CN104930517B - 一种垃圾热解旋流燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垃圾热解旋流燃烧装置，包括相互连通的热解气化室、燃烧室和空气预热室；空气预热室内设有烟气管道和换热管；该烟气管道与燃烧室相通；热解气化室内设有一次风喷嘴和灰室；该一次风喷嘴与换热管相通；燃烧室内则设有若干个二次风喷嘴；沿气体流动方向燃烧室的最上游是呈收缩状态的喉口段；这些二次风喷嘴处在喉口段内，均布于燃烧室的周向并与换热管相通；燃烧室内还设有一用于强制烟气形成旋流的内构件；沿气体流动方向该内构件处在喉口段的下游。本发明的可燃气与二次风形成的气旋混合后形成旋流并发生燃烧反应，配合燃烧室内的内构件，可使得烟气停留在燃烧室内的时间T>3s，很大程度上抑制了二噁英等污染物的生成。

Description

一种垃圾热解旋流燃烧装置

技术领域

本发明涉及一种热解焚烧装置，尤其是一种垃圾热解旋流燃烧装置。

背景技术

城市生活垃圾是指在城市日常生活中或者为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废弃物，包括厨余、果叶、废纸、废塑料、废橡胶、废玻璃、废金属、废木料及沙石等。城市生活垃圾主要来自小区、医院、大型写字楼、工业园区等地方，具有产量大、成分不稳定、分布地区广且有臭味等特点，是一个重大的环境污染源。随着我国城市经济发展和居民生活水平提高，我国城市生活垃圾产量增长较快。2013年，我国城市生活垃圾产量超过1.7亿吨。城市生活垃圾不仅污染环境，还危害人类健康，已发展成为一个全球性问题。城市生活垃圾无害化、减量化以及资源化循环利用，对于我国实现循环经济发展模式和社会可持续发展具有举足轻重的作用。

传统的城市生活垃圾处置技术主要有填埋法、堆肥法以及焚烧法。随着环境问题越来越被重视，人们环保意识日益增强，传统的城市生活垃圾处理技术日益显示出其缺陷，如填埋法占地面积大、处理周期长、渗滤液污染环境；堆肥法处理量小、操作复杂、效率低；焚烧法燃烧不充分、温度分布不均、易产生二次污染等问题，造成其发展受到限制。

与传统的城市生活垃圾处置技术相比，垃圾热解气化再燃烧技术具有控制污染效果好、减容效果显著、资源回收率高等特点，越来越受到世界各国的重视，而作为垃圾热解气化再燃烧技术中的焚烧装置，热解气化燃烧装置也越来越受人们的重视。我国的研究人员亦对热解气化燃烧装置作了一定的研究，如授权公告号为CN 2589824Y的专利文件公开的一种城市生活垃圾热解焚烧炉、申请公布号为CN 102734802A的申请文件公开的一种带高效旋风分离器式二燃室的垃圾焚烧设备，但是，现有的热解气化燃烧装置大多存在烟气停留时间过短而较易生成二噁英的问题，仍需进一步改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、烟气燃烧充分、二噁英生成少的生活垃圾热解气化装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种垃圾热解旋流燃烧装置，包括相互连通的热解气化室、燃烧室和空气预热室；沿气体流动方向燃烧室处在热解气化室的下游；沿气体流动方向空气预热室处在燃烧室的下游；特别的，空气预热室内设有用于流动烟气的烟气管道和用于流动一次风和二次风的换热管；该烟气管道与燃烧室相通；热解气化室内设有用于为热解气化室输送一次风的一次风喷嘴和用于存放灰渣的灰室；该一次风喷嘴与换热管相通；燃烧室内则设有若干个用于为燃烧室输送二次风的二次风喷嘴；沿气体流动方向燃烧室的最上游是呈收缩状态的喉口段；这些二次风喷嘴处在喉口段内，均布于燃烧室的周向并与换热管相通；燃烧室内还设有一用于强制烟气形成旋流的内构件；沿气体流动方向该内构件处在喉口段的下游。

