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1、(10)申请公布号 CN 103528054 A (43)申请公布日 2014.01.22 CN 103528054 A (21)申请号 201310479366.7 (22)申请日 2013.10.14 F23C 10/10(2006.01) F23C 10/18(2006.01) F23C 10/20(2006.01) F23C 10/26(2006.01) F23K 1/02(2006.01) F23G 7/00(2006.01) (71)申请人 上海交通大学 地址 200240 上海市闵行区东川路 800 号 (72)发明人 刘建国 刘加勋 韩向新 姜秀民 (74)专利代理机构 上海旭。
2、诚知识产权代理有限 公司 31220 代理人 郑立 (54) 发明名称 市政污泥 - 水煤浆混烧的有机工质锅炉 (57) 摘要 本发明公开了一种市政污泥 - 水煤浆混烧的 有机工质锅炉， 包括布风装置、 燃烧室、 旋涡分离 燃尽装置、 尾部对流受热面部件， 燃烧室分为密相 区和稀相区， 布风装置设有一块布风板， 布风板上 设通风孔， 通风孔从布风板中部向边缘依次排列 并且面积逐渐缩小 ； 密相区采用倒梯台形结构， 密相区的回流区设置埋管 ； 稀相区四周设置水冷 壁 ； 稀相区上部设置漩涡分离燃尽装置 ； 漩涡分 离燃尽装置后部设置所述尾部对流受热面部件 ； 有机工质锅炉使用市政污泥 - 水煤浆。
3、混合燃料。 本发明拓展了市政污泥的应用范围， 降低了有机 工质锅炉的使用成本。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103528054 A CN 103528054 A 1/1 页 2 1. 市政污泥 - 水煤浆混烧的有机工质锅炉， 包括布风装置、 燃烧室、 旋涡分离燃尽装 置、 尾部对流受热面部件， 所述燃烧室分为密相区和稀相区， 其特征在于， 所述布风装置的 出风口设有一块布风板， 所述布风板呈 V 字型， 所述布风板上设通风孔，。
4、 所述通风孔从所述 布风板中部向边缘依次排列并且面积逐渐缩小 ； 所述密相区采用倒梯台形结构， 所述密相 区的回流区设置埋管 ； 所述稀相区四周设置水冷壁 ； 所述稀相区上部设置所述漩涡分离燃 尽装置 ； 所述漩涡分离燃尽装置后部设置所述尾部对流受热面部件 ； 所述有机工质锅炉使 用市政污泥 - 水煤浆混合燃料。 2.如权利要求1所述的市政污泥-水煤浆混烧的有机工质锅炉， 其特征在于， 所述通风 孔为长条形孔或圆形孔。 3.如权利要求1所述的市政污泥-水煤浆混烧的有机工质锅炉， 其特征在于， 所述埋管 设置在所述回流区的两侧或四周。 4.如权利要求3所述的市政污泥-水煤浆混烧的有机工质锅炉， 。
5、其特征在于， 所述埋管 外表面焊有防磨环或防磨鳍片。 5.如权利要求1所述的市政污泥-水煤浆混烧的有机工质锅炉， 其特征在于， 所述水冷 壁是方形螺旋盘管水冷壁。 6.如权利要求1所述的市政污泥-水煤浆混烧的有机工质锅炉， 其特征在于， 所述漩涡 分离燃尽装置包括水冷管， 所述水冷管上敷设耐火材料， 漩涡分离燃尽装置下部设有回输 通道。 7.如权利要求1所述的市政污泥-水煤浆混烧的有机工质锅炉， 其特征在于， 所述对流 受热面部件为管束、 省煤器或空气预热器之一。 8.如权利要求1所属的市政污泥-水煤浆混烧的有机工质锅炉， 其特征在于， 所述市政 污泥 - 水煤浆混合燃料由市政污泥和煤粉按 1。
