘴A1、A2、A3、B1、B2、B3所限定的區域中。
圖9a和9b說明一種按照本發明的方法，用於糾正由於高和低熱值的廢物和根據熱釋放形態的溫度不平衡。
圖10顯示按照本發明的具有置換體或稜柱5的可替代焚燒鍋爐或焚燒裝置的剖面圖，具有與圖1a同樣的特徵和標誌。
圖11顯示鍋爐的三維圖，包括溫度傳感器SA1、SA2、SA3、SB1、SB2、SB3的陣列的例子，和按照爐柵元件數量和鍋爐裝置R1R....R5R、R1C....R5C、和R1L....R5L的寬度而配置幾個初次空氣噴射區域的格柵。
具體的實施方式本發明的一個方面涉及一種燃燒裝置和方法，其特徵為在燃燒區域中心的特殊的二次空氣噴射系統，直接在燃燒室出口和在進入後燃燒室以前，並且至少控制下列參數之一流量、湍流、體積、成分、速度或溫度。通過二次空氣供應管道12、13、14到在鍋爐前壁6和後壁7上和在置換體5兩側的幾個噴嘴進口30、31，二次空氣輸入分隔的煙道氣氣流「A」和「B」(見圖1a)。
本發明目的是使焚燒系統中燃燒過程最佳化並保證煙道氣的完全燃燒，以便滿足EU條令(2000/076)的要求和增加焚燒裝置壓力部件的性能和使用壽命。使用這樣新穎和受控制的二次空氣系統導致在由二次空氣供應的氧氣和煙道氣之間更加有效的混合，並且將提高燃燒性能。因此，所述裝置和方法導致在鍋爐的後燃燒室中煙道氣更加短的和清晰地限定的燒盡區域，即在置換體數米以上。按照焚燒過程的要求列出的參數可以調整。此外適當的鍋爐幾何形狀可提供更加均勻速度和氣流分布並且避免在鍋爐不同區域內煙道氣的再循環和死區。因此，鍋爐在燃燒和後燃燒室之間具有雙文丘裡形過渡區段，它也促進部分煙道氣流「A」和「B」與噴入的二次空氣的混合。改進的二次空氣與煙道氣的混合增加燃燒過程的效率。
在另一實施例中，該方法的特徵為二次空氣被連續地中斷，以便用二次空氣流在鍋爐中通過二次空氣噴嘴釋放時產生附加的脈動。在更加精緻的配置中，二次空氣流或者在二次空氣管道12、13、14中或者在噴嘴30、31中或者在二者中連續地中斷(見圖1b、2a、2b、2c、2d、3a、3b、3c)。
在另一實施例中，該裝置和方法的特徵為二次空氣流通過具有不同截面直徑的噴嘴和/或通過二次空氣管道供應，容許不同控制的二次空氣流到幾個區域，分布在後燃燒室的全部寬度上。按照本發明的一個方面，引導二次空氣進入鍋爐的噴嘴直徑為交錯地具有不同尺寸(圖5)。這在後燃燒室中導致交錯地不同的二次空氣流的噴射，在鍋爐中引起附加的湍流。按照本發明的另一方面，二次空氣流通過由2個或多個同心管47、48、49(圖6)構成的組合二次空氣供應管道12、13、14供應。通過所述同心管道供應的二次空氣可容許更加精確地控制二次空氣到後燃燒室寬度上各個區域。採用互相配合的同心管容許只通過一條單獨的供應管道供應不同流量的二次空氣。按照在特定區域中燃燒過程不同階段可能需要不同流量的二次空氣。
本發明的另一方面涉及廢物焚燒的裝置(圖1a)，其特徵為所述裝置通過二次空氣管道12、13、14供應二次空氣，該管道終端為幾個噴嘴30、31，直接位於燃燒室出口3和在進入後燃燒室4之前，其中二次空氣的控制至少通過下列參數之一流量、湍流、體積、成分、速度或溫度。