本发明的原理如下：

热解气化室上一般设有进料口，该进料口位于灰室的上方。此外，热解气化室内一般还会设有与灰室配合使用的炉箅，该炉箅位于灰室的上方。一次风喷嘴则可位于炉箅的底部。

生活垃圾可由进料系统经进料口送入热解气化室内。一次风经炉箅的底部进入热解气化室，一次风当量比应控制在小于或等于0.3的范围内，确保生活垃圾的热解气化反应在缺氧条件下进行，从而有效减少二噁英生成。生活垃圾经预热干燥后，在缺氧条件下生活垃圾的主要能量元素C/H发生热解气化反应，生成以CO、H₂为主的可燃气和残碳；残碳不断下移至热解气化室内的炉箅上，并继续燃烧形成灰渣，最终跌落至灰室内，此时，生活垃圾中大部分的重金属等有害物质溶入灰渣，减少了粉尘的排放量；而因沿气体流动方向燃烧室处在热解气化室的下游，可燃气上升即进入燃烧室，而此处所讲的气体即是可燃气。二次风喷嘴在燃烧室内呈切向布置，二次风经二次风喷嘴喷出后，随即在燃烧室内形成旋流，进入燃烧室的可燃气与二次风混合后，于喉口段发生燃烧反应生成高温烟气，在此过程中，二次风空气过剩系数应控制在1.2～1.3范围内；高温烟气上升经过内构件形成旋流，而此处高温烟气所形成的旋流方向与二次风所形成的旋流方向相反，这样可使高温烟气在燃烧室内的停留时间T>3s，让高温烟气燃烧更充分，大大抑制二噁英等污染物的产生。因沿气体流动方向空气预热室处在燃烧室的下游，高温烟气通过燃烧室后，随即进入空气预热室，而此处所讲的气体即是高温烟气。高温烟气进入空气预热室的烟气管道后，即与同样位于空气预热室内的换热管形成热交换，预热换热管内的一次风和二次风，充分利用热能。因高温烟气于燃烧室内已经过充分燃烧，从烟气管道逸出的烟气的成分简单无害，可利用用废热锅炉回收余热，进一步提高热效率。

内构件可以是一螺旋件，内构件上形成有螺旋槽，螺旋槽的圈数可为1～2圈，而螺旋槽的旋转方向与二次风喷嘴于燃烧室内的布置方向相反。内构件的高度可为燃烧室高度的 内构件可由高温高铝耐磨浇注料浇注而成。

热解气化室的室壁优选为夹层结构，其中，热解气化室的室壁的最内层优选选用高铝耐磨浇注料，中间层优选选用轻质浇注料，最外层优选为钢板；燃烧室的室壁同样优选为夹层结构，燃烧室的室壁最内层优选选用高温高铝耐磨浇注料，中间层优选选用高强低导浇注料，最外层优选为钢板；空气预热室的室壁优选为双层结构，空气预热室的室壁的的内层优选选用高强低导浇注料，外层优选为钢板。

与现有的热解气化焚烧设备相比，本垃圾热解旋流燃烧装置具有如下优点：

1、生活垃圾的热解气化过程是在贫氧或缺氧气氛下进行，从原理上减少了二噁英的生成，同时大部分的重金属等有害物质溶入灰渣，减少了粉尘的排放量；

2、可燃气与二次风形成的气旋混合后形成旋流并发生燃烧反应，配合燃烧室内的内构件，可使得烟气停留在燃烧室内的时间T>3s，很大程度上抑制了二噁英等污染物的生成，同时旋流燃烧的温度可达1000～1400℃，烟气燃烧更充分，并产生大量的热能，具有较高的热效率；

