CN1019140B - 热分解设备及热分解方法 - Google Patents

Abstract

一种用于使气体中的流态有毒物质热分解的设备，该设备由圆柱形主燃烧室和安置在主燃烧室上方的辅助燃烧室组成。一输入口成一角度进入主燃烧室，燃烧器安置在输入口上方将火焰指向主燃烧室，一环形气流保持装置安置在燃烧器上方。该保持装置上有一允许气流从主燃烧室通入辅助燃烧室的中央开口，中央开口的直径小于圆柱形主燃烧室的直径，中央开口的四周有通道，保持装置还包括将辅助空气送入主燃烧室的向下倾斜的喷嘴。

Description

本发明涉及一种用以对包含在气体中，例如烟道气中的流态有毒物质，特别是dioxins和呋喃等有毒物质进行热分解的设备及热分解方法，该设备包括一大体上呈圆柱形的主燃烧室，一安装在主燃烧室上方的副燃烧室，一最好相对于切向平面呈一定角度的、通向主燃烧室的进口（输入口），该进口用于将含有有毒物质的气流以一定的角动量引入主燃烧室，和将火焰引入主燃烧室从而燃烧含有有毒物质的气体的燃烧器。一环形气流阻滞装置安装在该燃烧器上方，该阻滞装置有一中央开口，该中央开口允许气流从主燃烧室进入副燃烧室，该中央开口的直径比圆柱形主燃烧室的直径小，阻滞装置包括朝下倾斜的喷嘴装置。

某些高毒性有机物质，例如dioxins和呋喃，只能通过以高温将它们热分解成危害较小的混合物而将它们较为经济地处理掉。例如已公布的德国专利，申请号为NO.2，357，804，揭示了一种包括用例如天然气体或类似物作燃料的燃烧器用以对这些有毒物质进行热分解的燃烧设备。为了确保足够长的停顿时间，使有毒物质得以在高温区域燃烧需要一个大体积的燃烧室。那样的炉子自然是昂贵的，此外，也难以在燃烧室内获得合适的混合和气流的紊流以确保所需要的热分解。如果该燃烧室的体积缩小，有毒物质在高温区的停顿时间就太短，以致分解反应不能充分完成。

本发明的一目的是提供一种能使有毒物质在燃烧室中保持足够长的停顿时间的热分解方法。

本发明的主要目的是为了避免这些缺点并提供一种使包含在气 体内的流态有毒物质热分解的设备，它是紧凑的但仍能确保包含在气体中的有毒物质在燃烧室中保持足够长的停顿时间，从而使热分解反应充分完成。

按照本发明的一个方面，上述的和其他的目的用本发明的设备而得以实现。其中，在进口（输入口）的上方，将燃烧器的火焰引入主燃烧室，而朝下倾斜的喷嘴装置则将辅助空气送入主燃烧室，环形阻滞装置在中央开口周围形成一通道装置。

在这样的一个设备中，含有待分解的有毒物质的气体通过进口或开口被引入主燃烧室的底部，并作为燃烧器工作的主要空气。分解的第一阶段燃烧按化学计算量或略低于化学计算量进行。该燃烧产生的800℃到1400℃的高温促使复杂有机物分子例如dioxins和呋喃发生热分解。阻滞装置防止气流过快地流出主燃烧室，阻滞装置中的朝下的喷嘴将辅助空气送入主燃烧室。其主要目的在于使燃烧气体在主燃烧室中保持较长时间，此外，将辅助空气送入主燃烧室，会造成主燃烧室中有过量的空气，这样能确保将所有可燃烧的组分充分燃烧，从而将碳氢化合物和CO（一氧化碳）降到极低。进一步的试验表明不仅仅在阻滞装置上提供一个中央开口使烟道气由主燃烧室向烟囱方向逸出，而是在燃烧室壁的区域内还进一步提供围绕中央开口的通道装置是非常有利的。由于对气流施加了角动量，较重的气体组分趋于留在燃烧室壁的区域内而较轻的气体组分趋于积聚于燃烧室轴线的区域。由于在阻滞装置上提供了中央开口和围绕它的通道装置，防止了不希望的轻质气体组分的选择去除。环形阻滞装置最好在中央开口和通道装置之间带有连接件，连接件具有弧形扇面的形状并同心地围绕于圆柱形主燃烧室的轴线。采用两个或多个保持连接件可以将这些连接件连接到环形阻滞装置的外部。组成通道装置的这些通道，具有环形扇面的形状。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于对包含在气体中的 流态有毒物质进行热分解的炉子，它包括一由组件组合成的炉壁，该炉壁包括多个互相叠置的环形段，炉壁形成了一大体上为圆柱形的主燃烧室和一位于主燃烧室上方的副燃烧室。在两个燃烧室之间安装了一环形气流阻滞装置，该阻滞装置有一直径比圆柱形主燃烧室的直径小的中央开口，环形炉壁段之一构成了阻滞装置的外部。

