CN103953931A - 焚烧裂化型垃圾无害化处理装置及其处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及涉及环保设备之垃圾处理装置的技术领域，尤其是涉及一种的焚烧裂化型垃圾无害化处理装置及其处理工艺，通过一级裂化炉的混合烟气输出管的出口与二级燃烧室的内腔连通，二级燃烧室的侧壁上设置有向二级燃烧室内腔吹入新鲜空气的吹气管及设置在吹气管上的吹风机，二级燃烧室的下部设置有排气口及排渣口。优点是：将生活垃圾、工业废弃物、医疗废弃物、污泥及其生物质等进行裂解气化焚烧处理，使其达到固体废弃物资源化、减量化、无害化。
Description
技术领域
本发明涉及环保设备之垃圾处理装置的技术领域，尤其是涉及一种将生活垃圾、工业废弃物、医疗废弃物、污泥及其生物质等进行裂解气化焚烧处理，使其达到固体废弃物资源化、减量化、无害化的焚烧裂化型垃圾无害化处理装置。
背景技术
随着国家推进城市化规模的不断发展，城市化带来人口密集，从而带来了大量的生活垃圾及工业废弃物的产生，严重影响着城市的发展及制约创建文明城市现状，已成为严重的社会公害问题。
目前，处理生活垃圾的基本方式主要有三种：堆肥法、填埋法、焚烧法。这三种处理方式存在的缺陷是：1、堆肥法不能使废弃物完全无害化处理，只能处理其中的一部分，很难适应当今社会发展的需要；2、填埋法不仅占用了大量的土地，分解比较慢，时间周期长，且容易污染周边的生态环境；3、焚烧法是三种方法中效果最好，容易使固体废弃物的处理实现资源化、减量化、无害化要求，同时也是无害化程度最高的一种方法，主要是将其固体废弃物置于高温炉中，使其中可燃成分在高温缺氧情况下还原可燃烟气，并在二燃室与过量空气充分混合燃烧的一种方法，而产生的高温烟气通过余热锅炉吸收热量用于发电或供暖。
因此，在一些发达国家广范采用了固废物焚烧处理方法，且采用日处理量比较大的炉排炉或硫化床垃圾焚烧成套设备技术，也有一些中小型城市热解气化焚烧成套设备技术。而上述中的焚烧技术大致有以下三种：
(1)炉排焚烧炉工作原理：垃圾通过进料斗进入倾斜向下的炉排(炉排分为干燥区、燃烧区、燃尽区)，由于炉排之间的交错运动，将垃圾向下方推动，使垃圾依次通过炉排上的各个区域(垃圾由一个区进入到另一区时，起到一个大翻身的作用)，直至燃尽排出炉膛。这种技术的优势是可行性大，但是极不经济，不仅投资高、占地面积大，而且运行能耗高，成本大，是对社会设备资源的浪费，又因炉排炉机械结构复杂，损坏率高，维护量大，炉排炉造价及维护费用高，使其在中国的推广应用困难重重。
(2)流化床焚烧炉工作原理：炉体是由多孔分布板组成，在炉膛内加入大量的石英砂，将石英砂加热到600℃以上，并在炉底鼓入200℃以上的热风，使热砂沸腾起来，再投入垃圾。垃圾同热砂一起沸腾，垃圾很快被干燥、着火、燃烧。未燃尽的垃圾比重较轻，继续沸腾燃烧，燃尽的垃圾比重较大，落到炉底，经过水冷后，用分选设备将粗渣、细渣送到厂外，少量的中等炉渣和石英砂通过提升设备送回到炉中继续使用。缺点：流化床燃烧充分，炉内燃烧控制较好，但烟气中灰尘量大，操作复杂，运行费用较高，对燃料粒度均匀性要求较高，需大功率的破碎装置，石英砂对设备磨损严重，设备维护量大。
