CN104501185A - 一种热回收式焚烧炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热回收式焚烧炉，包括焚烧炉炉体以及设置在焚烧炉炉体内的燃烧室和换热装置，燃烧室的废气进口通过燃烧室与炉体之间的环隙与换热装置的废气流道相连通，燃烧室的烟气出口与换热装置的烟气流道相连通，燃烧室流出的高温烟气与待焚烧的废气通过换热装置实现热交换，以提高待焚烧废气的温度。

Description

一种热回收式焚烧炉

技术领域

本发明涉及废气焚烧及氧化处理设备技术领域，具体涉及一种热回收式焚烧炉。

背景技术

当前能源短缺和环境污染问题日益凸显，实现产业的节能减排和环境保护变得十分迫切。石油化工、电子、半导体、医药等相关产业的飞速发展，使在生产过程中发生的有毒、有害废气，包括VOCs等继续不断地污染、破坏生态环境。一般处理方法：废气前处理系统+焚烧系统。对经过废气前处理系统出来的废气在焚烧炉内进行高温裂解，裂解后的成分主要产生二氧化碳和水蒸气被排放到大气，这部分气体带有热量，这就需要一个很好的燃烧系统和热回收设备，使排放气体达到国家规定标准，减少对能源的消耗、消除对生态环境的污染。

目前，蓄热式焚烧炉正在广泛使用，其利用陶瓷蓄热体材料的吸热、放热过程进行余热回收，虽然减少了部分燃料消耗，但是余热回收效率低，体积庞大，压降大，且陶瓷蓄热体易堵塞。另一种，在焚烧炉后加废气换热器，也可以进行余热回收，但是存在流程复杂，体积庞大，投资成本高等弊端。为了提高废气焚烧效率，减少燃料的消耗量，降低焚烧装置建造成本，开发新一代焚烧炉十分必要。

发明内容

本发明的目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种热回收式焚烧炉，内置弧形板式换热器，实现焚烧后的高温烟气与待焚烧的废气之间的热交换，具有节奏紧凑及焚烧效率高等优点。

本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种热回收式焚烧炉，包括焚烧炉炉体以及设置在焚烧炉炉体内的燃烧室和换热装置，燃烧室的废气进口通过燃烧室与炉体之间的环隙与换热装置的废气流道相连通，燃烧室的烟气出口与换热装置的烟气流道相连通，燃烧室流出的高温烟气与待焚烧的废气通过换热装置实现热交换，以提高待焚烧废气的温度。

所述炉体为一圆筒形结构，其材质为金属，前端设置封头，后端设置过渡段，其外面包裹一层50-100毫米的耐火保温材料和外层保护金属板，制成焚烧炉炉体，具有保温、隔热、减少热量的传导、辐射损失，降低然燃料的消耗量，节能、环保。上述燃烧室设置在炉体内部前端，燃烧室和炉体之间的环隙安装有若干沿该环隙轴向设置的内燃烧室支撑筋，燃烧室直径和长度根据处理量的大小确定。燃烧室为耐热金属制成，或为金属内壁敷设一层耐火材料的复合材料结构。焚烧炉炉体前端封头中心安装燃烧器，所述燃烧器适合气体燃料和液体燃料，具有燃烧强度高，高调节比的特点，调节比可达30-110%。同时燃烧生成的NOX较低。

所述换热装置的烟气流道出口通过筒状连接段与焚烧炉炉体的烟气出口相连通。所述焚烧炉炉体与换热装置之间还设置有挡板和挡条，挡板、挡条和连接段形成与焚烧炉炉体的废气进口连通的废气入口腔。

