CN107120656B - 一种间接热裂解及灰渣燃烧熔融炉及其处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于有机固废处理技术领域。特别涉及一种节能使用范围广的间接热裂解及灰渣燃烧熔融炉：带回转的热裂解及灰渣燃烧熔融炉体和回转筒体/回转窑密封装置；所述的回转热裂解及灰渣燃烧熔融炉体包括中间带螺旋推送装置的间接热裂解筒体和筒体外部带螺旋逆向推送灰渣燃烧熔融加热炉，所述回转密封装置包括回转筒体、进料端集料罩、出料端集料罩、水封填充密封圈、氮气紧急密封气室以及鱼鳞密封片。所述可回转间接热裂解筒体内衬碳化硅材质的耐热钢制圆筒，内部设有可旋转的绞龙，筒体外部固定有耐高温陶瓷绞龙片。本发明将裂解炉、二次燃烧室、熔融炉整合到一个炉体内，可利用裂解后产生的不凝气、冷凝油、碳渣作补充为燃料使用，大大降低了热量消耗，同时将剩余灰渣熔融达到安全填埋标准。

Description

一种间接热裂解及灰渣燃烧熔融炉及其处理方法

技术领域

本发明属于有机固废处理技术领域，特别涉及一种可以将固废中的可再利用能源进行提取分离并减量化再利用的高效节能使用范围广的间接热裂解及灰渣燃烧熔融炉及其处理方法。

背景技术

在我国大多数城市，对城市生活垃圾、医疗废弃物、废弃塑料的处理是采用焚烧方式处理，即高温热处理，还有很多小医院采用小焚烧炉，这种方式存在着焚烧过程中燃料不足等诸多问题，致使这些固体废物不能充分燃烧，极易产生剧毒二恶英，对人们的健康造成很大的危害。在这种条件下很难达到废物无害化、减量化、资源化。另外，危险废物焚烧时，往往需要直接添加燃料，这样会使运行费用增高，也没有达到节能。焚烧过程中产生的危险有害物质也往往产生，若不处理好，易对环境造成二次污染。而热脱附(Pyrolysis)焚化法能兼顾法规面的符合及操作经济面的要求，能更好的解决此问题的发生。

固体废物的热解与焚烧相比有以下优点:

(1)可以将固体危险废物中的有机物转化为以燃料气、燃料油和炭黑为主的贮存性能源；

(2)由于是缺氧分解，排气量少，有利于减轻对大气环境的二次污染；

(3)废物中的硫、重金属等有害成分大部分被固定在炭黑中；

(4)氮氧化合物的产生量少。

所以与焚烧法相比较，间接热脱附还可以处理那些不准焚烧处理的危险废物：含汞或镉或铅等重金属工业污泥(如氯碱汞盐污泥，油漆含锌底泥，PTA含铬污泥，电池电镀污泥，制革污泥)，多氯联苯含量超过50mg或L的废物，含二恶因的废物等。

公开号为US7514049B2的发明公开了一种间接热脱附装置物料是由进料系统输送到热解装置内。带有保温层的加热炉以天然气或柴油为燃料对解析室间接加热至500℃，同时解析室内绞龙将物料往后推送，在这期间水、有机质或多环芳烃等有机物汽化，与固体热解分离。热解产生的蒸汽混合物通过解析汽冷凝器急冷、后，得到油水混合物和不凝气。不凝气经气相处理后返回至燃烧室补燃，油水混合物进油水分离器产生原油和含油污水，符合油田产品标准的原油可外输，污水进入水处理单元。污水经处理后符合生产要求，部分用于急冷，部分用于出料固相残渣加湿，经出料螺旋系统输出。

公开号为CN104096709A的发明公开了一种用于修复汞污染土壤的热脱附装置。该装置包括进料系统、回转窑加热系统、除尘系统、降温冷凝系统、尾气过滤系统、气体排放系统、冷凝液收集系统、沉淀过滤系统、土壤冷却系统和出料系统。此实用新型专为汞污染土壤而设计，从而修复被汞所污染的土壤。