在另一實施例中，該裝置通過二次空氣管道12、13、14對噴嘴30、31提供二次空氣，通過鍋爐的前壁6和後壁7和通過置換體5的前壁和後壁(圖1a)。二次空氣噴射的重要優點是煙道氣的混合，由於減少二次空氣噴射流束的必要穿透深度幾乎達到原有鍋爐深度的1/4。通過大量具有較低個彆氣流的較小噴嘴的二次空氣噴射使二次空氣更加快速地加熱達到CO-氧化所需要的反應溫度(大約600℃)。
在另一實施例中，本發明設計所述的裝置，其中二次空氣供應管道由至少兩個或更多同心圓管組成。這是二次空氣的不同流量的供應只需通過一個單獨的管道。兩個或更多同心管道容許獨立地控制的二次空氣流動到在後燃燒室寬度上的個別區域，例如對應於不同的爐柵通道(圖6)。
在另一實施例中，本發明涉及所述的裝置，其中不穩定襟翼20位於二次空氣供應管道或噴嘴或二者內部，並當二次空氣噴入焚燒裝置的燃燒室時能夠建立起脈動氣流(圖1b)。在典型的結構中(圖2a)襟翼具有稜柱形狀並且鉸接在空氣供應管道中。由於其不穩定的平衡-作為其重量、長度或形狀的函數-並且設計在2到9次脈動/秒(＝大約每分鐘120到500次脈動)頻率範圍內振蕩，這些襟翼將幹擾在二次空氣供應管道或噴嘴內的層流並且提供具有能強制更好混合的附加脈動振幅的二次空氣流。振蕩的頻率可以用襟翼的活動重量調整，從而改變其重心位置。襟翼長度可較佳地決定如下最小襟翼長度＝1K×B√2＝f(500次脈動/分鐘)最大襟翼長度＝3K×B√2＝f(120次脈動/分鐘)K＝特定襟翼-值＝f(重量、重心)
B＝在襟翼處的管道寬度在另一實施例中，本發明涉及所述裝置，具有一對分別的二次空氣供應管道，其端部交錯地設置不同直徑的噴嘴。該布置如此，使具有位於鍋爐的前壁6上噴嘴的二次空氣供應管道12(圖1a)，與具有位於置換體前壁上噴嘴的二次空氣供應管道14形成一對。具有位於鍋爐的後壁7上噴嘴的二次空氣供應管道13與具有位於置換體後壁上噴嘴的二次空氣供應管道14形成另一對。在更加精緻的構造中，該裝置的特徵為兩個對面的噴嘴具有不同出口直徑(圖5)。這意味著兩個對面但同軸的噴嘴各自具有標號為43和42的大和小內部直徑。這些不同尺寸互相面對的噴嘴能夠強烈地改善噴入的二次空氣與煙道氣的混合。
在典型的實施例中，有關本發明的裝置包括具有如圖4和6所示扭曲的菱形外形的置換體5。
一個如何按照本發明使二次空氣噴射中的幾個參數受到控制的方法和裝置顯示在圖1a中。該系統通過如圖1b所示的噴嘴30、31在通路「A」和「B」中供應二次空氣。在燃燒室出口和在後燃燒室的進口，二次空氣最理想地直接噴入廢氣的流動中。通過導向幾個位於鍋爐前壁和置換體5兩側的噴嘴30、31的二次空氣管道12、13、14，二次空氣噴入分隔的煙道氣流「A」和「B」。按照圖1a，鍋爐前和後薄膜壁6和7和置換體5的薄膜壁19設置有耐火材料，一系列噴嘴30、31通過這些耐火材料。
按照本發明，如在此披露的作為初次和二次空氣引入鍋爐的總氧氣量由煙道氣的氧氣含量決定。如此引入的氧氣按照本工藝的方法在初次和二次空氣進口系統中分配。按照本發明，初次和二次空氣的分配如以下所描述通過監控在氣流部分A和B的溫度削弱。
