CN109681886A - 一种立式旋转热解气化炉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及固体废弃物处理工程的技术领域，具体是一种立式旋转热解气化炉；包括炉体，所述炉体内由上而下依次设置有热解气化室、燃烧室及灰渣处理室，热解气化室上还设有进料口和烟气出口，所述进料口和烟气出口位于不同侧；通过双层炉排的设计将热解气化室和燃烧室独立分开，从而可以单独的控制热解气化室氧浓度、热解温度等工况参数，避免与燃烧室的温度和氧浓度产生影响和干扰，从而保证热解室处于一个缺氧、热解温度400~500℃之间的理想热解工况，同时通过强制搅拌的设置使得热解室内传热传质更加均匀有效；环绕烟道的设置可保障燃烧室烟气温度达到850℃、烟气停留时间超过两秒。
Description
技术领域
本发明涉及固体废弃物处理工程的技术领域，具体是一种立式旋转热解气化炉。
背景技术
立式旋转热解气化技术常见应用于煤化工领域、石油化工领域，原指在缺氧条件下或无氧条件下、低电极电位还原条件下吸热分解的一种化学反应。在固体废弃物处置领域，常见的处置对象为生活垃圾、市政污泥、医疗垃圾、含油污泥等物质。热解又称为干馏、热分解、碳化，在工业应用领域常常利用热能使固体废弃物裂解为多种更易燃烧、更好控制的热解气、热解碳、热解半焦等，固态的热解碳和热解气经过独立的空间配风供氧后二次充分燃烧，热解半焦重新送回到热解区域内在缺氧条件下裂解产生热解气等；现有技术方案，目前国内常见的立式热解炉未将热解室和燃烧室单独分开，通常只设计有一个炉排，通过炉身和炉内炉排的相对位移实现旋转破碎搅拌功能，能耗高，并且对炉中心的垃圾搅拌不均匀，传热传质效果不是很理想。对炉内的运营工况掌握不够全面和细致，从而无法做到稳定、有效、长久、廉价的达到焚烧温度超过850℃、烟气停留时间超过2秒的国家标准。物料在热解时无法保证均匀的高温热解达到450℃以上，从而影响热解效果。
发明内容
针对现有技术中提到的问题，本发明提出一种能应对多种固体废弃物，高效稳定，能实时检测燃气和热量的一种立式旋转热解气化炉。
本发明一种立式旋转热解气化炉，包括炉体，所述炉体内由上而下依次设置有热解气化室、燃烧室及灰渣处理室，热解气化室上还设有进料口和烟气出口，所述进料口和烟气出口位于不同侧；所述热解气化室包括沿竖直方向设置的搅拌杆和水冷炉排，搅拌杆一端与炉体顶部的传动机构相连，另一端与水冷炉排通过轴承转动相连，所述搅拌杆上沿轴向安装有若干个搅拌桨，且搅拌桨均位于不同水平面内，所述水冷炉排包括位于同一水平面内的五根炉排，炉排底部均设有支撑底座，炉排内置水冷管，其中处于最中间炉排与炉体固定连接为固定炉排，其余两边的炉排为可翻转的活动炉排，热解气化室内还分布有若干凸出的耐火砖；所述燃烧室包括燃烧室炉排和塔型旋转炉篦，所述塔型旋转炉篦设置在燃烧室炉排上，塔型旋转炉篦内分别设有水管和燃料管，同时塔型旋转炉篦还和位于炉体外的转动机构通过齿轮相连，燃烧室内环绕设有烟道，所述烟道朝向炉体顶部延伸设置，燃烧室底部还连接有一气体回用管道，且气体回用管道的另一端从炉体外侧延伸至热解气化室；所述灰渣处理室包括槽体，所述槽体内沿高度方向呈有水，其中，还设有链板输灰机，所述链板输灰机倾斜放置，且一端位于槽体内底部，另一端位于槽体外部，所述链板输灰机的倾斜角度在30°～45°之间。
优选地，所述气体回用管道上还设有风机。
优选地，所述进料口内还设有破碎装置，所述破碎装置包括两根中心轴线位于同一竖直平面内的辊轴，辊轴之间设有用于垃圾通过的缝隙，辊轴表面上均设有滚刀，所述辊轴的一端均连接有电机。
优选地，所述活动炉排为一端均与炉体转动相连，另一端均连接有一连杆，所述连杆的一端连接有一液压驱动装置，所述液压驱动装置安装在炉体外，所述活动炉排的倾斜角度为45°。
优选地，所述搅拌杆可采用310S（00CR25NI20）或316L或304L的材质制成。
优选地，所述炉体内热解气化室内壁上安装有多个温度检测探头，炉体内顶部安装有红外热成像仪、压力传感器、深度探测头。
