CN102563660A - 封闭式垃圾焚烧炉 - Google Patents

Abstract

一种封闭式垃圾焚烧炉，该炉采用双层炉体结构，炉内设有上、下导轨，内装压缩垃圾的耐高温陶瓷滚筒沿上、下导轨相接排列并借助于升降器和程序控制器作间歇滚动移动，其移动路线顺序为干燥区、热解区、燃烧区、升降器、待吸灰区、吸灰区和装料区，在燃烧区两侧分别设有第一、第二喷咀对位于燃烧区的滚筒内装压缩垃圾作高温燃烧，焚烧炉产生的烟气排出炉外经换热、引风、二氧化碳回收后，部分烟气和回收剩余气体与纯氧气体混合后成为富氧混合气体输至第一、二喷咀。该焚烧炉能实现烟气零排放无污染，同时，该炉结构简单、炉膛体积小、燃烧速度快、效果好、燃烧过程产生的烟气量能大幅度减少。

Description

封闭式垃圾焚烧炉

技术领域

本发明涉及垃圾焚烧炉技术领域，特别涉及一种封闭式垃圾焚烧炉。

背景技术

废弃垃圾包括：城镇路面清扫垃圾、居民生活垃圾、餐饮垃圾、医疗垃圾、农产品加工废弃物、有机污泥、粪便、废旧塑料及轮胎等统称为废弃垃圾。现有垃圾处理方式一般采取填埋或填埋回收沼气发电和直接焚烧发电，这些方法仅仅是利用了垃圾的少部分热能，但是在焚烧发电过程中总是有烟气排放，造成二次污染问题仍然未能解决，例如：垃圾填埋的渗透液污染和垃圾焚烧烟气排放的二次污染等。

目前，用于废弃垃圾处理的焚烧炉主要有机械炉排炉、流化床焚烧炉、回转式焚烧炉、静态热解焚烧炉等。最为常用的机械炉排炉一般分为三个阶段，即干燥段、燃烧段和燃烬段。流化床主要由保持煤体流动的空气分散装置、不燃物排出装置、不燃物筛选煤体循环装置等组成。回转窖是在钢制的圆筒内部，加装耐火衬里及有孔钢板焊接成筒状，以垃圾传送方向为轴心，呈小角度倾斜旋转的设备，其外围有两组环状钢制轮圈及几个滚轮支撑，使圆筒缓慢的转动，而将垃圾搅拌及向前输送。这些炉的共同特征在于：（1）、燃烧温度在800-900℃范围内，燃烧温度低，燃烧效果差，容易产生二恶英等有害气体；（2）、燃烧过程要向天空排放大量烟气（如氮氧化物、二氧化碳、二氧化硫及不完全燃烧的有害气体二恶英等)造成二次污染；（3）、燃烧过程需要添加辅助燃料（如煤、油等）造成燃烧成本增高，消耗大量的能源，造成资源浪费；（4）、燃烧过程使用的助燃剂是空气，由于空气中氮气是不参加燃烧反应而又要吸收大量的热量，从而造成热损耗量大、热效率低。由此可见，这些炉存在如下不足之处：炉体结构复杂、炉膛容积大、通入空气量大、烟气排放量大、燃烧温度低、粉尘多、热损耗量大，既不节能也不环保。

在现有的垃圾焚烧炉中烟气污染物都是通过烟囱排放到大气层。由于烟气处理运行成本高或处理系统维护困难等原因，导致大量的烟气含有毒有害气体（如：二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物、二恶英等）及飞灰排放，对环境空气、水源和土壤造成严重污染，这些烟气长期排放会严重危及人类的生存环境。现有的焚烧炉中对烟气二次污染问题仍未解决。

现有的垃圾焚烧炉中由于有大量的烟气不断排放，垃圾焚烧的热量会随着烟气排放而被带走一部分热量使炉温下降；且由于垃圾含水分高而热值低，难以燃烧，干燥这些垃圾需耗大量的热空气，垃圾焚烧产生的热量因加热空气又被损耗一部分，也造成炉温下降；此外，由于焚烧炉的炉膛体积大，炉膛表面散热面积大、散热速度快和散热量大，垃圾焚烧产生的热量随着炉膛表面不断散热而又被损耗一部分，使炉温下降。其结果是现有各种垃圾焚烧炉热效率低，不能达到节能降耗的效果。

