CN107314384A - 一种处理有机污染物废气的强旋混合与回流稳燃的焚烧炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及处理有机污染物废气的强旋混合与回流稳燃的焚烧炉,有效解决焚烧炉燃烧强度低、混合效果差、炉体结构不合理，有机挥发性污染物高温分解与燃烧效果差及污染环境的问题，炉体内腔室由燃烧与烟气混合室连通组成，燃烧混合室顶部的废气引入管中心有辅助燃烧器，炉体外主燃烧器，烟气混合室下部有混合烟气排除管，烟气混合室墙体上部插入到燃烧混合室内，烟气混合室墙体上部与燃烧混合室墙体下部之间的旋流预混燃烧环道顶部有可调节环道出口，烟气混合室墙体底部有炉底，炉底上有火焰稳定柱；本发明自稳定性极好，克服了燃烧强度低、混合效果差、炉体结构不合理的缺陷，实现了高强燃烧混合与高效传热传质的功能，降低投资费用。

Description

一种处理有机污染物废气的强旋混合与回流稳燃的焚烧炉

技术领域

本发明涉及焚烧炉类型的热工设备，特别是一种处理有机污染物废气的强旋混合与回流稳燃的焚烧炉。

背景技术

对于采用燃气燃烧产生的高温烟气来加热有机污染物废气，使之到达分解与燃烧从而生成相应的无机气体的焚烧炉（或燃烧装置）而言，燃气的燃烧过程和其烟气与有机污染物废气之间的传热与传质（混合）过程就决定了焚烧炉的性能的优劣，以及为完成上述功能稳定而合理的结构也是必须重点处理的问题。随着现代工业技术的进步，对焚烧炉也提出了更高的技术要求，主要体现在稳定、高效、节能、环保这四个主要方面。然而现有焚烧炉虽有种种改进，却依然存在焚烧炉燃烧强度低、混合效果差、炉体结构不合理等缺陷，且有机挥发性污染物（VOCs）高温分解与燃烧效果差，从而使有机挥发性污染物（VOCs）的排放量得不到有效的控制，污染环境。

发明内容

如上所述，为实现对有机污染物的高温分解与燃烧以有效控制有机挥发性污染物（VOCs）的排放量，本发明之目的就是提供一种处理有机污染物废气的强旋混合与回流稳燃的焚烧炉，可有效解决焚烧炉燃烧强度低、混合效果差、炉体结构不合理，有机挥发性污染物（VOCs）高温分解与燃烧效果差及污染环境的问题。

本发明解决的技术方案是，炉体是由金属炉壳内砌筑耐火材料墙体构成的腔室结构，炉体内的腔室由燃烧混合室与烟气混合室上下连通组成，燃烧混合室顶部连接废气引入管，废气引入管中心有辅助燃烧器，炉体的外侧壁上设置有与燃烧混合室水平倾斜接通主燃烧器，烟气混合室的下部侧壁上有水平倾斜伸出炉体外的混合烟气排除管，燃烧混合室是由上部的半球形拱顶与下部的圆筒体上下对接在一起构成的下部开口的钟罩形腔室，燃烧混合室外的墙体为燃烧混合室墙体，烟气混合室为底部封闭上部开口的锥筒状腔室，烟气混合室外的墙体为烟气混合室墙体，烟气混合室墙体为上部、下部均是圆形筒、中间是锥台形筒的上小下大的异径锥筒状结构，烟气混合室墙体的上部圆形筒插入到燃烧混合室的圆筒体内，烟气混合室墙体的上部圆形筒与燃烧混合室墙体的下部之间有旋流预混燃烧环道，旋流预混燃烧环道的顶部设置有与燃烧混合室连通的可调节环道出口，烟气混合室墙体的底部有炉底，炉底上设置有锥台形的火焰稳定柱；主燃烧器为中空的圆筒状结构，主燃烧器的中空处为同心对接在一起的主预混通道和主混气喷嘴构成，主燃烧器的墙体中有环绕在主预混通道外部的主燃气分配环道，主燃气分配环道的内侧壁上均布有多个和主预混通道连通的主燃气喷嘴，主燃气分配环道的外侧壁上连通有伸出主燃烧器的墙体外的主燃气进口管，主预混通道的端部和主空气进口管的一端对接连通，主混气喷嘴呈水平倾斜状连通燃烧混合室墙体下部内的旋流预混燃烧环道；废气引入管由水平的废气入口段、圆弧转折段和竖直的废气混合喷口段依次连通在一起构成的一体结构，废气混合喷口段连通在燃烧混合室的半球形拱顶的顶部，辅助燃烧器自圆弧转折段上方向下竖直插入到废气混合喷口段内，辅助燃烧器是由内、外两管同轴套接在一起构成的套管式结构，内管为辅空气进口管，内管的下端为呈收缩状的辅空气喷口，内管和外管之间的环道为辅燃气环道，辅燃气环道的上端封闭，外管上部外侧壁上有连通辅燃气环道的辅燃气进口管，外管的下端为呈上缩下扩的辅预混气喷口，辅燃气环道的下部内装有连接在辅空气喷口外侧和外管内侧上的呈轴线倾斜的旋流支撑片。

