CN104140851B - 一种无二噁英和无废气排放的立式负压垃圾干馏焚烧炉 - Google Patents

一种无二噁英和无废气排放的立式负压垃圾干馏焚烧炉 Download PDF

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Abstract

一种无二噁英和无废气排放的立式负压垃圾干馏焚烧炉,炉子采用立式结构,燃烧区设两层炉条分隔成燃烧段、续燃段、燃尽和灰渣段,炉膛内部自上而下形成干燥段、干馏段、还原段、燃烧段、续燃段、燃尽和灰渣段,燃烧段燃烧产生的热量加热还原段的碳化物,高温的碳化物把燃烧产生的CO2还原,生成CO(气化煤气),气化煤气从垃圾周围的燃气室上升到达干馏段加热垃圾使其干馏,生成干馏煤气和碳化物,碳化物降到燃烧段燃烧,用抽风机收集干馏煤气和气化煤气作为资源化利用,实现无二噁英和无废气排放,进料口和出渣口处于微负压状态,可开放式出渣并避免煤气泄漏,依靠炉条的特殊设计,实现自动拨火,用燃烧温度闭环自动控制维持炉内稳定燃烧,炉体采用单元组合结构可以组合成大型焚烧炉。

Description

一种无二噁英和无废气排放的立式负压垃圾干馏焚烧炉
技术领域
[0001] 本发明涉及一种不产生二噁英和无废气排放的立式负压垃圾干馏焚烧炉,焚烧炉 采用立式结构,垃圾不透气形成隔绝空气状态,通过对垃圾加热使垃圾发生干馏分解,就不 会产生二噁英;在下方燃烧碳化物也不会产生二噁英;用抽风机抽取干馏产生的干馏煤气 和碳化物燃烧产生的气化煤气进行资源化利用,利用垃圾先干馏以后再烧的新工艺实现垃 圾焚烧无二噁英产生和无废气排放的理想,技术领域属于环保和节能减排。
背景技术
[0002] 目前垃圾处理的主流方法有填埋、综合利用和焚烧三种。垃圾填埋占用土地,污染 环境,不宜推广已经达成共识,垃圾综合利用在我国垃圾没有严格分类的情况下,许多专家 并不认可,成功的案例也不多,因此国内、国外主流的看法都倾向于垃圾焚烧。
[0003] 但是,垃圾焚烧不可避免会产生二噁英。二噁英号称天下第一毒,垃圾持续不断焚 烧,二噁英不断积累,不能不对人类的身体健康构成严重的威胁;当前没有更好的垃圾处理 办法就只能填埋,垃圾不断产生、不断积累,造成垃圾围城,酿成垃圾危机,垃圾问题令人头 疼。破解垃圾焚烧不可避免会产生二噁英的难题,是人们渴望己久的愿望。
[0004]显然,破解垃圾焚烧不可避免会产生二噁英的难题,必须依靠技术创新,技术创新 就必须从分析焚烧炉存在的问题入手,然后找到相应的解决办法,实现技术的突破。根据分 析,垃圾焚烧存在的严重问题归纳如下:
[0005] 1、垃圾直接焚烧不可避免会产生二噁英;
[0006] 2、垃圾焚烧产生大量的飞灰。90 %的二噁英就附着在飞灰上面,很难无害化处置; [0007] 3、垃圾焚烧产生大量有害的废气,污染环境并加剧地球的温室效应;
[0008] 4、垃圾不适合直接焚烧,焚烧炉设计不合理,存在着垃圾烧不透、燃烧不充分的问 题。
[0009]垃圾不适合直接焚烧是因为垃圾焚烧是氧化反应,需要充分供氧才能充分焚烧, 但垃圾基本上没有什么强度,摞在一起根本不透气,垃圾缺乏氧气就无法充分焚烧,这就是 造成垃圾烧不透和燃烧不充分的重要原因:其次,垃圾含水量大,需要把垃圾干燥了才能焚 烧,但是许多垃圾焚烧炉,例如炉排炉设计不合理,在干燥段下面却缺少烘干、加热的热源, 焚烧炉中垃圾的含水量、大小、可燃性以及所在位置的透气性等等存在很大的差异,无法预 知和控制,有些垃圾还没有干透就进入燃烧段,不仅不能正常焚烧,还可能把已经燃烧起来 的垃圾压灭了,这就是造成垃圾烧不透、燃烧不充分的又一个原因。
[0010]炉排炉设计不合理除了在干燥段下面却缺少烘干、加热的热源以外,还在于为分 解二噁英,炉排炉燃烧段垃圾焚烧产生的热量被用来加热废气,使废气温度达到850。(:以 上,和垃圾处理毫无关系,纯粹是热量的浪费;另外,焚烧炉不能封火,需要储存7-30天的垃 圾,造成臭气、渗沥液的产生,处理非常麻烦。