这样的热分解炉具有非常简单的结构。具体说来，炉子可由预制的组件组合而成，这样炉子在现场的装配时间可以显著减少。通过槽榫接合各组件之间可以获得适当的密封性。这种结构的另一个优点在于采用同一套组件可以安装成不同尺寸的燃烧室，因此针对具体的工作条件，可以安装出一个十分合适的炉子。

本发明的上述的及其他的目的、优点及特征通过下文结合附图对本设备的最佳实施例的详细描述将会更加明了。

图1是本发明的炉子的轴向剖视图;

图2是沿图1中Ⅱ-Ⅱ线剖开的水平剖视图;

图3是阻滞装置中的一连接件的一部分细部的放大图;

图4是该连接件的另一部分细部的另一个放大图。

现在参考附图说明对气体中的有毒物质进行热分解的设备，图中表示的一个炉子包括有大体上呈圆柱型的主燃烧室1，主燃烧室1由形成炉壁的环形段2所组成的外壁部分组成。炉壁段大体上呈环形，而且包括好几层，图1表示一耐火砖内层17和围绕耐火砖内层的两层18，19，这两层由绝热砖构成。炉壁段的多层构造使燃烧室壁的所有部位都可以采用最佳材料。正如大家都知道的，可以用石棉绝热材料和钢外壳（套）来包围炉壁段。钢外壳可以吸收由于砖块的热膨胀引起的应力，所以，施于砖块的压力为燃烧室提供了第一个密封。钢外壳本身构成了进一步的密封，所以设备不必在真空下工作。这样便省去了昂贵的抽气装置。

如图1所示，炉壁段2的接合端面21带有几个环形脊或榫头 22，在它们之间形成了环形槽，使各接合段通过槽榫接合连接在一起从而确保了各接合段之间适当的密封。各炉壁段都是一样的，因此可以互换，这样，它们可以任意所需的方式结合，构成相同直径而不同体积的燃烧室。

所述的设备还包括副燃烧室15，它安装在圆柱体主燃烧室1的上方，和通入主燃烧室1的进口3，用以将含有有毒物质的气流引入主燃烧室1。气体可以是例如来自垃圾焚烧装置的烟道气。因为这种垃圾焚烧装置通常在燃烧时带有过量的空气，所以烟道气中含有的氧可用作燃烧气体。如果引入主燃烧室1的气流中没有或没有足够的氧，它可与周围的空气混合。进口3的轴线3a可以对着主燃烧室1的轴线1a，即进口3可以作径向延伸，但最好使进入主燃烧室1的进口3相对于切向平面呈一锐角，这样，可以对引入主燃烧室的气流施加一个角动量。这个角动量可以在气流中引起紊流，从而确保主燃烧室中的各气体组分良好地混合，以提高工作的效率。

在所述的实施例中，画出了三只示意性的燃烧器4，它们在进口3上方将火焰4b引入主燃烧室1，燃烧有毒物质。该三个燃烧器沿主燃烧室圆周均匀分布，但是应该理解，采用一个或三个以上燃烧器也是可以的。燃烧器的轴线4a略微朝上倾斜，相对于切向平面呈一锐角延伸，以增强施加于气流的角动量。燃烧器安装在进口的上方，以确保全部气流可以流过火焰4b得以被火焰所燃烧。

