CN107860010B - 一种用于处理垃圾焚烧飞灰的超高温火焰熔融炉系统 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种用于处理垃圾焚烧飞灰的超高温火焰熔融炉系统，解决了垃圾焚烧飞灰无害化处理的问题。本发明主要包括液氧储罐、气化器、飞灰储仓、螺旋给料机、变频冷却风机、自动控制系统、微型布袋除尘器、电动调节阀、油罐、油泵、流量计、超高温火焰发生器、热电偶、耐火层、熔融炉本体、熔融炉水冷夹套等，提出的超高温火焰发生器，能够在化学当量比为1:1的情况下实现柴油在纯氧氛围下的绝热燃烧，生成温度超过5000°的超高温火焰，并使得垃圾焚烧产生的飞灰在超高温火焰中停留足够长的熔融时间，从而将飞灰中重金属等污染物固化在玻璃质熔渣里面，实现了焚烧飞灰的无害化处理，能够使得处理后的熔渣的重金属浸出毒性比处理前减少95％以上。

Description

一种用于处理垃圾焚烧飞灰的超高温火焰熔融炉系统

技术领域

本发明属于固体危废处理领域，具体涉及一种用于处理垃圾焚烧飞灰的超高温火焰熔融炉系统。

背景技术

垃圾在焚烧处理过程中产生的飞灰富含有毒的化学物质，如重金属、多环芳烃、二恶英类物质，因此被鉴定为危险废弃物，需要进行无害化处理。

目前比较常用的垃圾焚烧飞灰的处理方法，主要有：酸溶剂浸取法、水泥固化法、凝硬性废物固化法、化学药剂稳定法、熔融热处理法、烧结热处理法等。

其中熔融热处理技术是目前国内外一项比较先进的垃圾焚烧飞灰无害化资源化处理技术，具有无害化程度高、产品稳定性高、运行费用适中、减量显著等优点，并可以实现资源化利用，因此垃圾焚烧飞灰熔融处理技术成为近年来固体废物处理领域新的发展趋势，典型代表是等离子体熔融炉，等离子电弧温度高达6000℃，能量密度大，可使灰渣中的金属一起熔融，二次污染物排放几乎为零。

但是等离子弧也存在一定的不足，电极寿命短(约200小时)，电功率较小，电气系统复杂，维护工作量大，技术门槛高，因此，在我国尚未形成大范围的推广应用。

发明内容

本发明的目的是解决垃圾焚烧飞灰无害化处理的问题。本发明提供一种原理先进、结构简单的处理垃圾焚烧飞灰的超高温火焰熔融炉系统，用纯氧助燃柴油，形成超高温火焰，用氧气携带垃圾焚烧飞灰，充分混合到超高温火焰中停留较长时间，将飞灰加热到熔融状态，形成玻璃质熔渣，使得飞灰的重金属固化在熔渣中，实现飞灰的无害化处理。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种用于处理垃圾焚烧飞灰的超高温火焰熔融炉系统，包括液氧储罐、气化器、垃圾焚烧锅炉布袋除尘器、飞灰储仓、螺旋给料机、变频冷却风机、自动控制系统、微型布袋除尘器、排烟口、电动调节阀a，b，c，d、油罐、油泵、流量计a，b、压力变送器、超高温火焰发生器、热电偶a，b、耐火层、熔融炉本体、熔融炉水冷夹套、垃圾焚烧锅炉省煤器，所述液氧储罐的出口通过氧气管道与气化器的入口连接，气化器的出口分为两路，一路通过设有电动调节阀a和流量计a的管路与超高温火焰发生器的负载氧气套管的入口连接，另一路通过设有电动调节阀b和流量计b的管路与超高温火焰发生器的值班氧气套管的入口连接，油罐的出口通过燃油管道与油泵的入口连接，油泵的出口分为二路，一路与超高温火焰发生器的微油枪入口连接，另一路通过设有电动调节阀c的回油管与油罐的入口连接，在油泵与超高温火焰发生器的微油枪入口的连接管道上安装有压力变送器，超高温火焰发生器的出口安装在熔融炉本体的下部，熔融炉水冷夹套设在熔融炉本体的内壁，耐火层设在熔融炉水冷夹套内壁的下部，变频冷却风机的出口通过管道与超高温火焰发生器的冷却风套管的入口连接，垃圾焚烧锅炉省煤器的供水管通过设有电动调节阀d的管道与熔融炉水冷夹套的入口连接，熔融炉水冷夹套的出口和垃圾焚烧锅炉省煤器的出口连接，熔融炉本体的出口与微型布袋除尘器的入口连接，微型布袋除尘器的出口连接至排烟口，热电偶b安装在超高温火焰发生器的隔焰罩的壁面上，热电偶a安装在熔融炉水冷夹套的下部，垃圾焚烧锅炉布袋除尘器的出口与飞灰储仓的入口连接，飞灰储仓的出口与螺旋给料机的入口连接，螺旋给料机的出口与流量计a的出口管道连接，螺旋给料机、变频冷却风机、电动调节阀a，b，c，d、油泵、流量计a，b、压力变送器和热电偶a，b与自动控制系统连接，自动控制系统用于根据螺旋给料机、变频冷却风机、电动调节阀a，b，c，d、油泵、流量计a，b、压力变送器和热电偶a，b反馈的信息，控制螺旋给料机的转速、变频冷却风机的转速、电动调节阀a，b，c，d的开度及油泵的启停。