[0011]为何垃圾焚烧不可避免会产生二噁英?从二噁英的分子结构看,二噁英是由一个 或者两个氧原子结合两个被氯取代的苯环,可见它的产生必须具备两个必要的条件:一是 有氯存在;另一是发生氧化反应。混合垃圾不可能没有氯的存在,焚烧是氧化反应,正好符 合产生二噁英的两个条件,据此可以断定,垃圾直接焚烧不可避免会产生二噁英。
[0012] 其实,垃圾焚烧只是垃圾处理的一种手段而不是目的,垃圾处理的目的是垃圾的 无害化、减量化和资源化。垃圾不适合焚烧就不应该坚持直接焚烧。我们2005年把干馏技术 用于垃圾处理,发明了高温干馈垃圾焚烧炉,就具有有效抑制二噁英产生的积极效果。
[0013] 何谓干馏?干馏就是固体有机物在隔绝空气的状态下加热分解的化学反应过程, 反应的结果生成低分子烷类的干馏煤气和碳化物残渣。因为干馏是在隔绝空气状态下的分 解反应,不产生氧化反应就不会产生二噁英;然后再燃烧干馏煤气或者碳化物,没有氯存在 也不会产生二噁英,这就是高温干镏垃圾焚烧炉能够有效抑制二噁英的产生,实现垃圾清 洁焚烧的依据,实测数据表明,二噁英的排放符合国家标准,可以认为这是第一代的干馏焚 烧炉。
[0014] 高温千馏垃圾焚烧炉虽然能够有效抑制二噁英的产生,但采用的是卧式遂道炉的 结构,还不能绝对消除二噁英的产生,并且仍然有废气排放。据此,我们又发明了垃圾干馏-气化炉,让垃圾先干馏以后再烧碳化物,进一步取得杜绝二噁英产生的积极效果,实测的数 据表明,二噁英的排放低于欧盟的标准,证实垃圾先干馏以后再烧碳化物能够杜绝二噁英 产生,不仅理论是正确的、实践也得到证实的,这种干馈-气化炉可以认为是第二代的垃圾 干馏焚烧炉。
[0015] 技术的进步不可能一下就完善,第二代垃圾干馏焚烧炉虽然能够杜绝二噁英的产 生,但在结构和工艺过程上仍然存在不少缺陷,例如燃烧效率低、燃烧无法控制,密封不完 善,结构尚需简化和改进等等。
[0016]本发明的目的就在于总结过去两代干馏焚烧炉的经验,结合深入分析主流的垃圾 焚烧炉的缺陷和解决办法,改造垃圾焚烧炉的结构和焚烧工艺,克服过去垃圾焚烧炉的缺 陷,提供一种第一代干馏焚烧炉不具备的立式结构,采用第二代干馏-气化炉所不具备的负 压燃烧方式、分层焚烧和自动拨火结构,特别是过去焚烧炉无法实现的燃烧温度闭环自动 控制,采用可单元组合的组合式的立式负压垃圾干馏焚烧炉,可以认为是第三代垃圾干馏 焚烧炉。
发明内容
[0017]本发明基于总结过去两代干馏焚烧炉的经验和深入分析主流垃圾焚烧炉的缺陷 和解决办法的基础上,把原来炉排炉垃圾水平布料的不合理结构改造成竖直布置的立式焚 烧炉结构,但与过去立式焚烧炉不同的是炉子内部垃圾充满炉膛,并在垃圾燃烧区设置两 层炉条,把燃烧区分隔为燃烧段、续燃段以及燃尽和灰渣段,于是,炉膛内部自上而下形成 垃圾的干燥段、干馏段、还原段、燃烧段、续燃段、燃尽和灰渣段的新结构;并采用负压燃烧 方式,即采用抽风机抽吸混合煤气进行资源化利用,同时把空气或者富氧空气作为气化剂 抽吸到燃烧段、续燃段、燃尽和出渣段把碳化物完全燃尽;并且把炉膛按平面位置划分为3-8个分区,各分区碳化物的燃烧状态由燃烧温度闭环自动控制系统进行自动控制,保证燃烧 稳定。
[0018]这种新的立式垃圾焚烧炉结构,垃圾不透气正好满足垃圾干馏需要隔绝空气的条 件,通过下方碳化物燃烧产生高温加热,垃圾发生就干馏、分解,垃圾中的有机物分解为低 分子烷类干馏煤气和碳化物,不产生氧化反应就不会产生二噁英:碳化物下降到炉子下方 再燃烧,没有氯存在燃烧也不会产生二噁英,实现垃圾先干馏以后再烧碳化物的垃圾焚烧 新工艺,不产生二噁英;同时,燃烧段碳化物燃烧产生的热量直接加热还原段还没有燃烧的 碳化物,使其达到高温状态,高温的碳化物把燃烧产生的C〇2还原,生成C0,g卩气化煤气,气 化煤气通过燃气室上升收集利用,在干馏段垃圾一方面受到下方还原段高温碳化物的加 热,另一方面受到周围下部燃气室气化煤气的辐射加热,就发生干馏、分解反应,生成干馈 煤气并进入下部燃气室,和气化煤气一起上升,在干燥段把垃圾烘干,然后从炉顶收集利 用,确保实现垃圾先干馏以后再烧碳化物残渣,和碳化物残渣燃烧产生的co2还原为C0的工 艺过程,即实现垃圾不直接焚烧、不产生二噁英和燃烧产生的C〇2还原成⑶,即气化煤气的 重大创新。