在本發明一個實施例中，煙道氣溫度的測量如在此所描述地安裝在鍋爐中，即在煙道氣流「A」和「B」出口的幾米以上，以便測量各流動部分的實際溫度。在本發明的一個方面，溫度測量的目的是在燃燒過程中，通過變化二次空氣流量，在前面部分「A」維持接近於後面部分「B」中同樣的溫度(大約1,000℃)。因此，當在「A」部分中觀測到煙道氣溫度增加時，流向「A」部分的二次空氣就應增加一直到自動地建立起相等溫度。同時，「B」部分中二次空氣流被減少以便保持二次空氣總流量為常數，除非在二個部分中觀測到總溫度增加，由此應增加二次空氣總流量。
在本發明的一個方面，溫度測量關聯到二次空氣噴射系統響應更改的鍋爐狀態的能力，諸如在爐柵上熱釋放形態的變化。例如，當高熱值廢料突然進入爐膛內時，廢料的燃燒將從爐柵的第一元件上開始並且在A部分的煙道氣溫度將上升至溫度設定點以上，因此熱釋放形態變化趨向進料鬥。設定點可以是任何用戶定義的溫度。設定點溫度可以在900到1100℃、950到1050℃、920到1020℃、970到1070℃、980到1080℃、970到1030℃、980到1020℃或990到1010℃。該系統可識別過熱和溫度不平衡並且按照以上描述反應。當低熱值廢料加入和爐柵上燃燒延遲時，則發生相似的過程，但按相反方向進行。這在圖9a中示例表示，其中溫度傳感器91、92放置在置換體5以上的各煙道氣流中。當高熱值廢料93進入爐膛時，在煙道氣流A中氣體溫度增加，因此放置在氣流A上設定點上面的傳感器91所探測的溫度提高。該溫度的提高和不平衡造成更多二次空氣從較熱空氣流94下面噴嘴噴入，並且也使較少二次空氣從較冷空氣流95下面噴嘴噴入。
在圖9b中，當低熱值廢料96如這裡所描述地進入爐膛時，熱釋放形態少許從進料鬥變化移開並且趨向出口901。在氣流B中氣體溫度少許增加，從而提高放置在設定點以上氣流B中傳感器92探測的溫度。該溫度的提高和不平衡造成更多二次空氣從較熱空氣流97下面噴嘴噴入，並且也使較少二次空氣從較冷空氣流98下面噴嘴噴入。
本發明的另一方面，在氣流部分A和B中氣流溫度的探測用來作為預先顯示進入爐膛廢料的類型，並且可以連接到爐柵速度和初次空氣沿不同爐柵元件分布的過程控制。例如，如圖9a所示，當高熱值廢料93如這裡所披露進入爐膛時，廢料的燃燒將從爐柵的第一元件上開始並且爐柵熱釋放形態變化將趨向爐柵廢料輸入(料鬥)端99。其結果是廢料將趨向爐柵的廢料輸入端99焚燒。按照本發明，熱釋放形態的變化由在A部分的煙道氣溫度傳感器91探測，該溫度將升高到設定點溫度以上。設定點溫度可以是任何如以上描述所定義的溫度。該系統可探測過熱溫度和識別部分A和部分B之間的溫度不平衡，並且通過減少供應低於或接近高熱值廢料R1到R2的初次空氣起反應，以便移動熱釋放形態返回趨向後燃燒室區域。與此同時，在爐柵R3到R5其餘位置中的初次空氣流增加以便保持初次空氣流總量恆常。當低熱值的廢料加入時，將發生相似的過程，但在相反方向進行，並且爐柵上的燃燒被延遲，以便使熱釋放形態朝廢料出口901方向移動(圖9b)。