上述装置的有益效果是：

(1)超高温火焰熔融炉系统能够在各种工况下都达到最高理论燃烧温度。这是因为：根据燃油压力和油枪出力的拟合曲线，以及油枪出力和化学当量比为1:1时所需的理论氧气量关系，可以计算得出“燃油压力-理论氧气流量”的对应关系，实际运行过程中，当燃油压力改变时，自动控制系统可以计算出所需理论氧气量，并根据流量计反馈信号，调整氧气管道的电动调节阀开度，使得氧气流量始终满足柴油完全燃烬所需的理论氧气量，实现了柴油和氧气在化学当量1:1下的完全燃烧，所以能够达到最高理论燃烧温度(5000℃以上)，这个特点对快速无害化处理垃圾焚烧飞灰非常关键；

(2)超高温火焰熔融炉系统能够确保所有飞灰污染物烧结至玻璃质体状态。这是因为：第一，本发明在超高温火焰发生器内能够产生5000℃以上的高温，超出了垃圾焚烧飞灰中所有组分的熔融温度；第二，在熔融炉本体的下半部分包覆有耐火层，可以有效防止热量散失，在熔融炉内形成温度达到3500℃以上局部高温区，缩短了飞灰中污染的熔融处理时间；

(3)超高温火焰熔融炉系统能够将飞灰在超高温火焰中停留足够长的时间，彻底的对飞灰实现无害化处理。这是因为：第一，飞灰在螺旋给料机的作用下渗混到氧气管道内，实现了由氧气携带输送飞灰的方式，从而使得飞灰随同氧气直接进入到超高温火焰内部，确保了飞灰能够和温度最高的核心火焰充分混合，并随着火焰流动较长时间；第二，熔融炉本体的超高温火焰发生器为三角切圆布置方式，共同形成强烈旋转气流，延长了飞灰在超高温烟气中的停留时间；

(4)超高温火焰熔融炉系统具有较高的热效率。这是因为熔融炉的内壁被水冷夹套包覆，能够有效吸收超高温火焰放出的热量，提高给水温度，回收烟气热量，减少散热损失，降低排烟温度，提高系统热效率；

(5)超高温火焰熔融炉系统具有较高的安全性。这是因为：第一，安装在超高温火焰发生器的出口壁面处的热电偶，可将温度信号及时传递到自动控制系统，当发生器壁温超过允许值范围时，自动增大变频冷却风机转速，增大冷却风量，从而降低发生器壁面温度。第二，安装在水冷夹套上的热电偶，可将温度信号及时传递到自动控制系统，当水冷夹套的壁温超过允许值范围时，自动增大省煤器供水管上的电动调节阀开度，增大冷却风量，从而降低水冷夹套壁面温度。第三，在水冷夹套的作用下，熔融本体出口处的排烟温度降低到合理排放水平，可以有效防止下游的微型布袋除尘器烧损，确保整个系统的安全运行；

(6)超高温火焰发生器的热功率可以灵活调整。具体方法是：通过回油管上的电动调节阀可以改变回油压力，进而对供油压力产生影响，使得油枪出力随之变化，而且油枪出力变化的同时，自动控制系统能够根据燃油压力和流量计反馈信号，通过安装在氧气管道上的电动调节阀，把氧气流量调整到理论最佳值，最终达到调整超高温火焰发生器的热功率的目的；

