CN109780548B - 一种热解气化炉 - Google Patents

Abstract

本发明属于垃圾处理设备技术领域，具体公开了一种热解气化炉，包括机架、炉体、炉膛、二燃室和驱动单元，炉体顶部设有进料口和烟气出口，炉体底部设有出渣口，炉体侧壁上设有若干炉门和若干观察孔，炉膛中设有可旋转的炉排单元，炉排单元包括从上至下依次连接的垃圾分散帽、若干层垃圾分流排以及垃圾炉排；炉体侧壁包括内侧耐火层、外侧耐火层和保温层，内侧耐火层和外侧耐火层之间为二燃室；炉膛中还设有除焦单元，除焦单元包括若干个刮板以及用于驱动刮板作旋转运动的动力机构，刮板沿着中心轴呈圆周分布，并与垃圾分流排的上表面贴合。本发明通过设置刮板去除炉排上的结焦物，防止炉排堵塞，保证炉排正常工作运行，垃圾充分燃烧。

Description

一种热解气化炉

技术领域

本发明属于垃圾处理设备技术领域，具体公开了一种热解气化炉。

背景技术

目前生活垃圾处理方式主要由堆肥法、填埋法和焚烧法，其中垃圾直接焚烧方式会产生大量的有害气体二噁英，而垃圾热解气化技术能有效克服垃圾焚烧产生的二噁英污染问题，垃圾热解气化是指将垃圾在无氧或者缺氧条件下加热分解产生可燃气体(如氢气、一氧化碳、甲烷及其他烃类等)、有机液体(如有机酸、焦油等)和炭黑等物质的过程，具有垃圾无害化、减量化、资源化、二次污染小、二噁英排放浓度低等优势，目前正成为国内外最具有发展潜力的垃圾处理技术。

现有的垃圾热解气化系统主要由旋转炉排型热解气化炉(一燃室)和热解气体燃烧室(二燃室)组成，一燃室和二燃室是两个独立的结构单元，二者通过烟道连通，该结构具有结构简单、控温精确、维修方便等特点，但存在占地面积大、余热利用率低等问题。

目前也出现一些立式同轴套筒型热解气化炉，即由立式热解气化炉膛(一燃室)和环绕其四周的环状二燃室组成，垃圾在一燃室热解气化后产生的烟气通过炉膛壁上的烟气进口进入二燃室内，二燃室内设有燃烧器和二次风供给系统，烟气在二燃室内燃烧并最终经尾气处理系统净化后达标排放，该结构具有占地面积小、操作简便、燃烧热利用率高等优点，但是还存在以下问题：1、垃圾进入炉膛后，在炉排上布料不均匀，无法充分燃烧，容易在炉排上结焦形成大块的结焦物，造成炉排堵塞，影响热解气化效率，需要定期去除结焦物，否则炉排将无法正常地连续运行；2、现有的炉体保温层的外表面温度太高，隔热保温效果不好，一是热量损失严重，利用率低，二是会造成炉门及观察孔温度太高，观察及添加辅助燃料等工作过程中容易造成烫伤安全事故；3、二燃室结构简单，烟气在二燃室中停留时间太短，烟气中的可燃气体不能达到完全燃烧，无法有效地抑制二噁英的生成和排放造成的污染问题。

发明内容

本发明的目的在提供一种热解气化炉，以解决现有的热解气化炉垃圾布料不均匀导致燃烧不充分，炉排上容易形成结焦物而造成炉排堵塞的问题。

为了达到上述目的，本发明的基础方案为：一种热解气化炉，包括机架、炉体、炉膛、二燃室和驱动单元，炉体安装在机架上，炉体顶部设有进料口和烟气出口，炉体底部设有出渣口，炉体侧壁上设有若干炉门和若干观察孔，炉膛中设有可旋转的炉排单元，所述炉排单元包括从上至下依次连接的垃圾分散帽、若干层垃圾分流排和垃圾炉排，炉膛中设有竖向的中心轴，垃圾炉排与中心轴转动连接；所述驱动单元用于驱动炉排单元旋转；所述炉体侧壁包括由内至外依次设置的内侧耐火层、外侧耐火层和保温层，内侧耐火层和外侧耐火层之间为二燃室，内侧耐火层的下端设有环形的烟气进口以及若干周向分布的进气孔；所述炉膛中还设有除焦单元，除焦单元包括若干个刮板以及用于驱动刮板作旋转运动的动力机构，刮板沿着中心轴呈圆周分布，并与垃圾分流排的上表面贴合。

