CN107917431A - 一种相变储热式烟道及垃圾焚烧炉 - Google Patents

一种相变储热式烟道及垃圾焚烧炉 Download PDF

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Abstract

本发明涉及垃圾焚烧烟气处理技术领域，尤其涉及一种相变储热式烟道及垃圾焚烧炉，该相变储热式烟道，包括烟道，烟道内设置通道，烟道内壁上铺设由相变储热材料制成的相变储热层，相变储热材料的相变温度范围为860℃‑1450℃。本发明提供的相变储热式烟道及垃圾焚烧炉，相变温度范围为860℃‑1450℃，适用于600℃‑1450℃炉膛温度范围的垃圾焚烧炉，相变材料的储释热对烟温起到“削峰填谷”的作用，以避免烟气温度过高烧灼余热锅炉炉体内壁，或烟气温度剧烈变化或过低造成的二噁英超标等现象，从垃圾焚烧炉炉膛排出的烟气在经过相变储热式烟道后，烟温能在≥850℃条件下得到有效延长，有效消减二噁英类有害物质，保证焚烧烟气达标排放。

Description

一种相变储热式烟道及垃圾焚烧炉
技术领域
本发明涉及垃圾焚烧烟气处理技术领域，尤其涉及一种相变储热式烟道及垃圾焚烧炉。
背景技术
垃圾焚烧炉的运行过程中，焚烧炉后接烟道的烟气温度对二噁英类有害物质的消减有着重要的影响，其烟气温度分布和停留时间可直接影响着烟道内壁的烧灼以及有害气体的生成和排放，从而影响了整个垃圾焚烧电厂的环保性能。生活垃圾在炉膛内燃烧并放出热量，由于入炉垃圾成分和入炉量等工况变化，垃圾热值随之变化，导致烟气温度剧烈波动。进入余热锅炉第一通道内烟气温度剧烈波动或温度过低使二噁英等污染物不能完全分解，有害成分在≥850℃气氛下停留时间小于2s，则影响二噁英等污染物的有效消减；此外，若进入余热锅炉第一通道内烟气温度过高则会烧灼余热炉体的内壁，影响余热锅炉的使用寿命。因此，维持第一通道内烟气温度在一定的范围内对污染物的消减和余热锅炉的使用性能有着重要的作用。
为了维持第一通道内烟气温度，在第一通道内壁常铺设耐火材料或浇注料来减少热量散失，同时耐火材料或浇注料自身的显热也对炉膛内烟气温度有一定的调节作用，但是由于显热量比较小，所以耐火材料或浇注料对炉膛内烟气温度的调控能力较小，且耐火材料或浇注料温度也会随炉膛内烟气温度升高而升高，也存在超温引起的对金属锅炉内壁的烧灼现象。目前，对第一通道烟气温度的调控主要通过调节炉排速度、助燃风量和风温等间接方法来实现，以及配合炉体形状的优化设计，但是这种调控往往具有延迟性，甚至出现过量调节，不能保证烟气温度的平稳变化和小幅波动。
发明内容
本发明的目的在于提出一种相变储热式烟道及垃圾焚烧炉，以解决现有技术中存在的通过调节炉排速度、助燃风量和风温等间接方法，不能保证烟气温度的平稳变化和小幅波动的技术问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种相变储热式烟道，所述烟道体内部围成烟气流通的烟道，所述烟道体内壁上铺设由相变储热材料制成的相变储热层，所述相变储热材料的相变温度范围为860℃-1450℃。
作为上述相变储热式烟道的一种优选方案，所述相变储热材料的相变温度为950℃。
作为上述相变储热式烟道的一种优选方案，所述相变储热层包括由所述相变储热材料制成的块体结构，所述块体结构拼接成所述相变储热层。
作为上述相变储热式烟道的一种优选方案，所述块体结构呈长方体状，所述块体结构的长度范围为200mm-300mm，宽度范围为70mm-150mm，高度范围为30mm-70mm。
作为上述相变储热式烟道的一种优选方案，所述相变储热层为内部填装所述相变储热材料的膜式壁，所述膜式壁包括平行排列的空心的圆管，相邻的所述圆管之间由连接板相连接，所述相变储热材料填装于所述圆管内。
作为上述相变储热式烟道的一种优选方案，所述圆管内填装粉体的相变储热材料。
作为上述相变储热式烟道的一种优选方案，所述圆管内填装圆柱体状的相变储热材料，所述圆柱体状的相变储热材料直径范围为20mm-60mm，高度范围为20mm-50mm。
