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一种基于循环烟气的捆包替代燃料预燃烧系统
申请号	CN202311518559.9	申请日	2023-11-15	公开(公告)号	CN117739342A	公开(公告)日	2024-03-22
申请人	中材国际环境工程(北京)有限公司;			发明人	白鹤; 孙森; 王芳; 安婧; 冯荣荣; 毕晨曦; 楚银婷; 韦娟;
摘要	本发明公开了一种基于循环烟气的捆包替代燃料预燃烧系统，包括半燃炉，半燃炉设有替代燃料入口、循环烟气入口和半燃物出口，循环烟气入口与分解炉的烟气通道相通，半燃物出口与烟室通道相通；半燃炉出口的下方设有多级逐步向半燃物出口抬升的阶梯，每段阶梯上设有脉冲喷吹装置；分解炉产生的热烟气通过循环烟气入口进入半燃炉，对炉内替代燃料进行高温预处理，使替代燃料在低氧的环境下只进行不完全燃烧产生焦屑和灰分以及挥发分和还原性气体，焦屑和灰分、还原性气体最终都进入分解炉中充分燃烧。本发明解决了现有技术中替代燃料直投分解炉，替代燃料和助燃气的利用效率低的问题，避免了在分解炉内的不完全燃烧现象。
权利要求	1.一种基于循环烟气的捆包替代燃料预燃烧系统，该系统布置在回转窑窑尾的烟室一侧，烟室上侧布置有分解炉，且该系统、回转窑均通过烟室与分解炉相通，其特征在于：该系统包括半燃炉(1)，所述半燃炉(1)设有替代燃料入口(1.1)、循环烟气入口(1.2)和半燃物出口(1.3)，所述循环烟气入口(1.2)与分解炉的烟气通道相通，半燃物出口(1.3)与烟室一侧相通；所述半燃炉(1)出口的下方设有多级逐步向半燃物出口(1.3)抬升的阶梯(1.4)，每段阶梯(1.4)上设有脉冲喷吹装置(1.5)；分解炉内循环烟气通过循环烟气入口(1.2)进入半燃炉(1)，对炉内替代燃料进行高温预处理，使替代燃料在低氧的环境下只进行不完全燃烧，产生的半燃物通过烟室进入分解炉完全燃烧。 2.根据权利要求1所述的基于循环烟气的捆包替代燃料预燃烧系统，其特征在于：所述半燃物包括焦屑和灰分以及挥发分和还原性气体；其中焦屑和灰分在循环烟气和脉冲喷吹装置(1.5)的作用下沿着阶梯(1.4)爬升，从而进入烟室通道并接入分解炉进行充分燃烧，挥发分和还原性气体由随回转窑内的热烟气通过烟室通道上部接入分解炉充分燃烧。 3.根据权利要求1所述的基于循环烟气的捆包替代燃料预燃烧系统，其特征在于：所述脉冲喷吹装置(1.5)为布置在阶梯(1.4)垂直壁面上的炮嘴，所述炮嘴外接空气，喷打水平梯面。 4.根据权利要求1所述的基于循环烟气的捆包替代燃料预燃烧系统，其特征在于：所述替代燃料由薄膜进行包裹，形成胶囊结构。 5.根据权利要求4所述的基于循环烟气的捆包替代燃料预燃烧系统，其特征在于：所述替代燃料入口(1.1)处设有旋转锁风下料装置(3)，旋转锁风下料装置(3)转鼓一周均布凹型储槽，每个储槽可容纳一枚胶囊结构的替代燃料，调节旋转锁风下料装置(3)的转速来调整替代燃料的投料量。 6.根据权利要求4所述的基于循环烟气的捆包替代燃料预燃烧系统，其特征在于：所述替代燃料入口(1.1)内设有双螺旋挤压装置(2)，用于将胶囊结构的替代燃料开包和打散；所述双螺旋挤压装置(2)的轴端由轴承座支撑在半燃炉(1)体的外侧，轴承座外部设置水夹套，水夹套内通入循环水对轴承座进行冷却。 7.根据权利要求1所述的基于循环烟气的捆包替代燃料预燃烧系统，其特征在于：循环烟气入口(1.2)与分解炉的烟气通道出口之间通过循环烟气管道(8)连接；循环烟气管道(8)与循环烟气入口(1.2)及分解炉的烟气通道出口连接处、半燃物出口(1.3)与烟室一侧连接处均采用耐高温膨胀节(7)进行对接。 8.根据权利要求7所述的基于循环烟气的捆包替代燃料预燃烧系统，其特征在于：所述循环烟气管道(8)上设置有调节进气风量的高温阀门(4)、平衡系统压力的高温风机(5)和旋风收尘器(6)。 9.根据权利要求1所述的基于循环烟气的捆包替代燃料预燃烧系统，其特征在于：所述半燃炉(1)的截面炉体从底部往出口方向逐步减小，且半燃炉(1)底部设置有电动或气动推杆，炉底支撑位置设有荷重传感器。
