CN109681884A - 一种燃烧布朗气的固体有机废弃物热解炉 - Google Patents

一种燃烧布朗气的固体有机废弃物热解炉 Download PDF

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Abstract

本发明涉及固体废物热解装置领域,公开了一种燃烧布朗气的固体有机废弃物热解炉。该热解炉外壳与外壳内部的腔体,外壳设置有主排气口、压力检测仪、超压排泄阀、电感排灰电动阀门、进料口,腔体设置有导烟气柱、导料槽、布朗气燃烧枪、挂壁式坩埚、导热板、坩埚盆,挂壁式坩埚与所述坩埚盆内装有金属材料,热解炉外接风机使部分热解产生的可燃气体回流炉内。本热解炉利用清洁燃能布朗气,具有环境友好、成本低廉、占地少、能高效率、连续、大量处理固体有机废弃物的优点。

Description

一种燃烧布朗气的固体有机废弃物热解炉
技术领域
本发明涉及固体废物热解装置领域,具体涉及一种燃烧布朗气的固体有机废弃物热解炉。
背景技术
生活垃圾热解是在无氧的条件下加热使其中大分子有机物发生化合键断裂、异构化和小分子有机物发生聚合等反应,转化为小分子气体燃料(CH4、CO、H2等)、液体燃料(有机酸、芳烃、焦油)和活性焦(生物炭、炉渣)的反应过程。近年来,随着人们生活水平的提高,生活垃圾中纸张、塑料、合成纤维等所占比重日益增长。这使得热解生活垃圾获得燃料油、燃料气成为一种新的垃圾资源化方式。
布朗气(氢氧气)无色、无味、无毒,燃烧后唯一产物为水,无任何有毒有害物质产生,是最洁净的燃料。布朗气通过电解水产生, 可十分方便地获得,设备只消耗水和电,原料来源经济;另外,布朗气即产即用,常压操作,不存储和长距离输送,安全性良好。布朗气无需助燃即可真空燃烧,具有内爆特性和催化特性。布朗气的火焰温度 125℃~6000℃之间,由于上述优点,布朗气是裂解生活垃圾的理想燃料。早在2005年已有专利200510095199.1就公开了一种布朗气式一体化固体废物焚烧炉,垃圾焚烧后产生的烟气,加入石灰中和酸气后,再使用布朗气或布朗气与空气的混合气体二次燃烧进行无害化处理。201710748482.2公开了一种节能环保型固废粉碎焚烧装置,使用布朗气焚烧垃圾,其焚烧炉炉膛在底部设燃烧筒,点燃上方挡料板上的废料。该技术方案中的焚烧炉无法连续大量高效处理地处理固废,一方面,固废在炉膛内受热不均,靠近火源处温度较高,另一方面,在固废含水率高的情况下会增加炉膛湿度,降低火焰温度,无法起到完全裂解的效果。
发明内容
为了克服现有技术的缺点和不足,本发明的目的是提供一种利用清洁燃能、具有环境友好、成本低廉、占地少、能连续、大量、高效率处理固体有机废弃物的燃烧布朗气的固体有机废弃物热解炉。
本发明的目的通过以下技术方案实现:
一种燃烧布朗气的固体有机废弃物热解炉,包括外壳与外壳内部的腔体,所述外壳顶部设置有主排气口、压力检测仪、超压排泄阀,底部设置有定量或定时电感排灰电动阀门,侧面上部设置有进料口;所述腔体上部设置有以第一支架固定的1根以上直立中空导烟气柱;所述腔体焊接有沿腔体内壁回旋向下的导料槽,所述导料槽下方的腔体内壁设置有多个布朗气燃烧枪与所述布朗气燃烧枪下方的挂壁式坩埚;所述导料槽上端口与进料口相接;所述导料槽的下部设置有以第二支架固定的中部向上拱起的曲面或圆锥面导热板,导热板下方设置有以第三支架固定的坩埚盆;所述导热板口径大于所述坩埚盆的口径且小于腔体内径;所述导热板与所述坩埚盆之间围绕所述下方坩埚设置有多个布朗气燃烧枪;所述挂壁式坩埚与所述坩埚盆内装有熔点高于固体有机废弃物热解所需热值,沸点低于热解炉腔体最高承受温度的金属材料。导烟气柱的设置利于热对流运动和防固体有机废弃物塌陷阻塞中高温区烟雾的排放,导热板中部向上拱起的曲面或圆锥面的设置利于快速排炭,导热板的边缘与腔体内壁之间留有空隙以便残渣排出。