[0019] 为了实现大型化,把炉体设计成立方体形状的立式垃圾负压干馏焚烧标准单元 炉,可通过标准单元炉的组合,构成大型的垃圾干馏焚烧炉。
[0020] 本发明解决其技术问题的技术方案是:
[0021] 本发明解决技术问题的技术方案是把炉排炉炉水平布置预热烘干段、燃烧段、燃 尽段和出渣段的结构改成为竖直布置形成立式焚烧炉,但与过去立式焚烧炉不同的是炉子 内部垃圾充满炉膛,并在垃圾燃烧区设置两层炉条,把燃烧区分隔为燃烧段、续燃段以及燃 尽和灰渣段,于是,炉膛内部自上而下,形成干燥段、千馈段、还原段、燃烧段、续燃段、燃尽 和出渣段,为了便于今后的单元组合,炉子炉膛采用长方形截面,即形成一个立方体形的垃 圾干馈焚烧炉标准单元的炉体结构;燃烧区设置两层炉条,目的是改善碳化物的透气性,扩 大燃烧范围,强化碳化物的充分燃烧,提高燃烧效率,并且通过炉条的特殊设计:上炉条的 间距宽,下炉条的间距窄,在上炉条上方的碳化物燃烧以后,体积缩小就自动掉到下炉条上 面的续燃段继续燃烧,燃烧以后体积再缩小就掉到下面的燃尽和出渣段继续燃烧直到燃 尽,实现自动拨火的功能,使碳化物达到充分燃烧、并完全燃尽的目的;在干馏段垃圾摞在 一起不透气,就和空气隔绝,下方碳化物燃烧产生高温,一方面直接加热还原段的碳化物, 使还原段高温的碳化物变成良好的还原剂,把燃烧产生的C02和到达还原段水蒸汽还原,分 别生成C0和C0+H2,同时也加热干馏段的垃圾,另一方面气化煤气通过垃圾周围的燃气室上 升,在干馏段大约还有600-900°C的温度,足以通热过辐射的方式给干馏段的垃圾加热,使 垃圾干馏、分解,这是垃圾、碳化物不透气,不可能利用气化煤气上升直接加热而不得不采 取辐射加热的措施:干馏段下部燃气室的内壁有缝隙,随着垃圾的干馏,产生的干馏煤气也 进入燃气室,形成混合煤气,温度稍有下降,但千馏煤气中的焦油、酚等大分子物质进入下 部燃气室,在下部燃气室高温的环境下产生裂解,也生成小分子的燃气,在到达干燥段时的 温度还有300-600°C,仍然具有辐射加热能力,足以使垃圾干燥,这样就构成垃圾焚烧炉完 整的加热结构;
[0022]炉内垃圾燃烧的状况由一套燃烧温度闭环自动控制系统进行控制,为此把炉子按 平面位置划分为3-8个分区,如果某一分区垃圾燃烧温度不够,就通过辅助的补气/补水通 道补充空气或者富氧空气,加强碳化物的燃烧,提高燃烧温度;当碳化物燃烧的温度过高 时,就通过辅助的补气/补水通道补充垃圾干燥产生的水蒸汽(从上段气获取),水蒸汽先是 吸热、降温,然后在还原段被高温的碳化物坯原,生成出和⑶(是吸热反应),进一步降低燃 烧温度,保持正常燃烧,另一方面提高燃气的热值,实现首创的炉内燃烧温度闭环自动控 制。
[0023]为了降低燃气中的烟尘,把过去垃圾焚烧炉采用鼓风机鼓风方式(即正压燃烧)改 为采用抽风机抽风(即负压燃烧)方式,抽风机抽吸混合煤气的同时,把空气或者富氧空气 作为气化剂抽吸到燃烧段、续燃段、燃尽和出渣段把碳化物完全燃尽,最后把炉渣推出炉 外。因为采用抽风的负压燃烧方式,在垃圾入口和灰渣的出渣口都处于微负压状态,炉内、 炉外压力基本平衡,无需采取密封措施,可以对外开放而不会产生泄漏。
[0024] 垃圾干燥产生的水蒸汽通过燃气室散热片弯角的地方,垃圾充填不满形成间隙, 是专门为排出水蒸汽特殊设计的排汽通道,水蒸汽顺利上升到炉顶,作为调控炉子燃烧温 度的气化剂和混合煤气的除尘剂(和形成雾霾天气一样,水蒸汽把混合煤气的烟尘裹住,被 抽风机送入水中)使用。
[0025] 在设计上不追求一个单元炉的处理能力很大,过大加热不透、不均匀,每个标准单 元按日处理能力为50-100吨设计,需要更大处理能力的时候,采用单元组合起来;需要小则 减小单元的尺寸,就实现日处理在10-1000吨以及以上的能力,满足所有情况的需要。
[0026] 本发明的有益效果是:
[0027] 1、采用本发明的立式垃圾负压焚烧炉的结构和工艺流程,垃圾先干馏以后再燃烧 碳化物就能够杜绝二噁英的产生,克服了过去人们认为垃圾焚烧就不可避免会产生二噁英 的技术偏见,垃圾焚烧将不构成对周围群众身体健康的威胁,从而获得广大群众的拥护。
