CN109974004A - 一种清洁焚烧炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种清洁焚烧炉，包括炉体，所述炉体内设有炉膛，炉膛的底部设有竖直布置的回转轴以及与回转轴连接的搅拌臂，所述搅拌臂设有朝向回转轴的一次供氧口，所述炉膛的顶部设有出烟口，所述炉体的侧壁设有进料管和二次供氧口，所述炉膛底部设有靠近回转轴的灰渣出口。本发明旨在提供一种有效提高燃烧能力和效果、节约能源的清洁焚烧炉。

Description

一种清洁焚烧炉

技术领域

本发明属于污泥处理领域，尤其涉及一种清洁焚烧炉。

背景技术

以焚烧为核心的处理方法是固体废弃物最彻底的处理方法，可以将有机物完全碳化，杀死病原体，最大限度减少污泥态固废体积并实现能量的回收利用，解决污泥态固废的最终处置问题。

我国污泥态固废，如市政污泥、造纸污泥、印染污泥等，有机质含量低，热值低，含水率高，燃烧困难。炉排式焚烧炉主要是通过单边辐射供热，难以实现污泥态固废的充分燃烧，燃烧效率低下；回转窑如中国专利公开号CN105823063A，包括台架以及可沿自身轴线旋转的回转窑体，所述台架上设有与回转窑体的窑头端转动连接的窑头罩以及与回转窑体的窑尾端转动连接的窑尾罩，窑头罩的底部设有出料口，窑尾罩顶部设有出风口，台架上设有向回转窑体的窑头端进气的进风管以及向热解窑体内进料的进料管，回转窑体内部设有可相对回转窑体转动的热解窑体。然而，回转窑焚烧炉内部物料只能实现表面供氧，难以充分燃烧，常需在尾部增加一级炉排，增大设备投资与运行费用。

流化床采用四周辐射供热，废物适应性好，可焚烧低热值、高水分、在其他燃烧装置中难以稳定燃烧的废弃物，空气过量系数小，焚烧效率高，可以达到99%左右。但流化床焚烧过程中高压布风，设备动力消耗大，运行成本较高；焚烧过程中物料极易被气流带走，飞灰产生量巨大，约为入炉原料的10%-15%，增加后续设备投资成本与处理压力。流化床焚烧炉对燃料粒度的均匀性要求较高，需要大功率的破碎装置，惰性物料石英砂对设备磨损严重，且需要不断浪费床料。设备维护量大，运行费用高，设备投资费用高昂。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的上述不足，提供了一种有效提高燃烧能力和效果、节约能源的清洁焚烧炉。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种清洁焚烧炉，包括炉体，所述炉体内设有炉膛，炉膛的底部设有竖直布置的回转轴以及与回转轴连接的搅拌臂，所述搅拌臂设有朝向回转轴的一次供氧口，所述炉膛的顶部设有出烟口，所述炉体的侧壁设有进料管和二次供氧口，所述炉膛底部设有靠近回转轴的灰渣出口。这样，搅拌臂在回转轴带动下，以回转轴为中心转动，污泥从进料管进入到炉膛中后，随着污泥自身温度上升，污泥内的水分蒸发完毕，VOCs气体蒸发，有机质热解，这些可燃气体与搅拌臂上设置的一次供氧口吹出的空气接触后燃烧。搅拌臂不断的搅拌旋转，使焚烧污泥的表面始终不断的被更新，均匀产生的可燃性气体与从炉体侧壁二次供氧口吹出的空气接触，在炉内形成旋转燃烧状态，可燃气体在炉膛内被完全燃烧，燃烧产生的热量进一步加热污泥，使污泥内有机质完全分解，污泥形成炭化物。由于一次供氧口朝向回转轴布置，炭化物在燃烧过程中逐渐向炉体中心移动，完全焚烧后的灰渣经由吹出一次供氧口的空气得到冷却，最终从处于中心部位的灰渣出口排出。污泥先热解再焚烧可以避免破坏物料颗粒，降低飞灰生成量。物料在炉膛中旋转前进，热传导、热对流和热辐射三种传热方式并存一炉，全方位产生强大的辐射热和对流作用，可有效提高燃烧能力和效果，节约能源。