如图1所示，环形气流阻滞装置20安装在燃烧器4上方，位于主燃烧室1和副燃烧室15之间，从而将两个燃烧室互相分开。该阻滞装置中央有一开口7，其直径比圆柱形主燃烧室1的直径小，并允许气流从主燃烧室1进入副燃烧室。通道装置由分布于中央开口7周围的各通道9组成。在所述的炉子中，环形炉壁段5构成了阻滞装置的外侧部分，阻滞装置的内侧部分由多个连接件组成，每一连接件均呈弧形扇面状，它们装配成一带有中央开口7的环形的阻滞 装置的本体。中央开口7和周围通道9之间的各连接件的横截面呈两侧向下缩小的不规则四边形。这种形状为辅助空气喷嘴10a，10b提供了最佳的支架，因为这样能防止朝下的喷嘴与连接件的侧面之间的夹角过于平坦。通道装置分布在阻滞装置内中央开口周围，在本实施例中它由燃烧室的各连接件6和内壁8之间的通道9形成。

阻滞装置20还包括朝下倾斜的喷嘴装置10a，10b，用于将辅助空气以最好为15°的α角送入主燃烧室。在所述的实施例中（见图3），喷嘴10a为切向朝内而喷嘴10b则切向朝外，使通过它们送入主燃烧室的辅助空气的角动量得以增强，各喷嘴的角度基本上与进入主燃烧室的气流的角度相同。各喷嘴不是朝向燃烧室轴1a而是离开它。这样对燃烧室中的燃烧气体而言不仅能获得最佳的停顿时间而且还能使燃烧室中的翻腾的气体产生所希望的朝下的紊流。通过将辅助空气朝下倾斜引入，可以防止气流朝烟囱快速流动。朝向外部的各辅助空气输送喷嘴10b，大体上与连接件6中的内接中心圆相切，它们推迟了通过各通道9的气体的流动，而类似地延伸的、向内的喷嘴10a则推迟了通过中央开口7的气体的流动。所有的喷嘴无论是顺时针方向还是逆时针方向，相对于燃烧室的轴1a均具有与燃烧器相同的取向。这就进一步增强了燃烧室中气体流动的角动量，由此增加了混合作用，相应地改善了燃烧。

环形阻滞装置20还包括用于连接件6的夹持件13（见图2），夹持件13使通道9互相分开，弧形连接件6在中央开口7和围绕的通道9之间形成在其内部的辅助空气的通道11。夹持件13也形成将辅助空气输送到连接件6内的通道12。用这种方法，辅助空气输送喷嘴可以沿连接件6的整个周缘分布。

如果需要，辅助空气中也可以含有另一对环境有害的物质，这种物质可以是液体形式或固体微粒形式，这样就大大扩大了该装置使用的领域。这对除去比烟道气具有更高浓度的有毒物质的气体尤 其有利，可以将灰分随辅助空气送入主燃烧室，然后在其经过燃烧室后为惰性玻璃化介质从燃烧室底部除去。由于它不包含任何水溶性物质，所以惰性玻璃化灰分可以处理而无污染问题。这样，该设备不仅能用于处理烟道气也可以用于处理烟灰。

环形阻滞装置20的设计是有利的，因为它把通过那里的气流的横截面减少了20%至50%，最好是30%至35%。也就是说，如在视图中所示，阻滞装置20的连接件盖住其面积的30%-35%，气流的横截面限于中央开口7和围绕的通道9。在阻滞装置20的设计中，考虑使包含有毒物质的气流在主燃烧室中有尽可能长的停留时间这一点是很重要的，即阻滞装置必须对气流的流动提供尽可能大的障碍。另一方面，在主燃烧室中压力损耗应该维持在最小值，以便气流能在其本身气流力之下或者只要用很小的通风设备就可以使其离开燃烧室，实验表明，这些条件在上述百分比范围时能得到最好的满足，把气流的横截面减少大约三分之一是最有利的。

辅助燃烧室15安置在炉子中的气流阻滞装置20的上方以完成燃烧过程，第三气流输送喷嘴16安置在辅助燃烧室的上端（见图1）以增加可燃烧空气量和冷却通过烟囱逸出（未画出）的气体，烟囱由使气流转向的弯管装在炉子上。喷嘴16进入辅助燃烧室也略向下倾斜以增加气体在该燃烧室中的停留时间。气体的冷却和具有增加供应第三空气流帮助气体燃烧将进一步提高离开炉子的烟道气的净化程度。

