CN104848234A - 一种用于焚烧废气中所含有机物的焚烧装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于焚烧废气中所含有机物的焚烧装置，所述焚烧装置包括第一燃烧室和第二燃烧室；所述第二燃烧室为圆柱状燃烧室，所述第二燃烧室中含有装置气体出口；经过在第一燃烧室中燃烧后的尾气从第一燃烧室气体出口中经过气体流通连接道和第二燃烧室气体入口进入第二燃烧室；所述第二燃烧室中的装置气体出口和第二燃烧室气体入口在竖直方向上设置在不同高度上；所述气体流通连接道包含一段或多段直管和/或弯管，且所述气体流通连接道中与所述第二燃烧室气体入口直接连接的末道设置为与所述第二燃烧室的切线方向一致。本发明解决了现有技术中烟气中有机污染物净化效果差、燃烧效率较低和净化成本较高的问题。

Description

一种用于焚烧废气中所含有机物的焚烧装置

技术领域

本发明涉及含有机物的废气处理技术领域，具体涉及一种用于焚烧废气中所含有机物的焚烧装置。

背景技术

焚烧法是彻底解决烟气(废气)中有机类污染物的方法，有机类污染物燃烧时生成二氧化碳和水，除碳排放外对环境没有任何污染。

现有的处理含有机物的烟气的燃烧方法主要有喉口法、火层法和燃气法。喉口法：目前固体燃烧炉的二次燃烧普通采用在燃烧室上方一定高度设喉口，并在此处配空气(或氧气)助燃。此方法由于空气(或氧气)与热解气的混合及燃烧温度难控制，二次燃烧的效率仍不完全，排放烟气中仍有较多炭粒和有机污染物。火层法：火层法是让含有有机污染物的烟气穿过固体燃料燃烧高温区，在有空气(或氧气)存在的情况下将有机污染物氧化为CO₂和H₂O。此法由于固体燃烧很难充分以及炉排上每个区域固体燃烧的状况不同，所以对烟气中有机污染物的净化效果欠佳。燃气法：燃气法是利用燃气(一般是天然气)易于充分燃烧的特点，将待处理的烟气与空气(或氧气)混合后再配入燃气，可以有效净化烟气中的有机污染物。但由于燃气价格比固体燃料高得多，所以此法成本较高；另外此法也不适用于没有燃气的情况。

因此，现有技术中的各种处理含有机物的烟气的燃烧方法均存在一定的弊端，因而本领域需要一种全新的或改进的处理含有机物的烟气的燃烧方法，或需要一种相应的燃烧装置。

发明内容

因此，本发明提供一种用于焚烧废气中所含有机物的焚烧装置，所述焚烧装置包括第一燃烧室6和第二燃烧室8，所述第一燃烧室6中设置有固体燃料入口1、位于固体燃料入口1下方的卸灰口2、装置气体入口3、和在高度方向上位于所述固体燃料入口1和卸灰口2之间的炉排4；所述第二燃烧室8为圆柱状燃烧室，所述第二燃烧室8中含有装置气体出口5；经过在第一燃烧室6中燃烧后的尾气从第一燃烧室气体出口61中经过气体流通连接道7和第二燃烧室气体入口81进入第二燃烧室8；所述第一燃烧室6中的装置气体入口3和第一燃烧室气体出口61在竖直方向上设置在不同高度上，所述第二燃烧室8中的装置气体出口5和第二燃烧室气体入口81在竖直方向上设置在不同高度上；所述气体流通连接道7包含一段或多段直管和/或弯管，且所述气体流通连接道7中与所述第二燃烧室气体入口81直接连接的末道71设置为与所述第二燃烧室8的切线方向一致。

虽在现有技术中也有采取切向进气的方式给燃烧装置供气的方案存在。如专利申请CN201410211888中提供一种炉内强化燃烧装置，包括二燃室墙体、位于二燃室墙体内侧的二燃室、以及位于二燃室墙体外侧的供氧风机，所述二燃室由至少两个圆柱形的强燃室组成，强燃室的底部通过出火口与一燃室相通，强燃室的顶部与余热锅炉相通；所述二燃室墙体中设有湍流送氧通道，湍流送氧通道包括环形输氧通道和切向喷氧通道，其中切向喷氧通道的出气口与强燃室相通，切向喷氧通道的进气口通过环形输氧通道与设在二燃室墙体外侧的供氧风机连通。该装置由多个圆柱形的强燃室替代传统的一个长方形截面的强燃室，同时通过切向喷氧通道向强燃室切向供氧，解决了机械炉排式生活垃圾焚烧炉的二燃室燃烧不充分、容易冒黑烟的缺陷，实现了从源头治理的目的，保护了环境。