所述的燃烧室内靠近烟气出口一端设置有扰流板。扰流板为耐热金属制成，其形状为一板状或锥形，起作用为加大内燃烧室烟气湍动，提高焚烧效果，同时减少对后端换热装置辐射。

所述的换热装置包括筒形壳体和设置在壳体内的换热板组件，壳体上设有与换热板组件中的流体通道连通的进出口，换热板组件包括对称设置在壳体轴线两侧的两组弧形换热板，每组弧形换热板均由自壳体中心由内向外直径依次增大的多个弧形换热板形成间隔的废气流道和烟气流道；形成废气流道和烟气流道的相邻弧形换热板之间的相应位置密封设置，具体为烟气流道与壳体轴线平行的两个端面封闭设置，烟气流道与壳体轴线垂直的两个端面分别设有流道口，形成沿壳体轴线方向的直线流道；废气流道与壳体轴线垂直的两个端面封闭设置，废气流道与壳体轴线平行的两个端面分别设有流道口，形成沿圆周方向的弧形流道。

所述烟气流道与壳体轴线平行的两个端面封闭设置，烟气流道与壳体轴线垂直的两个端面分别设有流道口，形成沿壳体轴线方向的直线流道，烟气从壳体的烟气进口进入直线流道中，然后沿着壳体的轴线方向流动，并从烟气出口流出。

所述废气流道与壳体轴线垂直的两个端面封闭设置，废气流道与壳体轴线平行的两个端面分别设有流道口，形成沿圆周方向的弧形流道，废气从壳体的废气进口进入弧形流道中，然后沿着弧形流道流动，并从废气出口流出。

所述两组弧形换热板之间的区域由一个隔离件分隔为分别连通壳体上相应进出口的进口汇集腔和出口汇集腔，换热板组件的多个废气流道的进口端汇聚至进口汇集腔，其出口端汇聚至出口汇集腔，废气从壳体的进口先进入进口汇集腔，然后由进口汇集腔分别进入各个废气通道，经各个废气通道流出的流体在出口汇集腔聚集并从壳体的出口流出。沿平行于壳体轴线的方向，进口汇集腔和出口汇集腔的两端通过端部挡板封闭，防止烟气进入进口汇集腔和出口汇集腔。

所述壳体与位于最外层的两个弧形换热板之间均具有沿壳体轴向设置的侧挡板，两个侧挡板将壳体与换热板组件之间的区域分隔为分别连通至进口汇集腔和出口汇集腔的两个腔室。

所述换热板组件还包括两个加强圈，两个加强圈分别套设在最外层弧形换热板的两端，加强圈与弧形换热板和端部挡板固定焊接，加强圈可使换热板组件的烟气流道和废气流道有效连接。

所述加强圈与壳体内壁之间设置有弧形连接板，弧形连接板为环形金属板，分别与壳体内壁和加强圈固定焊接，可有效缓解温差应力。

所述的隔离件为隔离板，隔离板沿壳体轴向穿设在两组弧形换热板之间的区域内，且隔离板分别与位于最内层的两个弧形换热板密封连接。

所述的隔离件为中心管，该中心管的两端分别与壳体上对应直线流道的进出口相连通，且中心管的出口端设置有蝶阀。中心管作为一种调节手段，在需要提高出口侧温度时，通过蝶阀打开中心管，使部分烟气直接从中心管通过混入出口侧烟气中，从而提高温度，通过蝶阀的开度可以进行温度调节。

所述的隔离件为螺旋板式换热器，螺旋板式换热器具有轴向流道和螺旋流道，其轴向流道的进出口分别与壳体内直线流道的进出口相连通，螺旋流道的进出口分别与壳体内弧形流道的进出口相连通。

所述烟气流道与壳体轴线平行的两个端面通过侧密封条密封或者通过形成流体流道的任一弧形换热板的折边密封。

所述废气流道与壳体轴线垂直的两个端面通过端部密封条密封或者通过形成流体流道的任一弧形换热板的折边密封。

所述烟气流道和废气流道内分散设置有支撑件，支撑件用于保持烟气流道和废气流道的间距，并且可以提高整个设备的承压能力。

所述的支撑件为金属柱，金属柱固定设置在流体流道内部。

所述的支撑件为形成流体流道的任一弧形换热板表面形成的凸起。

废气的进口端与出口端之间具有压力差，并且压降随流道长度增加而增大，由于各流道进口侧压力均相等，因此，要使废气流道内流体分配均匀就要保证各流道出口侧压力也基本相同，为了达到这一目的，可以采用以下方法：