进一步，所述超高温火焰发生器包括微油枪、值班氧气套管、负载氧气套管、冷却风套管、油枪喷嘴、旋流片和隔焰罩，旋流片设在值班氧气套管的出口处，隔焰罩设在旋流片的出口处，油枪喷嘴设在微油枪的出口处，微油枪设在值班氧气套管的内腔中，微油枪和值班氧气套管为同轴平行布置，且使油枪喷嘴从旋流片的中心孔穿过，并位于隔焰罩中，负载氧气套管套设在值班氧气套管的外部，且使负载氧气套管的出口与隔焰罩出口处的扩流段连接，冷却风套管套设在负载氧气套管的外部，且使冷却风套管的出口与隔焰罩的出口平齐。

所述超高温火焰发生器设置为3个，3个超高温火焰发生器沿熔融炉本体的下部均匀分布，3个超高温火焰发生器的轴线之间的夹角均为120°。

上述装置的有益效果是：

(1)超高温火焰发生器具有良好的着火稳定性。这是因为：第一，油枪安装在值班氧气套管内，因此经油枪喷嘴雾化后的油雾能够和值班氧气“零距离”混合，且该级氧气流量较小，速度较低，不会对着火初期的柴油火焰形成冲击，有利于柴油稳定着火；第二，在油枪喷嘴处安装有旋流片，值班氧气流过该旋流片时发生旋转，一方面能够使得油雾和氧气充分混合，另一方面形成中心回流区，便于前方热烟气回流，提供柴油初期所需着火热，确保柴油稳定着火；

(2)超高温火焰发生器具有良好的安全性。这是因为：第一，在发生器出口处的壁面上安装有热电偶，并通过自动控制系统，与变频冷却风机实现了联锁保护。第二，本发明的氧气分为内、外双通道供给，内通道是输送少量氧气的值班氧气套管，仅能满足柴油初期着火对氧气的需求，起到稳定点燃柴油的作用，但不会产生大量热量，外通道是输送大量氧气的负载氧气套管，能够产生超高温火焰，但负载氧气套管的出口与隔焰罩出口处的扩流段连接，因此，超高温火焰不仅不会直接和隔焰罩的壁面接触，而且还会迅速离开发生器进入熔融炉本体，所以不会造成超高温火焰发生器的超温。

本发明的主要工作流程如下：

(1)氧气工作流程：液氧储罐的液氧流入气化器时发生气化，生成气态氧气，进入氧气管道，分为二路，其中一路经电动调节阀b和流量计b后进入到超高温火焰发生器的值班氧气套管，为油雾的初期着火提供氧量；另一路经电动调节阀b和流量计b后进入到超高温火焰发生器的负载氧气套管，为油雾的后期着火提供氧量；

(2)燃油工作流程：储存在油罐内的柴油在油泵的作用下，压力升高沿着燃油管道进入到微油枪内，然后经油枪喷嘴雾化后喷出，依次与值班氧气和负载氧气混合燃烧，形成超高温火焰；

(3)超高温烟气流程：超高温火焰燃烧形成的超高温烟气离开超高温火焰发生器后，进入到熔融炉本体内部，在切圆布置方式的作用下，发生强烈旋流，旋转烟气沿着熔融炉本体向上流动，并在水冷夹套的作用下温度逐渐降低，在熔融炉本体的出口处温度降低到允许值以下流出熔融炉本体，经微型布袋除尘器后，从排烟口排出炉外；

(4)飞灰处理流程：垃圾焚烧发电厂布袋除尘器收集到的飞灰经输灰管道运送到飞灰储仓内储存，然后经螺旋给料机进入到流量计a后的氧气管道中，在氧气的携带下，进入到超高温火焰发生器的负载氧气套管，随着氧气共同喷入到隔焰罩的扩流段，实现与超高温火焰的直接混合，并流动到熔融炉本体内发生强烈旋转，在此过程中飞灰开始升温熔融，并在熔融炉本体的下半部分完成主要无害化处理过程，然后随着烟气向上流动，并在水冷夹套的作用下逐渐冷却，最后离开熔融炉本体，进入到微型布袋除尘器，处理后的无害飞灰被收集，完成全部处理过程。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的超高温火焰发生器的安装示意图；