[0028] 2、因为采用本发明的立式垃圾负压焚烧炉的结构和工艺流程,不会产生二噁英, 因此,即使生活垃圾焚烧有飞灰产生,也是无害的,又已经经过高温处理,可用于铺路、制作 建材等,彻底解决垃圾焚烧产生的飞灰问题,无需寻求饱含二噁英的飞灰处置办法。
[0029] 3、因为采用本发明的立式垃圾负压焚烧炉的结构和工艺流程,不会产生二噁英, 因此垃圾焚烧厂的选点不存在问题,甚至可以建在市区或者转运站,可以减少大量的垃圾 清运的费用;并且混合垃圾无需分类,可以直接入炉焚烧,无需分类收集、分类运输、分类处 理,进一步节省大量的人力、物力和财力。
[0030] 4、采用本发明的立式垃圾负压焚烧炉的结构和工艺流程,生活垃圾焚烧没有废气 排放,没有对空气的污染,也没有C〇2温室气体的排放,没有大烟囱,不会成为群众反对垃圾 焚烧的目标。
[0031] 5、采用本发明的立式垃圾负压焚烧炉的结构和工艺流程,把蕴藏在垃圾中的资源 得到最充分的利用,就连烘干垃圾产生的水蒸汽也用作气化剂使用,垃圾干燥消耗的热量 得到回收;甚至把燃烧产生的C〇2也还原成气化煤气加以利用,垃圾资源化最完善。例如以 发电为例,如果说垃圾燃气利用的效率比过去垃圾焚烧余热发电的效率提高一倍的话,用 燃气轮机发电的效率可以达到45% (带1GCC),比垃圾焚烧余热发电只能采用蒸汽轮机发电 的效率(不超过20%)又提高一倍,再加上采用富氧燃烧,效率又可以提高5〇%,那么总体的 发电效率就可以提高6倍,垃圾焚烧厂就可以自负盈亏,无需再加煤发电了。
[0032] 6、采用本发明的立式垃圾负压焚烧炉的结构和工艺流程,独创燃烧的温度闭环自 动控制,炉内的燃烧情况完全处于可控制状态,克服过去垃圾直接焚烧燃烧不均勾、烧不透 白勺色
[0033] 7、采用本发明的立式垃圾负压焚烧炉结构简单,垃圾竖直堆叠,充满炉膛,节省占 地面积;炉子可以封火,垃圾无需储存,可以日产日清,不产生渗滤液,无需渗滤液处理;垃 圾不腐烂,不产生臭气,无需臭气处理,不对环境造成不良的影响,甚至把垃圾焚烧厂建在 填埋场上,逐渐把陈旧垃圾挖出来进行处理,实现填埋场生态的恢复。
[0034] 8、节能减排特别显著,可进行碳交易。过去垃圾填埋,产生大量的温室气体,主要 是甲烷,其温室效应比C02还强21倍。全球为了应对气候变暖,联合国多次召开节能减排会 议。生活垃圾干馏-气化炉处理垃圾,完全避免甲烷的排放;同时,清洁燃气可以代替燃煤, 又节省C02的排放,可以进行碳交易(CDM),出卖碳指标,获取丰厚的额外收入。
[0035] 9、清洁燃气的可以有多种应用。炉排炉垃圾焚烧的资源化利用只能通过余热发电 回收部分余热,本发明把生活垃圾转换为清洁燃气,可以直接供应民用燃气,或提供工业锅 炉使用;也可用于燃气发电,比垃圾焚烧发电的效率更高;更可以用来烧砖,还可以进行人 工合成。
[0036] 10、采用负压燃烧技术进料口和出渣口都无需密封结构、不会产生臭气泄漏,并且 通过单元组合化实现大型化,满足大城市需要大规模垃圾处理的需求。
附图说明
[0037] 图1A是单炉膛的立式生活垃圾负压标准焚烧炉单元的结构示意图;
[0038] 图1B是单炉膛的立式生活垃圾负压标准焚烧炉单元千燥段的剖视图(MM剖视)。
[0039] 图1C是单炉膛的立式生活垃圾负压标准焚烧炉单元干馏段的剖视图(NN剖视),并 且显示把焚烧炉划分为4个分区,进行燃燃烧温度闭环控制的示意图。
[0040] 图2A是带有双炉膛的立式生活垃圾负压标准焚烧炉单元的结构示意图;图2B是带 有双炉膛的立式生活垃圾负压标准焚烧炉单元干馏段的剖视图(AA剖视),并且相应把焚烧 炉分隔为6个分区,进行燃燃烧温度闭环控制的示意图。
[0041] 图3是由立式生活垃圾负压焚烧炉标准单元(双炉膛)组合、构成大型的生活垃圾 干负压焚烧炉的平面布置示意图;