6、:3 1:1 的比例配制而成。 9.如权利要求8所属的市政污泥-水煤浆混烧的有机工质锅炉， 其特征在于， 所述市政 污泥 - 水煤浆混合燃料由市政污泥和煤粉按 3:7 1:2 的比例配制而成。 10.如权利要求1所述的市政污泥-水煤浆混合燃料洁净燃烧的有机工质锅炉， 其特征 在于， 还包括燃料投料口， 所述燃料投料口设置在所述稀相区前墙或左右墙。 权 利 要 求 书 CN 103528054 A 2 1/5 页 3 市政污泥 - 水煤浆混烧的有机工质锅炉 技术领域 0001 本发明涉及到一种工业锅炉， 尤其涉及一种市政污泥 - 水煤浆混烧的有机工质锅 炉。 背景技术 0002 目前常用的给水和。
7、废水处理方法有物理法、 化学法、 物理化学法和生物法。 无论哪 种方法都或多或少会产生沉淀物、 颗粒物和漂浮物等， 所产生的物质统称为污泥。 污泥是一 种由有机残片、 细菌体、 无机颗粒和胶体等组成的非均质体。 它很难通过沉降进行彻底的固 液分离。市政污泥， 主要指来自污水厂的污泥， 这是数量最大的一类污泥。此外， 自来水厂 的污泥也来自市政设施， 可以归入这一类。 0003 现有的市政污泥的处理方法主要包括浓缩、 消化、 预处理 （药剂处理、 热处理） 、 脱 水、 干燥等 ； 其处置方法主要包括填埋、 海洋倾弃、 肥料农用、 焚烧及资源化利用等， 其中焚 烧方法将在未来市政污泥的处理中占据。
8、主要地位。市政污泥中含有大量的有机物， 焚烧时 产生大量的热量。这种热量如何利用是近几年研究的热点， 将市政污泥用作工业锅炉燃料 是研究的方向之一。 0004 水煤浆是由大约 70% 的煤、 29% 的水和 1% 的添加剂通过物理加工得到的一种低污 染、 高效率、 可管道输送的煤基流体燃料。它改变了煤的传统燃烧方式， 显示出巨大的环保 与节能优势。 在我国丰富煤炭资源的保障下， 水煤浆也已成为替代石油、 天然气等能源的最 基础、 最经济的洁净能源。 0005 有机工质锅炉能在较低的运行压力下， 获得较高的工作温度， 具有低压、 高温的技 术特性， 与利用蒸汽加热相比， 有机工质具有加热均匀、 。
9、操作简单、 安全环保、 节约能源、 控 温精度高、 操作压力低等优点。因此， 在现代工业生产中， 有机工质已被作为传热介质得到 广泛的应用。 传统以水煤浆作为燃料的有机工质锅炉， 采用雾化燃烧方式， 主要存在的问题 是 ： 高温燃烧火焰中心温度在 1450以上， 在小空间燃烧室中易结焦 ； 着火条件差， 燃烧不 稳定 ； 锅炉煤种适应性差， 需洗精煤制浆， 运行成本高 ； 负荷调节范围小， 低负荷时易使燃 烧率低大幅降低 ； 属于高温燃烧， 污染物排放高 ； 锅炉供浆系统复杂且运行压力高容易照 成供浆泵和浆枪的磨损。 0006 诸多问题的存在影响了有机工质锅炉的推广和使用， 研究开发一种替代纯。
10、水煤浆 燃料的有机工质锅炉， 降低锅炉的燃料使用成本， 对锅炉的应用推广和节能减排具有重大 意义。鉴于市政污泥燃料的应用现状， 本领域的技术人员致力于开发一种能使市政污泥燃 料变废为宝综合利用的方法， 致力于设计制造一种市政污泥 - 水煤浆混烧的有机工质锅 炉。 发明内容 0007 有鉴于现有技术的缺陷， 本发明所要解决的技术问题是提供一种市政污泥 - 水煤 浆混烧的有机工质锅炉， 解决市政污泥综合利用难题， 扩大有机工质锅炉燃料的来源， 降低 说 明 书 CN 103528054 A 3 2/5 页 4 其使用成本。 0008 为实现上述目的， 本发明提供了一种市政污泥 - 水煤浆混烧的有机。
11、工质锅炉， 包 括布风装置、 燃烧室、 旋涡分离燃尽装置、 尾部对流受热面部件， 燃烧室分为密相区和稀相 区， 布风装置的出风口设有一块布风板， 布风板呈 V 字型， 布风板上设通风孔， 通风孔从布 风板中部向边缘依次排列并且面积逐渐缩小 ； 密相区采用倒梯台形结构， 密相区的回流区 设置埋管 ； 稀相区四周设置水冷壁 ； 稀相区上部设置漩涡分离燃尽装置 ； 漩涡分离燃尽装 置后部设置尾部对流受热面部件 ； 有机工质锅炉使用市政污泥 - 水煤浆混合燃料。 0009 布风板呈 V 字型， 可使布风板上的较大颗粒自动向布风板中部运动， 这样可使影 响流化质量的较大颗粒顺利地从布风板中部的排料管排出。