换热板组件的多个废气流道内的支撑件设置密度保持一致，且流道的间距从内向外依次递增。

或者换热板组件的多个废气流道的间距保持一致，且流道内的支撑件设置密度从内向外依次递减。

或者所述换热板组件的多个废气流道从内向外依次递增，且流道内的支撑件设置密度从内向外依次递减。

或者所述换热板组件还设有折流板，折流板设置在进口汇集腔和出口汇集腔，将相邻的两个废气流道的进口或出口相连接，形成串接结构，从而能够将靠近内部的流程较短的废气流道串联在一起，形成一个流程较长的流道。

待焚烧的废气从焚烧炉炉体的废气进口进入换热装置的废气流道内，然后被预热后的废气从换热装置的出口流出并通过燃烧室和焚烧炉炉体之间的环隙进入燃烧室，在环隙行进的过程的同时和燃烧室进行换热，最终在燃烧室内完成焚烧。同时，焚烧完成的烟气经过内燃烧室扰流板扰流后进入换热装置的烟气流道与废气进行热交换，最终排出焚烧炉炉体外部。

有益效果

1、本发明的焚烧炉内置弧形板式换热器，实现焚烧后的高温烟气与待焚烧的废气之间的热交换，经过预热的废气温度可以达到600℃，焚烧效率能够提高,燃料的消耗量可减少30%以上。

2、本发明的焚烧炉内置弧形板式换热器,使得焚烧炉的体积减少近35%以上，建造成本降低30-40左右%。

3、本发明的焚烧炉内置的弧形板式换热器，由于采用弧形换热板，一方面，其结构紧凑，单位体积换热面积为管束换热器的1.6-2倍，并且承压较平板式换热器高；另一方面，在弧形换热板对流体离心力的作用以及支撑柱扰流的作用下，在同样流速的条件下其传热系数为管壳式换热器的1.5～1.8倍。

附图说明

图1为本发明焚烧炉的内部结构示意图；

图2为本发明焚烧炉的换热装置与炉体连接关系示意图；

图3为本发明焚烧炉的换热装置的内部结构示意图；

图4为本发明焚烧炉的换热装置设置在壳体内的结构示意图；

图5为本发明焚烧炉的换热装置（具有隔离板）的结构示意图；

图6为本发明焚烧炉的换热装置（具有中心管）的结构示意图；

图7为本发明焚烧炉的换热装置（具有螺旋板式换热器）的结构示意图；

图8为本发明焚烧炉的换热装置（具有中心管和折流板）的结构示意图；

图9为本发明焚烧炉的换热装置（支撑件为金属柱）的结构示意图；

图10为本发明焚烧炉的换热装置的流体通道内（支撑件为表面凸起）结构示意图；

图中标记：1、焚烧炉炉体，2、燃烧室，3、换热装置，4、连接段，5、挡板，6、挡条，7、支撑筋，8、扰流板，9、壳体，10、弧形换热板，11、废气流道，12、烟气流道，13、进口汇集腔，14、出口汇集腔，15、折流板，16、加强圈，17、弧形连接板，18、隔离板，19、中心管，20、蝶阀，21、螺旋板式换热器，22、侧密封条，23、端部密封条，24、支撑件，25、侧挡板，26、端部挡板，27、耐火保温材料，28、燃烧器，29、支座，30、烟气出口，31、废气进口。

具体实施方式

如图所示：一种热回收式焚烧炉，包括焚烧炉炉体1以及设置在焚烧炉炉体1内的燃烧室2和换热装置3，燃烧室2的废气进口通过燃烧室2与炉体之间的环隙与换热装置3的废气流道11相连通，燃烧室2的烟气出口与换热装置3的烟气流道12相连通，燃烧室2流出的高温烟气与待焚烧的废气通过换热装置3实现热交换，以提高待焚烧废气的温度。