说明书全文	一种基于循环烟气的捆包替代燃料预燃烧系统技术领域 [0001] 本发明涉及燃料处理技术，特别是涉及一种基于循环烟气的捆包替代燃料预燃烧系统。背景技术 [0002] 当前，采用替代燃料是减少碳排放的重要方法。回转窑和分解炉在碱性环境、高温负压条件下运行，成为废弃物减量化、资源化和无害化处理的理想场所。替代燃料的种类繁多，包括木屑、稻壳、肉骨粉、轮胎、污泥、塑料废弃物等，它们大多具有一定的热值。利用这些替代燃料进行水泥煅烧，不仅能实现废弃物的无害化处理，还可以替代部分化石燃料，降低化石燃料的使用，从而达到碳减排的目的。 [0003] 我国现在的替代燃料应用技术都还处于效率较低的初级阶段，热量替代率低。替代燃料的使用方式一般是经过适当预处理后直接投入分解炉或外挂式在线焚烧炉中燃烧，在保证水泥熟料生产基本正常的同时，将废弃物消纳殆尽。但替代燃料直接投入分解炉内，由于其热值较低，水分较高，粒径较大且不均匀，在分解炉中极易发生不完全燃烧，产生大量CO。为了解决这个问题，分解炉在调试中会加大高温风机拉风，耗电量增加的同时又会导致系统的风量和预热器出口的温度都增高，系统热耗较应用化石燃料生产时会高很多，降低了替代燃料的利用效率。外挂式在线焚烧炉可适应更多类别的替代燃料，还可按燃料燃烧的难易程度调节在系统内的停留时长；但同样存在系统拉风量大，容易形成局部高温导致耐火材料的不均匀性烧蚀，不利于分解炉及回转窑稳定长期地运行，以及安装和操作的复杂程度高等问题。 [0004] 此外，目前替代燃料的打包和运输主要采用丝绳捆包的方式，而终端处理则通常针对散料的输送、转运、计量和喂料设施。虽然丝绳打包设备已经相当成熟，但拆包过程仍主要依赖人工操作。在这个过程中，难以避免遗漏的铁丝或线绳，以及超过控制尺寸的长纤维燃料，可能会在流程中导致缠绕、堵料、扬尘和飞絮等工艺和环境问题。发明内容 [0005] 发明目的：本发明的目的是提供一种基于循环烟气的捆包替代燃料预燃烧系统，提高了替代燃料利用效率，利于分解炉及回转窑稳定长期地运行。 [0006] 技术方案：为实现上述目的，本发明所述的一种基于循环烟气的捆包替代燃料预燃烧系统，该系统布置在回转窑窑尾的烟室一侧，烟室上侧布置有分解炉，且该系统、回转窑均通过烟室与分解炉相通；该系统包括半燃炉，所述半燃炉设有替代燃料入口、循环烟气入口和半燃物出口，所述循环烟气入口与分解炉的烟气通道相通，半燃物出口与烟室一侧相通；所述半燃炉出口的下方设有多级逐步向半燃物出口抬升的阶梯，每段阶梯上设有脉冲喷吹装置；分解炉内循环烟气通过循环烟气入口进入半燃炉，对炉内替代燃料进行高温预处理，使替代燃料在低氧的环境下只进行不完全燃烧，产生的半燃物通过烟室进入分解炉完全燃烧。 [0007] 所述半燃物包括焦屑和灰分以及挥发分和还原性气体；其中焦屑和灰分在循环烟气和脉冲喷吹装置的作用下沿着阶梯爬升，从而进入烟室通道并接入分解炉进行充分燃烧，挥发分和还原性气体由随回转窑内的热烟气通过烟室通道上部接入分解炉充分燃烧。 [0008] 所述阶梯采用浅梯段设计，每个梯段的坡度相对较缓，相邻梯段之间的高差较小，形成一个长坡面。 [0009] 所述脉冲喷吹装置为布置在阶梯垂直壁面上的炮嘴，所述炮嘴外接空气，喷打水平梯面。 [0010] 所述替代燃料由薄膜进行包裹，形成胶囊结构。 [0011] 所述替代燃料入口处设有旋转锁风下料装置，旋转锁风下料装置转鼓一周均布凹型储槽，每个储槽可容纳一枚胶囊结构的替代燃料，调节旋转锁风下料装置的转速来调整替代燃料的投料量。 [0012] 所述替代燃料入口内设有双螺旋挤压装置，用于将胶囊结构的替代燃料开包和打散；所述双螺旋挤压装置的轴端由轴承座支撑在半燃炉体的外侧，轴承座外部设置水夹套，水夹套内通入循环水对轴承座进行冷却。 [0013] 循环烟气入口与分解炉的烟气通道出口之间通过循环烟气管道连接；循环烟气管道与循环烟气入口及分解炉的烟气通道出口连接处、半燃物出口与烟室一侧连接处均采用耐高温膨胀节进行对接。 [0014] 所述循环烟气管道上设置有调节进气风量的高温阀门、平衡系统压力的高温风机和旋风收尘器。 [0015] 所述半燃炉的截面炉体从底部往出口方向逐步减小，且半燃炉底部设置有电动或气动推杆，炉底支撑位置设有荷重传感器。 [0016] 有益效果：本发明具有如下优点：1、本系统利用分解炉内高温循环烟气对替代燃料进行加热，使其进行热崩碎和不完全燃烧，在此过程中产生的挥发分、焦屑、一氧化碳等还原性气体作为分解炉的最终燃料，解决了现有技术中替代燃料在分解炉中极易发生不完全燃烧，产生大量CO，导致替代燃料利用率低的问题； [0017] 2、本系统通过挤压装置对替代燃料进行拆包和打散，避免了直投分解炉时，为了使其充分燃烧增大高温风机的风量，导致分解炉能耗增加的问题，不利于分解炉的稳定长期运行； [0018] 3、本系统产生的还原性气体在在烟室以上至三次风入口以下的高温区域形成强还原气氛流场，抑制了氮氧化物的生成，使整个燃烧过程更加环保； [0019] 4、本系统的替代燃料制备成胶囊结构的“燃料弹”或“燃料蛋”，在运输、存储、使用过程中能够更好实现替代燃料的防潮、无尘、零异味管理，提高了替代燃料的利用效率，同时也便于实现标准化的立体仓储和低干预物流自动化控制管理，提高场地的利用效率和项目的管理水平。附图说明 [0020] 图1为本系统框架结构示意图； [0021] 图2为本系统原理示意图； [0022] 图3为本系统脉冲喷吹装置结构示意图； [0023] 图4为脉冲喷吹瞬间循环烟气流动迹线示意图； [0024] 图中：1半燃炉、1.1替代燃料入口、1.2循环烟气入口、1.3半燃物出口、1.4阶梯、1.5脉冲喷吹装置、2双螺旋挤压装置、3旋转锁风下料装置、4高温阀门、5高温风机、6旋风收尘器、7膨胀节、8循环烟气管道。具体实施方式 [0025] 下面结合实施例和附图对本发明的技术方案作详细说明。 [0026] 如图1和2所示，本发明所述的一种基于循环烟气的捆包替代燃料预燃烧系统，包括半燃炉1，所述半燃炉1设有替代燃料入口1.1、循环烟气入口1.2和半燃物出口1.3；所述循环烟气入口1.2与分解炉的烟气通道出口通过烟气管道8相通，半燃物出口1.3通过烟室通道上部与分解炉的烟气通道入口相通。 [0027] 所述烟室布置在回转窑的窑尾，半燃炉1布置在烟室一侧，分解炉布置在烟室上侧，且回转窑、半燃炉1均通过烟室与分解炉相通。回转窑内的热烟气由烟室进入分解炉，分解炉内的预分解料由烟室进入回转窑，半燃炉1中替代燃料产生的挥发分、一氧化碳等还原性气体，随回转窑内的热烟气通过烟室进入分解炉。 [0028] 烟气管道8与循环烟气入口1.2和分解炉烟气通道出口的管道对接处、半燃物出口1.3与烟室通道通的管道对接处，均采用耐高温膨胀节进行连接。