12、， 布风板中部的通风孔面积较 大， 至边缘面积逐步缩小， 这样做使得中部的风量大， 而越向边缘风量越小， 这种风量不均 匀的送风方式， 促使在密相区内部形成流化床料和燃料颗粒的内循环运动。燃烧室的密相 区采用倒梯台形结构， 加强了在密相区内部流化床料与燃料颗粒的内循环运动， 在密相区 的回流区设置埋管形成受热面， 以吸收密相区燃料燃烧所释放的热量， 使密相区床温控制 在 850 1050 ； 埋管布置在倒梯台形密相区的回流区， 避免了布风板上面主气流带着颗 粒直接冲刷而造成的埋管快速磨损。 0010 优选地， 通风孔为长条形孔或圆形孔。 0011 优选地， 埋管设置在所述回流区的两侧或四周。 。
13、0012 优选地， 埋管外表面焊有防磨环或防磨鳍片， 以进一步减轻燃料对埋管的磨损， 延 长埋管的使用寿命 ； 杜绝埋管破损后有机工质泄露进入燃烧室引起的安全事故。 0013 优选地， 水冷壁是方形螺旋盘管水冷壁， 充分高效吸收高温烟气的辐射热量和对 流热量， 使整个燃烧室烟温低于灰熔点， 防止燃烧室与后续受热面结焦。 0014 优选地， 漩涡分离燃尽装置包括水冷管， 水冷管上敷设耐火材料， 漩涡分离燃尽装 置下部设有回输通道。分离下来的市政污泥 - 水煤浆混合燃料颗粒团经回输通道滑移进入 密相区， 实现了燃料的循环燃烧， 强化了可燃气体与空气的混合燃尽， 克服了工业锅炉矮小 空间内燃烧效率偏。
14、低的缺陷。 0015 优选地， 对流受热面部件为管束、 省煤器或空气预热器之一， 进一步吸收烟气的热 量， 使排烟温度降至合理水平。 0016 优选地， 所述市政污泥 - 水煤浆混合燃料由市政污泥和煤粉按 1:3 1:1 的比例 配制而成。 0017 更优选地， 所述市政污泥 - 水煤浆混合燃料由市政污泥和煤粉按 3:7 1:2 的比 例配制而成。 0018 优选地， 有机工质锅炉还包括燃料投料口， 设置在稀相区前墙或左右墙， 能够适应 不同的操作环境。 0019 本发明的有益效果是 ： 开拓了市政污泥新的应用领域， 实现了在有机工质锅炉内 低温、 高效洁净燃烧， 并具有负荷调节性能好、 运行。
15、费用低、 降低劳动强度、 降低使用成本， 在燃烧过程中直接脱硫脱硝、 可对燃烧过程实施深度经济脱硫、 减少 NOx 的排放、 辅助配套 系统简洁可靠、 节省设备投资等优点。 0020 以下将结合附图对本发明的构思、 具体结构及产生的技术效果作进一步说明， 以 充分地了解本发明的目的、 特征和效果。 说 明 书 CN 103528054 A 4 3/5 页 5 附图说明 0021 图1是本发明市政污泥-水煤浆混烧的有机工质锅炉一个较佳实施例的整体结构 示意图 ； 0022 图 2 是图 1 中的布风板的结构示意图 ； 0023 图 3 是图 1 中的布风板的另一结构示意图。 具体实施方式 002。
16、4 如图 1 所示， 市政污泥 - 水煤浆混烧的有机工质锅炉包括 ： 风箱 1、 布风板 2、 密相 区 3、 燃料投料口 4、 稀相区 5、 旋涡分离燃尽装置 6、 尾部对流受热面部件 7、 出口烟道 8。 0025 市政污泥的含水量很高， 通常在 85% 95% 之间， 又因为市政污泥本身的性质， 脱 水极其困难， 高含水量市政污泥不适合作为燃料使用。将市政污泥和煤粉配置成市政污 泥 - 水煤浆混合燃料， 可以有效地解决这一难题。煤块破碎成颗粒尺寸小于 1mm 的煤粉， 市 政污泥和煤粉可以按照 1:3 1:1 的比例范围配比， 经充分混合后成为市政污泥 - 水煤浆 混合燃料。在实际的生产。