[0042] 图中:1——前空气(富氧空气)进气室,2——前炉门,3——下炉条,4——补气(空 气或者富氧空气)/补水(蒸汽)进气通道,5—一上炉条,6—一燃烧温度闭环控制的多个温 度检测点,7—一处于干馈段的下部燃气室,7-1—一下部燃气室第一分区,7-II—一下部燃 气室第二分区,7-III—一下部燃气室第三分区,7-IV—一下部燃气室第四分区,7-V—一下 部燃气室第五分区,7-VI——下部燃气室第六分区,8——炉子四周的隔热层,9——处于干 燥段的上部燃气室,10—一干燥段用于改善传热和改善水蒸汽排出的散热板,11一一汇集 混合煤气的集气管,12--推料液压缸,13--垃圾进料口,14 进料喉,15--压料板, 16一一压料液压缸,17——空层,18—一上段气(水蒸汽)出口,19—一混合煤气的出气口, 20--抽风机或气动抽风机,21--焚烧炉外壳,22--干燥段,23--千馈段,24--还 原段,25——燃烧段,26——续燃段,27——燃尽和灰渣段,28——后炉门,29——后空气 (富氧空气)进气室,30——出灰槽,31——中间下部燃气室,32——中间散热板,33——布 料板,34--中间上部燃气室,35--人孔,36--上段气集气管,37 抽风机或气动抽 风机,I一一第一个焚烧炉标准单元,II一一第二个焚烧炉标准单元,III一一第三个焚烧炉 标准单元,IV——第四个焚烧炉标准单元,N——第N个焚烧炉标准单元。
[0043] 具体的实施例子
[0044] 根据图1A,新型的立式负压垃圾焚烧炉采用立方形和开放式结构,但与过去立式 焚烧炉断续进料不同的是垃圾充满炉膛和连续进料,在燃烧区设置两层炉条(5)和(3),把 燃烧区分隔为燃烧段(25)、续燃段(26)和燃尽和灰渣段(27),于是炉膛内部自上而下形成 干燥段(22)、干馏段(2¾、还原段(24)、燃烧段(25)、续燃段(26)以及燃尽和灰渣段(27)的 新结构;干燥段(22)、干馏段(23)都充满垃圾,还原段(24)是垃圾干馏后尚未燃烧的高温碳 化物,燃烧段(25)则是正在燃烧的碳化物。因为碳化物是经过干馏以后产生的,不含水分且 可燃性好,就能够充分燃烧,这就克服过去垃圾焚烧炉垃圾没有经过干馏就直接燃烧,可燃 性差,如果没有完全干燥,燃烧更加困难,因而造成垃圾烧不透的缺陷,续燃段(26)是从上 炉条(5)掉下来的正在燃烧的碳化物,燃尽和灰渣段(27)是从下炉条(3)掉下来的不能燃烧 的灰渣和残余的碳化物继续燃尽,碰到大块的灰渣不能掉到燃尽和灰渣段(27),可以打开 炉门把大块的灰渣鈎出来;炉条的设计要求上炉条(5)的间距大于下炉条(3),燃烧的碳化 物燃烧以后体积减少就自动掉到下一段继续燃烧,使炉条上面的碳化物出现空隙,其内部 的碳化物就裸露出来继续燃烧,形成独特的“自动拨火”的功能,扩大了燃烧区的高度,提高 了燃烧的效率,延长碳化物燃烧的时间,使碳化物得以彻底燃尽。燃烧室(7)和(9)的两壁、 散热板(10)和集气管(11)采用不锈的耐热钢材料,保证能够经受燃烧产生的高温和不生 锈,下部燃烧室(7)的内壁开有狭缝,可以允许干馏煤气进入下部燃烧室(7),与气化煤气混 合成为混合煤气,燃气室(7)和(9)与外壳(21)之间是隔热层(8),填充具有良好隔热性能 (导热系数比一般的耐火材料低1个数量级)的隔热材料。
[0045]为了实现燃烧状态的控制,根据情况把炉子的下部燃气室(7)分隔为4-8个分区 (参看图1C和图2B),图1C分隔为4个分区(7-1)、(7-II)、(7-III)和(7-IV),根据温度检测点 (6)检测到下部燃气室(7)的温度,即代表着相应分区的燃烧状态,由燃烧温度闭环自动控 制系统进行自动控制,当某一分区碳化物燃烧温度不够,则通过辅助的补气/补水通道(4) 补充空气或者富氧空气,加强碳化物的燃烧,维持燃烧温度恒定;如果某一分区碳化物燃烧 温度过高时,就通过辅助的补气/补水通道(4)补充垃圾干燥产生的水蒸汽(从上段气获 取),降低燃烧温度,然后水蒸汽在还原段(24)被高温的碳化物还原,生成H2和⑶(吸热反 应),进一步降低燃烧温度,维持正常燃烧温度,另一方面生成出可以提高燃气的热值。