图3为本发明的超高温火焰发生器的结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1-3所示，本实施例中的一种用于处理垃圾焚烧飞灰的超高温火焰熔融炉系统，包括液氧储1、气化器2、垃圾焚烧锅炉布袋除尘器3、飞灰储仓4、螺旋给料机5、变频冷却风机6、自动控制系统7、微型布袋除尘器8、排烟口9、电动调节阀10a，10b，10c，10d、油罐11、油泵12、流量计13a，13b、压力变送器14、3个超高温火焰发生器15、热电偶16a，16b、耐火层17、熔融炉本体18、熔融炉水冷夹套19、垃圾焚烧锅炉省煤器20；所述超高温火焰发生器15包括微油枪151、值班氧气套管152、负载氧气套管153、冷却风套管154、油枪喷嘴155、旋流片156和隔焰罩157，旋流片156设在值班氧气套管152的出口处，隔焰罩157设在旋流片156的出口处，油枪喷嘴155设在微油枪151的出口处，微油枪151设在值班氧气套管152的内腔中，微油枪151和值班氧气套管152为同轴平行布置，且使油枪喷嘴155从旋流片156的中心孔穿过，并位于隔焰罩157中，负载氧气套管153套设在值班氧气套管153的外部，且使负载氧气套管153的出口与隔焰罩157出口处的扩流段连接，冷却风套管154套设在负载氧气套管153的外部，且使冷却风套管154的出口与隔焰罩157的出口平齐；所述液氧储罐1的出口通过氧气管道与气化器2的入口连接，气化器2的出口分为两路，一路通过设有电动调节阀10a和流量计13a的管路与3个超高温火焰发生器15的负载氧气套管153的入口连接，另一路通过设有电动调节阀10b和流量计13b的管路与3个超高温火焰发生器15的值班氧气套管152的入口连接，油罐11的出口通过燃油管道与油泵12的入口连接，油泵12的出口分为二路，一路与3个超高温火焰发生器15的微油枪151入口连接，另一路通过设有电动调节阀10c的回油管与油罐11的入口连接，在油泵12与3个超高温火焰发生器15的微油枪151入口的连接管道上安装有压力变送器14，3个超高温火焰发生器15的出口安装在熔融炉本体18的下部，且均匀分布，3个超高温火焰发生器15的轴线之间的夹角均为120°；熔融炉水冷夹套19设在熔融炉本体18的内壁，耐火层17设在熔融炉水冷夹套19内壁的下部，变频冷却风机6的出口通过管道与3个超高温火焰发生器15的冷却风套管154的入口连接，垃圾焚烧锅炉省煤器20的供水管通过设有电动调节阀10d的管道与熔融炉水冷夹套19的入口连接，熔融炉水冷夹套19的出口和垃圾焚烧锅炉省煤器20的出口连接，熔融炉本体18的出口与微型布袋除尘器8的入口连接，微型布袋除尘器8的出口连接至排烟口9，热电偶16b安装在3个超高温火焰发生器15的隔焰罩157的壁面上，热电偶16a安装在熔融炉水冷夹套19的下部，垃圾焚烧锅炉布袋除尘器3的出口与飞灰储仓4的入口连接，飞灰储仓4的出口与螺旋给料机5的入口连接，螺旋给料机5的出口与流量计13a的出口管道连接，螺旋给料机5、变频冷却风机6、电动调节阀10a，10b，10c，10d、油泵12、流量计13a，13b、压力变送器14和热电偶16a，16b与自动控制系统7连接，自动控制系统7用于根据螺旋给料机5、变频冷却风机6、电动调节阀10a，10b，10c，10d、油泵12、流量计13a，13b、压力变送器14和热电偶16a，16b反馈的信息，控制螺旋给料机5的转速、变频冷却风机6的转速、电动调节阀10a，10b，10c，10d的开度及油泵12的启停。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (2)