如以上所描述，噴射二次空氣的噴嘴設置在兩對橫排中，各排在對面的壁上。一對爐壁由鍋爐內部前壁和對面的置換體壁形成；另一對爐壁由鍋爐內部後壁和對面置換體壁形成。按照本發明的一個方面，各排二次空氣噴嘴區分為兩個或多個分段，各分段包括兩個或多個噴嘴，使通過任何分段的空氣流可以與直接鄰近的分段同樣或不同。在一個分段的空氣流的控制可以通過閥門，通過調節一個或多個風扇，通過在一定範圍內調整噴嘴直徑，或通過所有這些措施的綜合。在本發明範圍內，屬於分段的噴嘴直徑放置在相應對面壁上同樣直徑噴嘴的對面。在本發明範圍內，還有屬於分段的噴嘴的直徑放置在與對面壁上不同直徑噴嘴的對面。當放置在對面的噴嘴為不同直徑時，也在本發明範圍內，小直徑噴嘴放置在具有較大直徑噴嘴的對面。
包括區分為3排的多邊排二次空氣噴嘴的鍋爐例子顯示在圖7中。圖7顯示一對多排二次空氣噴嘴71、72區分為3個分段73、74、75。二次空氣的控制通過控制對個分段的空氣流量的閥門77獲得，而閥門78控制對各排噴嘴的空氣流量。
按照本發明的一個方面，溫度傳感器陣列安裝在兩個氣流部分「A」和「B」出口上方幾米以便測量各氣流部分實際溫度。按照本發明另一方面，安裝的溫度傳感器數量等於各對多排噴嘴區分的分段數量。按照本發明另一方面，在各氣流部分「A」和「B」中的傳感器陣列如此放置，使各傳感器放在由一個沿爐壁噴嘴分段，沿相應對面爐壁的噴嘴分段和各排噴嘴之間距離所限定的區域上方和附近。在本文件內，由沿爐壁噴嘴分段，相應沿對面爐壁噴嘴分段和各排噴嘴距離所定義的面積稱為「分段噴射面積」。圖8顯示按照本發明一個具有放置在置換體5上方的溫度傳感器81陣列的鍋爐例子。如以上所描述的分段噴射面積標誌為A1、A2、A3，由噴嘴分段73、74、75所限定。溫度傳感器SA1、SA2和SA3放置在各分段噴射面積A1、A2和A3上方和附近。相似布置的傳感器SB1、SB2和SB3放置在另一通路(「B」)的分段噴射面積上方和附近，所述分段噴射面積可以標誌為B1、B2和B3。分段噴射面積的「附近區域」可以通過外推方法計算在後燃燒室的變狹進口到後燃燒室截面的分段噴射面積的位置和尺寸決定。該外推方法利用傳統工藝方法實施。
在後燃燒室中空氣溫度的精確控制對於儘量減少腐蝕、結渣和汙染效果是重要的。發明者已經發現在後燃燒室各部分存在溫度的差別，例如，跨越部分A的溫度可能在中間比邊緣更熱。發明者發現這種差別可能是局部或全面的，通過改變在局部溫度差別區域下方的二次空氣噴射(流量)率調節，如此可導致在後燃燒室及鍋爐中減少腐蝕、結渣和汙染。在本發明另一方面，各對多排噴嘴如上所述區分為一個或多個分段，並且陣列中各傳感器放置在各分段噴射區域的上方或附近；在這樣的布置中，由各傳感器探測到的溫度決定由各相應噴嘴分段的空氣噴射率。例如，在圖8中，在所指示的分段噴射區域A2從噴嘴74流出的空氣流量由傳感器SA2的讀數決定；在所指示的分段噴射區域A1從噴嘴73流出的空氣流量由傳感器SA1的讀數決定；在所指示的分段噴射區域A3從噴嘴75流出的空氣流量由傳感器SA3的讀數決定。發明者意外地發現，在後燃燒區域局部溫度的波動可以用二次空氣引入鍋爐的位置和速率調節(換言之即二次空氣流量)。這一意外的發現意味著冷卻鍋爐壁的效應可以得到補償。此外，由於，例如，受到在爐柵邊緣高熱值廢料的存在，或受到在爐柵中間較大塊廢料而造成橫越爐柵狹路上不均勻裝載引起在後燃燒室中任何溫度的不均勻可以得到補償。