优选地，所述气体回用管道上设置有氧浓度探测头、热解气体燃值在线监测头、气体流量计。
优选地，所述烟气出口布置有温度探测头、氧浓度探测头、流量计、一氧化碳浓度探测头。
优选地，还配合设置有控制系统，所述控制系统包括采集数据的数据模块和根据参数控制的自动控制模块。
优选地，所述数据模块分别与温度检测探头、红外热成像仪、压力传感器、深度探测头、氧浓度探测头、热解气体燃值在线监测头、气体流量计、温度探测头、氧浓度探测头、流量计、一氧化碳浓度探测头相连；自动控制模块用于控制热解气化室内搅拌杆搅拌、风机流量、塔型旋转炉篦转速、链板输灰机、破碎装置、水冷炉排翻转。
本发明相对于现有技术，取得了以下的技术效果：
本发明通过双层炉排的设计将热解气化室和燃烧室独立分开，从而可以单独的控制热解气化室氧浓度、热解温度等工况参数，避免与燃烧室的温度和氧浓度产生影响和干扰，从而保证热解室处于一个缺氧、热解温度400~500℃之间的理想热解工况，同时通过强制搅拌的设置使得热解室内传热传质更加均匀有效；环绕烟道的设置可保障燃烧室烟气温度达到850℃、烟气停留时间超过两秒。
附图说明
图1为本发明结构正面示意图。
图2为图1中A处的放大图。
图3为活动炉排的活动示意图。
附图标记：1-进料口；2-破碎装置；3-热解气化室；4-搅拌杆；5-搅拌桨；6-烟道；7-耐火砖；8-烟气出口；9-水冷炉排；9.1-水冷管；10-气体回用管道；11-燃烧室炉排；12-燃烧室；13-支撑底座；14-塔型旋转炉篦；15-灰渣处理室；16-链板输灰机；17-风机；18-人孔盖。
具体实施方式
实施例
本发明一种立式垃圾旋转热解炉，包括炉体，所述炉体内由上而下依次设置有热解气化室3、燃烧室12及灰渣处理室15，热解气化室3上还设有进料口1和烟气出口8，所述进料口1和烟气出口8位于不同侧；
所述热解气化室3包括沿竖直方向设置的搅拌杆4和水冷炉排9，搅拌杆4一端与炉体顶部的传动机构相连，另一端与水冷炉排9通过轴承转动相连，所述搅拌杆4上沿轴向安装有若干个搅拌桨5，且搅拌桨5均位于不同水平面内，热解气化室3内还分布有若干凸出的耐火砖7；搅拌杆4采用了310S（00CR25NI20）、或者316L、304L的材质，搅拌杆4上分布有若干成角度环形阵列的搅拌桨5，每个搅搅拌桨5的高度不同，搅拌杆4其中间空心，其外壁有浇注料包裹，避免与固体废弃物直接接触，内壁刷耐火导热油漆，搅拌杆4上还分布有若干孔隙利于热量传递，还有凸出的耐火砖7与搅拌杆3形成相对位移，避免物料随着搅拌杆3一起转动。
所述水冷炉排9包括位于同一水平面内的五根炉排，炉排底部均设有支撑底座13，炉排内置水冷管9.1，其中处于最中间炉排与炉体固定连接为固定炉排，其余两边的炉排为可翻转的活动炉排；水冷炉排9作用既可以承载搅拌杆3，又可以起到偏转排渣的作用，支撑底座13内设有采用高温合金轴承或采用陶瓷轴承（氧化锆(ZRO2)陶瓷轴承或氮化硅(SI3N4)陶瓷轴承）制成，轴承上采用润滑脂实现搅拌杆3的限位、转动作用，润滑脂采用无滴点极压复合稠化全合成润滑脂，具有抗燃、抗氧、抗腐蚀防锈极压等特性，水冷管9.1采用水循环实现炉排的冷却作用，并配置有软水应急罐和冷却水应急喷头，确保高热值固体废弃物燃烧时能有效冷却炉排，能确保在软水蒸干时、软水泵出现问题时有应急水源补充。
所述燃烧室12包括燃烧室炉排11和塔型旋转炉篦14，所述塔型旋转炉篦14设置在燃烧室炉排11上，塔型旋转炉篦14内分别设有水管和燃料管，同时塔型旋转炉篦14还和位于炉体外的转动机构通过齿轮相连，塔型旋转炉篦作为现有技术，能起到支撑物料、均匀布风、破渣、排渣等作用，当固体废弃物热值过高时可向水管中通入水蒸气降低燃烧室温度，保护炉排的作用，当固体废弃物热值过低时从燃料管通入煤气或柴油来提高二燃室温度。