17、过程中， 市政污泥和煤粉通常按 3:7 1:2 的优选比例范围混合 而成， 用市政污泥部分代替煤， 大大降低了使用成本。 0026 如图 1 所示， 送风机送风进入风箱 1 后经出风口的布风板 2 进入燃烧室参与燃料 燃烧 ； 市政污泥 - 水煤浆混合燃料经过布置在燃烧室上部的燃料投料口 4 后靠重力洒落到 密相区 3 内， 密相区 3 内颗粒混合剧烈， 可实现市政污泥 - 水煤浆混合燃料颗粒团的快速、 高效着火和燃烧。布风板 2 呈 V 字型， 可使布风板 2 上的较大颗粒自动向布风板 2 中部运 动， 这样可使影响流化质量的较大颗粒顺利地从布风板 2 中部的排料管排出。布风板上的 上设通风。
18、孔， 通风孔可设置成如图 2 的长条形孔， 也可以设置成如图 3 所示的圆形孔， 通风 孔从布风板 2 中部向边缘依次排列并且面积逐渐缩小。布风板中部的通风孔面积较大， 至 边缘面积逐步缩小， 这样做使得布风板中部的出风量大， 而边缘出风量小， 这种风量不均匀 的送风方式， 促使在密相区内部形成流化床料和燃料颗粒的内循环运动。 0027 密相区3采用倒梯台形结构， 布风板2送来的风从倒梯台形底部吹出， 带着燃料颗 粒上升， 倒梯台形结构上部截面积大于底部面积， 倒梯台形结构上部的燃料颗粒， 自身重力 大于风的托举力， 落向倒梯台形结构的四周侧面， 颗粒下落的区域称为回流区。传统的有 机工质锅炉。
19、， 为了将燃烧产生的热量较多较快地带走， 在倒梯台形结构的中部设置吸热管。 这种吸热管经高速燃料颗粒的长期冲刷而破损， 其中的有机工质泄露会带来很大的安全隐 患。 0028 将埋管设置在密相区 3 的回流区， 可以有效避免上述安全隐患。密相区 3 左右两 侧布置埋管用以吸收燃料在密相区燃烧所释放的部分热量， 使床温控制住 850 1050范 围内。 埋管上焊接有防磨环或者防磨鳍片， 以进一步减轻燃料对埋管的直接冲刷和磨损， 延 长埋管的使用寿命。密相区 3 内部分未完全燃烧的市政污泥 - 水煤浆混合燃料颗粒团和灰 分随烟气一起向上进入稀相区 5， 稀相区 5 布置方形螺旋盘管水冷壁， 用以吸收。
20、高温烟气的 辐射热量和对流热量从而加热受热面内的有机工质。 燃烧室上部稀相区前墙或者左右墙设 置燃料投料口 4， 燃料投料口 4 将市政污泥 - 水煤浆混合燃料通入燃烧室。 0029 燃烧室上部出口设置有漩涡分离燃尽装置 6 包括水冷管， 水冷管上敷设耐火材 说 明 书 CN 103528054 A 5 4/5 页 6 料， 漩涡分离燃尽装置 6 下部设有回输通道。被热烟气带出的媒体物料和较大的市政污 泥 - 水煤浆混合燃料颗粒团切向进入漩涡分离燃尽装置 6， 在离心力和重力作用下， 较大的 市政污泥-水煤浆混合燃料颗粒团被分离、 捕捉、 通过漩涡分离燃尽装置6下部设置的回输 通道返回燃烧室下。
21、部密相区 3， 实现了市政污泥 - 水煤浆混合燃料颗粒团的循环燃烧， 漩涡 分离燃尽装置6内气流强烈的湍动可加强化市政污泥-水煤浆混合燃料颗粒团及可燃气体 与空气的混合， 同时延长了烟尘流程， 改善了由于工业锅炉燃烧室矮小， 燃料在燃烧室内没 有足够的燃尽时间造成的燃烧效率偏低的问题， 从而获得高的燃烧效率。漩涡分离燃尽装 置6出口布置有尾部对流受热面部件7可进一步吸收燃烧产生的热量， 从而降低排烟温度， 提高锅炉的热效率， 烟气最后从出口烟道 8 排出。根据不同使用需求， 尾部对流受热面部件 7 可以选择管束、 省煤器或空气预热器其中之一。 0030 本发明市政污泥 - 水煤浆混合燃料燃烧的。