(3)热解气化焚烧炉工作原理：垃圾可以连续定量的方式进入焚烧炉，经历加热——干燥——热解——气化——固体可燃物燃尽的过程。一级燃烧室内产生的烟气中含有大量的可燃气体，再进入二燃室与加入的过量空气充分混合，实施过氧燃烧，使垃圾产生的有害气体彻底分解。它是一种新型的垃圾处理设备，由于它具有结构紧凑、运行成本低、尾气排放效果好等特点。缺点：垃圾焚烧日处理量小，热解不充分，焚烧炉内可见高温明火，炉内中上层易结焦，检修平凡，维护工作量大。另外，旋转炉排的设置同样也是为了均匀分散垃圾，但是当垃圾等固废物被焚烧后的残渣物的体积较大时，就容易出现炉排卡死的现象，从而影响焚烧炉连续的使用。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种高效、节能、环保及可持续工作，且使固体废弃物资源化、减量化、无害化的焚烧裂化型垃圾无害化处理装置及其垃圾无害化处理工艺。
为实现上述的目的，本发明提供了以下技术方案：
一种焚烧裂化型垃圾无害化处理装置，包括一级裂化炉，一级裂化炉包括齿轮室、设于齿轮室上部的炉体及送料管、炉体下侧的排渣管及炉体顶部与炉体内腔连通的混合烟气输出管，齿轮室内的齿轮电机通过传动齿轮驱动传动齿轮轴转动，所述炉体内靠近炉底位置自下向上分别设有残渣炉排和炉排，所述残渣炉排与从齿轮室顶部的轴孔伸入炉体内的传动齿轮轴相连接，所述炉体下部的侧壁上分别设有点火孔、测温孔、观察孔，所述送料管设于炉体上部的外侧壁上且与炉体内腔连通，送料管内设有由活塞电机驱动往复移动将料推入炉体内的送料活塞，所述混合烟气输出管的出口与二级燃烧室的内腔连通，二级燃烧室的侧壁上设置有向二级燃烧室内腔吹入新鲜空气的吹气管及设置在吹气管上的吹风机，二级燃烧室的下部设置有排气口及排渣口。
本发明进一步设置为：所述二级燃烧室包括横向设置的第一燃烧室及竖直设置的第二燃烧室，第一燃烧室的一端通过连接管与一级裂化炉的炉体内腔上部连通，第一燃烧室的另一端与第二燃烧室的上部通过过渡管连通，过渡管上连接有将炉体内产生的气体抽到第一燃烧室并输送至第二燃烧室的抽风机，所述的排气口及排渣口设置在第二燃烧室的下部。
本发明进一步设置为：所述炉体上侧的侧壁上设有上观察孔，所述炉体的内腔上侧设有双流体管，双流体管通过外置的抽水机与污水池相连通，位于炉体内腔的双流体管上设有雾化喷嘴。
本发明进一步设置为：所述第一燃烧室与第二燃烧室内均设有温度传感器，第一燃烧室与第二燃烧室上分别设有补气管，控制器根据所述温度传感器传递的温度信号与设定信号相比较，以此来控制补气管向第一燃烧室和第二燃烧室吹入的空气量，进而控制吹入二级燃烧室内的氧气量以控制第一燃烧室和第二燃烧室内的燃烧温度。
本发明进一步设置为：所述传动齿轮轴沿其轴线开设有一次引风孔，一次引风孔与炉体内腔相通。
本发明进一步设置为：所述炉排设有三根，三根炉排呈三角状或一字形横向穿插在炉体内部，炉排的纵向截面形状均为六角形，每根炉排的外表面均设有若干个毛刺。
本发明进一步设置为：如上述中所述的一种焚烧裂化型垃圾无害化处理装置的垃圾无害化处理工艺，由如下步骤实现：
(1)将垃圾置入垃圾池内，将垃圾池内的垃圾通过机械手及送料管送入一级裂化焚烧炉进行一次燃烧裂化，燃烧裂化的过程中通过双流体管及抽水机向所述的垃圾上或向一级裂化焚烧炉内腔由上向下持续喷洒从污水池内抽取的污水，燃烧产生的垃圾灰从一级裂化焚烧炉的排渣管排出，将污水喷洒至垃圾上燃烧或将污水喷洒至一级裂化焚烧炉内腔内燃烧，发生氧化还原反应，H20+C在高温下形成水煤气，部分燃烧物产生硫化物、氮化物及二噁英；