另有专利CN01819276中提供一种离心分区燃烧方法，需要配置一个圆柱形燃料罐、第一燃烧室、第二燃烧室和一个排气筒。还需要配置第一燃烧室和燃料罐的上、下外筒，以便在外筒内形成上、下空气通道。一个或几个制造空气流的鼓风机与上外筒下部的上、下空气通道切向连通。空气流控制装置位于上空气通道的上部。因此，该发明只需向炉内供给空气即可进行完全燃烧。在这种情况下，炉内的空间被空气流分成许多燃烧区域。

但这两项现有技术文件与本发明中的装置设计的结构均完全不相同，这两项现有技术文件中均是通过风机向一个燃烧室中注入助燃气空气或氧气，通过其旋流来实现气体的充分混合，其中从第一燃烧室向第二燃烧室的气体流通管道均为常规的直通式(其第二燃烧室设置在第一燃烧室上方，因而第一燃烧室中的尾气直接进入第二燃烧室)。而本发明关键点在于从第一燃烧室6通向第二燃烧室的用于输送高温尾气的通道为切向进气方式。此外，这两项现有技术文件的目的都是垃圾焚烧或固体废物焚烧，而本发明的目的是烟气中的有机物的焚烧。

在本申请完成之前，本申请的发明人也参考上述对比文件中的方法来开发本发明中的焚烧装置。但在没有将第一燃烧室到二次燃烧室的通道做出特定设计之前，仅使用另外的入口向第二燃烧室8中切向进气，仍会导致装置气体出口5中排出的气体冒黑烟。究其原因，发明人认为，本发明中，设置第二燃烧室的目的是使得来自第一燃烧室的尾气再次燃烧。实际上，在第一次燃烧时，必然会考虑助燃气与可燃物的配比，因而助燃气通常会比理论值过量30％～100％，因而从本发明第一燃烧室6出来的尾气中助燃气的含量依然足量；发明人发现第二燃烧室中的燃烧效率主要取决于助燃气与可燃尾气的混合物的温度，只有温度足够高时，才能保证第二燃烧室中燃烧充分。此外，发明人发现，第二燃烧室中的气体切向进料和旋转流动不仅仅是起到一个混合充分的作用(上述两份现有技术中都主要是利用了该特点)，更重要的是，这能保证气体在第二燃烧室内的温度，其出口温度和入口温度相差很小，因而能保证第二燃烧室的充分燃烧。

上述现有技术方案中，并不是将来自第一燃烧室的尾气通过切向进气而在第二燃烧室中旋流，而是在第二燃烧室中切向引入助燃气，以引入的助燃气来带动助燃气与所述尾气的混合和旋流。事实上，无论从第二燃烧室中的燃烧温度的角度，还是从助燃气与可燃尾气的配比的角度，这样的方案都是不利于本发明装置中在第二燃烧室中的充分燃烧。具体地，若将现有技术中的这种方案直接用于本发明中，因其引入的助燃气的温度(常温或被预热至100℃左右)必然远低于第一燃烧室的尾气温度(400～500℃)，该燃烧炉中通过该助燃气的切向引入和旋流来带动第二燃烧室中混合气的旋流，因而其在第二燃烧室中的进气量必然不少。因此，一方面，它会拉低第二燃烧室中混合气的温度；另一方面，它使得在第一燃烧室中本来就可能过量的助燃气在第二燃烧室中更是大大过量；再有，因为第二燃烧室中需要依靠此切向入口处提供旋流的动力，因而相应的需要大功率的风机作为动力源，而本发明中从第一燃烧室进入第二燃烧室的高温气体的流动不需要任何外加动力。因此，无论从上述哪个角度，现有技术中的这种燃烧炉的第二燃烧室的燃烧效率都会远低于本发明。因第二燃烧室中大大过量的助燃气必然需要机械设备(如泵)来给其旋转运动提供动力，而本发明中的第一燃烧室的尾气直接从切向进入第二燃烧室，无需提供额外的驱动力。因此，本发明的装置在燃烧效率更高的同时节能环保。