本发明还提供一种垃圾焚烧炉，包括焚烧炉主体及余热锅炉第一通道，所述焚烧炉主体与所述余热锅炉第一通道之间设有上述相变储热式烟道。
作为上述垃圾焚烧炉的一种优选方案，所述相变储热式烟道与所述余热锅炉第一通道插接连接。
本发明的有益效果：
本发明提供的相变储热式烟道及垃圾焚烧炉，在烟道体内壁铺设相变储热层，相变温度范围为860℃-1450℃，适用于600℃-1450℃炉膛温度范围的垃圾焚烧炉，相变材料的储释热对烟温起到“削峰填谷”的作用，以避免烟气温度过高烧灼余热锅炉炉体内壁，或烟气温度剧烈变化或过低造成的二噁英超标等现象。这使得从垃圾焚烧炉炉膛排出的烟气在经过相变储热式烟道后，烟温能在≥850℃条件下得到有效延长，有效消减二噁英类有害物质，保证焚烧烟气达标排放。
附图说明
图1是本发明提供的相变储热式烟道的使用时的剖视图；
图2是本发明提供的相变储热式烟道的块体结构的主视图；
图3是本发明提供的相变储热式烟道的膜式壁的主视图；
图4是本发明提供的相变储热式烟道的膜式壁的俯视图；
图5是本发明提供的相变储热式烟道的另一状态使用时的剖视图。
图中：
1、烟道体；2、烟道；3、相变储热层；31、块体结构；32、膜式壁；321、圆管；322、连接板。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例一：
如图1所示，本发明实施例一一种相变储热式烟道，包括烟道体1，烟道体1围成了烟道2，烟道体1的内壁上铺设由相变储热材料制成的相变储热层3，相变储热材料的相变温度范围为860℃-1450℃，适用于600℃-1450℃烟气温度范围的垃圾焚烧炉，以避免垃圾焚烧后烟气温度过高烧灼烟道体1的内壁，或避免烟气温度剧烈变化或过低造成的二噁英超标等现象。
相变储热材料的最佳相变温度为950℃，烟道2内的烟气温度上下分布不均，正常工作时平均温度约1000℃，由于相变储热层3的温度与烟气温度至少有着50℃-70℃传热温差，在储热过程中1000℃的烟气可以将相变储热层3加热至930℃-950℃左右；当烟道2内烟气温度剧烈下降时，相变储热层3放出热量加热烟气，要使烟道2内烟气温度≥850℃氛围内停留时间超过2s，有效分解二噁英等污染物，需要相变储热层3的相变温度大于850℃与传热温差两者之和，因此选择的相变储热层3的最佳相变温度为950℃。
如图2所示，本实施例中，相变储热层3包括由相变储热材料制成的块体结构31，块体结构31拼接成相变储热层3，相变储热层3可以根据实际情况铺设一层或多层。块体结构31拼接成的相变储热层3，便于加工和安装。其中，制成块体结构31相变储热材料的主要构成为Na2CO3、BaCO3、MgO、膨胀石墨、陶瓷基。
块体结构31呈长方体状，块体结构31的长度范围为200mm-300mm，宽度范围为70mm-150mm，高度范围为30mm-70mm。其中，块体结构31的优选值为(长×宽×高)：240×115×53(mm)，该优选值是根据相变储热材料的储热量、材料热阻和传热速率得出的，能够保障相变储热层3在有较高储热量的前提下，还具有较高的储/释热速率。
当焚烧工况变化导致烟道2内的烟气温度突然升高时，烟道2内烟气热量传入相变储热层3，相变储热层3发生相变并储存相变热，从而抑制烟道2烟气温度的继续升高，有效保护烟道体1；当焚烧工况变化导致烟道2烟气温度突然降低时，相变储热层3释放相变潜热并加热烟道2内的烟气，从而延迟或者避免烟道2烟气温度的快速下降，有效消除快速降温导致的二噁英等污染物的再合成。
实施例二：
如图3和4所示，与实施例一不同之处在于：相变储热层3为内部填装相变储热材料的膜式壁32，该实施例中的模式壁32的材质为锅炉钢，膜式壁32包括平行排列的空心的圆管321，相邻的圆管321之间由连接板322相连接，相变储热材料填装于圆管321内。采用膜式壁32结构，用于盛装相变储热材料。