(2)将一级裂化焚烧炉燃烧或裂解垃圾及污水产生的气体送入二级燃烧室内进行二次燃烧，在二次燃烧的过程中通过控制吹入二级燃烧室内的新鲜空气量来控制二级燃烧室内的燃烧温度在800℃—1200℃，燃烧停留时间至少2秒，二次燃烧产生的飞灰沉落部分从二级燃烧室的排灰口排出，二次燃烧的物质主要是一次燃烧产生的水煤气、硫化物、氮化物及二噁英。
本发明进一步设置为：所述的污水为从垃圾池内的垃圾过滤出的污水或/和从其它渠道产生的污水。
本发明进一步设置为：所述垃圾为工业垃圾，工业垃圾内含有有毒有害物质，有毒有害物质包括重金属、水泥、砖瓦、纤维、铸石。
本发明进一步设置为：所述二级燃烧室内的燃烧温度为1100℃。
通过采用上述技术方案，本发明所达到的技术效果为：
1、能偶及时的处理垃圾，不会出现垃圾大量堆积产生恶臭以及其他一些对人体健康和环境有影响的气体，而且效率较高，整个工作的过程中，添垃圾以及将燃烧后的炉杂排除时，整个设备无需停止工作，设备可以达到可持续工作的功能；
2、燃烧的过程中均是利用垃圾燃烧产生的气体进行二次燃烧，将二次燃烧的能量可以进一步转化成电能或者其他的用途均可，整个过程中不会产生废气以及废水等对环保有着影响的物体，既节能又环保，对垃圾能够做到废物再利用，在对环保做到一定贡献的情况下，也保证了生活以及工业中产生的垃圾得到了妥善处理；
3、将各种垃圾均可以做到集中处理，无需分类，这样就做到了垃圾处理的集中资源化，而且整个工作中，虽然会产生部分炉杂，但是相对于传统的技术来说，产品的炉杂减少了很多，使燃烧后的灰烬量大大减少，而且在二级燃烧室几乎是不存在灰烬，在通过一级裂化炉至二级燃烧室燃烧后，大部分的有毒有害的物质已经被高温中裂解，只需在后续的排烟道中加入基本的一些除硝除氮以及除尘的装置即可使排到大气中气体无毒无害，对环境资源的有了很大的保障；
4、向一级裂化炉内喷的污水为垃圾中产生的污水，有效的做到废物循环利用，有效的节约了赖以生存的水资源的浪费。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的结构原理示意图。
图2为本发明的一级裂化炉内的各层的燃烧温度图解。
其中，10为齿轮室，11为炉体，12为送料管，13为送料活塞，14为活塞电机，15为混合烟气输出管，16为排渣管，17为齿轮电机、18为传动齿轮，19为传动齿轮轴，20为残渣炉排，21为炉排，22为点火孔，23为测温孔，24为观察孔，25为一次引风孔，26为双流体管，27为第一燃烧室，28为第二燃烧室，29为排灰口，30为排气口，31为抽风机，32为上观察孔。
具体实施方式
如图1所示，为本发明公开的一种焚烧裂化型垃圾无害化处理装置，包括一级裂化炉，一级裂化炉包括齿轮室10、设于齿轮室10上部的炉体11及送料管12、炉体11下侧的排渣管16及炉体11顶部与炉体11内腔连通的混合烟气输出管15，齿轮室10内的齿轮电机17通过传动齿轮18驱动传动齿轮轴19转动，所述炉体11内部靠近炉底位置自下向上分别设有残渣炉排20和炉排21，所述残渣炉排20与从齿轮室10顶部的轴孔伸入炉体11内的传动齿轮轴19相连接，所述炉体11下部的侧壁上分别设有点火孔22、测温孔23、观察孔24，所述送料管12设于炉体11上部的外侧壁上且与炉体11内腔连通，送料管12内设有由活塞电机14驱动往复移动将料推入炉体11内的送料活塞13，所述混合烟气输出管15的出口与二级燃烧室的内腔相连通，二级燃烧室的侧壁上设置有向二级燃烧室内腔吹入新鲜空气的吹气管及设置在吹气管上的鼓风机31，二级燃烧室的下部设置有排气口30及排灰口29。
