一种垃圾焚烧炉沼气直燃加热系统以及引风空气预热方法与流程

本发明涉及垃圾处理，尤其涉及一种垃圾焚烧炉沼气直燃加热系统以及引风空气预热方法。

背景技术：

1、垃圾焚烧处理可实现垃圾减量化、无害化、资源化的作用。垃圾焚烧发电厂一般情况下会把垃圾分区堆在垃圾储坑中发酵5-7天再投入炉内燃烧，经过发酵期，垃圾挥发分大量析出，同时垃圾所含的水分会蒸发或者渗出（即渗透液或称之为渗漏液）。因而垃圾池最下层的垃圾会泡在渗沥液中，导致水分太大不利于燃烧，最上层的垃圾由于会暴露在空气中，导致发酵不完全也不利于燃烧。

2、而在垃圾焚烧炉内主要风量来自一次风机，二次风机起辅助送风的作用，垃圾焚烧炉在额定工况下的一次风总量比二次风总量要高。一次风出口的风压要维持在一定值之上，以确保有足够的风压穿透垃圾料层，燃烧区的一次风挡板开度为50%—60%，保证能提供足够的氧量便于燃烧。

3、现有垃圾焚烧炉的一次风和二次风主要通过场地空气进行饱和蒸汽的管线或空气预热器进行预热后通入，因为提高一、二次风的温度，以便维持炉内温度，提高热效率。蒸汽传热壁的换热效率低，因此一些研究，如中国专利公开号为cn 114562727a的“一种垃圾焚烧炉用沼气直燃式空预器加热系统及焚烧系统”就采用沼气直燃的方式对空气进行直接加热，利用高温明火直接对空气进行加热，同时为沼气提供一个新的应用平台。

4、然而，沼气直燃式的空气预热方法在应用时还遇到以下问题：

5、1）沼气中含有较多水分和硫化氢，会降低沼气热值，且在内燃过程中产生含硫化合物（如二氧化硫），增加焚烧尾气的污染；

6、2）沼气与空气进行直接燃烧，实际消耗了空气中的含氧量，因此在明火燃烧加热过程中，不好控制燃烧器的温度、压力，且如何补充燃烧耗氧量尚无确定的方法。

7、因此在实际应用沼气直燃时，常遇到焚烧炉进风量与蒸汽传热法相同但垃圾焚烧状态不同的情况，实际给直接应用带来大量问题，仍需要改进研究。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种垃圾焚烧炉沼气直燃加热系统以及引风空气预热方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种垃圾焚烧炉沼气直燃加热系统，包括垃圾焚烧炉、用于向垃圾焚烧炉供气的空气预热器以及设置在空气预热器内的线性燃烧器，线性燃烧器通过管道连通有沼气供气机构，沼气供气机构包括涡流管、减压仓、过滤室、混合罐ⅰ和混合罐ⅱ；

4、涡流管设有沼气入口、冷沼气出口和热沼气出口，沼气入口通过加压泵管道将沼气池密闭发酵所得沼气直接引入涡流管中，进行加压以及制热和制冷的分离；

5、减压仓顶部设有冷沼气进口，冷沼气进口通过管道与冷沼气出口相连通，过滤室设置在减压仓一侧边壁，减压仓另一侧边壁设有一次空气入口，一次空气入口通过泵机引入常压空气与冷沼气进行混合并使冷沼气减压降温冷凝；

6、过滤室上部设有瓦楞片阵列，瓦楞片阵列由多个瓦楞片水平放置，相邻瓦楞片之间间隙为5-10mm以形成通风缝隙，过滤室下部设有集液仓，且集液仓顶部与瓦楞片阵列相连通，集液仓底部与减压仓底部相连通，用于收集减压冷却而成的冷却液；

7、瓦楞片阵列一侧与减压仓相连通，瓦楞片阵列另一侧连通有变径管，变径管的管径从瓦楞片阵列一端到输送泵一端递减，变径管远离瓦楞片阵列的一端连接在输送泵进风端，输送泵出风端通过管道与混合罐ⅰ相连通，且输送泵与混合罐ⅰ之间的管道设置有单向阀，单向阀的允许通气方向为从输送泵到混合罐ⅰ；