3、本发明整体结构简单，设备制造成熟，投资成本地低，实际操作简单，适用于城市生活垃圾、可燃工业废弃物、医疗废物等有机固体废弃物的无害化处理；

4、本发明可结合车载技术，可实现随时随地进行可燃固体废弃物无害化处理并将其转化为热能等清洁能源，商业应用模式灵活。

附图说明

图1是本发明实施例中垃圾热解旋流燃烧装置的示意图；

图2是本发明实施例中活塞进料系统的示意图；

图3是本发明实施例中二次风喷嘴在燃烧室内布局的示意图；

图4是本发明实施例中内构件的示意图；

图5是本发明实施例中内构件在燃烧室内布局的示意图。

附图标记说明：1-热解气化室；2-燃烧室；3-空气预热室；4-进料口；5-炉箅；6-一次风点火器；7-一次风喷嘴；8-灰室；9-二次风喷嘴；10-二次风点火器；11-内构件；12-烟气管道；13-换热管；14-U型管道；15-进料管道；16‐入料口；17‐入料挡块；18‐进料气缸；19‐支撑杆；20‐螺旋槽；21‐喉口段。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

垃圾热解旋流燃烧装置，包括相互连通的热解气化室1、燃烧室2和空气预热室3。本实施例中,如图1所示，燃烧室2位于热解气化室1的上方；沿气体流动方向空气预热室3则位于燃烧室2的下游，空气预热室3与燃烧室2之间通过U型管道14连接。

如图1所示，本实施例中，热解气化室1的室壁为夹层结构，其最内层由高铝耐磨浇注料制成，中间层由轻质浇注料制成，最外层则为钢板。热解气化室1上还开设有进料口4，该进料口4与进料管道15相接，进料口4可以布置在进料管道15上，而进料管道15则连通至热解气化室1的内部。如图2所示，进料管道15上还开设有入料口16，该入料口16与外轮廓呈喇叭状的入料挡块17相接。此外，进料管道15内安装有一进料气缸18，该进料气缸18的活塞杆位于进料管道15内。进料气缸18与进料管道15、入料挡块17构成活塞进料系统。热解气化室1的底部则安装有炉箅5。炉箅5上安放有一次风点火器6和一次风喷嘴7。炉箅5的下方即为灰室8。

如图1、4所示，本实施例中，燃烧室2的室壁同样为夹层结构，其最内层由高温高铝耐磨浇注料制成，中间层则由高强低导浇注料制成，最外层为钢板。燃烧室2的内部腔室为一柱状空间，燃烧室2的最底部呈收缩状，为喉口段。该喉口段21与热解气化室1直接相通，且与燃烧室2相比，该喉口段21的内部通道是呈现渐收缩状态，喉口段21与燃烧室2相接的一端的通道直径明显大于喉口段21与热解气化室1相接的一端的通道直径。喉口段21内布置有多个二次风喷嘴9。如图3所示，本实施例中，二次风喷嘴9均布于燃烧室2的周向并相切于柱状空间。二次风喷嘴9沿顺时针方向布置，即二次风经二次风喷嘴9流出后，其流动方向为顺时针方向。在喉口段21的二次风随即形成沿顺时针方向旋转的气旋。喉口段21的上方燃烧室2的室壁上镶嵌有一内构件11。如图5所示，内构件11为一螺旋件，即由支撑杆19以及布置在支撑杆19外表面的螺旋槽20构成的螺杆结构，本实施例中，该内构件11是一由高温高铝耐磨浇注料浇注而成，螺旋槽20的螺旋方向为逆时针方向，螺旋槽20的圈数为2圈，内构件11的高度为燃烧室2高度的

如图1所示，本实施例中，空气预热室3的室壁包括内层和外层两层结构，其中，内层采用高强低导浇注料，外层为钢板。U型管道14的管壁是同样包括内层和外层的双层结构，与空气预热室3的室壁相同，U型管道14的管壁的内层采用高强低导浇注料，外层为钢板。如图1所示，空气预热室3的内部即为烟气管道12，该烟气管道12与U型管道14相通。烟气管道12内安装有换热管13，该换热管13为盘管式换热管。换热管13的一端伸出空气预热室3，与外界相通；换热管13的另一端则与一次风喷嘴7、二次风喷嘴9相连。