本基础方案的工作原理在于：垃圾从进料口进入炉膛后，落在炉排单元上，先在炉膛(一燃室)内燃烧，热解气化产生的烟气从烟气进口和进气孔进入二燃室内，在二燃室内进行富氧燃烧，最后由烟气出口送入尾气处理系统中；炉膛内，驱动单元驱动炉排单元运转，其中，垃圾分散帽将顶部垃圾顶碎并搅拌分散垃圾，垃圾在垃圾分流排上燃烧，并经过多层垃圾分流排的旋转破渣处理，最后燃烧产生的炉渣落到最下方的垃圾炉排上，经由出渣口排出；垃圾分流排工作的过程中，启动除焦单元，刮板即可将垃圾分流排上的结焦物刮除。

本基础方案的有益效果在于：

1、本方案中，在炉体的耐火层之间的夹层设置二燃室，充分利用热辐射原理，当一燃室的烟气进入二燃室时，烟气温度不会下降，有效地避免了烟气输送过程中热能的损失，使热能得以集中和充分利用；同时，在运行初期时添加辅助燃料助燃后，运行过程时不需添加辅助燃料，靠垃圾自燃即能保证炉内温度达标，减少了辅助燃料的用量，大大降低了运行成本。

2、本方案中，在炉膛内设置了除焦单元，通过刮板将炉排上的结焦物去除，避免垃圾分流排发生堵塞，保证炉排正常地连续运行；同时，刮板还能对垃圾分流排上的垃圾起到一定的搅拌作用，使得垃圾布料均匀，有助于垃圾的燃烧。

进一步，所述炉排单元还包括位于垃圾炉排中心的支撑轴，支撑轴将垃圾炉排、垃圾分流排和垃圾分散帽连接在一起；所述动力机构包括圆筒、内齿轮、行星轮和中心齿轮，圆筒与支撑轴同轴设置，所述刮板固定连接在圆筒外壁上，内齿轮固定连接在圆筒内壁上，行星轮位于内齿轮和中心齿轮之间，并分别与内齿轮和中心齿轮啮合，中心齿轮固定连接在支撑轴上。

圆筒、内齿轮、行星轮和中心齿轮组成一个行星齿轮机构，在炉排单元旋转的过程中，刮板的转动方向与炉排的转动方向相反，从而让刮板和炉排作相反运动来去除炉排上的结焦物，这样只需一个动力来源，就能使炉排单元和除焦单元同时工作，既实现了二者的同步运动，又减少了动力来源的设置，可以降低生产成本。

进一步，所述垃圾分流排之间设有高度调节机构，高度调节机构包括安装盘和若干根支柱，安装盘设在位于其下方的垃圾分流排的上表面上，安装盘上沿着周向分布有若干个滑道，滑道中设有滑块，滑块可拆卸连接在安装盘上；支柱呈倾斜状，支柱的下端铰接在滑块上，支柱的上端铰接在位于其上方的垃圾分流排的下表面上。

随着季节的变化、垃圾种类的不同，垃圾在各级炉排上的堆放厚度也应该不一样，厚度太大，会导致垃圾不完全和不稳定燃烧，厚度太薄又会减少热解气化炉的处理量。本方案中，通过改变滑块在滑道中的位置来调节支柱的倾斜度，可以改变垃圾分流排之间的距离，从而调整各垃圾分流排上的料层厚度，保证垃圾稳定充分的燃烧以及合理的垃圾处理量。

进一步，所述保温层为双层结构，包括内层保温层和外层保温层，所述内层保温层和外层保温层之间设有空腔，空腔中设有热交换器。

本方案中，通过设置双层保温层，并在保温层之间设置热交换器，热交换器能吸收并回收利用热能，从而避免外层保温层的外表面温度过高，既保证良好的隔热保温效果，也避免热量损失严重，此外，热交换器可以将热能回收利用，提高能源的利用率；设置内层保温层，能避免热交换器将二燃室的热量带走，降低二燃室的温度，导致燃料用量增加，增加生产成本。

进一步，所述二燃室中设有若干层沿着二燃室径向分布的折流板。

折流板的设置，使得二燃室内形成多处收缩的烟气通道，减缓了烟气流速，延长烟气停留时间，保证烟气停留时间＞2S，从而强化二次风和烟气的混合作用，使烟气在二燃室的高温环境(温度＞850℃)下进行充分的燃烧反应，抑制二噁英的生成；同时，多层折流板的设置还有利于烟气中飞灰及烟尘的积沉。