由上述可知，本发明焚烧炉能使含有机污染物的废气通过辅助燃烧器的燃烧喷射而被卷吸进入燃烧混合室，进而在主燃烧器的强旋流燃烧作用下实现燃烧气流与混合废气流之间的旋流充分混合，最后从混合烟气排除管流出而进入热利用设备（余热锅炉等），由于主辅燃烧器均采用高速喷射混合与高强旋流混合燃烧模式，燃烧的自稳定性极好，即使在低负荷下也可以借助烟气混合室内的火焰稳定柱来实现充分混合与完全燃烧，而不会受到废气加入的影响。这样的焚烧炉既能实现燃烧与传热过程的强化与优化，又能充分将含有机污染物废气加热到分解燃烧的温度，克服了常规焚烧炉燃烧强度低、混合效果差、炉体结构不合理等技术缺陷，实现了焚烧炉高强燃烧混合与高效传热传质的功能，因整体结构简单紧凑而有效降低投资费用，因而体现出其技术与经济上的显著优势，是节能环保装备上的技术创新产品。

附图说明

图1为本发明的主视图剖面图。

图2为本发明图1的A-A截面图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

由图1-图2给出，本发明的结构是，炉体是由金属炉壳内砌筑耐火材料墙体构成的腔室结构，炉体内的腔室由燃烧混合室1与烟气混合室2上下连通组成，燃烧混合室1顶部连接废气引入管5，废气引入管中心有辅助燃烧器4，炉体的外侧壁上设置有与燃烧混合室水平倾斜接通主燃烧器3，烟气混合室的下部侧壁上有水平倾斜伸出炉体外的混合烟气排除管6，燃烧混合室1是由上部的半球形拱顶与下部的圆筒体上下对接在一起构成的下部开口的钟罩形腔室，燃烧混合室外的墙体为燃烧混合室墙体1a，烟气混合室2为底部封闭上部开口的锥筒状腔室，烟气混合室外的墙体为烟气混合室墙体2a，烟气混合室墙体为上部、下部均是圆形筒、中间是锥台形筒的上小下大的异径锥筒状结构，烟气混合室墙体的上部圆形筒2b插入到燃烧混合室的圆筒体内，烟气混合室墙体的上部圆形筒与燃烧混合室墙体1a的下部之间有旋流预混燃烧环道1b，旋流预混燃烧环道的顶部设置有与燃烧混合室连通的可调节环道出口1c，烟气混合室墙体的底部有炉底2c，炉底上设置有锥台形的火焰稳定柱2d；主燃烧器为中空的圆筒状结构，主燃烧器的中空处为同心对接在一起的主预混通道3b和主混气喷嘴3f构成，主燃烧器的墙体中有环绕在主预混通道外部的主燃气分配环道3d，主燃气分配环道的内侧壁上均布有多个和主预混通道连通的主燃气喷嘴3e，主燃气分配环道的外侧壁上连通有伸出主燃烧器的墙体外的主燃气进口管3c，主预混通道的端部和主空气进口管3a的一端对接连通，主混气喷嘴呈水平倾斜状连通燃烧混合室墙体1a下部内的旋流预混燃烧环道1b；废气引入管由水平的废气入口段5a、圆弧转折段和竖直的废气混合喷口段5b依次连通在一起构成的一体结构，废气混合喷口段连通在燃烧混合室1的半球形拱顶的顶部，辅助燃烧器自圆弧转折段上方向下竖直插入到废气混合喷口段内，辅助燃烧器是由内、外两管同轴套接在一起构成的套管式结构，内管为辅空气进口管4a，内管的下端为呈收缩状的辅空气喷口4b，内管和外管之间的环道为辅燃气环道4d，辅燃气环道的上端封闭，外管上部外侧壁上有连通辅燃气环道的辅燃气进口管4c，外管的下端为呈上缩下扩的辅预混气喷口4f，辅燃气环道4d的下部内装有连接在辅空气喷口4b外侧和外管内侧上的呈轴线倾斜的旋流支撑片4e。