圆管321内填装粉体的相变储热材料，其中，粉体的相变储热材料为纳微复合材料，主要由无机盐配制而成(主要成分为Na2CO3、MgO、CNTs)。膜式壁32中的圆管321可以由其他横截面形状的空心管替换，粉体的相变储热材料可以装填于不同的膜式壁32结构内，对于不同形状的空心管适应性较好。
膜式壁32内还可以填装圆柱体状的相变储热材料(主要成分为Na2SO4、SiO2、石墨烯、陶瓷基)，圆柱体状的相变储热材料具有稳定的结构，在相变时处于半熔融状态，化学稳定性好。圆柱体状的相变储热材料直径范围为20mm-60mm，高度范围为20mm-50mm，圆柱体的优选值为(直径×高度)：50×30(mm)，是根据储热量、材料热阻和传热速率得出的，能够保障相变储热层3在有较高储热量的前提下，还具有较高的储/释热速率。
使用时，随着焚烧工况和垃圾热值的变化，烟道2烟气温度剧烈波动，当燃烧所得烟气温度较高时，烟气主要以辐射和对流换热的方式对相变储热层3加热，通过相变储热层3的相变过程储存高温热量，并维持炉体1内壁的温度在一定的范围内，避免炉体1的内壁受到高温烟气的烧灼，延长炉体寿命；当烟气温度较低时，相变储热层3释放相变潜热，并加热烟道2内的烟气，有效的提高烟气温度，确保烟气温度在≥850℃氛围中超过2s，有效分解二噁英等污染物。相变储热层3的储/释热过程有效的调控和稳定烟道中烟气的温度。
当炉膛2的前拱11、后拱12和两个侧壁13都布置相变储热层3后，可以大幅提高焚烧炉处理低热值生活垃圾的能力，并确保烟气在≥850℃氛围内停留时间为2s以上，有效消减二噁英等污染物。
当炉膛2的前拱11、后拱12和两个侧壁13都布置相变储热层3后，炉膛2可承受的最大容积热负荷比通常结构的焚烧炉热负荷提高10％以上，以避免炉膛2内烟气温度过高烧灼炉体1的内壁。
实施例三：
如图5所示，与实施例一不同之处在于：储热烟道部分或者全部插入余热锅炉第一通道内，这种情况下烟道体1可以部分保留或者取消。其余的操作情况如实施例一所述。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种相变储热式烟道，其特征在于，包括烟道体(1)，所述烟道体(1)内部围成烟气流通的烟道(2)，所述烟道体(1)内壁上铺设由相变储热材料制成的相变储热层(3)，所述相变储热材料的相变温度范围为860℃-1450℃。
2.根据权利要求1所述的相变储热式烟道，其特征在于，所述相变储热材料的相变温度为950℃。
3.根据权利要求1所述的相变储热式烟道，其特征在于，所述相变储热层(3)包括由所述相变储热材料制成的块体结构(31)，所述块体结构(31)拼接成所述相变储热层(3)。
4.根据权利要求3所述的相变储热式烟道，其特征在于，所述块体结构(31)呈长方体状，所述块体结构(31)的长度范围为200mm-300mm，宽度范围为70mm-150mm，高度范围为30mm-70mm。
5.根据权利要求1所述的相变储热式烟道，其特征在于，所述相变储热层(3)为内部填装所述相变储热材料的膜式壁(32)，所述膜式壁(32)包括平行排列的空心的圆管(321)，相邻的所述圆管(321)之间由连接板(322)相连接，所述相变储热材料填装于所述圆管(321)内。
6.根据权利要求5所述的相变储热式烟道，其特征在于，所述圆管(321)内填装粉体的相变储热材料。
7.根据权利要求5所述的相变储热式烟道，其特征在于，所述圆管(321)内填装圆柱体状的相变储热材料，所述圆柱体状的相变储热材料直径范围为20mm-60mm，高度范围为20mm-50mm。
8.一种垃圾焚烧炉，其特征在于，包括焚烧炉主体及余热锅炉第一通道，所述焚烧炉主体与所述余热锅炉第一通道之间设有如权利要求1-7任一项所述的相变储热式烟道。
9.根据权利要求8所述的垃圾焚烧炉，其特征在于，所述相变储热式烟道与所述余热锅炉第一通道插接连接。
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