以上三项专利均为现有热脱附(脱附)技术上进行的部分改进，公开号为US7514049B2的专利采用天然气或柴油作为加热能源，由于现有装置解析室由钢管制成，在运行时上下管壁温差大产生变形，使得解析室内绞龙极易卡死，绞龙与解析室管内壁直接接触，管壁容易磨损及受到物料腐蚀(无法处理腐蚀性物料)，解析室管在变形及磨损后更换极其麻烦；若不凝气内可燃气体含量过高，返回至燃烧室将无法完全燃烧，造成燃烧烟气排放超标，或无法正常调节加热炉内温度；若出料固相残渣重金属等含量超标，固相残渣内由于含有大量无机炭，增加了后期填埋或二次焚烧费用等缺点。公开号为CN104096709A的专利采用回转窑作为主要热脱附设备，但是采用直接加热需要尾气二次处理，设备复杂、体积庞大，运输和安装不方便、并具有运行成本高、存在二次污染隐患的缺点。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种节能使用范围广的间接热裂解及灰渣燃烧熔融炉，可以解决解析室管壁宜变形、宜磨损及不耐腐蚀和不凝气没有完全燃烧等问题；本发明结构简单并且可以同时燃烧碳化产物，进而实现灰渣熔融，降低间接热脱附设备的热量消耗并且减少残渣填埋的处置费用。

本发明提供的一种高效节能使用范围广的间接热裂解及灰渣燃烧熔融炉，包括预热进料系统和物料加热系统；

所述预热进料系统包括带换热夹套的螺旋进料装置和烟囱管道，所述螺旋进料装置的进料端与进料口相连，螺旋进料装置的出料端联有进料锁气器；所述烟囱管道和螺旋进料装置的换热夹套相连，烟囱管道内设有余热锅炉，加热后的水流入到螺旋进料装置的换热夹套层内，与螺旋进料装置内的物料通过钢板间接换热。

所述物料加热系统包括加热炉、解析室，所述加热炉的上侧与烟囱管道相连；烟囱管道上设有空气热交换器，所述空气热交换器的空气入口与空气鼓风机相通，空气热交换器的空气出口与加热炉的燃烧器进气风机入口相通；所述解析室均包括进料端集料罩、出料端集料罩和内衬碳化硅材质的耐热钢制圆筒；所述耐热钢制圆筒穿过加热炉内部并且可旋转地安装在进料端集料罩和出料端集料罩之间，耐热钢制圆筒外壁还固定耐高温陶瓷绞龙叶片。

进一步地，为使本发明结构更加紧凑，所述进料锁气器的出料端与解析室的进料端集料罩相连，所述解析室的出料端集料罩下侧和出料锁气器相连，所述出料锁气器和与返灰螺旋输送机相连，所述返灰螺旋输送机与加热炉膛相连。

进一步地，为使本发明结构更加紧凑，所述高效节能使用范围广的间接热裂解及灰渣燃烧熔融炉还包括不凝气处理系统；所述不凝气处理系统包括水喷淋冷凝罐、破乳罐、防爆压缩机、水洗罐、除雾罐和活性炭过滤罐，所述水喷淋冷凝罐、破乳罐、防爆压缩机、水洗罐、除雾罐、活性炭过滤罐之间依次相连且活性炭过滤罐与加热炉相连；所述解析室的进料端集料罩和出料端集料罩的上侧分别通过抽取管道与水喷淋冷凝罐的进气口相连。

进一步地，为使本发明结构更加紧凑，所述高效节能使用范围广的间接热裂解及灰渣燃烧熔融炉还包括冷凝系统，所述冷凝系统包括储油罐、冷却塔和油水分离器，所述油水分离器分别与储油罐和冷却塔相连；

进一步地，为使本发明结构更加紧凑，所述所述尾气余热收集系统包括旋风分离器、余热锅炉、空气换热器。所述旋风分离器、余热锅炉、空气换热器依次相连且空气换热器与烟囱相连；

进一步地，为使本发明结构更加紧凑，所述解析室的耐热钢制圆筒与加热炉之间设有石墨密封条，解析室的耐热钢制圆筒与相应的进料端集料罩和出料端集料罩之间通过回转筒体密封装置密封；