烟气管道8上设置有可调节进气风量的高温阀门4、对进入半燃炉的烟气进行除尘的旋风收尘器6和平衡系统压力的高温风机5。 [0029] 替代燃料由薄膜进行包裹，形成一颗颗形似胶囊结构的“燃料弹”或“燃料蛋”。 [0030] 替代燃料入口1.1处设有旋转锁风下料装置3，该装置转鼓一周均布凹型储槽，每个储槽可容纳一枚替代燃料胶囊，通过调节旋转锁风下料装置3的转速来调整替代燃料的投料量。 [0031] 替代燃料入口1.1内设有双螺旋挤压装置2，将燃料胶囊开包和打散；所述双螺旋挤压装置2的轴端由轴承座支撑在半燃炉体的外侧，轴承座外部设置水夹套，水夹套内通入循环水对轴承座进行冷却。 [0032] 如图3所示，半燃炉1的截面炉体从底部往半燃物出口1.3方向逐步减小，且在半燃物出口1.3下方设有多级逐步向半燃物出口1.3靠近的阶梯1.4，阶梯1.4整体布置呈浅梯段、长坡面、渐进缓升效果，每段阶梯上设有脉冲喷吹装置1.5。如图3所示，所述脉冲喷吹装置1.5为布置在阶梯1.4垂直壁面上的炮嘴，所述炮嘴外接空气喷打水平梯面。 [0033] 半燃炉1的炉体内衬采用耐高温耐磨损的浇注料，底部设置有电动或气动推杆，能够机械的翻动炉底堆积的燃料，堆使其充分与高温烟气接触成焦，提高替代燃料的不完全燃烧的效率。 [0034] 半燃炉1的炉底支撑位置设置荷重传感器，用以监测散开的替代燃料在半燃炉内的烧失情况。在半燃炉侧壁上设置有观察口和高温摄像头，用以对炉内燃料情况情况观察和记录。 [0035] 本系统的工作原理：分解炉内循环烟气通过循环烟气入口1.1进入半燃炉1，对炉内替代燃料进行高温预处理，使替代燃料在低氧的环境下只进行不完全燃烧产生焦屑和灰分以及挥发分和大量的一氧化碳等还原性气体。其中挥发成、还原性气体由烟室接入分解炉，随回转窑内的热烟气向分解炉内流动，并在烟室以上至三次风入口以下的高温区域形成强还原气氛流场，抑制了氮氧化物的生成。所述三次风指窑尾三次风，通过三次风管将空气送入分解炉，使分解炉完全燃烧替代燃料产生的可燃组分。 [0036] 同时高温干馏后不易挥发的固相与灰分混合，在循环烟气和脉冲喷吹装置1.5的作用下，固相与灰分被喷腾扬起并翻滚着沿各台阶逐级爬升，且在各梯段的迎风壁面被反复摔打，最终在半燃物出口1.3被回转窑热烟气带入分解炉进行充分燃烧，如图4所示为脉冲喷吹瞬间循环烟气流动迹线。同时适当提高分解炉内高温新风的风量，即窑尾三次风，充分利用替代燃料的热焓。 [0037] 本系统的循环烟气温度很高，氧含量较低，适合作为替代燃料的传热介质；为了使替代燃料能够顺利进行不完全燃烧，尽量不增加分解炉的风量，同时在替代燃料制备时可以适量添加助烧剂，从而使使替代燃料中固定碳不完全燃烧生成一氧化碳。 [0038] 另外，基于荷重传感器获得重量数据、高温摄像头获得的燃烧图像、燃烧的替代燃料的化学及工业数据，通过复合算法可以模拟焦屑及灰分在炉内的烧成和分布情况，用以调节循环烟气量、替代燃料的进料量和各阶梯处空气炮的喷吹频率。 [0039] 对于重质难烧的替代燃料，可引入部分窑尾三次风，适当提高烟气的氧含量，同时在炉底部通过电动或气动推杆翻动料堆，使其充分与高温烟气接触成焦。对于含有难燃或不燃杂质的替代燃料，可在炉底增设炉排系统。 [0040] 本系统相较于现有技术，通过引入半燃炉1的循环烟气来营造一个高温还原性环境，对替代燃料进行高温预处理处理，确保替代燃料发生确定性、有序性和可控的不完全燃烧。此外，在半燃炉1内，替代燃料发生有利于强化扩散和燃烧的显著质变，当其进入分解炉参与燃烧时，能够达到与煤粉作为燃料相似的效果，使得替代燃料可以替代煤粉作为燃料使用，从而实现对煤粉的替代，减少对传统化石能源的依赖，降低环境污染。