作为优选，所述搅拌臂包括沿回转轴径向布置的主臂以及沿主臂的长度方向间隔布置的支臂，所述支臂与回转轴平行布置，所述一次供氧口沿支臂朝向炉膛中心的一侧均匀排列。这样，主臂在旋转搅拌时，通过支臂的一次供氧口进行一次供氧，炉床各点氧气浓度随着搅拌臂转动呈周期性变化变化。当支臂与炉膛内某一位置的污泥接触时，该位置污泥周围的氧气浓度升高，而当支臂远离该位置的污泥时，氧气浓度降低，污泥在缺氧状态下热解，热解气体在炉膛上部燃烧形成高温区域。污泥物料周期性动态供氧热解过程中升温速度比较缓慢，避免污泥态固废内部酸性、碱性金属氧化物热熔在炉体内形成板结。

作为优选，所述炉体的下方设有带动回转轴旋转的电机。这样，电机驱动回转轴转动，从而带动回转轴上的搅拌臂同步旋转，实现对于污泥的旋转搅拌，传动机构在炉体外部，设备维修简单方便。

作为优选，所述回转轴内的设有轴向布置的进气道，所述主臂内设有与进气道连通的主臂供氧通道，所述支臂内设有与一次供氧口连通的支臂供氧通道。这样，一次供氧的空气从回转轴的进气道通入，依次通过主臂供氧通道和支臂供氧通道，从一次供氧口进入到炉膛内，使得整体结构紧凑。

作为优选，所述炉体的下方设有风机，所述回转轴的下端设有进气盒体，所述风机的出口与进气盒体连通。

作为优选，所述二次供氧口围绕炉体侧壁周向均匀布置，二次供氧口沿炉膛切向进入炉膛。二次供氧口沿着炉膛切线方向布置，从而使炉内的燃烧火焰形成旋转回流火焰状。旋转回流的燃烧火焰，配合搅拌臂的旋转搅拌效果，使得炉内温度保持均匀稳定。

作为优选，所述炉体的外周设有二次供氧通道，所述二次供氧通道与二次供氧口连通，所述二次供氧通道外侧设有进气口。

本发明的有益效果是：（1）污泥进入炉膛后，水分蒸发，有机物分解，对污泥形状、含水率要求不高，炉内可同时焚烧不同类型的低品位热值固体废物，对焚烧物适应性强；（2）焚烧物料旋转搅拌前进，三种传热方式并存一炉，热利用率较高；（3）污泥在炉体内呈螺旋线从外向中心移动，污泥停留时间较长，便于污泥完全燃尽；（4）物料先热解再焚烧可以避免破坏物料颗粒，降低飞灰生成量；（5）通过一次供氧和二次供氧，使得烟气中未完全燃烧物完全燃烧达到有害成分分解所需的高温，使有害成分废渣焚尽烧透；（6）有效降低NOx的形成，实现低氮焚烧。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图；

图2是本发明炉膛的俯视图；

图3是本发明污泥的移动轨迹图；

图4是本发明炉膛内固定点氧气浓度随时间变化图；

图5是本发明炉膛内径向方向氧气浓度变化图；

图6是灰渣工业分析、元素分析及热值分析结果图。

图中：炉体1，二次供氧口1a，炉膛1b，出烟口1c，电机2，进气盒体3，风机4，回转轴5，进气道5a，搅拌臂6，主臂6a，支臂6b，主臂供氧通道61，支臂供氧通道62，一次供氧口63，污泥干燥区601，炼炭状燃烧区域602，大火焰区域603，灰渣区604，小火焰区域605，二次供氧通道7，进气口7a，进料管8。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1、图2所示的实施例中，一种清洁焚烧炉，包括炉体1，炉体1内设有炉膛1b，炉膛1b的底部设有竖直布置的回转轴5，回转轴5位于炉膛1b底部的中心位置，回转轴5的下端向下伸出炉体1外，炉体1的下方设有电机2，电机2的输出轴和回转轴5之间可设置减速机构，使得电机2输出轴带动回转轴5旋转。回转轴5上连接有搅拌臂6，回转轴5旋转时带动搅拌臂6同步转动。搅拌臂6设有朝向回转轴5的一次供氧口63，炉膛1b的顶部设有出烟口1c，炉体1的侧壁设有进料管8和二次供氧口1a，炉膛1b底部设有靠近回转轴5的灰渣出口。

搅拌臂6包括主臂6a和支臂6b，本实施例中，主臂6a共有四个，主臂6a在回转轴5的圆周方向等角度排列，主臂6a与回转轴5径向一致，支臂6b沿主臂6a的长度方向间隔布置，支臂6b与回转轴5平行向下布置，一次供氧口63沿支臂6b朝向炉膛1b中心的一侧均匀排列。回转轴5内的设有轴向布置的进气道5a，主臂6a内设有与进气道5a连通的主臂供氧通道61，支臂6b内设有与一次供氧口63连通的支臂供氧通道62。回转轴5转动时，支臂6b上的一次供氧口63向炉体1内供气，供气沿旋转的径向吹入炉体1内。炉体1的下方设有风机4，回转轴5的下端设有进气盒体3，回转轴5与进气盒体3之间可相对旋转，且回转轴5和进气盒体3之间保持密封，风机4的出口与进气盒体3连通。