如图1所示，在辅助燃烧室15的壁上具有人进出孔23，虽然通常不需要吸风机产生风力将气流从入口（进口）3送到烟囱，如果需要的话也可以加装吸风机。在工作时，含有有毒物质的，例如来自垃圾焚烧厂的气体通过入口3进入主燃烧室1，在那里气体盘旋上升流过由燃烧器4产生的火焰，向下流过气流阻滞装置20中喷嘴10a，10b的辅助空气阻滞气体向上流动，从而增加了它在主燃烧 器内的停留时间。最后，气体流过中央开口7和通道9进入辅助燃烧室15，在那里完成有毒物体的热分解，然后净化的气体通过弯管24及装在其上的烟囱离开该设备。

上述结构的设备在各种实际工作情况下，都可以将所处理的气体中的所有有毒物质几乎去除殆尽，包括仅部分进气的情况在内，而且这是通过相当简单的结构和可以以廉价制造的炉子来完成的。

Claims (13)

1、一种用于使包含在气体中的流态有毒物质热分解的设备，它包括：

(a)一大致呈圆柱形的主燃烧室，

(b)一安置在所述主燃烧室上的辅助燃烧室，

(c)一将包含有毒物质的气流引入主燃烧室的输入口，

(d)一在入口上方将火焰射向主燃烧室使包含有毒物质的气体燃烧的燃烧器，其特征在于，还包括：

(e)一安置在燃烧器上方的环形气流阻滞装置，阻滞装置中有：

(1)一允许气流从主燃烧室进入辅助燃烧室的中央开孔，中央开孔的直径比圆柱形主燃烧室小，和

(2)一围绕中央开孔安置的气流通道装置，且阻滞装置包括：

(3)用于将辅助空气送入主燃烧室的向下倾斜的喷嘴装置。

2、根据权利要求1所述的热分解设备，其特征在于，输入口以相对于切向平面成一锐角的角度指向主燃烧室以便为引入其中的气流提供一角动量。

3、根据权利要求1所述的热分解设备，其特征在于，喷嘴装置向下倾斜而与水平面成一角度指向主燃烧室。

4、根据权利要求3所述的热分解设备，其特征在于，角度大约是15°。

5、根据权利要求1所述的热分解设备，其特征在于，喷嘴装置包括用来提高送入主燃烧室的辅助空气的角动量的切向向内和切向向外的喷嘴，喷嘴装置的方向与主燃烧室内的气流方向相同。

6、根据权利要求1所述的热分解设备，其特征在于，环形阻滞装置由在中央开孔和气流通道装置之间的弧形扇面状的连接件组成，弧形扇面状连接件形成一环。

7、根据权利要求6所述的热分解设备，其特征在于，环形阻滞装置的连接件有一大致梯形横截面，梯形截面的上边比下边长。

8、根据权利要求6所述的热分解设备，其特征在于，环形阻滞装置还包括用于弧形扇状连接件的夹持件，弧形扇状连接件的内部在中央开孔7和环绕的气流通道装置之间形成有辅助空气的通道装置，夹持件安置在通道装置的各个通道之间且形成有将辅助空气输送到弧形扇状连接件内部通道内的通道。

9、根据权利要求1所述的热分解装置，还包括安置在辅助燃烧室上端的第三空气输送喷嘴装置。

10、根据权利要求1所述的热分解装置，其特征在于，环形阻滞装置的连接件盖住主燃烧室横截面的20%至50%。

11、根据权利要求10所述的热分解装置，其特征在于，环形阻滞装置的连接盖住主燃烧室横截面的30%至35%。

12、用于使包含在气体中的流态有毒物质热分解的方法，它包括下述步骤：

（a）将包含有毒物质的气流引入主燃烧室，

（b）将来自燃烧器的火焰引入所述燃烧室，

其特征在于，还包括下列步骤：

（c）向下引入辅助空气流将气体保持在主燃烧室内，并使气流从安置在燃烧器上方的环形气流阻滞装置内的入口流出主燃烧室。

（d）让烟道气通过所述阻滞装置的中央开孔，且通过在燃烧室墙的范围内围绕中央开孔的诸开孔进入辅助燃烧室和并进一步进入烟囱。

13、根据权利要求12所述的方法，其特征在于，辅助空气在进入燃烧室以前与其他有毒物质混合。

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