1.一种用于处理垃圾焚烧飞灰的超高温火焰熔融炉系统，其特征在于：包括液氧储罐（1）、气化器（2）、垃圾焚烧锅炉布袋除尘器（3）、飞灰储仓（4）、螺旋给料机（5）、变频冷却风机（6）、自动控制系统（7）、微型布袋除尘器（8）、排烟口（9）、电动调节阀I（10a）、电动调节阀II（10b）、电动调节阀III（10c）、电动调节阀IV（10d）、油罐（11）、油泵（12）、流量计I（13a）、流量计II（13b）、压力变送器（14）、超高温火焰发生器（15）、热电偶I（16a）、热电偶II（16b）、耐火层（17）、熔融炉本体（18）、熔融炉水冷夹套（19）、垃圾焚烧锅炉省煤器（20），所述液氧储罐（1）的出口通过氧气管道与气化器（2）的入口连接，气化器（2）的出口分为两路，一路通过设有电动调节阀I（10a）和流量计I（13a）的管路与超高温火焰发生器（15）的负载氧气套管（153）的入口连接，另一路通过设有电动调节阀II（10b）和流量计II（13b）的管路与超高温火焰发生器（15）的值班氧气套管（152）的入口连接，油罐（11）的出口通过燃油管道与油泵（12）的入口连接，油泵（12）的出口分为二路，一路与超高温火焰发生器（15）的微油枪（151）入口连接，另一路通过设有电动调节阀III（10c）的回油管与油罐（11）的入口连接，在油泵（12）与超高温火焰发生器（15）的微油枪（151）入口的连接管道上安装有压力变送器（14），超高温火焰发生器（15）的出口安装在熔融炉本体（18）的下部，熔融炉水冷夹套（19）设在熔融炉本体（18）的内壁，耐火层（17）设在熔融炉水冷夹套（19）内壁的下部，变频冷却风机（6）的出口通过管道与超高温火焰发生器（15）的冷却风套管（154）的入口连接，垃圾焚烧锅炉省煤器（20）的供水管通过设有电动调节阀IV（10d）的管道与熔融炉水冷夹套（19）的入口连接，熔融炉水冷夹套（19）的出口和垃圾焚烧锅炉省煤器（20）的出口连接，熔融炉本体（18）的出口与微型布袋除尘器（8）的入口连接，微型布袋除尘器（8）的出口连接至排烟口（9），热电偶II（16b）安装在超高温火焰发生器（15）的隔焰罩（157）的壁面上，热电偶I（16a）安装在熔融炉水冷夹套（19）的下部，垃圾焚烧锅炉布袋除尘器（3）的出口与飞灰储仓（4）的入口连接，飞灰储仓（4）的出口与螺旋给料机（5）的入口连接，螺旋给料机（5）的出口与流量计I（13a）的出口管道连接，螺旋给料机（5）、变频冷却风机（6）、电动调节阀I（10a）、电动调节阀II（10b）、电动调节阀III（10c）、电动调节阀IV（10d）、油泵（12）、流量计I（13a）、流量计II（13b）、压力变送器（14）和热电偶I（16a）、热电偶II（16b）与自动控制系统（7）连接，自动控制系统（7）用于根据螺旋给料机（5）、变频冷却风机（6）、电动调节阀I（10a）、电动调节阀II（10b）、电动调节阀III（10c）、电动调节阀IV（10d）、油泵（12）、流量计I（13a）、流量计II（13b）、压力变送器（14）和热电偶I（16a）、热电偶II（16b）反馈的信息，控制螺旋给料机（5）的转速、变频冷却风机（6）的转速、电动调节阀I（10a）、电动调节阀II（10b）、电动调节阀III（10c）、电动调节阀IV（10d）的开度及油泵（12）的启停；

所述超高温火焰发生器（15）包括微油枪（151）、值班氧气套管（152）、负载氧气套管（153）、冷却风套管（154）、油枪喷嘴（155）、旋流片（156）和隔焰罩（157），旋流片（156）设在值班氧气套管（152）的出口处，隔焰罩（157）设在旋流片（156）的出口处，油枪喷嘴（155）设在微油枪（151）的出口处，微油枪（151）设在值班氧气套管（152）的内腔中，微油枪（151）和值班氧气套管（152）为同轴平行布置，且使油枪喷嘴（155）从旋流片（156）的中心孔穿过，并位于隔焰罩（157）中，负载氧气套管（153）套设在值班氧气套管（152）的外部，且使负载氧气套管（153）的出口与隔焰罩（157）出口处的扩流段连接，冷却风套管（154）套设在负载氧气套管（153）的外部，且使冷却风套管（154）的出口与隔焰罩（157）的出口平齐；

当燃油压力改变时，自动控制系统可以计算出所需理论氧气量，并根据流量计反馈信号，调整氧气管道的电动调节阀开度，使得氧气流量始终满足柴油完全燃烬所需的理论氧气量，实现了柴油和氧气在化学当量1:1下的完全燃烧。

2.根据权利要求1所述的一种用于处理垃圾焚烧飞灰的超高温火焰熔融炉系统，其特征在于：所述超高温火焰发生器（15）设置为3个，3个超高温火焰发生器（15）沿熔融炉本体（18）的下部均匀分布，3个超高温火焰发生器（15）的轴线之间的夹角均为120°。