在现有的焚烧炉中燃烧氧化反应的助燃剂都是采用空气中的氧，由于垃圾的组成较为复杂，热值不稳定性导致炉温不稳定，热值低时一般会添加柴油或煤等高热值燃料维持炉温，也就是说必须消耗部分能源才能够稳定焚烧炉的炉温。在有氧化剂条件下，垃圾中的塑料燃烧不充分时，容易导致二恶英等有毒有害气体的产生而造成严重的污染。垃圾焚烧通常需要加大空气量以增加湍流度，让空气与垃圾在炉膛内形成沸腾状态，这样会导致烟气中飞灰量增加，使烟气净化处理难度增高并造成处理成本增加。现有的垃圾焚烧炉中对提高炉温、减少能源使用量以及烟气和粉尘等污染物控制仍未得到有效的解决。

发明内容

本发明的目的在于一种封闭式垃圾焚烧炉，该炉结构简单、炉膛体积小、燃烧速度快、燃烧效果好、燃烧过程产生的烟气量能大幅度减少，并全部回收，实现零排放无污染。

本发明所提出的技术解决方案是这样的：

一种封闭式垃圾焚烧炉，包括焚烧炉体，所述焚烧炉体由上层焚烧炉体2-1和下层焚烧炉体2-2组成，成为双层焚烧炉体2，在上层焚烧炉体2-1内依次设有待吸灰区19、吸灰区20、装料区21，以及上导轨6、压缩垃圾入口2-1-1，该压缩垃圾入口2-1-1与挤压式推进器1的出口1-1贯通连接，还设有出灰口2-1-2，该出灰口2-1-2与吸灰口5-1贯通连接；在下层焚烧炉体2-2内，依次设有干燥区16、热解区17、燃烧区18以及下导轨15、烟气出口2-2-1、第一喷咀4和第二喷咀12；在双层焚烧炉体2内还设有升降器22，所述上导轨6与下导轨15的一端交会相接，上导轨6与下导轨15的另一端通过升降器22连接，使排列在上导轨6与下导轨15的一组内装压缩垃圾14的圆柱形耐高温滚筒3形成间歇滚动移动；封闭式垃圾焚烧炉在程序控制器控制下焚烧炉内产生的烟气通过烟气出口2-2-1、换热器11、引风机9分两路输出，其中一路直接进入纯氧与烟气混合器10内，另一路经二氧化碳回收装置7分离二氧化碳后的剩余气体输入至纯氧与烟气混合器10内，纯氧从液氧储存罐13经汽化后进入纯氧与烟气混合器10内，混合后的富氧混合气体输至设于下层焚烧炉2-2的燃烧区18两侧的第一喷咀4与第二喷咀12，对进入燃烧区18的圆柱形耐高温滚筒3内的压缩垃圾14进行高温燃烧。

所述圆柱形耐高温滚筒3设有第1、2、3段滚筒3-1、3-2、3-3，其中，第1、3段滚筒3-1、3-3直径相同，第2段滚筒3-2的直径大于第1、3段滚筒3-1、3-3的直径，所述第1、3段滚筒3-1、3-3与外面贯通。圆柱形耐高温滚筒3的材料为耐高温陶瓷或耐高温钢。

所述挤压式推进器1的上方设有封闭式垃圾储存罐8，垃圾从封闭式储存罐8进入挤压式推进器1的内腔经挤压式推进器1推压成压缩垃圾7，进而推入位于燃烧区18的圆柱形耐高温滚筒3内并封闭压缩垃圾入口2-1-1。

所述上导轨6平面在直角座标第一象限与水平面的夹角α为5-10度，所述下导轨15平面直角坐标第四象限与水平面的夹角β为3-8度。所述位于上层焚烧炉体2-1吸灰区20的圆柱形耐高温滚筒3通过出灰口2-1-2与吸灰器5的吸灰口5-1贯通相接。

从引风机9输出部分烟气输至二氧化碳回收装置7，经分离后的二氧化碳气体制成干冰23，余下气体输至纯氧与烟气混合器10内。

与现有技术相比，本发明具有如下显著效果：

（1）由于本发明的封闭式垃圾焚烧炉是将废弃垃圾压缩成原体积的65％-80％的圆柱体压缩垃圾，并放入圆柱形耐高温陶瓷滚筒内，然后该滚筒首先进入温度为200℃左右的下层焚烧炉2-2的干燥区16干燥，压缩垃圾干燥后进入温度为600℃左右的热解区17内热热解，然后再进入温度为1200℃-1500℃的燃烧区18内燃烧，在燃烧区18完全燃烧后，垃圾中碳及碳水化合物全部转化变成烟气，烟气的成分主要是占90％的CO₂、占10％的NO₂，由于压缩垃圾是在缺氧状态下热解垃圾中的塑料袋等有机碳，防止了二恶英的生成。由于在圆柱形耐高温滚筒3两侧喷入富氧气体，能使垃圾得到充分氧化燃烧，变成烟气和灰渣。可见本封闭式垃圾焚烧炉结构简单，炉膛体积小，燃烧速度快，燃烧效果好，燃烧产生的烟气量大幅减少，与现有相同垃圾处理量的垃圾焚烧炉相比，其炉膛体积可缩小2∕3，焚烧过程产生的烟气量减少3∕4。