所述焚烧炉炉体1为一圆筒形结构，焚烧炉炉体1通过下部的支座29进行安装，焚烧炉炉体1材质为金属，前端设置封头，后端设置过渡段，其外面包裹一层50-100毫米的耐火保温材料27和外层保护金属板，制成焚烧炉炉体1，具有保温、隔热、减少热量的传导、辐射损失，降低然燃料的消耗量，节能、环保。上述内燃烧室2设置在炉体内部前端，内燃烧室2和炉体之间的环隙安装有若干内燃烧室2支撑筋7，内燃烧室2直径和长度根据处理量的大小确定。内燃烧室2为耐热金属制成，或为金属内壁敷设一层耐火材料的复合材料结构。焚烧炉炉体1前端封头中心安装燃烧器28，所述燃烧器28适合气体燃料和液体燃料，具有燃烧强度高，高调节比的特点，调节比可达30-110%。同时燃烧生成的NOX较低。

所述换热装置3的烟气流道12出口通过筒状连接段4与焚烧炉炉体1的烟气出口30相连通。所述焚烧炉炉体1与换热装置3之间还设置有挡板5和挡条6，挡板5、挡条6和连接段4形成与焚烧炉炉体1的废气进口31连通的废气入口腔。

所述的燃烧室2内靠近烟气出口一端设置有扰流板8。扰流板8为耐热金属制成，其形状为一板状或锥形，起作用为加大内燃烧室2烟气湍动，提高焚烧效果，同时减少对后端换热装置3辐射。

所述的换热装置3包括筒形壳体9和设置在壳体9内的换热板组件，壳体9上设有与换热板组件中的流体通道连通的进出口，换热板组件包括对称设置在壳体9轴线两侧的两组弧形换热板10，每组弧形换热板10均由自壳体9中心由内向外直径依次增大的多个弧形换热板10形成间隔的废气流道11和烟气流道12；烟气流道12与壳体9轴线平行的两个端面封闭设置，烟气流道12与壳体9轴线垂直的两个端面分别设有流道口，形成沿壳体9轴线方向的直线流道；废气流道11与壳体9轴线垂直的两个端面封闭设置，废气流道11与壳体9轴线平行的两个端面分别设有流道口，形成沿圆周方向的弧形流道。

所述烟气流道12与壳体9轴线平行的两个端面封闭设置，烟气流道12与壳体9轴线垂直的两个端面分别设有流道口，形成沿壳体9轴线方向的直线流道，烟气从壳体9的烟气进口进入直线流道中，然后沿着壳体9的轴线方向流动，并从烟气出口流出。

所述废气流道11与壳体9轴线垂直的两个端面封闭设置，废气流道11与壳体9轴线平行的两个端面分别设有流道口，形成沿圆周方向的弧形流道，废气从壳体9的废气进口进入弧形流道中，然后沿着弧形流道流动，并从废气出口流出。

所述两组弧形换热板10之间的区域由一个隔离件分隔为分别连通壳体9上相应进出口的进口汇集腔13和出口汇集腔14，换热板组件的多个废气流道11的进口端汇聚至进口汇集腔13，其出口端汇聚至出口汇集腔14，废气从壳体9的进口先进入进口汇集腔13，然后由进口汇集腔13分别进入各个废气通道，经各个废气通道流出的流体在出口汇集腔14聚集并从壳体9的出口流出。进口汇集腔13和出口汇集腔14与壳体9轴线平行的两端通过端部挡板26封闭，防止烟气进入进口汇集腔13和出口汇集腔14。

所述壳体9与位于最外层的两个弧形换热板10之间均具有沿壳体9轴向设置的侧挡板25，两个侧挡板25将壳体9与换热板组件之间的区域分隔为分别连通至进口汇集腔13和出口汇集腔14的两个腔室。

所述换热板组件还包括两个加强圈16，两个加强圈16分别套设在最外层弧形换热板10的两端，加强圈16与弧形换热板10和端部挡板26固定焊接，加强圈16可使换热板组件的烟气流道12和废气流道11有效连接。

所述加强圈16与壳体9内壁之间设置有弧形连接板17，弧形连接板17为环形金属板，分别与壳体9内壁和加强圈16固定焊接，可有效缓解温差应力。

所述的隔离件为隔离板18，隔离板18沿壳体9轴向穿设在两组弧形换热板10之间的区域内，且隔离板分别与位于最内层的两个弧形换热板10密封连接。

所述的隔离件为中心管19，该中心管19的两端分别与壳体9上对应直线流道的进出口相连通，且中心管19的出口端设置有蝶阀20。中心管19作为一种调节手段，在需要提高出口侧温度时，通过蝶阀20打开中心管19，使部分烟气直接从中心管通过混入出口侧烟气中，从而提高温度，通过蝶阀20的开度可以进行温度调节。