所述的耐火材料墙体为荷重软化温度不低于1350℃且抗热震性能的耐火材料砌筑成的墙体。

所述的烟气混合室墙体2a的上部圆形筒2b为保证砌筑的稳定性采用相互交错咬合的砌筑结构墙体。

所述的炉体由燃烧混合室墙体1a的底部装在烟气混合室墙体2a中间的锥台形筒外壁上及烟气混合室墙体的下部圆形筒底部装在炉底上构成。

所述的旋流预混燃烧环道1b的上出口处的燃烧混合室墙体1a的内壁呈向内倾斜状，构成了可调节环道出口1c。

所述的燃烧混合室墙体1a的内壁倾斜处的倾斜角度为5°-15°。

所述的主燃烧器的倾斜角度为1-45°， 其倾斜程度决定燃烧气流的旋流强度。

所述的混合烟气排除管6的倾斜角度为1-45°。

所述的混合烟气排除管6和主燃烧器3的倾斜方向以炉体的竖直中心轴线为中心呈左右对称状态（见图2）。

所述的炉底2c是由金属底板上浇注耐温在1000-1200℃耐热浇注料构成的圆形。

所述的火焰稳定柱2d 为抗热震性的耐火材料砌筑成的锥台形的蜂窝状结构。

所述的主燃气进口管3c垂直连通主燃气分配环道3d。

所述的混合烟气排除管由混合烟气收缩进口段6a和混合烟气扩张出口段6b对接在一起构成，混合烟气收缩进口段的端部连通烟气混合室2。

所述的废气混合喷口段5b的下端呈收缩状结构。

本发明的工作原理,燃气和空气分别通过主燃烧器3经充分混合后进入燃烧混合室1内燃烧；辅助燃烧器4通过旋流支撑片4e产生旋流预混气流并经上缩下扩的辅预混气喷口4f形成高速射流，并对经废气入口段5a进入且分布在其周围的废气形成抽吸作用，并借助辅预混气喷口4f下端部的扩张口形成稳定燃烧火焰，在携带废气的过程中产生相互混合之后进入燃烧混合室1 ；主燃烧器3能使燃气与空气通过主预混通道3b充分混合，并经主混气喷嘴3f水平倾斜进入旋流预混燃烧环道1b形成旋流预混燃烧状态，并经由可调节环道出口1c向上喷射进入燃烧混合室1，且在折返过程中与顶部进入辅助燃烧器4喷出气流及携带的废气气流混合，之后旋流向下进入烟气混合室2；进入烟气混合室2后围绕火焰稳定柱2d旋转后经由混合烟气排除管6的混合烟气收缩进口段和混合烟气扩张出口段后进入混合烟气热利用装置，如换热器或余热锅炉；火焰稳定柱2d的设置主要是通过其高温蓄热使得焚烧炉在负荷变动情况下保证燃气与空气的充分且完全的燃烧，防止燃烧过程在低燃气流量或者高废气量的条件下熄火；由于双燃烧器（即主燃烧器和辅助燃烧器）的应用，使得焚烧炉的调节功能和温度的控制功能更加突出。因此，在含有机污染物的废气应用这样结构焚烧炉，既能保证废气的完全分解与燃烧，还能有效控制整个的燃烧（焚烧）过程，尤其是高速喷射与强旋流的有效结合的设计，实现了在提高混合速率和燃烧速率的前提下的燃烧温度有效调控，也不会因出现燃烧高温而增加氮氧化物的含量，本发明是采用主辅燃烧器实现高速喷射燃烧与强旋流燃烧相结合的焚烧炉结构，也是本发明的主要创新点，凡在此基础上进行的等同或等效替换均属本发明的保护范围。本发明是一种结构紧凑、高速旋流燃烧与快速均匀混合的高效处理含有机污染物废气的气流强旋混合与涡旋回流稳定燃烧过程的新型焚烧炉，既环保又节能，有良好的技术与经济效益和社会效益。

Claims (10)