所述导料槽的截面形状为平躺T型,即焊接在腔体端的下部设置凸起;所述凸起开设有第一定位通孔与所述第一定位通孔下方的凹槽,所述外壳设置与所述凸起的第一定位通孔位于同一轴线的第二定位通孔,所述布朗气燃烧枪自所述第二定位通孔至第一定位通孔穿过伸入至导料槽下方固定,所述挂壁式坩埚通过悬挂在所述凹槽固定。
所述导料槽由耐温碳钢材料制成。
所述导热板由碳钢或钨钢制成;所述导烟气柱由导热碳钢制成。
所述挂壁式坩埚与所述坩埚盆内金属材料为碳化钨合金、铜的一种以上。
所述布朗气燃烧枪的分布密度延所述导料槽上部至下部增加,将所述腔体自上而下分成600~700℃烟雾过渡区、600~800℃温区、 1200~1500℃温区、2000℃温区、300℃以下残渣临存区,每个区域设置有温度检测仪,通过检测仪监控所在区域温度。
所述600~700℃烟雾过渡区,600~800℃温区、1200~1500℃温区、 2000℃温区、300℃以下残渣临存区的外壳为相互独立的部件,所述相互独立的部件依次以法兰连接。不同温区的外壳分体设置可以使工厂式制作适应性更强。
所述外壳由外至内为外壳层、保温层、导热层,所述外壳层材料为耐腐蚀不锈钢,所述保温层的材料为高价铝保温棉层、耐火砖层的一种以上,所述导热层为碳钢层、陶瓷涂层的一种以上。
所述保温层与导热层之间设有U型污水导水管,即所述导水管的进水口与出水口分布在布朗气热解炉的1200~1500℃温区,导水管的中部分布在布朗气热解炉的2000℃温区;所述导水管底部外接延伸至热解炉外的排渣管,所述排渣管的出渣口设置有排渣阀门。导水管的设置使污水从1200~1500℃温区流至2000℃温区再回到1200~1500℃温区循环利用热解炉的余热获得无害化处理。
所述外壳底部还设有进风口,外壳顶部主排气口设置一个分流排气口,所述分流排气口与进风口之间设置风机并以风管相连接。在风机正压下部分热解产生的可燃气体回流炉内,加强热解环境对流和排出热解释放可燃气体,降低可能产生二噁英的生成时间。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果:
本发明提供了一种利用清洁燃能布朗气,具有环境友好、成本低廉、占地少、能连续、大量处理固体有机废弃物的高效率的热解炉。
布朗气燃烧枪的分布密度延所述导料槽上部至下部增加的设计使热解炉的腔体产生温度梯度,固体有机废弃物进入600~800℃温区预热,由于水分蒸发,固体有机废弃物含水率降低,含水率降低固体有机废弃物进入1200~1500℃温区、2000℃温区可以进行比较完全的干馏、热解的反应。
由于炉内温度的高温和布朗气的催化特性,对燃烧炉膛的积碳、硫、硝等明显降量和垃圾成份要求范围较广,即使对排放的尾气不作进一步的处理,也符合当下排放标准,使多种混合垃圾均可同炉处理的优势,即垃圾不需要分拣也可以送进热解炉进行处理。
利用布朗气的特征对坩埚内的金属材料燃烧,使金属材料自身沸点热量释放,传递到热解炉内提供炉内热量,在导料槽和导烟气管的共同导热下使供垃圾温度逐步均匀升高,吸热裂解。此外,热解炉采用布朗气、金属、垃圾能量转换,而非采用布朗气直接燃烧垃圾是因为如果布朗气燃烧枪枪嘴被堵,会发生爆炸,实际应用中需要加上保护盖,保护盖可能会造成燃烧效率的降低,因此采用布朗气加热金属,再由金属传热的间接加热垃圾的设计。
热解需要的燃气布朗气通过电解水获得,而且可以在真空缺氧环境下燃烧,不需要另外购买燃气燃烧或助燃,因此,处理垃圾成本低。另一方面,在高温真空缺氧环境下,二噁英的产生得以抑制。
利用布朗气具有变温、催化等化学特征,通过热能的转换,能有效促使炉膛温度(热量)达到2000℃甚至以上,促进垃圾在炉内进一步加快热解,因此本发明燃烧布朗气的固体有机废弃物热解炉加热效率高,可以连续、大量处理垃圾。