进一步地，为使本发明结构更加紧凑，回转筒内绞龙通过电机驱动，绞龙与减速箱采用万向轴连接，绞龙的叶片上安装有增加物料搅动的扬料片和防止物料粘结的铁链。物料在绞龙叶片以1.0～10rpm转动下向右输送，同时解析圆筒以1.0～2.0rpm转速自转,同时加热炉通过燃料(天然气或柴油)燃烧，对解析圆筒外壁进行加热到500～900℃，通过解析圆桶外壁及碳化硅内衬热传导对圆筒内物料进行无氧环境下的间接加热，使物料发生脱水及有机物热裂解或者碳化。物料在回转筒内解析后经返灰螺旋输送机输送至加热炉炉膛内得到完全燃烧，灰渣在固定于解析圆筒外壁绞龙叶片的推动下进入燃烧器火焰高温区间变成熔融态后流入炉体下方冷却水盘得到冷却。

进一步地，为使本发明结构更加紧凑，所述烟囱管道内设有用于检测烟气内硫化物、氮氧化合物、氧气等浓度在线检测仪。根据烟气内硫化物、氮氧化合物、氧气等浓度调节解析回转筒内绞龙转速、解析筒壁加热温度及风机送风量。确保物料在完全解析后进入加热炉膛完全燃烧。

本发明还提供了一种节能使用范围广的间接热裂解及灰渣燃烧熔融炉处理方法，包括以下步骤：

(1)将破碎的物料通过螺旋进料装置输送至解析室；

(2)物料在解析室内加热裂解，产生解析气体、气态油气混合物和炭化产物；

(3)不合格炭化产物进入到加热炉内，与热空气混合后氧化燃烧得到进一步减量后的灰渣；

(4)燃烧后的灰渣在固定于回转筒体外壁上耐高温陶瓷绞龙叶片的推动下进入燃烧器火焰1850℃高温区间变成熔融态后流入炉体下方冷却水盘得到冷却；

(4)解析室的解析气体经不凝气处理系统处理后经管道输送至加热炉内用于燃料补充；

(5)解析室的气态油气混合物经喷淋冷凝得到的油水混合物经过油水分离后，油进入储油罐，高温冷凝水经换热冷却后回到水喷淋冷却罐；

(6)加热炉的高温尾气经两级旋风分离器后进入余热锅炉和空气换热器后降温至125～150℃左右后排入大气。循环水先与解析室的高温冷凝水换热后进入余热锅炉，然后进入进料夹套螺旋输送机对物料进行预热后做循环热交换流动。空气经空气换热器换热升温后进入燃烧器及炉膛内。

本发明的有益效果为：(1)、将热裂解炉、二次燃烧室、熔融炉整合到一个炉体内，结构简单，可利用物料裂解后产生的不凝气、冷凝油、碳渣作补充燃料使用，大大降低了热量消耗，同时将剩余灰渣熔融达到安全填埋标准；(2)、解决了解析室钢管宜变形造成绞龙卡死、容易磨损及无法处理腐蚀性物料的弊端；(3)、通过切换解析气体的抽取方向，利用高温解析气体对进料加热或增加解析气体在高温区停留时间促进进一步裂解；(4)、通过在解析回转筒外壁固定的绞龙叶片，将解析后的高温碳化物送回加热炉直接参与燃烧，并利用燃烧器的高温对灰渣进行熔融；(5)、利用高温烟气预热进料，提高能源利用率；(6)、利用高温烟气预热燃烧器进气，提高能源利用率；(7)、通过烟气内氧气浓度自动调节燃烧器风机鼓风量，确保燃料完全燃烧，减少环境污染；(8)、通过烟气内污染气体浓度自动调节物料解析停留时间，确保物料得到完全解析后进入加热炉燃烧；(9)、通过调节烟道风机转速可控制加热炉温度及换热效率；(10)、根据可燃气体浓度自动调节燃烧器天然气或柴油流量；确保不凝气优先完全燃烧掉，不足部分再由天然气或柴油补燃，可精准控制解析室温度，降低运行成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中解析室和加热炉结构示意图；

附图中：1表示加热炉；2表示熔渣出料器；3表示燃烧器；4表示进料锁气器；5表示风机；6表示夹套螺旋进料装置；7表示空气换热器；8表示余热锅炉；9表示破乳罐；10表示防爆压缩机；11表示水洗罐；12表示除雾罐；13表示水喷淋冷凝罐；14表示活性炭过滤罐；15表示旋风分离器；16表示油水分离器；17表示水换热器；18表示储油罐；19表示出料锁气器；20表示返灰螺旋输送装置；21表示回转解析室；210表示解析室绞龙；211表示回转解析筒；212表示出料端回转密封；213表示出料端集料罩；214表示进料端回转密封；215表示进料端集料罩；22表示石墨密封条；