进一步，所述垃圾分散帽上设有若干根搅拌杆，搅拌杆沿着垃圾分散帽的周向方向均匀分布。在炉膛中增设搅拌杆可以搅拌并刮平垃圾，有助于燃烧。

进一步，所述驱动单元设于炉排单元的下方，驱动单元包括电机、转动轴、锥齿轮，转动轴水平设置，转动轴的一端穿出炉体与电机相连接，转动轴的另一端与锥齿轮相连接，所述垃圾炉排的底部设有与锥齿轮相啮合的炉排齿轮。电机驱动转动轴转动，转动轴带动锥齿轮转动，锥齿轮带动炉排齿轮旋转，从而实现炉排单元的运转。

进一步，所述刮板的底部设有锯齿。锯齿能够破碎结焦物，提高刮板的除焦效果。

进一步，所述中心轴为空心轴，空心轴的下端连接有供氧管。空气通过供氧管沿着中心轴进入到炉膛中，能保证空气从上至下均匀地与垃圾混合。

进一步，所述内侧耐火层和外侧耐火层由耐火砖制成，所述内层保温层和外层保温层由硅酸铝保温棉制成。耐火砖能经受长时间的高温燃烧，不容易被熔渣侵蚀破坏，使用寿命长；硅酸铝保温棉耐火，且具有很好的隔热保温效果。

附图说明

图1为本发明实施例的纵向剖面图；

图2为图1中除焦单元的纵向剖面图；

图3为图1中高度调节机构的俯视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：机架1、炉体2、进料口201、烟气出口202、出渣口203、炉门204、观察孔205、炉膛3、二燃室4、炉排单元5、垃圾分散帽51、垃圾分流排52、第一垃圾分流排521、第二垃圾分流排522、垃圾炉排53、支撑轴6、中心轴7、支架8、供氧管9、刮板101、动力机构102、圆筒1021、内齿轮1022、行星轮1023、中心齿轮1024、支柱11、安装盘12、滑道121、滑块122、搅拌杆13、电机14、转动轴15、锥齿轮16、炉排齿轮17、内侧耐火层18、外侧耐火层19、折流板20、烟气进口21、进气孔22、内层保温层23、外层保温层24。

实施例基本如附图1所示：

一种热解气化炉，包括机架1、炉体2、炉膛3、二燃室4和驱动单元，炉体2安装在机架1上，炉体2顶部设有进料口201和烟气出口202，炉体2底部为漏斗状，并设有出渣口203，炉体2侧壁上设有若干炉门204和若干观察孔205，炉膛3中设有可旋转的炉排单元5。

炉排单元5包括从上至下依次连接的垃圾分散帽51、若干层垃圾分流排52和垃圾炉排53，本实施例中，垃圾分流排52的数量为两个，从上至下分别为第一垃圾分流排521和第二垃圾分流排522。炉排单元5还包括位于垃圾炉排53中心的支撑轴6，支撑轴6将垃圾炉排53、垃圾分流排52和垃圾分散帽51连接在一起。

炉膛3中设有竖向的中心轴7，垃圾炉排53与中心轴7转动连接，具体的，中心轴7的上端焊接有轴承座(图中未示出)，中心轴7和垃圾炉排53之间设有轴承(图中未示出)，轴承安装在轴承座中；而为了支撑固定中心轴7，炉体2内壁上设有支架8，支架8同时也可以对垃圾炉排53起到一定的支撑作用，保证其稳定的旋转；中心轴7为空心轴，空心轴的下端连通有供氧管9。

结合图2所示，炉膛3中还设有除焦单元，除焦单元包括若干个刮板101以及用于驱动刮板101作旋转运动的动力机构102，本实施中刮板101的数量为四个；动力机构102包括圆筒1021、内齿轮1022、行星轮1023和中心齿轮1024，圆筒1021与支撑轴6同轴设置，内齿轮1022为内圈有齿的齿圈，内齿轮1022固定连接在圆筒1021内壁上，行星轮1023位于内齿轮1022和中心齿轮1024之间，并分别与内齿轮1022和中心齿轮1024啮合，中心齿轮1024固定连接在支撑轴6上。刮板101固定连接在圆筒1021的外壁上，且沿着圆筒1021呈圆周分布，并与垃圾分流排52的上表面贴合；刮板101的底部设有锯齿，锯齿能够更好地破碎结焦物，提高刮板101的除焦效果。此外，为了保证刮板101工作以及整体结构的稳定性，垃圾分流排52的上表面设有纵截面呈“凹”字型的安装槽，圆筒1021放置在安装槽中，内齿轮1022、行星轮1023和中心齿轮1024也设置安装槽中。动力机构102中，圆筒1021、内齿轮1022、行星轮1023和中心齿轮1024组成一个行星齿轮机构，当炉排单元5旋转时(此处假设为顺时针转动)，支撑轴6会顺时针转动，支撑轴6带动中心齿轮1024顺时针转动，中心齿轮1024驱动行星轮1023逆时针转动，行星轮1023驱动内齿轮1022逆时针转动，即圆筒1021会逆时针转动，也就是刮板101逆时针转动，从而实现了刮板101的转动方向与垃圾分流排52的转动方向相反，从而让刮板101和垃圾分流排52作相反运动来去除垃圾分流排52上的结焦物。