發明者還發現，如以上所述在後燃燒室中各分段內溫度差別可以部分地或全面地通過改變在局部溫度差別區域下方的初次空氣流量。這在圖11中顯示，其中闡明按照本發明具有置換體5和溫度傳感器陣列SA1、SA2、SA3、SB1、SB2和SB3的鍋爐3維視圖。初次空氣的輸入可沿不同爐柵元件R1到R5和橫越爐柵R_R、R_C和R_L控制。在本發明一個實施例中，爐膛包括沿爐柵和橫越爐柵寬度的2維陣列的初次空氣輸入區域。在本發明另一實施例中，由在後燃燒室中溫度傳感器陣列探測到的溫度變化影響橫越爐柵寬度的初次空氣流量。在本發明另一實施例中，顯示溫度增加的溫度傳感器促使在位於所述傳感器下面位置上一個或多個初次空氣輸入區域的流量減少。例如，如果傳感器SA1探測到溫度增加，位於SA1以下的相應初次空氣進口區域將通過減少R1L和/或R2L和/或R3L的流量作為響應。在其餘初次空氣進口區域的空氣流量增加以便維持正確的空氣總供應量。
在此披露的裝置和方法也通過儘量減少在煙道氣流中在HCl、Cl和Cl化合物存在中的CO-濃度(減少大氣壓力)而減少腐蝕的潛在可能性。
可以用該方法和裝置顯著地減少從按照的本發明鍋爐攜帶粉塵到焚燒裝置的燃燒室和後燃燒室，因為在爐柵下面需要總體上較少的初次空氣。該系統的附加優點是燃燒過程在置換體上方2-3米處完成而且在後燃燒室上部不發生火焰熄滅。在置換體上面近乎完全的燃燒，均勻的煙道溫度分布和不存在熱氣體層以及煙道氣攜帶少量的粉塵，導致鍋爐加熱表面降低汙染。由於鍋爐加熱表面的汙染傾向降低很多，在人力清理而停機之間的周期可以增加。因此，這可以導致維護和修理費用在總體上減少並同時增加裝置的可用程度。
在第一通道的耐火材料襯裡範圍可以減少到極少程度。僅足以符合2秒/850℃的規則。此外，由於燃燒在置換體以上數米處完全地完成，不再需要保護後燃燒室和第一通道水平以上的薄膜壁。
按照本發明一個實施例，二次空氣的供應連續地被擾動，其目的是建立二次空氣在進入鍋爐以前的脈動。按照圖1b，該脈動可以用放置在如圖1b所示的二次空氣供應管道12、13、14中的不穩定襟翼20完成。主要二次空氣管道16向所述二次空氣供應管道12、13、14輸送。襟翼20的永久運動將在兩部分「A」和「B」區域中建立二次空氣脈動氣流。
圖2a、2b、2c、和2d詳細解釋在鉸鏈裝置下持續運動襟翼20的作用。圖2a顯示沒有外力驅動自動振蕩的襟翼20。這些自動襟翼的振蕩幅度依賴於襟翼的長度、形狀和重量。對於旋轉閥的情況，振蕩衝量強度可以如圖3a所解釋，用外力(諸如電動機)驅動的旋轉圓閥20，在單獨噴嘴上實現。外力驅動閥20可以如圖3b所示位於個別的噴嘴30、31內，或者如圖3c所示在普通的二次空氣管道12、13、14內。閥門20的位置如圖3c所示各自在二次空氣管道12、13、14內，或者如圖3b所示，處於各個噴嘴30、31內，對於噴嘴的振蕩衝量具有不同的影響。
如以上所描述使空氣脈動的手段是在本發明範圍以內，按照本發明它可以安裝在任何鍋爐中。