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1至图2所示，本发明提供的一种节能使用范围广的间接热裂解及灰渣燃烧熔融炉，包括预热进料系统、物料加热系统、不凝气处理系统和冷凝系统。

所述预热进料系统包括带换热夹套的螺旋进料装置6和余热锅炉8，所述螺旋进料装置6的进料端与进料口相连，物料在经物理破碎成粒径小于40mm的颗粒状后由图1所示的A处进入螺旋进料装置6，螺旋进料装置6的出料端联到进料锁气器4，进料锁气器4填充氮气作为隔绝气体；所述余热锅炉8和螺旋进料装置6的换热夹套相连，加热后的水流入到螺旋进料装置6的换热夹套层内，与螺旋进料装置6内的物料通过钢板间接换热；烟囱管道的末端与图1所示的C处相连用于排气；所述物料加热系统包括加热炉1、回转解析室21，所述加热炉1的上侧与烟囱管道相连；烟囱管道上设有空气热交换器7，所述空气热交换器7的空气入口与空气鼓风机5相通；空气热交换器7的空气出口与加热炉1的燃烧器3进气风机入口相通；所述解析室均包括解析室绞龙210、进料端集料罩215、出料端集料罩213和内衬碳化硅材质的耐热钢制圆筒211、进料回转密封214和出料回转密封212；所述耐热钢制圆筒穿过加热炉1内部并且可旋转地安装在进料端集料罩215和出料端集料罩212之间，解析室21的耐热钢制圆筒211与加热炉1之间设有石墨密封条22，解析室21的耐热钢制圆筒与相应的进料端集料罩和出料端集料罩之间通过回转密封结构214和212密封。解析室21的耐热钢制圆筒内部相应的设有可旋转地绞龙210，所述绞龙210通过电机驱动，绞龙210与减速箱采用万向轴连接，绞龙210的叶片上均安装有增加物料搅动的扬料片和防止物料粘结的铁链，物料在绞龙叶片以1.0～10rpm转动下向右输送，同时解析圆筒211以1.0～2.0rpm转速自转,同时加热炉1通过燃料器3(天然气或柴油)燃烧，对解析圆筒外壁211进行加热到500～900℃，通过解析圆桶外壁及碳化硅内衬热传导对圆筒内物料进行无氧环境下的间接加热，使物料发生脱水及有机物热裂解或者碳化。所述进料锁气器4的出料端与解析室21的进料端集料罩215相连，解析室21的出料端集料罩212下侧与出料锁气器19相连，所述出料锁气器19和返灰螺旋输送装置20相连，所述返灰螺旋输送装置20与解析室01相连。所述不凝气处理系统包括水喷淋冷凝罐13、破乳罐9、防爆压缩机10、水洗罐11、除雾罐12和活性炭过滤罐14，所述水喷淋冷凝罐13、破乳罐9、防爆压缩机10、水洗罐11、除雾罐12和活性炭过滤罐14之间依次相连且活性炭过滤罐14与加热炉1相连；所述解析室21的进料端集料罩215和出料端集料罩212的上侧分别通过抽取管道与水喷淋冷凝罐13的进气口相连。所述冷凝系统包括储油罐18、水冷换热器17和油水分离器16，所述油水分离器16分别与储油罐18和水冷换热器17相连；所述水喷淋冷凝罐13的出水口均与油水分离器16相连。

本发明的烟囱管道内设有用于检测烟气内有害气体及氧气浓度的氧气在线检测仪，通过烟气内氧气浓度自动调节燃烧器风机鼓风量，确保烟气内氧气浓度在6％～10％之间。通过有害气体浓度控制物料解析停留时间，确保物料得到完全解析。

本发明的不凝气处理系统的末端靠近可燃气进口端设有用于检测可燃气体浓度的可燃气在线检测仪，确保不凝气优先完全燃烧掉，不足部分再由天然气或柴油补燃，可精准控制解析室温度，降低运行成本。

本发明的工作原理是：解析室21的解析气体将被防爆压缩机10负压抽至喷淋冷凝罐13，喷淋冷凝罐13上层出口与两个串联的破乳罐9入口相通，经过防爆压缩机10进一步压缩后再一次冷凝，经过水洗罐11及除雾罐12除雾后进入两个串联的活性炭过滤罐14吸附气体中有害大分子气体后，然后送至加热炉燃烧器3处。