本发明中的来自第一燃烧室的尾气直接从切向进入第二燃烧室，且在第二燃烧室中形成上下方向的旋流，本发明中的尾气从进入第二燃烧室的瞬间已经是全部呈旋流状态，完全可以并不涉及两种气体的混合。而现有技术中的方案均要实现两种气体的混合过程和旋转流动过程。因此，本发明中在第二燃烧室的燃烧时间更短、燃烧路径更短，可使得第二燃烧室的高度更短，且燃烧更充分。

本发明中，因为所述末道71的设置方向为与第二燃烧室8的切线方向一致，且第二燃烧室8中的装置气体出口5和第二燃烧室气体入口81在竖直方向上设置在不同高度上，因而来自于第一燃烧室6中的尾气会在第二燃烧室8中做向上或向下(附图中的装置为向下)的螺旋状运动，这有利于尾气在第二燃烧室8中充分燃烧。

本发明中第二燃烧室8的形状为圆柱型，但第一燃烧室6的形状却并无限制，可以是立方体状、长方体状、圆柱状等。

本领域技术人员可以理解地，本发明中从第一燃烧室6中进入第二燃烧室8中的所述尾气例如包含“所述废气的燃烧剩余气”以及“从所述固体燃料入口处加入的固体燃料高温燃烧产的剩余气”。

在一种具体的实施方案中，所述装置气体入口3包括位于炉排下方的第一装置气体入口31和位于炉排上方的第二装置气体入口32。

本领域技术人员可以理解的，所述装置气体入口中通入的气体包括需要使用本发明装置进行焚烧的待处理的废气，以及用于对废气进行助燃的空气或氧气。其中，一般情况下，在所述第一燃烧室6中的助燃气(空气或氧气)的用量一般会超出其理论计算出的所需用量。

在此优选方案中，在所述焚烧装置上设置高度上不同的两种装置气体入口，方便在使用本发明装置的过程中根据实际情况自由地选择气体的实际入口，例如气体只从第一装置气体入口31或第二装置气体入口32进入第一燃烧室6，或者气体同时从第一装置气体入口31和第二装置气体入口32进入第一燃烧室6。所述装置气体入口中的气体包括待处理的废气和助燃的空气或氧气，这两种气体可以分别从第一装置气体入口31和第二装置气体入口32中进入第一燃烧室6，也可以先后从同一个装置气体入口进入第一燃烧室6，本发明中对此并无限制。

在一种具体的实施方案中，所述装置中还包括位于所述第二燃烧室8上的第三装置气体入口82，且对应所述第三装置气体入口82设置有从装置外通入所述第二燃烧室8的第三气体入流道9，所述第三气体入流道9包含一段或多段直管和/或弯管，且所述第三气体入流道9中与所述第三装置气体入口82直接连接的第二末道91设置为与所述第二燃烧室8的切线方向一致。本发明中，可以从第三装置气体入口82处向装置中引入废气、助燃气空气或氧气、燃气(如天然气)等都可以。本发明中，具体的气体通入装置中的途径可以根据实际情况在第一装置气体入口31、第二装置气体入口32和第三装置气体入口82间自由选择。本发明中，对于所述末道71和第二末道91间的相互关系并无限制，例如为平行关系，相交关系(包括垂直)皆可。但本发明中优选的是，从所述末道71和第二末道91中流入所述第二燃烧室8中的气体螺旋方向一致，均为顺时针螺旋或均为逆时针螺旋。

在一种具体的实施方案中，所述末道71的与其中气体流动方向垂直的截面为圆形、矩形、椭圆形和月牙形中的一种或多种，所述第二末道91的与其中气体流动方向垂直的截面为圆形、矩形、椭圆形和月牙形中的一种或多种。本发明中，优选所述末道71和第二末道91为矩形管或圆形管；其中，所述末道71更优选为矩形管。

在一种具体的实施方案中，所述第一燃烧室6和第二燃烧室8在高度方向上为平齐设置。本发明中，对所述第一燃烧室6和第二燃烧室8在高度方向上的相对方位并无限制，例如第二燃烧室8在第一燃烧室6的正上方、斜上方、正下方、斜下方皆可，但本发明中优选第一燃烧室6和第二燃烧室8在高度方向上平齐。这样的设计至少能带来如下两个方面的好处。1)使得整个焚烧装置的整体高度可以设计得最低。2)可以使得用于连通第一燃烧室气体出口61和第二燃烧室气体入口81的气体流通连接道7最短，它可以只包含末道71而不包含其它的辅助管道，从而进一步提升本发明装置的废气处理效率。