结合图3所示，相邻的垃圾分流排52之间设有高度调节机构，高度调节机构包括安装盘12和若干根支柱11，本实施例中设置有四根支柱11。安装盘12焊接在位于其下方的垃圾分流排52的上表面上，安装盘12上沿着周向分布有四个滑道121，滑道121中滑动连接有滑块122，滑块122可拆卸连接在安装盘12上，具体的，可采用螺钉或者螺栓等紧固件将滑块122固定在安装盘12上；支柱11均呈倾斜状，支柱11的下端通过销轴铰接在滑块122上，支柱11的上端通过销轴铰接在位于其上方的垃圾分流排52的下表面上。随着季节的变化、垃圾种类的不同，垃圾在各级炉排上的堆放厚度也应该不一样，通过改变滑块122在滑道121中的位置，改变支柱11的倾斜度，从而调节相邻的上下两个垃圾分流排52之间的距离，控制每一级炉排上的垃圾堆放厚度，能够避免厚度太大，导致垃圾不完全燃烧和不稳定燃烧，又避免厚度太薄减少焚烧炉的处理量。本实施例中，第一层垃圾分流排52的料层厚度在0.8～1米比较合适，第二层垃圾分流排52的料层厚度在0.6～0.8米之间比较合适，垃圾炉排53的料层厚度0.2～0.4米之间比较合适。

垃圾分散帽51上焊接有若干根搅拌杆13，本实施例中设置有四根，搅拌杆13固定连接在垃圾分散帽51上，并沿着垃圾分散帽51的周向方向均匀分布；在炉膛3中增设搅拌杆13可以搅拌并刮平垃圾，有助于燃烧。

驱动单元用于驱动炉排单元5旋转，驱动单元设于垃圾炉排53的下方，驱动单元包括电机14、转动轴15、锥齿轮16，转动轴15水平设置，转动轴15的左端穿出炉体2与电机14的输出轴相连接，转动轴15的右端与锥齿轮16相连接，垃圾炉排53的底部焊接有与锥齿轮16相啮合的炉排齿轮17，炉排齿轮17为齿圈。

炉体2侧壁包括由内至外依次设置的内侧耐火层18、外侧耐火层19和保温层，内侧耐火层18和外侧耐火层19之间为二燃室4，二燃室4中设有若干层沿着二燃室4径向分布的折流板20，折流板20之间的间隔距离从下至上依次增大，可以起到多级折流和降尘作用，保证烟气停留时间＞2S，强化二次风和烟气的混合作用，保证烟气充分燃烧，抑制二噁英的生成。内侧耐火层18的下端设有环形的烟气进口21以及若干周向分布的进气孔22，为了避免灰渣堵塞进气孔22，烟气进口21和进气孔22均倾斜设置。保温层为双层结构，包括内层保温层23和外层保温层24，内层保温层23和外层保温层24之间设有空腔，空腔中设有热交换器(图中未示出)；内侧耐火层18和外侧耐火层19由耐火砖制成，内层保温层23和外层保温层24由硅酸铝保温棉制成。

具体实施过程如下：

垃圾从进料口201进入炉膛3(一燃室)，炉膛3内，电机14通过转动轴15驱动锥齿轮16转动，锥齿轮16通过炉排齿轮17带动驱动炉排单元5运转，供氧管9将空气通过中心轴7送入炉排单元5中，垃圾分散帽51将顶部垃圾顶碎并搅拌分散垃圾，搅拌杆13使第一垃圾分流排521上的垃圾布料均匀，在热气流及辐射热的作用下，垃圾迅速干燥、升温、热分解；随着垃圾连续不断地进入炉膛3，经过热分解后剩余的部分会形成含有大量残炭的高温残渣，经过垃圾分流排52的旋转破渣处理后逐渐向下移动，并在下移过程中与空气中的氧混合继续剧烈燃烧，并放出大量的热以供给刚入炉的垃圾进行干燥、升温热分解所需，燃尽后的高温残渣随着炉排单元5的缓慢转动继续下移，最后燃烧产生的炉渣落到最下方的垃圾炉排53上，经由出渣口203排出；在炉排单元5工作的过程中，除焦单元会同步运动，刮板101即可将垃圾分流排52上的结焦物刮除，防止垃圾分流排52发生堵塞，保证炉排正常地连续运行。