喷淋冷凝罐下部的油水混合物在重力作用下流入油水分离器16，分离出来的裂解油将进入油储罐18用于外售或与柴油混合后用作加热炉3的燃料；油水分离器16分离出来的污水在经过水冷换热器17冷却至60℃以内后通过循环水泵打回至喷淋冷凝罐；水冷换热器17的冷却水来自物料余热系统的冷却循环水；油水分离器16的沉淀淤泥将被污泥泵不定期的打至解析室21的进料口，与物料混合后再次发生裂解。

物料在裂解后被推送到解析室21最右端，经过带有氮气填充的出料锁气器19，如果出料残渣重金属含量超标的话，将通过返灰螺旋输送装置20送入加热炉1的炉膛内参与燃烧，同时可以通过回转解析筒211外壁的绞龙叶片推送至燃烧器3的火焰高温区(1850℃)，使之可以完全氧化并高温熔融后通过熔融出料器2排到冷却水盘内(图1所示的B处)。

加热炉1的烟气出口与两个串联的旋风分离器15入口相通，经过灰渣分离的高温烟气进入余热锅炉8，来自水冷换热器17的冷却循环水在余热锅炉8内得到加热后泵送至螺旋进料装置6的换热夹套内得到冷却后返回至水冷换热器17；从余热锅炉8出来的低温烟气与空气换热器7的高温入口相连，从空气换热器7出来的高温空气用于加热炉1上燃烧器3进气空气；之后冷却至125℃～150℃的烟气在风机的作用下通过烟囱管道排到大气中去(图1所示的C处)；系统可以通过调节烟道风机转速可控制加热炉1温度及换热效率及通过烟气内有害气体和氧气浓度自动调节燃烧器风机鼓风量，确保燃料完全燃烧，减少环境污染。

本发明的处理方法包括以下步骤：

执行步骤S101：将破碎的物料通过螺旋进料装置6输送至第一解析室21；

执行步骤S102：物料在第一解析室21内加热裂解，产生解析气体、气态油气混合物和炭化产物；

执行步骤S103：不合格炭化产物进入到加热炉1炉膛内进行持续高温空气氧化，得到进一步减量后的灰渣；

执行步骤S104：燃烧后的灰渣在固定于回转筒体外壁211上耐高温陶瓷绞龙叶片的推动下进入燃烧器3火焰1850℃高温区间变成熔融态后流入炉体下方冷却水盘得到冷却；

执行步骤S105：解析室21的解析气体经不凝气处理系统处理后经管道输送至加热炉1内用于燃料补充；

执行步骤S106：若解析室21的出料残渣达规定指标，直接排出然后进行加工回收。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (1)

1.一种节能使用范围广的间接热裂解及灰渣燃烧熔融处理方法，间接热裂解及灰渣燃烧熔融炉包括：带回转的热裂解及灰渣燃烧熔融炉体；所述带回转的热裂解及灰渣燃烧熔融炉体包括中间带螺旋推送装置的间接热裂解筒体，返灰螺旋输送机和筒体外部带螺旋逆向推送灰渣燃烧熔融加热炉，其特征在于，方法包括以下步骤：

（1）将破碎的物料通过螺旋进料装置输送至解析室；

（2）物料在解析室内加热裂解，产生解析气体、气态油气混合物和炭化产物；

（3）不合格炭化产物进入到加热炉内，与热空气混合后氧化燃烧得到进一步减量后的灰渣；

（4）燃烧后的灰渣在固定于回转筒体外壁上耐高温陶瓷绞龙叶片的推动下进入燃烧器火焰高温区间变成熔融态后流入炉体下方冷却水盘得到冷却；

（4）解析室的解析气体经不凝气处理系统处理后经管道输送至加热炉内用于燃料补充；

（5）解析室的气态油气混合物经喷淋冷凝得到的油水混合物经过油水分离后，油进入储油罐，高温冷凝水经换热冷却后回到水喷淋冷却罐；

（6）加热炉的高温尾气经两级旋风分离器后进入余热锅炉和空气换热器后降温至150℃左右后排入大气；循环水先与解析室的高温冷凝水换热后进入余热锅炉，然后进入进料夹套螺旋输送机对物料进行预热后做循环热交换流动；空气经空气换热器换热升温后进入燃烧器及炉膛内。

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