燃烧室12内环绕设有烟道6，所述烟道6朝向炉体顶部延伸设置，燃烧室12底部还连接有一气体回用管道10，且气体回用管道10的另一端从炉体外侧延伸至热解气化室3；烟道6采用耐火导热油漆、耐高温不锈钢（如304、304L、310S）、耐火泥等组成，耐火导热油漆一方面可耐850℃高温，避免高温钢和高温烟气的直接接触，另一方面可加强高温烟气向炉内传递热量的作用，耐火泥可耐固体废弃物的回转摩擦损耗和蓄存热量的双重作用，烟道6设计的直径在10cm～25cm之间，且烟道6环绕的设置可对热解气化室3有加热供能作用，同时在设计的流速下烟气在烟道6内的停留时间超过2S，气体回用管道10能将热解气化室3和燃烧室12中的烟气实现循环，从而提高焚烧效果。
所述灰渣处理室15包括槽体，所述槽体内沿高度方向呈有水，其中，还设有链板输灰机16，所述链板输灰机16倾斜放置，且一端位于槽体内底部，另一端位于槽体外部，所述链板输灰机16的倾斜角度在30°～45°之间，便于将灰渣排出炉体外。
所述气体回用管道10上还设有风机17，实现炉体内气体循环。
所述进料口1内还设有破碎装置2，所述破碎装置2包括两根中心轴线位于同一竖直平面内的辊轴，辊轴之间设有用于垃圾通过的缝隙，辊轴表面上均设有滚刀，所述辊轴的一端均连接有电机。破碎装置2主要是起到对进料挤压破碎作用，还可设定辊轴间的距离，调节范围在15mm～50mm之间，能将不同种类的复杂成分固体废弃物破碎至设定合适直径，同时停止破碎时停留在破碎滚刀中的物料也可对进料口起到密封作用。
所述活动炉排为一端均与炉体转动相连，另一端均连接有一连杆，所述连杆的一端连接有一液压驱动装置，所述液压驱动装置安装在炉体外。
所述活动炉排的倾斜角度为45°，可向顺时针翻转45°，也可向逆时针翻转45°。
炉体顶部还设有人孔盖18和钎测孔，人孔盖18便于检修，钎测孔可在炉体内物料堵塞时，采用人工插钎破碎，同时可根据钎测杆的颜色判断物料内部不同深度的温度分布情况。
所述炉体内热解气化室3内壁上安装有多个温度检测探头，炉体内顶部安装有压力传感器、红外热成像仪、深度探测头。压力传感器可确保炉内是否处于负压状态，温度检测探头可实时检测温度是否保持在合适范围内。
所述气体回用管道10上设置有氧浓度探测头、热解气体燃值在线监测头、气体流量计。氧浓度探测头可探测炉体内氧气浓度，热解气体燃值在线监测头可探测燃性气体成分浓度，气体流量计可通过这些数据，进而调整通风量和进料量、搅拌频率等。
所述烟气出口8布置有温度探测头、氧浓度探测头、流量计、一氧化碳浓度探测头，通过多个探测头可判断排出气体是否达到排放标准。
本装置中还有配合使用的系统，系统与炉体内设置的温度检测探头、压力传感器、红外热成像仪、氧浓度探测头、热解气体燃值在线监测头、气体流量计、温度探测头、氧浓度头、流量计、一氧化碳浓度头相连，系统包括自动控制模块，数据模块，数据模块主要是将炉体中的热解气化室3内工作情况和燃烧室12内工况参数、运营参数实时监控并存储到本地电脑端，并可通过网络访问历史数据，当数据中的某些参数超出设定范围发出声音警报并视情况向网络端上传报警信息；
其中工况参数包括热解气化室3内的料位高度、红外热成像分布图像、热解气可燃性成分气体浓度和流量、热解气化室3温度、热解气氧浓度、水冷炉排9水温、支撑底座13温度；
运营参数包括燃烧室12内温度、氧浓度、一氧化碳浓度等。热解气化室3搅拌转速、风机频率及流量、塔型旋转炉篦14、链板输灰机16的开关、水冷炉排9正向反向翻转开关、水冷炉排9循环水流量。
自动控制模块根据控制人在现场或者网络端通过分析热解炉的热解气化室3工况和燃烧室12工况的参数数据，对热解炉进行自动控制，以期达理想的工况。
具体使用时，固体废弃物等物料由进料口1送入至炉体内的热解气化室3，同时进料口1内的破碎装置2能将物料进行压碎，便于进料，进入至热解气化室3中通过搅拌杆4不断旋转搅拌起到对物料的搅拌作用，使得物料之间有空隙，便于热量均匀传递到物料，提高燃烧物料的效果，这时，燃烧室12中的塔型旋转炉篦14能对热解气化室3提供热量，来燃烧物料，由于还气体回用管道10，能使得热解气化室3和燃烧室12中的烟气实现循环，始终保持气体位于850℃的高温度，燃烧过程中，根据系统所检测的工况参数和运营参数，可控制水冷炉排9翻转，搅拌杆4搅拌速率，塔型旋转炉篦14燃烧等来控制燃烧情况，通过水冷炉排9翻转可使得物料落入至燃烧室12进行二次燃烧，进一步提高燃烧质量，其中，燃烧室12中的塔型旋转炉篦14除了燃烧外，还能对物料进行破渣、排渣，完成此步骤后，经过燃烧室炉排11落入至灰渣室处理室15，通过灰渣室处理室15内的水结合，能减少排渣扬尘，在通过链板输灰机16将灰渣排出炉外，完成整个过程。