在一种具体的实施方案中，所述气体流通连接道7仅包含直管式的末道71。这是如附图所述的优选方式，当所述气体流通连接道7仅包含直管式的末道71时，所述气体流通连接道7的长度可以设置为必要的最短长度，这有利于整个装置的节能环保。

在一种具体的实施方案中，所述第一燃烧室气体出口61、第二燃烧室气体入口81、和第三装置气体入口82至装置内顶壁的竖向距离均≤装置高度的1/3。也就是说，本发明中的末道71和第二末道91都优选设置在装置的上部。且本发明中，末道71和第二末道91在竖直高度上的相对关系之间并无限制，可以平齐，也可以在不同的高度。

本发明解决了现有技术中烟气中有机污染物净化效果差、燃烧效率较低和净化成本较高的问题。本发明中，有机污染物在含两级燃烧室的固体燃烧炉中充分燃烧，有效减少有机污染物排放的同时有效利用了有机污染物燃烧放出的热量，从而低成本地实现了烟气中有机污染物的净化。

附图说明

图1为本发明中的焚烧装置的主视剖面结构图，

图2为图1中的A-A剖面图(俯视剖面图)，

图3为图1中的B-B剖面图(俯视剖面图)，

图4为图1中的C-C剖面图(俯视剖面图)，

图中，1、固体燃料入口，2、卸灰口，3、装置气体入口，31、第一装置气体入口，32、第二装置气体入口，4、炉排，5、装置气体出口，6、第一燃烧室，61、第一燃烧室气体出口，7、气体流通连接道，71、末道，8、第二燃烧室，81、第二燃烧室气体入口，82、第三装置气体入口，9、第三气体入流道，91、第二末道。

具体实施方式

本发明通过附图和以下具体实施例来进一步说明，但下述实施例并不用于限制本发明的保护范围。

图1～4中提供了一种用于焚烧废气中所含有机物的焚烧装置，所述焚烧装置包括第一燃烧室和第二燃烧室，所述第一燃烧室中设置有固体燃料入口、位于固体燃料入口下方的卸灰口、装置气体入口、和在高度方向上位于所述固体燃料入口和卸灰口之间的炉排，所述装置气体入口包括位于炉排上方和下方的两个装置气体入口31和32；所述第二燃烧室为圆柱状燃烧室，所述第二燃烧室中含有装置气体出口；经过在第一燃烧室中燃烧后的尾气从第一燃烧室气体出口中经过气体流通连接道和第二燃烧室气体入口进入第二燃烧室；所述第一燃烧室气体出口、气体流通连接道和第二燃烧室气体入口均设置在装置靠近内顶壁处，而两个装置气体入口31和32以及装置气体出口5均设于装置的较低位置。所述气体流通连接道为一段与所述第二燃烧室呈切向进气关系的截面为矩形的方管。

从第一燃烧室中出来的高温尾气迅速进入第二燃烧室，且在无其它外力驱动的情况下自行在第二燃烧室中螺旋向下运动，在第二燃烧室中形成高温的燃烧环境，使得高温尾气充分燃烧。图中所示螺旋向下为逆时针方向螺旋的，本领域技术人员可知，该螺旋向下同样可以采用顺时针螺旋的方式。

具体地，让需要焚烧的含有机污染物的废气与空气(或氧气)充分混合后通过装置气体入口31进入固体燃烧用炉排4下面空间，然后穿过炉排4及炉排4上面燃烧的固体燃料，在第一燃烧室6内部分有机污染物废气被氧化，固体燃烧时产生的热解气体和剩余的含有机污染物的废气在炉排4上一定高度处通过气体流通连接道7(图中气体流通连接道7仅包括末道71)进入第二燃烧室8(也可在第二燃烧室8内一定高度处通过第三气体入流道9直接配入燃气或含高浓度有机污染物的废气)旋转充分燃烧，经过焚烧净化后的废气从第二燃烧室8的装置气体出口5排放。需要焚烧的含有机污染物的废气(也可与空气或氧气充分混合后)也可以从炉排4上面通过第二装置气体入口32进入或直接通过第三气体入流道9进入第二燃烧室8充分燃烧。