22、具体工艺流程 ： 市政污泥 - 水煤浆混合 燃料通过管道从燃烧室上部的燃料投料口 4 投入由石英砂或石英砂与石灰石构成床料的 炽热流化床中， 流化床温度在 850 1050。市政污泥 - 水煤浆混合燃料在炽热的流化床 料的加热下迅速完成析出水分， 挥发分析出并着火燃烧及焦炭燃烧过程， 并在流化状态下 颗粒状市政污泥 - 水煤浆混合燃料团进一步解体为细颗粒被热烟气带出密相区 3 进入上 部燃烧室稀相区 5 继续燃烧。在燃烧室出口设有漩涡分离燃尽装置 6， 被热烟气带出的媒 体床料和较大的市政污泥 - 水煤浆混合燃料颗粒团被分离装置分离、 捕捉， 通过漩涡分离 燃尽装置 6 下部设置的回输通道返回。
23、燃烧室下部密相区 3， 既减少了媒体床料的损失， 又实 现了市政污泥 - 水煤浆混合燃料颗粒团的循环燃烧， 从而获得高的燃烧效率。此外， 850 1050的低温燃烧过程， 有效的控制了热力型 NOx 的形成。且由于媒体物料由石英砂与石 灰石构成， 石灰石在高温下煅烧生成CaO， CaO与SO2反应进一步生成CaSO4， 抑制了SO2的排 放， 而燃烧装置的运行温度是 CaO 脱硫的最佳运行温度， 可有效的减少 SO2的排放。 0031 本发明市政污泥 - 水煤浆混烧的有机工质锅炉的有益效果体现在 ： 0032 （1） 实现了市政污泥 - 水煤浆混合燃料的低温燃烧， 解决了水煤浆雾化燃烧锅炉 易。
24、结焦、 运行不稳定的问题。 燃烧室无排渣运行， 省去了各种除渣设施， 简化了运行操作， 改 善了锅炉运行环境。 0033 （2） 燃烧室出口设置漩涡分离燃尽装置， 延长了烟尘流程， 强化了燃料颗粒团及可 燃气体的混合作用， 实现了着火燃烧后的燃料颗粒团的循环燃烧与可燃气体的燃尽， 具有 高的燃烧效率， 燃烧效率可达 98% 左右， 克服了工业锅炉矮小空间内燃烧效率偏低的缺陷。 该漩涡分离燃尽装置由燃烧室管延伸围成， 具有结构简单， 占用空间小， 操作简便的特点。 0034 （3） 采用低温燃烧方式 （850 1050） ， 有效的控制了热力型 NOx 的形成， 并且由 于媒体物料由石英砂与石灰。
25、石构成， 石灰石在高温下煅烧生成 CaO， CaO 与 SO2反应进一步 生成 CaSO4， 抑制了 SO2的排放， 而该种燃烧方式的运行温度是 CaO 脱硫的最佳运行温度， 可 有效的减少 SO2的排放。 0035 （4） 对市政污泥 - 水煤浆混合燃料品质适用性强， 满足了燃料品质波动的要求， 实 现了固体废弃物 - 市政污泥的无害化、 资源化利用， 同时可降低燃料成本。可实现运行过程 的压火， 再启动无需用油， 降低了运行成本。 0036 （5） 燃烧室稀相区水冷壁采用方形螺旋盘管水冷壁， 采用高效热阻材料作为绝热 层， 保温性能好， 锅炉散热少， 效率高。 说 明 书 CN 10352。
26、8054 A 6 5/5 页 7 0037 （6） 负荷调节特性好， 可在 30% 100% 额定负荷范围内稳定运行。 0038 以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解， 本领域的普通技术人员无 需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此， 凡本技术领域中技术 人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、 推理或者有限的实验可以得到的 技术方案， 皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。 说 明 书 CN 103528054 A 7 1/2 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103528054 A 8 2/2 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 103528054 A 9 。