（2）在下层焚烧炉2-2的燃烧区18产生的1200℃以上的高温烟气，在引风机9作用下，引向干燥区16方向，烟气流动方向与下导轨15上装有压缩垃圾14的圆柱形耐高温滚筒3的运动方向相反，形成对流，此时由于烟气的温度达1200℃，而进炉的压缩垃圾14的温度为常温，故高温烟气与这些压缩垃圾14存在很大的温差，这样就能利用高温烟气与垃圾之间形成的强烈逆向对流，不断进行热交换，利用高温烟气的湍流速度去提高这些垃圾的干燥速度和热解效率，从而提高了焚烧炉的热效率和焚烧垃圾量。

（3）在下层焚烧炉2-2产生的烟气在引风机作用下，经过烟气出口2-2-2、换热器11、到达引风机9，其中一路烟气输入至纯氧与烟气混合器10，另一路烟气输入二氧化碳回收装置7，将烟气中的二氧化碳分离、净化提纯成干冰23，剩余气体输入纯氧与烟气混合器10，液氧储存罐13内的纯氧经汽化后输入纯氧与烟气混合器10，与剩余气体、部分烟气混合后，分别输入第一喷咀4与第二喷咀12，烟气全部回收，实现零排放，无污染。

附图说明

图1是本发明一个实施例的一种封闭式垃圾焚烧炉结构示意图，图中还画有该焚烧炉产生的烟气流动路线图。

图2是图1的A-A剖视示意图。

图3是图1的B-B剖视示意图。

图4是图1的C-C剖视示意图。

图中：1，挤压式推进器；1-1，推进器出口；2，双层焚烧炉体；2-1，上层焚烧炉体；2-1-1，压缩垃圾入口；2-1-2，出灰口；2-2，下层焚烧炉体；2-2-1，烟气出口；3，圆柱形耐高温滚筒；3-1，第一段滚筒；3-2第二段滚筒；3-3第三段滚筒；4，第一喷咀；5，吸灰器；5-1，吸灰口；6，上导轨；7，二氧化碳回收装置；8，封闭式垃圾储存罐；9，引风机；10，纯氧与烟气混合器；11，换热器；12，第二喷咀；13，液氧储罐；14，压缩垃圾；15，下导轨；16，干燥区；17，热解区；18，燃烧区；19，待吸灰区；20，吸灰区；21，装料区；22，升降器；23，干冰。

具体实施方式

通过下面实施例对本发明作进一步详细阐述。

参见图1-图4所示，一种封闭式垃圾焚烧炉是由双层焚烧炉体2、封闭式垃圾储存罐8、挤压式推进器1、吸灰器5、换热器11、引风机9、液氧储存罐13、纯氧与烟气混合器10、二氧化碳回收装置7、第1喷咀4和第二喷咀12组成。

双层垃圾焚烧炉体2由上层焚烧炉体2-1和下层焚烧炉体2-2组成。在上层焚烧炉体2-1内依次设有待吸灰区19、吸灰区20、装料区21，以及上导轨6、压缩垃圾入口2-1-1，该压缩垃圾入口2-1-1与推进器1的出口1-1贯通连接，还设有出灰口2-1-2和吸灰机5，该出灰口2-1-2与吸灰机5的吸灰口5-1贯通连接；在下层焚烧炉体2-2内依次设有干燥区16、热解区17、燃烧区18以及下导轨15、烟气出口2-2-1、第一喷咀4和第二喷咀12；在双层焚烧炉体2内还设有升降器22。所述上导轨6与下导轨15的一端交会相接，上导轨6与下导轨15的另一端通过升降器22连接，使相接排列在上导轨6与下导轨15的一组内装有压缩垃圾14的圆柱形耐高温滚筒3形成间歇滚动；垃圾焚烧炉在程序控制器控制下，焚烧炉内产生的烟气通过烟气出口2-2-1、换热器11、引风机9分两路输出，其中一路直接进入纯氧与烟气混合器10内，另一路经二氧化碳回收装置7分离二氧化碳后的剩余气体输入至纯氧与烟气混合器10内，纯氧从液氧储存罐13进入纯氧与烟气混合器10内，混合后的富氧气体输至设于下层焚烧炉2-2的焚烧区18两侧的第一喷咀4与第二喷咀12，对进入燃烧区18的圆柱形耐高温滚筒3内的压缩垃圾14进行高温燃烧。