[0046]垃圾中的不可燃物,从燃尽和灰渣段(27)推到灰渣槽(30)以后排出炉外。这种结 构的设计非常紧凑,比过去的焚烧炉大大简化,但比过去的焚烧炉更具有合理性、优越性 (例如自动拨火和燃烧的闭环自动控制以及燃烧区的扩大、效率的提高)。
[0047]新型的立式负压垃圾焚烧炉的焚烧工艺流程是:垃圾从炉顶的除投料口(13)投入 以后,由推料液压缸(12)推入到进料喉位置,原来进料喉的垃圾就被推入炉内,进料喉充满 垃圾起到炉内和炉外的隔离作用,因为采用负压燃烧方式,炉内空层(17)处于微负压状态, 炉内、炉外压力接近平衡,就不产生煤气、臭气泄漏;垃圾中的塑料受热入炉以后可能板结 在一起,使垃圾不能下落,即产生“料滞”现象,炉顶设置有压料液压缸(16)带动压料板(15) 下压,保证垃圾顺利下降并正常干燥、干镏和碳化物燃烧,垃圾干燥产生的水蒸汽从四周的 散热板(10)之间垃圾的缝隙上升到达空层(17)构成上段气,主要成分是水蒸汽,通过上段 气出口(18)作为碳化物燃烧的气化剂和燃烧温度自动控制系统辅助补充水蒸汽使用,气化 煤气和干馈煤气组成混合煤气,从燃气室(7和9)上升,汇集到炉顶的混合煤气集气管(11), 从混合煤气出气口(I9)输出,提供发电或者其他应用,上段气剩余的水蒸汽与混合煤气汇 合,把煤气中的粉尘裹住,被从混合煤气出气口(19)的抽风机甩入水中,作为混合煤气的湿 法除尘使用。因为碳化物燃烧的结果,空气中的氮气残留在混合煤气中,混合煤气中含有大 量氮气,所以热值不高。为了提高混合煤气的热值,可采用富氧空气作为助燃剂,如果把空 气中含氧量从21%提高到30%,首先,将降低燃料的燃点温度,加快燃料的燃烧速度,促进 燃料的完全燃烧;其次,提高火焰温度,提高火焰燃烧强度,增加释放热量:第三,因为减少 空气的加入量就减少了N2气的残余含量,提高燃气的热值;第四,燃烧温度的提高必然增加 水蒸汽来维持燃烧温度的稳定,又进一步提高混合燃气的热值(减少%气和增加H2);第五, 碳化物充分燃烧和增加出含量就增加混合煤气的总的发热量,可以多发电。
[0048]本发明的立式负压垃圾焚烧炉还有一个特点,就是由于采用立式结构,炉膛存储 大量的垃圾,只要不抽气,碳化物的燃烧非常缓慢,就进入“封炉”状态,可以连续持3天以 上,这就允许垃圾日产日清,无需储存垃圾,节省储料坑和臭气治理、渗滤液处理,如果垃圾 焚烧厂建在填埋场上,在当天垃圾处理完毕后,可以处理从填埋场挖出来的陈旧垃圾,逐步 把填埋场的垃圾处理掉,恢复填埋场原来的生态环境。
[0049]图2A是一种双炉膛焚烧炉标准单元的实施例子。其基本结构和图1A的结构和工艺 过程基本上是一样的,只是在原来的基础上增加一个炉膛,并且炉顶的进料结构也稍作改 动:用一块布料板(33)控制从进料喉(14)进入的垃圾分布在前炉膛还是后炉膛,如图中布 料板的位置,垃圾分布在后炉膛,布料板竖直起来,垃圾就分布在前炉膛,和采用前后两套 进料系统相比,节省了 一套上料系统,还包括相应的垃圾堆放场等。
[0050]因为增加到两个炉膛,所以也增加了隔开两个炉膛的中间燃气室(下部31和上部 33),并且为了实现燃烧温度闭环自动控制,参看图2B,把下部燃气室⑺划分为6个分区(7-I)、(7-II)、(7-III)、(7-IV)、(7-V)和(7-VI),温度检测点也增加到6点,相应有6个补气/补 水进气通道。
[0051]采用两个炉膛就使得处理能力增加一倍,如果需要日处理小于50吨的小型焚烧炉 自然采用单炉膛的焚烧炉,单炉膛焚烧炉标准单元的日处理能力为50吨,双炉膛焚烧炉标 准单元的日处理能力就达到100吨,需要组合成大型的焚烧炉当然采用双炉膛焚烧炉标准 单元进行组合,
[0052]图3是就是把N个焚烧炉标准单元组合起来的实施例子的平面布置的示意图,根据 图3,如果每个焚烧炉标准单元日处理能力为100吨,把N个标准干馏处理单元组合起来日处 理能力就可达NX 100吨。即只要5个标准干馏处理单元组合起来就可以实现日处理500吨的 大型焚烧炉;只要10个标准干馏处理单元组合起来就可以实现日处理1000吨的大型焚烧 炉。如果需要更小型的焚烧炉,则适当缩小焚烧炉的尺寸,实现焚烧炉的日处理能力从1 〇-1000吨的不同规模,因为垃圾焚烧炉的规模越大,运送垃圾的运输成本将成倍增加,过去因 为有二噁英产生,垃圾焚烧厂的选点特别困难,不得已垃圾焚烧场的规模要求越来越大,, 现在不产生二噁英,就不存在选点问题,垃圾处理厂无需太大,一般在日处理500吨以下为 宜。