Claims (10)
1.一种立式旋转热解气化炉，包括炉体，其特征在于，所述炉体内由上而下依次设置有热解气化室(3)、燃烧室(12)及灰渣处理室(15)，热解气化室(3)上还设有进料口(1)和烟气出口(8)，所述进料口(1)和烟气出口(8)位于不同侧；
所述热解气化室(3)包括沿竖直方向设置的搅拌杆(4)和水冷炉排(9)，搅拌杆(4)一端与炉体顶部的传动机构相连，另一端与水冷炉排(9)通过轴承转动相连，所述搅拌杆(4)上沿轴向安装有若干个搅拌桨(5)，且搅拌桨(5)均位于不同水平面内，所述水冷炉排(9)包括位于同一水平面内的五根炉排，炉排底部均设有支撑底座(13)，炉排内置水冷管(9.1)，其中处于最中间炉排与炉体固定连接为固定炉排，其余两边的炉排为可翻转的活动炉排，热解气化室(3)内还分布有若干凸出的耐火砖(7)；
所述燃烧室(12)包括燃烧室炉排(11)和塔型旋转炉篦(14)，所述塔型旋转炉篦(14)设置在燃烧室炉排(11)上，塔型旋转炉篦(14)内分别设有水管和燃料管，同时塔型旋转炉篦(14)还和位于炉体外的转动机构通过齿轮相连，燃烧室(12)内环绕设有烟道(6)，所述烟道(6)朝向炉体顶部延伸设置，燃烧室(12)底部还连接有一气体回用管道(10)，且气体回用管道(10)的另一端从炉体外侧延伸至热解气化室(3)；
所述灰渣处理室(15)包括槽体，所述槽体内沿高度方向呈有水，其中，还设有链板输灰机(16)，所述链板输灰机(16)倾斜放置，且一端位于槽体内底部，另一端位于槽体外部，所述链板输灰机(16)的倾斜角度在30°～45°之间。
2.根据权利要求1所述一种立式旋转热解气化炉，其特征在于，所述气体回用管道(10)上还设有风机(17)。
3.根据权利要求1所述一种立式旋转热解气化炉，其特征在于，所述进料口(1)内还设有破碎装置(2)，所述破碎装置(2)包括两根中心轴线位于同一竖直平面内的辊轴，辊轴之间设有用于垃圾通过的缝隙，辊轴表面上均设有滚刀，所述辊轴的一端均连接有电机。
4.根据权利要求1所述一种立式旋转热解气化炉，其特征在于，所述活动炉排为一端均与炉体转动相连，另一端均连接有一连杆，所述连杆的一端连接有一液压驱动装置，所述液压驱动装置安装在炉体外，所述活动炉排的倾斜角度为45°。
5.根据权利要求1所述一种立式旋转热解气化炉，其特征在于，所述搅拌杆（4）可采用310S（00CR25NI20）或316L或304L的材质制成。
6.根据权利要求1所述一种立式旋转热解气化炉，其特征在于，所述炉体内热解气化室(3)内壁上安装有多个温度检测探头，炉体内顶部安装有红外热成像仪、压力传感器、深度探测头。
7.根据权利要求1所述一种立式旋转热解气化炉，其特征在于，所述气体回用管道(10)上设置有氧浓度探测头、热解气体燃值在线监测头、气体流量计。
8.根据权利要求1所述一种立式旋转热解气化炉，其特征在于，所述烟气出口(8)布置有温度探测头、氧浓度探测头、流量计、一氧化碳浓度探测头。
9.根据权利要求1所述一种立式旋转热解气化炉，其特征在于，还配合设置有控制系统，所述控制系统包括采集数据的数据模块和根据参数控制的自动控制模块。
10.根据权利要求9所述一种立式旋转热解气化炉，其特征在于，所述数据模块分别与温度检测探头、红外热成像仪、压力传感器、深度探测头、氧浓度探测头、热解气体燃值在线监测头、气体流量计、温度探测头、氧浓度探测头、流量计、一氧化碳浓度探测头相连；自动控制模块用于控制热解气化室（3）内搅拌杆（4）搅拌、风机（17）流量、塔型旋转炉篦（14）转速、链板输灰机（16）、破碎装置（2）、水冷炉排（9）翻转。
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