8、混合罐ⅰ设有热沼气入口和混合气出口ⅰ，热沼气入口通过管道与热沼气出口相连通，混合气出口ⅰ通过管道与混合罐ⅱ的混合气入口相连通，混合罐ⅱ还设有二次空气入口和混合气出口ⅱ，二次空气入口通过泵机引入常压空气与混合气进行二次混合并使其适当减压，混合气出口ⅱ通过管道与线性燃烧器的内燃室相连通；

9、本发明的线性燃烧器采用maxon型内混式线性燃烧器，线性燃烧器内燃室底部设有引风口，引风口通过管道连接有助燃风机，助燃风机引入常压空气与混合气进行三次混合并进行燃烧，以提高空气温度，并对线性燃烧器的点火烧嘴、uv紫外火检、火焰观察孔进行冷却，线性燃烧器的点火烧嘴设置在空气预热器内；

10、空气预热器为两端开口的柱状体空腔，空气预热器一端开口用于引入常压空气，空气预热器另一端开口通过管道连接在进炉气泵机进风端，进炉气泵机出风端通过管道与垃圾焚烧炉的燃料进口相连通，垃圾焚烧炉还设有垃圾进料仓，用于填充垃圾进行焚烧。

11、优选地，沼气供气机构采用多个涡流管并联设置，即沼气分流从多个涡流管进气，多个涡流管的冷沼气合并后进入减压仓，多个涡流管的热沼气合并后进入混合罐ⅰ。

12、优选地，沼气入口的进气温度不限，沼气入口的进气压力为0.4-0.5mpa，冷沼气出口设有阀门，用于调节控制涡流管的冷流率在0.4-0.5的范围内。

13、优选地，瓦楞片阵列中瓦楞片由回收纸压制成厚度为0.7-0.8cm的w状瓦楞纸片，瓦楞片预先浸渍重量浓度为10%的naoh水溶液，烘干后投入过滤室内部进行安装，在吸收冷沼气中水分后，具有吸收沼气中h2s的作用。

14、优选地，集液仓底部还设有冷却液排口，用于将冷却液输送至垃圾池中与渗漏液汇合，从而减少沼气中含水率，提高垃圾焚烧热值。

15、优选地，垃圾焚烧炉还设有尾气检测设备，用于检测烟气中ch4、co2、co、o2、n2以及含硫化合物的含量，从而佐证垃圾焚烧是否完全、产生何种污染。

16、本发明还提出一种垃圾焚烧炉引风空气预热方法，采用前述的沼气直燃加热系统，包括以下步骤：

17、1）参数设置与监测：

18、涡流管：沼气入口的气压为p0、气体温度为t0，其中p0为0.4-0.5mpa，冷沼气出口的气压为p1、气体温度为t1，热沼气出口的气压为p2、气体温度为t2；