[0053] 工业实用性
[0054]本发明不仅适合处理垃圾,同时也适合处理农作物的秸秆、城市秋天的树木落叶, 森林的废弃物能源化利用,以及填埋场陈旧垃圾利用,实现填埋场的生态恢复,乃至于可以 开发和治理太平洋垃圾大板块,可以利用专用的处理船,上面安装相应的设备,把太平洋垃 圾大板块的垃圾(基本上都是可燃物)进行干馏炉-气化,然后把燃气进行冷冻、压缩、提纯、 液化,再把液化的燃料运回大陆利用,实现对过去污染的治理。

Claims (10)

1. 一种不产生二卩惡英和无废气排放的立式负压垃圾干饱焚烧炉,其技术特征是:采用 立式垃圾焚烧炉结构,整个炉膛内充满垃圾,自上而下形成千燥段(22)、干馏段(2¾、还原 段(24)和燃烧区,并在垃圾燃烧区设置两层炉条⑸和(3),把燃烧区分隔为燃烧段(25)、续 燃段(26)以及燃尽和灰渣段(27)的新结构,使燃烧区包括燃烧段、续燃段以及燃尽和灰渣 段,扩大燃烧段的范围,提高燃烧和处理效率;垃圾连续加入,入炉以后先在干燥段(22)干 燥,干燥产生的水蒸汽作为气化剂和燃气的除尘剂使用,然后下降到干馏段(23)有机物受 热干馏、分解,生成干馏煤气和碳化物,千馏煤气进入燃气室⑺和(9)收集利用,碳化物继 续下降到达燃烧段(25)和气化剂接触燃烧,产生的高温把尚未燃烧的碳化物加热到高温状 态,形成还原段(24),当燃烧产生的C〇2上升到还原段(24)时就被还原生成气化煤气C0,并 进入燃气室(7)和(9)上升,为垃圾干馏、干燥提供热量;采用负压燃烧方式,即用抽风机抽 吸混合煤气进行利用的同时,吸入空气或富氧空气和水蒸汽作为气化剂,进入燃烧段(25)、 续燃段(26)以及燃尽和灰渣段(27),使碳化物完全燃尽;炉子按水平截面分隔为4个分区 (7-1)、(7-II)、(7-III)-(7-IV)或者6个分区(7-1)、(7-II)、(7-III)-(7-VI),必要时可增 加到8个分区,用一套燃烧温度闭环自动控制系统控制燃烧温度恒定;焚烧炉的标准单元为 立方形炉体,可根据需要任意组合成大型焚烧炉。
2. 根据权利要求1所述的立式负压垃圾干馏焚烧炉,其技术特征是:实现垃圾先干馏分 解,然后再燃烧碳化物、不产生二噁英的垃圾焚烧新工艺:垃圾不透气、不好直接焚烧正好 满足垃圾干馏需要隔绝空气的条件,通过下方碳化物燃烧产生高温向上加热,以及高温的 气化煤气经下部燃气室(7)的辐射加热,垃圾就发生干馏、分解,有机物分解为低分子的烷 类干馈煤气和碳化物残渣,因为不产生氧化反应就不产生二噁英;碳化物下降到炉子下方 再燃烧,因为没有氯的存在也不产生二噁英,实现垃圾先干馏以后再烧碳化物的垃圾焚烧 新工艺,杜绝二噁英的产生。
3. 根据权利要求1所述的立式负压垃圾干馏焚烧炉,其技术特征是:消灭废气排放,实 现彻底的无害化;燃烧段(25)碳化物燃烧产生的热量直接加热还原段(24)尚未燃烧的碳化 物达到高温,高温的碳化物是良好的还原剂,碳化物燃烧产生的⑶2经过还原段(24)时就被 还原生成⑶(即气化煤气),利用还原段的高温向上加热和高温气化煤气进入下部燃气室 (7)的辐射加热,为垃圾的干馏提供热量,下部燃气室⑺的内壁设有狭缝,干镏产生的干馈 煤气透过狭缝进入下部燃气室(7),和气化煤气混合,利用气化煤气的高温使干馏煤气中的 焦油裂解生成低分子的燃气,混合煤气继续上升,通过上部燃气室(9)和散热片(10)为垃圾 干燥提供辐射加热的热量,干燥产生的水蒸汽从四周的散热板(10)的弯角处垃圾填充不 满、存在的缝隙上升到达空层(17)构成上段气,主要成分是水蒸汽,通过上段气出口(18)作 为碳化物燃烧的气化剂和燃烧温度自动控制系统辅助补充水蒸汽使用,从而消灭废气排 放,实现彻底的无害化。