上述中，所述二级燃烧室包括横向设置的第一燃烧室27及竖直设置的第二燃烧室28，第一燃烧室27通过连接管与一级裂化炉的炉体11内腔上部连通，第一燃烧室27的另一端与第二燃烧室28的上部通过过渡管连通，过渡管上连接有将炉体11内产生的气体抽到第一燃烧室27并输送至第二燃烧室28的鼓风机31，所述排气口30及排灰口29设置在第二燃烧室28的下部。当然二级燃烧室可以为单独的横向设置的燃烧室或者是竖向设置的燃烧室，或者是在横向或竖向方向上具有一定倾斜的燃烧室亦可。
上述中，所述炉体11上侧的侧壁上设有上观察孔32，所述炉体11的内腔上侧设有双流体管26，双流体管26通过外置的抽水机及污水池相连通，位于炉体11内腔的双流体管上设有雾化喷嘴。所述的观察孔分上下两层，主要是观看垃圾高温裂解及裂解是否充分，使其裂解工艺过程更加直观透明。在一级裂化炉上还设有各类仪表，主要起到监测和保护炉子，使其发挥最佳状态。观察孔能够及时有效的了解炉内裂解情况，确保炉子稳定运行。
上述中，所述第一燃烧室27与第二燃烧室28内均设有温度传感器，第一燃烧室27与第二燃烧室28上分别设有补气管，控制器根据所述温度传感器传递的温度信号与设定信号相比较，以此来控制补气管向第一燃烧室27和第二燃烧室28吹入的空气量，进而控制吹入二级燃烧室28内的氧气量以控制第一燃烧室27和第二燃烧室28内的燃烧温度。
上述中，所述传动齿轮轴19沿其轴线开设有一次引风孔25，一次引风孔25与炉体11内腔相通。
本实施例中，自固体废弃物进入炉内，如图2所示，炉内由上至下分为空层、干燥层、裂解层、高温裂解层、燃烧层、燃尽层和残渣层。炉排处于燃烧层或燃烧层与高温裂解层之间。所述空层主要是固体废弃物解热气化后的可燃烟气，温度为300℃～450℃或300℃～600℃；所述干燥层就是固体废弃物堆放处，起到烘干作用，温度为200℃～500℃；所述裂解层是部分固体废弃物开始气化反应，温度为550℃～800℃；所述高温裂解层就是大部分固体废弃物在高温缺氧情况下裂解变成可燃气体，温度为600℃～1000℃；所述燃烧层就是固体废弃物正在高温燃烧，为上面裂解提供足够的温度，温度为500℃～1000℃；所述燃尽层就是焚烧后的产物，温度为300℃～450℃或300℃～800℃；所述残渣层就是不可再燃烧的炉渣，温度为150℃～400℃或300℃～400℃；炉内的垃圾经过空层——干燥层——裂解层——高温裂解层——燃烧层后在缺氧的条件下裂解，高温裂解后的碳化物不断下移至燃烧层，并继续燃烧的高温裂解即所谓的闷烧，炉内产生大量的可燃混合烟气，在负压作用下，大量可燃烟气进入二燃室与过量空气充分混合燃烧的全过程。
上述中，对所需的料层堆放高度也有一定的要求，因为在裂解反应过程中需要足够的料层高度，使其达到最佳裂解要求，一般料层堆放高度为4～5米。