圖1a顯示典型焚燒裝置中鍋爐、燃燒室和後燃燒室的剖面，該裝置特別設計用於焚燒固體廢物或生物體，由具有焚燒爐柵25的爐膛2組成，爐柵通過帶有推動器的供料鬥1接受固體廢料。所產生的煙道氣被引導進入燃燒室3和後燃燒室4。處於爐柵下面的料鬥22用來收集爐柵篩出物並且同時用作初次空氣供應溝槽。初次空氣通過幾個空氣管道23供應。在爐柵25的端部，爐灰通過豎井21落入爐灰取出器(未示)。所產生尚未完全燃燒的煙道氣通過安裝在後燃燒室進口的置換體5區分為兩股氣流。利用放置在燃燒室出口3和後燃燒室進口4的置換體5，煙道氣通路分隔為兩條氣流溝槽「A」和「B」。二次空氣通過其中設置置換體5的後燃燒室4進口的4排噴嘴噴入。二次空氣通過在鍋爐前壁6及後壁7中的噴嘴30和置換體5上的噴嘴31導入。煙道氣與二次空氣混合，其結果在置換體5上方幾米高處完成完全燃燒，並且也導致較短的火焰和更均勻的氧氣濃度。二次空氣由二次空氣風扇9通過二次空氣管道11供應到二次空氣供應管道12、13、14進入噴嘴30、31，管道11內設置二次空氣調節閥15。
本發明可替代和可能的設置顯示在圖5、6、7、8、11和12中。圖5披露平行對準的兩條二次空氣管道和具有交錯不同直徑的噴嘴42、43。兩個對面的噴嘴各自具有大直徑43和小直徑42以便改善噴入的二次空氣和煙道氣的混合。圖6闡明使用不同的同心管道47、48、49供應二次空氣到管道14。由於設置3個同心管道47、48、49，3種不同二次空氣流量可以獨立地控制並且在橫越鍋爐寬度上噴射。
權利要求
1.一種焚燒固體材料的裝置，包括-供料系統，能夠向鍋爐引入固體材料，-爐柵系統，包括幾個爐柵元件，-爐膛，能夠焚燒所述固體材料，-後燃燒室，能夠燒盡由於所述焚燒而產生的煙道氣，-初次空氣供應系統，能夠有差別地橫越不同爐柵元件和橫越爐柵寬度分配空氣，-置換體，放置在燃燒室出口和後燃燒室進口，能夠分裂所產生的煙道氣流成為兩條單獨的煙道氣流，-彎頭，作為裝置內部的前壁和後壁，其形狀使其與置換體外形一起在後燃燒室進口處建立兩個文丘裡管形的煙道氣通路，-兩對多排二次空氣噴嘴，直接位於燃燒室出口和後燃燒室進口，一對位於爐膛內部前壁和對面的置換體壁；另一對位於爐膛內部後壁和對面的置換體壁。其特徵為，各排二次空氣噴嘴區分為兩或更多分段，各分段包括兩個或多個噴嘴，使通過任何分段的氣流能夠不同於其直接鄰近的分段。
2.按照權利要求1所述的裝置，其特徵在於，各分段和與其對面的分段在相對成對的二次空氣噴嘴排上形成成對的分段。
3.按照權利要求1和2之一所述的裝置，其特徵在於，對於各分段的空氣流通過一個或多個閥和/或調節一個或多個風扇和/或按照在所述分段內所選擇的二次空氣噴嘴直徑進行控制。
4.按照權利要求1到3中任何一個所述的裝置，其特徵在於，-各分段和位於其對面的分段包含較大和較小直徑的所述噴嘴，-具有較大直徑的噴嘴接近於在所述分段內的具有較小直徑的噴嘴，-在相對分段內的噴嘴對準，使那些較大直徑者直接放置在具有較小直徑的噴嘴的對面。
5.按照權利要求1到4中任何一個所述的裝置，其特徵在於，還包括任何陣列的4個或更多溫度傳感器，各傳感器位於由一對分段所限定的區域上方。
6.按照權利要求1到5中任何一個所述的裝置，其特徵在於，二次空氣通過其終端為噴嘴的二次空氣管道供應，這些噴嘴通過所述裝置的前壁和後壁以及通過置換體的薄膜壁。
7.按照權利要求1到6中任何一個所述的裝置，其特徵在於，二次空氣供應管道由在置換體內部或沿鍋爐壁外部的兩個或多個同心管組成。