热解炉直立设计,占地少,保证高效率处理固体有机废弃物同时节约用地,同样的处理量,与传统焚烧垃圾的焚烧炉相比,大约只需要原来的7.5%的用地。
热解炉还利用余热在热解固体有机废弃物的同时还能对污水进行处理,进一步提高能量利用率。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的导料槽截面示意图。
图3是本发明的坩埚盆及其周边安装布朗气燃烧枪的示意图。
图4是本发明根据实施例1的导烟气柱安装示意图。
图5是本发明根据实施例2的导烟气柱安装示意图。
图6是本发明根据实施例1的导热板立体图。
图7是本发明根据实施例2的导热板立体图。
图中1.外壳,101.600~700℃烟雾过渡区,102.600~800℃温区, 103.1200~1500℃温区,104.2000℃温区,105.300℃以下残渣临存区, 11.法兰,12.外壳层,13.保温层,14.导热层,15.导水管,151 排渣管,152排渣阀门,2.腔体,201.主排气口,202.进料口,203. 压力检测仪,204.超压排泄阀,205.电感排灰电动阀门,206.导烟气柱,207.第一支架,208.导料槽,209.布朗气燃烧枪,210.挂壁式坩埚,211.第二支架,212.导热板,213.第三支架,214.坩埚盆, 215.温度检测仪,216.分流排气口,217.进风口,3.风机。
具体实施方法
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1~3、4、6所示,一种燃烧布朗气的固体有机废弃物热解炉,包括外壳1与外壳1内部的腔体2,外壳1顶部设置有主排气口201、压力检测仪203、超压排泄阀204,底部设置有定量电感排灰电动阀门205,侧面上部设置有进料口202;腔体2上部设置有如图4所示的以第一支架207固定的5根直立中空导烟气柱206;腔体2焊接有沿腔体2内壁回旋向下的导料槽208,导料槽208下方的腔体2内壁设置有多个布朗气燃烧枪209与布朗气燃烧枪209下方的挂壁式坩埚 210;导料槽208上端口与进料口202相接;导料槽208的下部设置有以第二支架211固定如图6所示的中部向上拱起的圆锥面导热板 212,导热板212下方设置有以第三支架213固定的坩埚盆214;导热板212口径大于坩埚盆214的口径且小于腔体2内径;如图3所示,导热板212与坩埚盆214之间围绕下方坩埚设置有多个布朗气燃烧枪 209;挂壁式坩埚210与坩埚盆214内装有金属材料碳化钨合金。
如图2所示,导料槽208的截面形状为平躺T型,即焊接在腔体 2端的下部设置凸起;凸起开设有第一定位通孔与第一定位通孔下方的凹槽,外壳1设置与凸起的第一定位通孔位于同一轴线的第二定位通孔,布朗气燃烧枪209自第二定位通孔至第一定位通孔穿过伸入至导料槽208下方固定,挂壁式坩埚210通过悬挂在凹槽固定。
导料槽208由耐温碳钢材料制成。
导热板212由碳钢制成;导烟气柱206由导热碳钢制成。
布朗气燃烧枪209的分布密度延导料槽208上部至下部增加,将腔体2自上而下分成600~700℃烟雾过渡区101、600~800℃温区102、 1200~1500℃温区103、2000℃温区104、300℃以下残渣临存区105,每个区域设置有温度检测仪215,通过温度检测仪215监控所在区域温度。
600~700℃烟雾过渡区101,600~800℃温区102、1200~1500℃温区103、2000℃温区104、300℃以下残渣临存区105的外壳1为相互独立的部件,相互独立的部件依次以法兰11连接。