垃圾热解旋流燃烧装置预先烘炉至500～600℃即可准备进料。生活垃圾经入料口16进入进料管道15内，随后在进料气缸18推动下进入热解气化室1。一次风经位于炉箅5上的一次风喷嘴7进入热解气化室1内，进入热解气化室1的生活垃圾经预热干燥后，在一次风点火器6的点燃下，在600～900℃的温度且缺氧的条件下，生活垃圾中的主要能量元素C/H发生热解气化反应，生成以CO、H₂为主的可燃气和残碳。所生成的残碳不断下移至炉箅5，并在此过程中继续燃烧(900～1200℃)形成灰渣，最终落入灰室8。而可燃气则向上进入燃烧室2的喉口段21，此时，二次风经二次风喷嘴9进入燃烧室2的喉口段21。因二次风喷嘴9均布于燃烧室2的周向并相切于柱状空间，二次风从二次风喷嘴9流出后，即在喉口段21内形成沿顺时针方向旋转的气流。可燃气进入燃烧室2后，随即与该气流混合，并由燃烧室2内的二次风点火器10点燃，进行燃烧反应，生成高温烟气。在该燃烧过程中，二次风空气过剩系数应为1.2，此时，燃烧室2内的温度可达1000～1400℃。所生成的高温烟气上升后，进入内构件11的螺旋槽20内，沿螺旋槽20上升进入燃烧室2。由于内构件11上的螺旋槽20的旋转方向为逆时针方向，高温烟气进入内构件11的螺旋槽20后，即被强制逆向旋转，由沿顺时针方向转动的气流变成沿逆时针方向转动的气流，从而使高温烟气在燃烧室2内的停留时间T大于3秒，让高温烟气燃烧更为充分。通过内构件11的高温烟气将会持续上升，进入U型管道14，并经U型管道14进入空气预热室3的烟气管道12内，与位于烟气管道12内的换热管13相接触，此时，高温烟气即与在换热管13内流动的一次风和二次风热交换，使一次风和二次风的温度被预热至200℃。热交换后的烟气即从空气预热室3的底部开口处流出，该流出的烟气组份简单无害，但还具有相当的热量，人们可利用废热锅炉回收余热。

上述详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (3)

1.一种垃圾热解旋流燃烧装置，包括相互连通的热解气化室、燃烧室和空气预热室；沿气体流动方向燃烧室处在热解气化室的下游；沿气体流动方向空气预热室处在燃烧室的下游；其特征是：所述空气预热室内设有用于流动烟气的烟气管道和用于流动一次风和二次风的换热管；所述烟气管道与燃烧室相通；所述热解气化室内设有用于为热解气化室输送一次风的一次风喷嘴和用于存放灰渣的灰室；所述一次风喷嘴与换热管相通；所述燃烧室内则设有若干个用于为燃烧室输送二次风的二次风喷嘴；沿气体流动方向所述燃烧室的最上游是呈收缩状态的喉口段；所述二次风喷嘴处在喉口段内，均布于燃烧室的周向并与换热管相通；所述燃烧室内还设有一用于强制烟气形成旋流的内构件；沿气体流动方向所述内构件处在喉口段的下游；所述内构件是一螺旋件，内构件上形成有螺旋槽；所述内构件是由支撑杆以及布置在支撑杆外表面的螺旋槽构成的螺杆结构，所述内构件镶嵌在燃烧室的室壁上。

2.根据权利要求1所述的垃圾热解旋流燃烧装置，其特征是：所述内构件由高温高铝耐磨浇注料浇注而成；螺旋槽的圈数为1～2圈，螺旋槽的旋转方向与二次风喷嘴于燃烧室内的布置方向相反；所述内构件的高度为燃烧室高度的

3.根据权利要求1所述的垃圾热解旋流燃烧装置，其特征是：所述热解气化室的室壁为夹层结构，热解气化室的室壁的最内层选用高铝耐磨浇注料，中间层选用轻质浇注料，最外层为钢板；所述燃烧室的室壁为夹层结构，燃烧室的室壁最内层选用高温高铝耐磨浇注料，中间层选用高强低导浇注料，最外层为钢板；空气预热室的室壁为双层结构，空气预热室的室壁的内层选用高强低导浇注料，外层为钢板；U型管道的管壁是双层结构，U型管道的管壁的内层采用高强低导浇注料，外层为钢板。