本发明中，第一燃烧室6产生的高温尾气通过切向气体流道进入第二燃烧室8，由于尾气在第二燃烧室8内旋转，可以保证其持续燃烧所需温度，有利于充分燃烧。而从第三气体入流道9进入第二燃烧室8的气体需要与来自于第一燃烧室6中的高温尾气充分混合，由于二者在第二燃烧室8内旋转，可以保证充分混合，有利于其充分燃烧。

本发明中，第一燃烧室6中固体燃烧往往会有少量未燃尽的小粒径固体燃料或炭粒进入第二次燃烧室8，其从切向气体流道进入第二燃烧室8，伴随高温尾气在第二燃烧室8内旋转，有利于小粒径固体燃料或炭粒充分燃烧。

本发明中，气体流通连接道7一般设置在炉排4上的一定高度处，高度太低在第一燃烧室中的燃烧效果不好，而高度太高则装置的造价上升。因此，气体流通连接道7的最低点离炉排4的高度范围优选在0.2～2.5米。

本发明中，为降低整个装置的高度，设计为第二燃烧室8中的气流旋转向下，这样在没有降低装置中两次燃烧效果的前提下将整个装置的高度降低近一半。本发明中，第二燃烧室8和第一燃烧室6的高度设计为基本一致。

本发明对含有机污染物的废气的处理效率比喉口法提高2％～10％，从装置中排出的气体中炭粒比喉口法降低30％～98％。本发明对含有机污染物的废气的处理效率比火层法提高50％～98％，从装置中排出的气体中有机污染物总量比火层法降低27％～98.5％。本发明装置的运行成本比燃气法降低50％～80％。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于焚烧废气中所含有机物的焚烧装置，所述焚烧装置包括第一燃烧室(6)和第二燃烧室(8)，所述第一燃烧室(6)中设置有固体燃料入口(1)、位于固体燃料入口(1)下方的卸灰口(2)、装置气体入口(3)、和在高度方向上位于所述固体燃料入口(1)和卸灰口(2)之间的炉排(4)；

所述第二燃烧室(8)为圆柱状燃烧室，所述第二燃烧室(8)中含有装置气体出口(5)；经过在第一燃烧室(6)中燃烧后的尾气从第一燃烧室气体出口(61)中经过气体流通连接道(7)和第二燃烧室气体入口(81)进入第二燃烧室(8)；

所述第一燃烧室(6)中的装置气体入口(3)和第一燃烧室气体出口(61)在竖直方向上设置在不同高度上，所述第二燃烧室(8)中的装置气体出口(5)和第二燃烧室气体入口(81)在竖直方向上设置在不同高度上；

所述气体流通连接道(7)包含一段或多段直管和/或弯管，且所述气体流通连接道(7)中与所述第二燃烧室气体入口(81)直接连接的末道(71)设置为与所述第二燃烧室(8)的切线方向一致。

2.根据权利要求1所述的焚烧装置，其特征在于，所述装置气体入口(3)包括位于炉排下方的第一装置气体入口(31)和位于炉排上方的第二装置气体入口(32)。

3.根据权利要求1所述的焚烧装置，其特征在于，所述装置中还包括位于所述第二燃烧室(8)上的第三装置气体入口(82)，且对应所述第三装置气体入口(82)设置有从装置外通入所述第二燃烧室(8)的第三气体入流道(9)，所述第三气体入流道(9)包含一段或多段直管和/或弯管，且所述第三气体入流道(9)中与所述第三装置气体入口(82)直接连接的第二末道(91)设置为与所述第二燃烧室(8)的切线方向一致。

4.根据权利要求3所述的焚烧装置，其特征在于，所述末道(71)的与其中气体流动方向垂直的截面为圆形、矩形、椭圆形和月牙形中的一种或多种，所述第二末道(91)的与其中气体流动方向垂直的截面为圆形、矩形、椭圆形和月牙形中的一种或多种。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的焚烧装置，其特征在于，所述第一燃烧室(6)和第二燃烧室(8)在高度方向上为平齐设置。

6.根据权利要求5所述的焚烧装置，其特征在于，所述气体流通连接道(7)仅包含直管式的末道(71)。

7.根据权利要求5所述的焚烧装置，其特征在于，所述第一燃烧室气体出口(61)、第二燃烧室气体入口(81)、和第三装置气体入口(82)至装置内顶壁的竖向距离均≤装置高度的1/3。