热解气化产生的烟气从烟气进口21和进气孔22进入二燃室4内，在＞850℃的高温条件下，与二次风混合，进行富氧燃烧，燃尽后的烟气由烟气出口202送入尾气处理系统中回收热能，并经烟尘净化系统净化达标后排放。另外，保温层之间设置有热交换器，热交换器能吸收并回收利用热能，从而避免外层保温层24的外表面温度过高，既保证良好的隔热保温效果，也避免热量损失严重，提高能源的利用率；而设置内层保温层23，能避免热交换器将二燃室4的热量带走，降低二燃室4的温度，导致燃料用量增加。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (8)

1.一种热解气化炉，包括机架、炉体、炉膛、二燃室和驱动单元，炉体安装在机架上，炉体顶部设有进料口和烟气出口，炉体底部设有出渣口，炉体侧壁上设有若干炉门和若干观察孔，炉膛中设有可旋转的炉排单元，其特征在于：所述炉排单元包括从上至下依次连接的垃圾分散帽、若干层垃圾分流排以及垃圾炉排，炉膛中设有竖向的中心轴，垃圾炉排与中心轴转动连接；所述驱动单元用于驱动炉排单元旋转；所述炉体侧壁包括由内至外依次设置的内侧耐火层、外侧耐火层和保温层，内侧耐火层和外侧耐火层之间为二燃室，内侧耐火层的下端设有环形的烟气进口以及若干周向分布的进气孔；所述炉膛中还设有除焦单元，除焦单元包括若干个刮板以及用于驱动刮板作旋转运动的动力机构，刮板沿着中心轴呈圆周分布，并与垃圾分流排的上表面贴合；所述炉排单元还包括位于垃圾炉排中心的支撑轴，支撑轴将垃圾炉排、垃圾分流排和垃圾分散帽连接在一起；所述动力机构包括圆筒、内齿轮、行星轮和中心齿轮，圆筒与支撑轴同轴设置，所述刮板固定连接在圆筒外壁上，内齿轮固定连接在圆筒内壁上，行星轮位于内齿轮和中心齿轮之间，并分别与内齿轮和中心齿轮啮合，中心齿轮固定连接在支撑轴上；所述垃圾分流排之间设有高度调节机构，高度调节机构包括安装盘和若干根支柱，安装盘设在位于其下方的垃圾分流排的上表面上，安装盘上沿着周向分布有若干个滑道，滑道中设有滑块，滑块可拆卸连接在安装盘上；支柱呈倾斜状，支柱的下端铰接在滑块上，支柱的上端铰接在位于其上方的垃圾分流排的下表面上。

2.根据权利要求1所述的一种热解气化炉，其特征在于：所述保温层为双层结构，包括内层保温层和外层保温层，所述内层保温层和外层保温层之间设有空腔，空腔中设有热交换器。

3.根据权利要求2所述的一种热解气化炉，其特征在于：所述二燃室中设有若干层沿着二燃室径向分布的折流板。

4.根据权利要求3所述的一种热解气化炉，其特征在于：所述垃圾分散帽上设有若干根搅拌杆，搅拌杆沿着垃圾分散帽的周向方向均匀分布。

5.根据权利要求4所述的一种热解气化炉，其特征在于：所述驱动单元设于炉排单元的下方，驱动单元包括电机、转动轴、锥齿轮，转动轴水平设置，转动轴的一端穿出炉体与电机相连接，转动轴的另一端与锥齿轮相连接，所述垃圾炉排的底部设有与锥齿轮相啮合的炉排齿轮。

6.根据权利要求5所述的一种热解气化炉，其特征在于：所述刮板的底部设有锯齿。

7.根据权利要求6所述的一种热解气化炉，其特征在于：所述中心轴为空心轴，空心轴的下端连接有供氧管。

8.根据权利要求7所述的一种热解气化炉，其特征在于：所述内侧耐火层和外侧耐火层由耐火砖制成，所述内层保温层和外层保温层由硅酸铝保温棉制成。