圆柱形耐高温滚筒3为三段式结构，即第1、2、3段滚筒3-1、3-2、3-3，其中第1、3段滚筒3-1、3-3直径相同，第2段滚筒3-2的直径大于第1、3段滚筒3-1、3-3的直径。第1、3段滚筒3-1、3-3与外面贯通。

向圆柱形耐高温滚筒3内喷入富氧气体使垃圾充分氧化燃烧，燃烧温度在1200-1500℃，所以圆柱形耐高温滚筒3需采用耐高温陶瓷或耐高温钢制作而成。

挤压式推进器1上方设有封闭式垃圾储存罐8，垃圾从封闭式垃圾储存罐8进入挤压式推进器1的内腔经挤压式推进器1推压成压缩垃圾14。（压缩垃圾14的体积被压缩至原有体积的65％至80％），进而推入位于装料区21的圆柱形耐高温滚筒3内并暂时封闭压缩垃圾入口2-1-1。

上导轨6平面在直角座标第一象限与水平面夹角α为5-10度，下导轨15平面在直角座标第四象限与水平面夹角β为3-8度。

位于上层焚烧炉体2-1吸灰区20的圆柱形耐高温滚筒3通过出灰口2-1-2与吸灰器5的吸灰口5-1贯通相接。

引风机9输出部分烟气至二氧化碳回收装置7，经分离后的二氧化碳气体制成干冰23，余下气体输至纯氧与烟气混合器10内。

本封闭式垃圾焚烧炉的运行过程是这样的：

垃圾从封闭式垃圾储存罐8进入挤压式推进器1的内腔，经挤压式推进器挤压成体积仅为原体积65％-80％的压缩垃圾7，进而被推入上层焚烧炉体2-1的装料区21的圆柱形耐高温滚筒3的第2段3-2内，圆柱形耐高温滚筒3依靠自重在有坡度5-10度的上导轨6上向下滚动移动，圆柱形耐高温滚筒3装载着压缩垃圾14进入下层焚烧炉体2-2的干燥区16，由于下导轨15有坡度3-8度，所以圆柱形耐高温滚筒3从干燥区16（温度为200℃）干燥后滚动移动进入热解区17（温度为600℃）热解，再继续进入燃烧区18（温度为1200℃），此时位于圆柱形耐高温滚筒3两侧的第一喷咀4和第二喷咀12同时向圆柱形耐高温滚筒3内的压缩垃圾14喷射富氧气体，启动喷枪点燃压缩垃圾14并使其在高温富氧状态下完全燃烧。圆柱形耐高温滚筒3的步进式移动与燃烧区18压缩垃圾的焚烧速度匹配，每焚烧完毕一个圆柱形耐高温滚筒3内的压缩垃圾14后，升降器22就将焚烧完毕的圆柱形耐高温滚筒3从下层焚烧炉体2-2燃烧区18升至上层焚烧炉体2-1的待吸灰区19，圆柱形耐高温滚筒3沿着上导轨6移动到吸灰区20时，程序控制器启动吸灰器5动作，将该圆柱形耐高温滚筒3内的灰渣吸出，然后，空的圆柱形耐高温滚筒3沿着上导轨6经装料区21移动，假设每焚烧完毕一个圆柱形耐高温滚筒3内的压缩垃圾14的时间控制为1分钟（具体时间与压缩垃圾大小有关），所以升降器22的升降时间亦控制为1分钟，也就是说圆柱形耐高温滚筒3每1分钟向前移动一个筒位，焚烧炉内的圆柱形耐高温滚筒3沿着上导轨6依次从上层焚烧炉体2-1的装料区21滚动或移动至下层焚烧炉2-2的干燥区16、热解区17，再进入燃烧区18，此时第一喷咀4与第二喷咀12同时向进入燃烧区18的圆柱形耐高温滚筒3内的压缩垃圾14喷射富氧气体，点燃压缩垃圾14并使其完全燃烧，产生温度达1200℃的烟气。