外壳1由外至内为外壳层12、保温层13、导热层14,外壳层12 材料为耐腐蚀不锈钢,保温层13的材料为高价铝保温棉层,导热层 14为碳钢层。
保温层13与导热层14之间设有U型污水导水管15,即导水管 15的进水口与出水口分布在布朗气热解炉的1200~1500℃温区103,导水管15的中部分布在布朗气热解炉的2000℃温区104;导水管15 底部外接延伸至热解炉外的排渣管151,排渣管151的出渣口设置有排渣阀门152。
外壳1底部还设有进风口217,外壳1顶部主排气口201设置一个分流排气口216,分流排气口216与进风口217之间设置风机3并以风管相连接。
工作原理:
利用布朗气加热的固体有机废弃物热解炉工作时,布朗气燃烧枪 209点火后,对挂壁式坩埚210以及坩埚盆214内金属材料进行加热,金属材料达到沸点后沸腾,从而加热导料槽208与导热板212。布朗气燃烧枪209延导料槽208自上而下密度增加的分布方式使腔体2内整体处于高温,同时通过布朗气燃烧枪209的分布密度延所述导料槽 208上部至下部增加,产生温度梯度将腔体2自上而下分成600~700℃烟雾过渡区101、600~800℃温区102、1200~1500℃温区103、2000℃温区104、300℃以下残渣临存区105,使固体有机废弃物温度均匀升高,最终到达热解的理想温度,热解后余下的残渣落入300℃以下残渣临存区105。固体有机废弃物从进料口202进入腔体2后,从导料槽208滑落。固体有机废弃物进入600~800℃温区102预热,由于水分蒸发,固体有机废弃物含水率降低;固体有机废弃物进入 1200~1500℃温区103和2000℃温区104发生干馏反应,生成烷类、焦油等可燃气体和水蒸汽;经过干馏后的固体有机废弃物,主要残留物是焦炭和少数粘土等不可燃物,通过水蒸汽的作用,发生氧化还原反应产生一氧化碳、氢气等可燃气体。主要反应如式I至式V所示;最后,固体有机废弃物可燃物气化完成变成无机玻璃态熔渣。从导料槽208溢出或在导料槽208内未完全热解的固体有机废弃物掉落至腔体2下部的导热板212即可完成热解,成为无机玻璃态熔渣。另外利用风机3抽取部分热解产生的可燃气体回流到热解炉内,加强热解环境对流和排出热解释放可燃气体,降低可能产生二恶英的生成时间。由于导热板212的中间向上拱起的曲面或圆锥面的设计,无机玻璃态熔渣滑落到腔体2底部,达到限定质量或者限定时间,排渣电子阀门打开,排出熔渣,在排出熔渣后,阀门关闭前,炉外空气会通过阀门进入腔体2内,腔体2内可燃气体迅速燃烧,释放热量,进一步为腔体2升温。固体有机废弃物在预热、干馏、热解过程中产生的水蒸气、可燃气体即通过主排气口201排出,后续可进一步收集、利用。由于导热板212口径大于坩埚盆214的口径,熔渣不会落入坩埚盆214中。腔体2上部设置导烟气柱206,除了防固体有机废弃物塌陷阻塞中高温区烟雾的排放,还可对腔体2内起到蓄热作用,进一步保障导料槽 208内外的固体有机废弃物温度保持一致。
C+O2=CO2+408840kJ/kmol(Ⅰ)
C+1/2O2=CO+123217kJ/kmol(Ⅱ)
CO2+C=2CO-162405kJ/kmol(Ⅲ)
C+H2O=CO+H2-118821kJ/kmol(Ⅳ)
C+2H2O=CO2+2H2-75237kJ/km/kmol(Ⅴ)
实施例2
该实施例与实施例1不同的是,如图5所示,腔体2上部设置有以第一支架207固定的1根直立中空导烟气柱206,外壳1底部设置有定时电感排灰电动阀门205。导料槽208的下部设置有以第二支架 211固定的如图7所示的中部向上拱起的曲面导热板212。导热板212由钨钢制成。挂壁式坩埚210与坩埚盆214内装有金属材料铜。保温层13的材料为耐火砖层,导热层14为陶瓷涂层。
实施例3