所述的隔离件为螺旋板式换热器21，螺旋板式换热器21具有轴向流道和螺旋流道，其轴向流道的进出口分别与壳体9内直线流道的进出口相连通，螺旋流道的进出口分别与壳体9内弧形流道的进出口相连通。

所述烟气流道12与壳体9轴线平行的两个端面通过侧密封条22密封或者通过形成流体流道的任一弧形换热板10的折边密封。

所述废气流道11与壳体9轴线垂直的两个端面通过端部密封条23密封或者通过形成流体流道的任一弧形换热板10的折边密封。

所述烟气流道12和废气流道11内分散设置有支撑件24，支撑件24用于保持烟气流道12和废气流道11的间距，并且可以提高整个设备的承压能力。

所述的支撑件24为金属柱，金属柱固定设置在流体流道内部。

所述的支撑件24为形成流体流道的任一弧形换热板10表面形成的凸起。

废气的进口端与出口端之间具有压力差，并且压降随流道长度增加而增大，由于各流道进口侧压力均相等，因此，要使废气流道11内流体分配均匀就要保证各流道出口侧压力也基本相同，为了达到这一目的，可以采用以下方法：

换热板组件的多个废气流道11内的支撑件24设置密度保持一致，且流道的间距从内向外逐渐增大。

或者换热板组件的多个废气流道11的间距保持一致，且流道内的支撑件24设置密度从内向外逐渐减小。

或者所述换热板组件的多个废气流道11从内向外逐渐增大，且流道内的支撑件24设置密度从内向外逐渐减小。

或者所述换热板组件还设有折流板15，折流板15设置在进口汇集腔13和出口汇集腔14将靠近内部的流程较短的废气流道11串联在一起，形成一个流程较长的流道。

待焚烧的废气从焚烧炉炉体的废气进口进入换热装置的废气流道内，然后被预热后的废气从换热装置的出口流出并通过燃烧室和焚烧炉炉体之间的环隙进入燃烧室，在环隙行进的过程的同时和燃烧室进行换热，最终在燃烧室内完成焚烧。同时，焚烧完成的烟气从内燃烧室经过内燃烧室扰流板扰流后进入换热装置的烟气流道与废气进行热交换，最终排出焚烧炉炉体外部。

Claims (19)

1.一种热回收式焚烧炉，其特征在于：包括焚烧炉炉体（1）以及设置在焚烧炉炉体（1）内的燃烧室（2）和换热装置（3），燃烧室（2）的废气进口通过燃烧室（2）与焚烧炉炉体（1）之间的环隙与换热装置（3）的废气流道（11）出口相连通，燃烧室（2）的烟气出口与换热装置（3）的烟气流道（12）进口相连通，燃烧室（2）流出的高温烟气与待焚烧的废气通过换热装置（3）实现热交换，以提高待焚烧废气的温度。

2.如权利要求1所述的一种热回收式焚烧炉，其特征在于：所述换热装置（3）的烟气流道（12）出口通过筒状连接段（4）与焚烧炉炉体（1）的烟气出口（30）相连通。

3.如权利要求2所述的一种热回收式焚烧炉，其特征在于：所述焚烧炉炉体（1）与换热装置（3）之间还设置有挡板（5）和挡条（6），挡板（5）和挡条（6）设置在换热装置（3）的废气流道（11）进口处，与连接段（4）一起形成与焚烧炉炉体（1）的废气进口（31）连通的废气入口腔。