在下层焚烧炉2-2产生的烟气经过烟气出口2-2-2、换热器11、到达引风机9，其中一路烟气输入纯氧与烟气混合器10，另一路烟气输入二氧化碳回收装置7，将烟气中的二氧化碳分离，净化提纯成干冰23，剩余气体输入纯氧与烟气混合器10，其配比按重量百分比计算，氧气占30％-35％，烟气及余气占65％-70％混合后，分别输入第一喷咀4与第二喷咀12，烟气全部回收、实现零排放、无污染。

燃烧垃圾产生的灰渣，在上层焚烧炉体2-1的吸灰区20由吸灰器5将圆柱形耐高温滚筒3内的灰渣吸出，制成建筑材料，实现零排放、无污染。

Claims (7)

1.一种封闭式垃圾焚烧炉，包括焚烧炉体，其特征在于：所述焚烧炉体由上层焚烧炉体（2-1）和下层焚烧炉体（2-2）组成，成为双层焚烧炉体（2），在上层焚烧炉体（2-1）内依次设有待吸灰区（19）、吸灰区（20）、装料区（21）以及上导轨（6）、压缩垃圾入口（2-1-1），该压缩垃圾入口（2-1-1）与挤压式推进器（1）的出口（1-1）贯通连接，还设有出灰口（2-1-2）和吸灰机（5），该吸灰机（5）的吸灰口（5-1）与所述出灰口（2-1-2）贯通连接；在下层焚烧炉体（2-2）内，依次设有干燥区（16）、热解区（17）、燃烧区（18）以及下导轨（15）、烟气出口（2-2-1）、第一喷咀（4）和第二喷咀（12）；在双层焚烧炉体（2）内还设有升降器（22），所述上导轨（6）与下导轨（15）的一端交会相接，上导轨（6）与下导轨（15）的另一端通过升降器（22）连接，使相接排列在上导轨（6）与下导轨（15）的一组内装有压缩垃圾（14）的圆柱形耐高温滚筒（3）形成间歇滚动移动；封闭式垃圾焚烧炉在程序控制器控制下，焚烧炉内产生的烟气通过烟气出口（2-2-1）、换热器（11）、引风机（9）分两路输出，其中一路直接进入纯氧与烟气混合器（10）内，另一路经二氧化碳回收装置（7）分离二氧化碳后的剩余气体输入至纯氧与烟气混合器（10）内，纯氧从液氧储存罐（13）经汽化后进入纯氧与烟气混合器（10）内，混合后的富氧混合气体输至设于下层焚烧炉（2-2）的燃烧区（18）两侧的第一喷咀（4）与第二喷咀（12），对进入燃烧区（18）的圆柱形耐高温滚筒（3）内的压缩垃圾（14）进行高温燃烧。

2.根据权利要求1所述的封闭式垃圾焚烧炉，其特征在于：所述圆柱形的耐高温滚筒（3）设有第1、2、3段滚筒（3-1、3-2、3-3），其中，第1、3段滚筒（3-1、3-3）直径相同，第2段滚筒（3-2）的直径大于第1、3段滚筒（3-1、3-30）的直径，所述第1、3段滚筒（3-1、3-3）与外面贯通。

3.根据权利要求1或2所述的封闭式垃圾焚烧炉，其特征在于：所述圆柱形耐高温滚筒(3)的材料为耐高温陶瓷或耐高温钢。

4.根据权利要求1所述的封闭式垃圾焚烧炉，其特征在于：所述挤压式推进器（1）的上方设有封闭式垃圾储存罐（8），垃圾从封闭式储存罐（8）进入挤压式推进器(1)的内腔经挤压式推进器(1)推压成压缩垃圾（7），进而推入位于燃烧区（18）的圆柱形耐高温滚筒（3）内并封闭压缩垃圾入口（2-1-1）。

5.根据权利要求1所述的封闭式垃圾焚烧炉，其特征在于：所述上导轨（6）平面在直角座标第一象限与水平面的夹角α为5-10度，所述下导轨（15）平面在直角座标第四象限与水平面的夹角β为3-8度。

6.根据权利要求1所述的封闭式垃圾焚烧炉，其特征在于：所述位于上层焚烧炉体（2-1）吸灰区（20）的圆柱形耐高温滚筒（3）通过出灰口（2-1-2）与吸灰器（5）的吸灰口（5-1）贯通相接。

7.根据权利要求1所述的封闭式垃圾焚烧炉，其特征在于：从引风机（9）输出部分烟气至二氧化碳回收装置（7），经分离后的二氧化碳气体制成干冰（23），余下气体输至纯氧与烟气混合器（10）内。

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