上述中，所述炉排21设置有三条，三条炉排21呈三角状或一字形架空，架空设置主要是增加燃烧空间，为高温裂解气化提供有效条件，并横向穿插在炉体11内部，炉排21的纵向截面形状均为六角形，每条炉排21的外表都均匀地设有毛刺，以增大摩擦力；所述三条炉排21及毛刺均采用耐磨且耐高温合成钢材。
如上述中所述的一种焚烧裂化型垃圾无害化处理装置的垃圾无害化处理工艺，由如下步骤实现：
(1)将垃圾置入垃圾池内，将垃圾池内的垃圾通过机械手及送料管送入一级裂化焚烧炉进行一次燃烧裂化，燃烧裂化的过程中通过双流体管及抽水机向所述的垃圾上或向一级裂化焚烧炉内腔由上向下持续喷洒从污水池内抽取的污水，燃烧产生的垃圾灰从一级裂化焚烧炉的排渣管排出，将污水喷洒至垃圾上燃烧或将污水喷洒至一级裂化焚烧炉内腔内燃烧时，发生氧化还原反应，H20+C在高温下形成水煤气，部分燃烧物产生硫化物、氮化物及二噁英；
(2)将一级裂化焚烧炉燃烧或裂解垃圾及污水产生的气体送入二级燃烧室内进行二次燃烧，在二次燃烧的过程中通过控制吹入二级燃烧室内的新鲜空气量来控制二级燃烧室内的燃烧温度在800℃—1200℃，燃烧停留时间至少2秒，二次燃烧产生的飞灰沉落部分从二级燃烧室的排灰口排出，二次燃烧的物质主要是一次燃烧产生的水煤气、硫化物、氮化物及二噁英。
混合烟气进入二燃室燃烧，燃烧温度至少大于850℃以上，燃烧停留时间必有大于2秒以上。
上述中的裂解气化焚烧炉对固体废弃物焚烧具有完全裂解气化和燃烧，热、裂解后出来的可燃气体具有良好的稳定性、密封性、气化效果好等。本工艺克服了来料不稳定，垃圾热值不均且适应性强，包括能处理各种固废物的焚烧，如生活垃圾、一般工业垃圾、工业固体废弃物、生物质燃料及污泥等。
所述污水回喷工艺主要利用垃圾废水作为热、裂解气化与高温裂解碳层发生还原反应，产生更多的可燃气体。由于加入少量游离态废水，有利于调节气体组织成分，提高可燃气体品质，同时在高温下形成可燃的水煤气等可燃气体。解除了在高温裂解中产生的焦油以及有害物质的彻底分解，减少后面的尾气净化系统的强度，降低了整套工艺成本，而且极大解决处理污水难、成本高等垃圾处理厂的社会难题。有利于环保事业的发展，真正达到无废水、无污染等排放。
上述中，所述的污水为从垃圾池内的垃圾过滤出的污水或/和从其它渠道产生的污水。所述垃圾为工业垃圾，工业垃圾内含有有毒有害物质，有毒有害物质包括重金属、水泥、砖瓦、纤维、铸石。所述二级燃烧室内的燃烧温度为1100℃。
上述中，所述废水回喷技术有效阻挡在裂解气化焚烧过程中产生的飞灰，同时对整套设备起到更好的保护和延长使用寿命。所述炉子负压，是固废物在热、裂解需要在缺氧条件下使之气化还原反应，同时也保证垃圾在焚烧过程中不发生恶臭现象。所述固废物处理工艺，无需添加任何可燃物质，实现彻底焚烧，从而达到节省能源的要求。
上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种焚烧裂化型垃圾无害化处理装置，包括一级裂化炉，一级裂化炉包括齿轮室、设于齿轮室上部的炉体及送料管、炉体下侧的排渣管及炉体顶部与炉体内腔连通的混合烟气输出管，齿轮室内的齿轮电机通过传动齿轮驱动传动齿轮轴转动，所述炉体内靠近炉底位置自下向上分别设有残渣炉排和炉排，所述残渣炉排与从齿轮室顶部的轴孔伸入炉体内的传动齿轮轴相连接，所述炉体下部的侧壁上分别设有点火孔、测温孔、观察孔，所述送料管设于炉体上部的外侧壁上且与炉体内腔连通，送料管内设有由活塞电机驱动往复移动将料推入炉体内的送料活塞，其特征在于：所述混合烟气输出管的出口与二级燃烧室的内腔连通，二级燃烧室的侧壁上设置有向二级燃烧室内腔吹入新鲜空气的吹气管及设置在吹气管上的吹风机，二级燃烧室的下部设置有排气口及排渣口。