4.根据权利要求1所述的立式负压垃圾干馏焚烧炉,其技术特征是:利用双层炉条提高 处理效率、实现自动拨火;在燃烧段设置两层炉条(5)和(3),把燃烧段分隔为燃烧段(25)、 续燃段(26)以及燃尽和灰渣段(27),扩大垃圾燃烧段的高度,提高垃圾处理效率,并通过炉 条的特殊设计:上炉条(5)的间距宽,下炉条(3)的间距窄,在上炉条(5)上方的碳化物燃烧 以后,体积缩小就自动掉到续燃段(26)下炉条(3)上面继续燃烧,燃烧以后体积再缩小就掉 到下方燃尽和灰渣段(27)继续燃烧,直到燃尽,实现碳化物燃烧自动拨火的功能。
5. 根据权利要求1所述的立式负压垃圾干馏焚烧炉,其技术特征是:采用负压燃烧实现 进料口和出渣口的密封和降低燃气的烟尘,减少污染;负压燃烧方式还使垃圾进料口和灰 渣的出渣口都处于微负压状态,炉内、炉外压力基本平衡,无需采取密封措施,可以对外开 放而不会产生泄漏,特别是得以很方便把炉渣推出炉外;作为气化剂的空气或者富氧空气 和水蒸汽由抽风机抽吸进入燃烧段(25),续燃段(26)以及燃尽和灰渣段(27),无需强大的 压力透过灰渣层,就不会吹起大量的飞灰,使混合煤气中的扬尘大大降低,并且燃气室(7) 和(9)有足够大的截面积,燃气的流速低,大颗粒的烟尘下落,起到降尘的作用;同时,把干 馏煤气抽到下部燃气室,利用下部燃气室的高温使干馏煤气中的焦油、酚裂解,避免焦油、 酚的污染。
6. 根据权利要求1所述的立式负压垃圾干馏焚烧炉,其技术特征是:采用燃烧温度闭环 自动控制系统对燃烧状态进行闭环控制,当某一分区垃圾燃烧温度不够,就通过辅助的补 气/补水通道⑷补充空气或者富氧空气,加强碳化物的燃烧,维持燃烧温度恒定;如果某一 分区垃圾燃烧温度过高时,就通过辅助的补气/补水通道⑷从上段气获取垃圾干燥产生的 水蒸汽进行补充,降低燃烧温度,然后水蒸汽在还原段(24)被高温的碳化物还原,生成出和 C0 (吸热反应),进一步降低燃烧温度,维持正常的燃烧状态,生成出还能提高燃气的热值; 根据运行经验的积累,确定燃气室的最佳温度,实现燃烧的最佳控制。
7. 根据权利要求1所述的立式负压垃圾干馏焚烧炉,其技术特征是:可以很方便采用富 氧空气作为助燃剂,从资源充分利用的角度考虑,需要使碳化物充分燃烧,采用富氧燃烧是 有效的办法:一方面富氧降低了燃料的燃点,提高燃烧温度,碳化物得以充分燃烧,减少灰 渣的碳含量;另一方面增加水蒸汽的供给量、减少空气的供给量,提高燃气的热值和总发热 量。
8. 根据权利要求1、3或7所述的立式负压垃圾干馏焚烧炉,其技术特征是:资源的充分 利用;垃圾干燥产生的水蒸汽被用来作为碳化物燃烧的气化剂,既充分回收垃圾干燥消耗 的热量,无需专用的汽包,既节省了投资,提高热能的利用效率,又简化炉子的结构,特别是 适合组合成大型的垃圾干馏焚烧炉,剩余的水蒸汽与混合煤气汇合,把其中的烟尘裹住而 形成“霾”,被抽风机抽吸带入水中,作为除尘剂使用,燃烧产生的C02还原生成C0收集利用, 也是资源充分利用的一种措施。
9. 根据权利要求1或3所述的立式负压垃圾干馏焚烧炉,其技术特征是:变废为宝,垃圾 曰产日清,实现真正的减量化;减量化是垃圾处理的目的之一,但减量化不是眼睛看不见 就是减量化,而是把被丢弃的垃圾变成有用的清洁燃气,同时,不产生垃圾焚烧少不了的飞 灰、渗滤液和臭气新的污染和毒害,低碳、节能减排显著。
10. 根据权利要求1或5所述的立式负压垃圾干馏焚烧炉,其技术特征是:采用单元组合 实现大型化;因为垃圾不透气只能依靠辐射加热,所以一个炉子不可能无限制扩大,为了突 破大型化的问题,在设计上不追求一个单元炉的处理能力很大,处理能力过大势必加大炉 体尺寸,导致加热不均匀,容易加热不透而产生垃圾直接焚烧,以至于产生二噁英;所以炉 膛采用长方形截面,就形成一个立方体形的垃圾干馏焚烧炉标准单元的炉体结构,又采用 负压燃烧,利于单元组合,标准化生产,每个标准单元按日处理能力为50-100吨设计,需要 更大处理能力的时候,采用单元组合起来;需要减小处理能力则减小单元的尺寸,就实现日 处理在10-1000吨以及以上的能力,满足所有情况的需要。
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