该实施例与实施例1不同的是,挂壁式坩埚210与坩埚盆214内金属材料为碳化钨合金、铜的组合。保温层13的材料为高价铝保温棉层、耐火砖层的组合,导热层14为碳钢层、陶瓷涂层的组合。
此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃烧布朗气的固体有机废弃物热解炉,包括外壳与外壳内部的腔体,其特征在于:
所述外壳顶部设置有主排气口、压力检测仪、超压排泄阀,底部设置有定量或定时电感排灰电动阀门,侧面上部设置有进料口;
所述腔体上部设置有以第一支架固定的1根以上直立中空导烟气柱;
所述腔体焊接有沿腔体内壁回旋向下的导料槽,所述导料槽下方的腔体内壁设置有多个布朗气燃烧枪与所述布朗气燃烧枪下方的挂壁式坩埚;所述导料槽上端口与进料口相接;
所述导料槽的下部设置有以第二支架固定的中部向上拱起的曲面或圆锥面导热板,导热板下方设置有以第三支架固定的坩埚盆;所述导热板口径大于所述坩埚盆的口径且小于腔体内径;所述导热板与所述坩埚盆之间围绕所述下方坩埚设置有多个布朗气燃烧枪;
所述挂壁式坩埚与所述坩埚盆内装有熔点高于固体有机废弃物热解所需热值,沸点低于热解炉腔体最高承受温度的金属材料。
2.根据权利要求1所述的一种燃烧布朗气的固体有机废弃物热解炉,其特征在于:所述导料槽的截面形状为平躺T型,即焊接在腔体端的下部设置凸起;所述凸起开设有第一定位通孔与所述第一定位通孔下方的凹槽,所述外壳设置与所述凸起的第一定位通孔位于同一轴线的第二定位通孔,所述布朗气燃烧枪自所述第二定位通孔至第一定位通孔穿过伸入至导料槽下方固定,所述挂壁式坩埚通过悬挂在所述凹槽固定。
3.根据权利要求1或2所述的一种燃烧布朗气的固体有机废弃物热解炉,其特征在于:所述导料槽由耐温碳钢材料制成。
4.根据权利要求1所述的一种燃烧布朗气的固体有机废弃物热解炉,其特征在于:所述导热板由碳钢或钨钢制成;所述导烟气柱由导热碳钢制成。
5.根据权利要求1所述的一种燃烧布朗气的固体有机废弃物热解炉,其特征在于:所述挂壁式坩埚与所述坩埚盆内金属材料为碳化钨合金、铜的一种以上。
6.根据权利要求1所述的一种燃烧布朗气的固体有机废弃物热解炉,其特征在于:所述布朗气燃烧枪的分布密度延所述导料槽上部至下部增加,将所述腔体自上而下分成600~700℃烟雾过渡区、600~800℃温区、1200~1500℃温区、2000℃温区、300℃以下残渣临存区,每个区域设置有温度检测仪,通过检测仪监控所在区域温度。
7.根据权利要求6所述的一种燃烧布朗气的固体有机废弃物热解炉,其特征在于:所述600~700℃烟雾过渡区,600~800℃温区、1200~1500℃温区、2000℃温区、300℃以下残渣临存区的外壳为相互独立的部件,所述相互独立的部件依次以法兰连接。
8.根据权利要求6或7所述的一种燃烧布朗气的固体有机废弃物热解炉,其特征在于:所述外壳由外至内为外壳层、保温层、导热层,所述外壳层材料为耐腐蚀不锈钢,所述保温层的材料为高价铝保温棉层、耐火砖层的一种以上,所述导热层为碳钢层、陶瓷涂层的一种以上。
9.根据权利要求8所述的一种燃烧布朗气的固体有机废弃物热解炉,其特征在于:所述保温层与导热层之间设有U型污水导水管,即所述导水管的进水口与出水口分布在布朗气热解炉的1200~1500℃温区,导水管的中部分布在布朗气热解炉的2000℃温区;所述导水管底部外接延伸至热解炉外的排渣管,所述排渣管的出渣口设置有排渣阀门。
10.根据权利要求1所述的一种燃烧布朗气的固体有机废弃物热解炉,其特征在于:所述外壳底部还设有进风口,外壳顶部主排气口设置一个分流排气口,所述分流排气口与进风口之间设置风机并以风管相连接。
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