2.根据权利要求1所述的一种焚烧裂化型垃圾无害化处理装置，其特征在于：所述炉体上侧的侧壁上设有上观察孔，所述炉体的内腔上侧设有双流体管，双流体管通过外置的抽水机与污水池相连通，位于炉体内腔的双流体管上设有雾化喷嘴。
3.根据权利要求2所述的一种焚烧裂化型垃圾无害化处理装置，其特征在于：所述二级燃烧室包括横向设置的第一燃烧室及竖直设置的第二燃烧室，第一燃烧室的一端通过连接管与一级裂化炉的炉体内腔上部连通，第一燃烧室的另一端与第二燃烧室的上部通过过渡管连通，过渡管上连接有将炉体内产生的气体抽到第一燃烧室并输送至第二燃烧室的抽风机，所述的排气口及排渣口设置在第二燃烧室的下部。
4.根据权利要求1所述的一种焚烧裂化型垃圾无害化处理装置，其特征在于：所述第一燃烧室与第二燃烧室内均设有温度传感器，第一燃烧室与第二燃烧室上分别设有补气管，控制器根据所述温度传感器传递的温度信号与设定信号相比较，以此来控制补气管向第一燃烧室和第二燃烧室吹入的空气量，进而控制吹入二级燃烧室内的氧气量以控制第一燃烧室和第二燃烧室内的燃烧温度。
5.根据权利要求1所述的一种焚烧裂化型垃圾无害化处理装置，其特征在于：所述传动齿轮轴沿其轴线开设有一次引风孔，一次引风孔与炉体内腔相通。
6.根据权利要求5所述的一种焚烧裂化型垃圾无害化处理装置，其特征在于：所述炉排设有三根，三根炉排呈三角状或一字形横向穿插在炉体内部，炉排的纵向截面形状均为六角形，每根炉排的外表面均设有若干个毛刺。
7.如权利要求1-6任意一项所述的一种焚烧裂化型垃圾无害化处理装置的垃圾无害化处理工艺，其特征在于：由如下步骤实现：
(1)将垃圾置入垃圾池内，将垃圾池内的垃圾通过机械手及送料管送入一级裂化焚烧炉进行一次燃烧裂化，燃烧裂化的过程中通过双流体管及抽水机向所述的垃圾上或向一级裂化焚烧炉内腔由上向下持续喷洒从污水池内抽取的污水，燃烧产生的垃圾灰从一级裂化焚烧炉的排渣管排出，将污水喷洒至垃圾上燃烧或将污水喷洒至一级裂化焚烧炉内腔内燃烧，发生氧化还原反应，H20+C在高温下形成水煤气，部分燃烧物产生硫化物、氮化物及二噁英；
(2)将一级裂化焚烧炉燃烧或裂解垃圾及污水产生的气体送入二级燃烧室内进行二次燃烧，在二次燃烧的过程中通过控制吹入二级燃烧室内的新鲜空气量来控制二级燃烧室内的燃烧温度在850℃—1200℃，燃烧停留时间至少2秒，二次燃烧产生的飞灰沉落部分从二级燃烧室的排灰口排出，二次燃烧的物质主要是一次燃烧产生的水煤气、硫化物、氮化物及二噁英。
8.根据权利要求7所述的垃圾无害化处理工艺，其特征在于：所述的污水为从垃圾池内的垃圾过滤出的污水或/和从其它渠道产生的污水。
9.根据权利要求8所述的垃圾无害化处理工艺，其特征在于：所述垃圾为工业垃圾，工业垃圾内含有有毒有害物质，有毒有害物质包括重金属、水泥、砖瓦、纤维、铸石。
10.根据权利要求7所述的一种焚烧裂化型垃圾无害化处理工艺，其特征在于：所述二级燃烧室内的燃烧温度为1100℃。
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