19、减压仓：减压仓内部气压为p3、气体温度为t3，冷沼气进口的进气流量v1与一次空气入口的进气流量v2比例为v1:v2=3:1；

20、混合罐ⅰ：热沼气入口的进气流量v3与单向阀所在管道的进气流量v4比例为v3:v4=2-3:1，混合气出口ⅰ的气压为p4、气体温度为t4；

21、混合罐ⅱ：混合气入口的进气流量v5与二次空气入口的进气流量v6比例为v5:v6=5:1，混合气出口ⅰ的气压为p5、气体温度为t5；

22、线性燃烧器：混合气的进气流量v7与引风口的进气流量v8比例为v7:v8=0.3-0.4:1，混合气出口ⅰ的气压为p5、气体温度为t5；

23、空气预热器与焚烧炉：进炉气泵机进风端的气压为p6、气体温度为t6，进炉气泵机出风端的气压为p7、气体温度为t7；

24、垃圾焚烧炉尾气：当尾气中各成分体积百分比浓度如下时：ch4＜1%、一氧化碳＜5mg/m³、含硫化合物＜1mg/m³，则证明垃圾充分燃烧；

25、2）压力控制：

26、通过调整各处泵机、管道及接口处的阀门，控制p0＞p2＞p1＞p3，除输送泵外无需引用新的泵机进行加压，且p3＜p1＜2p3，避免出现压力过低造成的倒吸及温度骤降现象；控制p4＞p5，且p5达到线性燃烧器内燃室的压力要求，从而无需增加新的泵机进行加压输送；通过进炉气泵机和对应阀门使p7＞p6，且p7满足垃圾充分燃烧条件；

27、3）温度控制：

28、无论t0多少，t5不低于20℃，以保证线性燃烧器的压燃效率，t6和t7均不低于75℃，以保证垃圾焚烧炉的一次进风温度；

29、通过涡流管加压加热，同时提高沼气和部分所需空气的温度的压力，减小空气预热器的负载要求，即缩减温差及压差降低能耗且提升稳定性，更为重要地是为了应对寒冷天气中空气及沼气超低温的情况；

30、4）沼气预处理：

31、按照上述设置标准，依据p6、t6、p7和t7调整沼气供气机构的流量及压力控制参数，根据垃圾焚烧炉尾气检测的垃圾是否充分燃烧的报告调整v1-v8，以保证焚烧所需的足够空气以及补充部分沼气燃料；

32、将加压沼气经涡流管分流为冷沼气和热沼气，冷沼气与空气进行第一次混合，混合后降压，经过瓦楞片阵列吸湿脱硫，冷凝产生的冷却液排出以脱除沼气中部分水量，同时可以吸收部分co2，变相提高沼气热值，过滤后的沼气经过输送泵与热沼气进行汇合，随后与空气进行第二次混合，随后进入线性燃烧器进行燃烧；

33、5）空气预热及输送：

34、混合罐ⅱ所得混合气在线性燃烧器与引风口的空气进行第三次混合，保证沼气与空气充分接触实现快速压燃，线性燃烧器点火烧嘴喷出的高温燃烧火焰与空气进行第四次混合，对空气进行明火加热，所得混合气排入垃圾焚烧炉中，进行垃圾焚烧，并保持对焚烧情况以及尾气检测的监控；同时根据流量比例，前三次混合引入的空气量完全超过沼气燃烧消耗的空气量，避免造成空气明火预热后含氧量不足的问题。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

36、1.本发明首次在沼气供气机构中引入涡流管，对沼气进行加压加热，将加压沼气经涡流管分流为冷沼气和热沼气，冷沼气与空气进行第一次混合后降压，经过瓦楞片阵列吸湿脱硫，冷凝产生的冷却液排出以脱除沼气中部分水量，同时可以吸收部分co2，变相提高沼气热值；

37、2.本发明在将部分脱硫脱水的冷沼气与热沼气进行汇合，随后与空气进行第二次混合，随后与线性燃烧器的引风口空气进行第三次混合，保证沼气与空气充分接触实现快速压燃，线性燃烧器点火烧嘴喷出的高温燃烧火焰与空气进行第四次混合，对空气进行明火加热，所得混合气排入垃圾焚烧炉中，进行垃圾焚烧，并保持对焚烧情况以及尾气检测的监控；并根据流量比例设定，前三次混合引入的空气量完全超过沼气燃烧消耗的空气量，避免造成空气明火预热后含氧量不足的问题。

38、3.综上所述，本发明通过涡流管预热加压处理，可使线性燃烧器进气从零下达到30℃左右甚至更高，同时其中含有压力和部分空气，提高沼气燃烧效率，大幅提高对空气预热效果，同时大幅缩减冬夏季节对焚烧炉进风温度调控的功率差，提高焚烧炉运行稳定性；同时提高沼气和部分所需空气的温度的压力，减小空气预热器的负载要求，即缩减温差及压差降低能耗且提升稳定性，更为重要地是为了应对寒冷天气中空气及沼气超低温的情况。