4.如权利要求1所述的一种热回收式焚烧炉，其特征在于：所述燃烧室（2）与焚烧炉炉体（1）之间的环隙内设置有多个沿该环隙轴向设置的支撑筋（7）。

5.如权利要求1所述的一种热回收式焚烧炉，其特征在于：所述的燃烧室（2）内靠近烟气出口一端设置有扰流板（8）。

6.如权利要求1所述的一种热回收式焚烧炉，其特征在于：所述的换热装置（3）包括筒形壳体（9）和设置在壳体（9）内的换热板组件，壳体（9）上设有与换热板组件中的流体通道连通的进出口，换热板组件包括对称设置在壳体（9）轴线两侧的两组弧形换热板（10），每组弧形换热板（10）均由自壳体（9）中心由内向外直径依次增大的多个弧形换热板（10）形成间隔的废气流道（11）和烟气流道（12）；形成废气流道（11）和烟气流道（12）的相邻弧形换热板之间的相应位置密封设置，从而使烟气流道（12）成为沿壳体（9）轴线方向的直线流道；使废气流道（11）成为沿圆周方向的弧形流道。

7.如权利要求6所述的一种热回收式焚烧炉，其特征在于：所述两组弧形换热板（10）之间的区域由一个隔离件分隔为分别连通壳体（9）上相应进出口的进口汇集腔（13）和出口汇集腔（14），换热板组件的多个废气流道（11）的进口端汇聚至进口汇集腔（13），其出口端汇聚至出口汇集腔（14）。

8.如权利要求7所述的一种弧形板式换热器，其特征在于：所述壳体（9）与位于最外层的两个弧形换热板（10）之间均具有沿壳体（9）轴向设置的侧挡板（25），两个侧挡板（25）将壳体（9）与换热板组件之间的区域分隔为分别连通至进口汇集腔（13）和出口汇集腔（14）的两个腔室。

9.如权利要求6所述的一种弧形板式换热器，其特征在于：所述换热板组件还设有折流板（15），折流板（15）设置在进口汇集腔（13）和出口汇集腔（14）将相邻的多个废气流道（11）串联在一起。

10.如权利要求6所述的一种弧形板式换热器，其特征在于：所述换热板组件还包括两个加强圈（16），两个加强圈（16）分别套设在最外层弧形换热板（10）的两端。

11.如权利要求10所述的一种弧形板式换热器，其特征在于：所述加强圈（16）与壳体（9）内壁之间设置有弧形连接板（17），弧形连接板（17）为环形金属板，分别与壳体（9）内壁和加强圈（16）固定焊接。

12.如权利要求6-11中任一权利要求所述的一种弧形板式换热器，其特征在于：所述的隔离件为隔离板（18），隔离板（18）沿壳体（9）轴向穿设在两组弧形换热板（10）之间的区域内，且隔离板（18）分别与位于最内层的两个弧形换热板（10）密封连接。

13.如权利要求6-11中任一权利要求所述的一种弧形板式换热器，其特征在于：所述的隔离件为中心管（19），该中心管（19）的两端分别与壳体（9）上对应直线流道的进出口相连通，且中心管（19）的出口端设置有蝶阀（20）。

14.如权利要求6-11中任一权利要求所述的一种弧形板式换热器，其特征在于：所述的隔离件为螺旋板式换热器（21），螺旋板式换热器（21）具有轴向流道和螺旋流道，其轴向流道的进出口分别与壳体（9）内直线流道的进出口相连通，螺旋流道的进出口分别与壳体（9）内弧形流道的进出口相连通。

15.如权利要求6所述的一种弧形板式换热器，其特征在于：所述相邻弧形换热板之间的相应位置由密封条密封，或者通过形成流体流道的任一弧形换热板（10）的折边密封。

16.如权利要求6所述的一种弧形板式换热器，其特征在于：所述废气流道（11）和烟气流道（12）内分散设置有支撑件（24）。

17.如权利要求16所述的一种弧形板式换热器，其特征在于：所述的支撑件（24）为金属柱，或者为弧形换热板表面形成的凸起。

18.如权利要求16或17所述的一种弧形板式换热器，其特征在于：所述换热板组件的多个废气流道（11）的间距从内向外依次递增。

19.如权利要求16或17所述的一种弧形板式换热器，其特征在于：所述换热板组件的多个废气流道（11）的内的支撑件（24）的设置密度，从内向外依次递减。