1.一种处理有机污染物废气的强旋混合与回流稳燃的焚烧炉，其特征在于，炉体是由金属炉壳内砌筑耐火材料墙体构成的腔室结构，炉体内的腔室由燃烧混合室（1）与烟气混合室（2）上下连通组成，燃烧混合室（1）顶部连接废气引入管（5），废气引入管中心有辅助燃烧器（4），炉体的外侧壁上设置有与燃烧混合室水平倾斜接通主燃烧器（3），烟气混合室的下部侧壁上有水平倾斜伸出炉体外的混合烟气排除管（6），燃烧混合室（1）是由上部的半球形拱顶与下部的圆筒体上下对接在一起构成的下部开口的钟罩形腔室，燃烧混合室外的墙体为燃烧混合室墙体（1a），烟气混合室（2）为底部封闭上部开口的锥筒状腔室，烟气混合室外的墙体为烟气混合室墙体（2a），烟气混合室墙体为上部、下部均是圆形筒、中间是锥台形筒的上小下大的异径锥筒状结构，烟气混合室墙体的上部圆形筒（2b）插入到燃烧混合室的圆筒体内，烟气混合室墙体的上部圆形筒与燃烧混合室墙体（1a）的下部之间有旋流预混燃烧环道（1b），旋流预混燃烧环道的顶部设置有与燃烧混合室连通的可调节环道出口（1c），烟气混合室墙体的底部有炉底（2c），炉底上设置有锥台形的火焰稳定柱（2d）；主燃烧器为中空的圆筒状结构，主燃烧器的中空处为同心对接在一起的主预混通道（3b）和主混气喷嘴（3f）构成，主燃烧器的墙体中有环绕在主预混通道外部的主燃气分配环道（3d），主燃气分配环道的内侧壁上均布有多个和主预混通道连通的主燃气喷嘴（3e），主燃气分配环道的外侧壁上连通有伸出主燃烧器的墙体外的主燃气进口管（3c），主预混通道的端部和主空气进口管（3a）的一端对接连通，主混气喷嘴呈水平倾斜状连通燃烧混合室墙体（1a）下部内的旋流预混燃烧环道（1b）；废气引入管由水平的废气入口段（5a）、圆弧转折段和竖直的废气混合喷口段（5b）依次连通在一起构成的一体结构，废气混合喷口段连通在燃烧混合室（1）的半球形拱顶的顶部，辅助燃烧器自圆弧转折段上方向下竖直插入到废气混合喷口段内，辅助燃烧器是由内、外两管同轴套接在一起构成的套管式结构，内管为辅空气进口管（4a），内管的下端为呈收缩状的辅空气喷口（4b），内管和外管之间的环道为辅燃气环道（4d），辅燃气环道的上端封闭，外管上部外侧壁上有连通辅燃气环道的辅燃气进口管（4c），外管的下端为呈上缩下扩的辅预混气喷口（4f），辅燃气环道（4d）的下部内装有连接在辅空气喷口（4b）外侧和外管内侧上的呈轴线倾斜的旋流支撑片（4e）。

2.根据权利要求1所述的处理有机污染物废气的强旋混合与回流稳燃的焚烧炉，其特征在于，所述的耐火材料墙体为荷重软化温度不低于1350℃且抗热震性能的耐火材料砌筑成的墙体。

3.根据权利要求1所述的处理有机污染物废气的强旋混合与回流稳燃的焚烧炉，其特征在于，所述的烟气混合室墙体（2a）的上部圆形筒（2b）为保证砌筑的稳定性采用相互交错咬合的砌筑结构墙体。

4.根据权利要求1所述的处理有机污染物废气的强旋混合与回流稳燃的焚烧炉，其特征在于，所述的炉体由燃烧混合室墙体（1a）的底部装在烟气混合室墙体（2a）中间的锥台形筒外壁上及烟气混合室墙体的下部圆形筒底部装在炉底上构成。

5.根据权利要求1所述的处理有机污染物废气的强旋混合与回流稳燃的焚烧炉，其特征在于，所述的旋流预混燃烧环道（1b）的上出口处的燃烧混合室墙体（1a）的内壁呈向内倾斜状，构成了可调节环道出口（1c）。

6.根据权利要求5所述的处理有机污染物废气的强旋混合与回流稳燃的焚烧炉，其特征在于，所述的燃烧混合室墙体（1a）的内壁倾斜处的倾斜角度为5°-15°。

7.根据权利要求1所述的处理有机污染物废气的强旋混合与回流稳燃的焚烧炉，其特征在于，所述的主燃烧器的倾斜角度为1-45°；所述的混合烟气排除管（6）的倾斜角度为1-45°。

8.根据权利要求1所述的处理有机污染物废气的强旋混合与回流稳燃的焚烧炉，其特征在于，所述的混合烟气排除管（6）和主燃烧器（3）的倾斜方向以炉体的竖直中心轴线为中心呈左右对称状态。

9.根据权利要求1所述的处理有机污染物废气的强旋混合与回流稳燃的焚烧炉，其特征在于，所述的主燃气进口管（3c）垂直连通主燃气分配环道（3d）；所述的废气混合喷口段（5b）的下端呈收缩状结构；所述的火焰稳定柱（2d） 为抗热震性的耐火材料砌筑成的锥台形的蜂窝状结构。

10.根据权利要求1所述的处理有机污染物废气的强旋混合与回流稳燃的焚烧炉，其特征在于，所述的混合烟气排除管由混合烟气收缩进口段（6a）和混合烟气扩张出口段（6b）对接在一起构成，混合烟气收缩进口段的端部连通烟气混合室（2）。