8.按照權利要求1到7中任何一個所述的裝置，其特徵在於，所述裝置內部的前壁和後壁彎曲成為如此形狀，使其與置換體的外形一起建立兩個文丘裡管形的煙道氣通路，並具有如圖4所示的、在20°到40°之間的開放角度α和β，以便增加在文丘裡管形混合區域內的煙道氣湍流。
9.按照權利要求1到8中任何一個所述的裝置，其特徵在於，置換體製成扭曲的長菱形柱體形狀。
10.一種焚燒固體材料的方法，包括採用按照權利要求1到9中任何一個所述的裝置。
11.按照權利要求10所述的方法，其特徵在於，還包括下列步驟(a)監控煙道氣的氧氣含量，(b)從步驟(a)決定所述裝置需要的空氣總流量，(c)分配空氣到初次和二次空氣供應系統，使空氣總流量按照步驟(b)維持，(d)監控各溫度傳感器的溫度，(e)平衡位於各煙道氣流中的溫度傳感器的溫度，(f)比較步驟(e)中平衡的溫度，以便決定兩氣流中較熱的溫度，(g)通過位於兩氣流中較熱的氣流下面的二次空氣噴嘴增加二次空氣流量，並通過位於兩氣流中較冷的氣流下面的二次空氣噴嘴減少二次空氣流量，從而全面維持在二次空氣系統內的相同的空氣總流量，和(h)如果二氣流按照步驟(f)具有同樣溫度則不改變二次空氣的流量，以便全面維持在二次空氣系統內的同樣的空氣總流量。
12.按照權利要求10和11之一所述的方法，其特徵在於，還包括下列步驟(i)當在步驟(f)中決定的兩氣流中較熱者位於最接近供料系統處時，減少在最接近供料系統的爐柵元件下面的初次空氣流量，並且增加在其餘爐柵元件以下面積中的初次空氣流量，使其在初次空氣系統中維持同樣的空氣總流量，(j)當在步驟(f)中決定的兩氣流中較熱者位於最接近輸出系統時，增加在最接近供料系統的爐柵元件下面的初次空氣流量，並且減少在其餘爐柵元件以下面積中的初次空氣流量，使其在初次空氣系統中維持同樣的空氣總流量，(k)如果二氣流按照步驟(f)具有同樣溫度則不改變初次空氣的流量，以便在初次空氣系統中維持同樣的空氣總流量。
13.按照權利要求10到12之一所述的方法，其特徵在於，還包括下列步驟(l)比較在步驟(d)中監控的各溫度傳感器的溫度與在步驟(e)中決定的平衡溫度，(m)當傳感器探測到的溫度高於步驟(e)中決定的平衡溫度時，用位於傳感器下面的二次空氣噴嘴增加在兩個分段中的二次空氣流量，並減少對其它分段的二次空氣流量，以便維持在二次空氣系統中的同樣的空氣總流量，(n)當傳感器探測到的溫度低於步驟(e)中決定的平衡溫度時，用位於傳感器下面的二次空氣噴嘴減少在兩個分段中二次空氣流量，並增加對其它分段的二次空氣流量，以便維持在二次空氣系統中的同樣的空氣總流量，(o)如果由傳感器探測到的溫度與在步驟(e)中決定的平衡值相同則不改變二次空氣的流量，以便在二次空氣系統中維持同樣的空氣總流量。
全文摘要
本發明涉及一種用於在鍋爐中焚燒廢料的裝置和方法，該鍋爐包括供料系統、爐柵、爐膛、後燃燒室和初次及二次空氣系統，其中成排的噴嘴分隔成為分段，各分段能夠噴射不同於鄰近分段的空氣流量。本發明還涉及一種控制所述初次和二次空氣系統的方法。
文檔編號F23N3/04GK1646859SQ03807908
公開日2005年7月27日 申請日期2003年4月3日 優先權日2002年4月3日
發明者B·埃答姆斯, R·德普羅弗特 申請人:西格斯吉寶科技集團