二次供氧口1a围绕炉体1侧壁周向均匀布置，二次供氧口1a沿炉膛1b切向进入炉膛1b。炉体1的外周设有二次供氧通道7，二次供氧通道7与二次供氧口1a连通，二次供氧通道7外侧设有进气口7a。

在实际运行过程中，污泥可通过如螺杆泵从进料管8输送至炉体1的炉膛1b中，由于进料管8位于炉膛1b边缘，因此污泥物料落在炉膛1b的边缘，此处形成污泥干燥区601，污泥受热温度上升到200℃及以上，污泥中的水分受热蒸发，污泥含水率逐渐降低，直至污泥中水分完全蒸发。搅拌臂6和回转轴5同步旋转，带动污泥前进进入大火焰区域603，污泥温度进一步升高，污泥内VOCs气体蒸发，污泥之后进入小火焰区域605，污泥内的有机质热解，形成可燃气体，同时通过搅拌旋转使污泥的表面始终不断的被更新，污泥内的有机质持续受热分解。污泥热解后形成炭化物，一次供氧口63径向通入空气形成一次供氧，如图3所示，污泥进入到炼炭状燃烧区域602，搅拌臂6带动污泥在焚烧过程中向焚烧区域的中心沿螺旋形前进。二次供氧口1a切向吹入空气，污泥中挥发的VOCs气体，以及有机质分解产生的可燃气体，在污泥上方遇到空气发生燃烧，并形成旋转燃烧状态，气体被完全燃烧。可燃气体和污泥燃烧后产生的热烟气，经过炉体1顶部的出烟口1c排出。污泥完全焚烧后的灰渣在灰渣区604沿螺旋形向焚烧区域的中心持续移动，最终从处于中心部位的灰渣出口排出。

主臂6a在旋转搅拌时，通过支臂6b的一次供氧口63进行一次供氧。如图4所示，炉膛1b内各点氧气浓度随时间呈周期性变化，当支臂6b与炉膛1b内某一位置的污泥接触时，该位置污泥周围的氧气浓度升高，而当支臂6b远离该位置的污泥时，氧气浓度降低，氧气浓度变化频率取决于搅拌臂6旋转速度。污泥在缺氧状态下热解，热解气体在污泥上部燃烧形成850℃左右的高温区域，随着污泥移动逐渐靠近炉膛1b中心时，物料氧气浓度呈现周期性衰减，如图5所示，避免出现过高温度区域，降低过量空气系数，可降低燃料型NOx的生成：R+I→NO+…（R指O、O2、OH等含氧化合物，I指燃料氮分解产生N、CN、HCN、NH3等中间产物）。物料在低氧浓度下热解，在床层形成还原性气氛，能够抑制燃料型NOx的生成，降低NOx的浓度。

对焚烧后的灰渣进行工业分析、元素分析及热值分析，分析结果表明，物料实现充分彻底焚烧，分析结果如图6所示。采用红外光谱烟气分析仪检测出烟口1c烟气中NOx浓度和含氧量。实验测量烟气中氧含量9%-10%，NOx浓度＜150 mg/m3，出烟口1c烟气中NOx浓度低于国家规定的排放标准，可以实现直接排放，同时燃烧效率达到99%，与流化床持平，而由于物料先热解再焚烧可以避免破坏物料颗粒，飞灰生成量相比流化床有效降低，并且实现污泥在低过量空气系数下高效低氮燃烧。

Claims (7)

1.一种清洁焚烧炉，包括炉体（1），其特征是，所述炉体（1）内设有炉膛（1b），炉膛（1b）的底部设有竖直布置的回转轴（5）以及与回转轴（5）连接的搅拌臂（6），所述搅拌臂（6）设有朝向回转轴（5）的一次供氧口（63），所述炉膛（1b）的顶部设有出烟口（1c），所述炉体（1）的侧壁设有进料管（8）和二次供氧口（1a），所述炉膛（1b）底部设有靠近回转轴（5）的灰渣出口。

2.根据权利要求1所述的一种清洁焚烧炉，其特征是，所述搅拌臂（6）包括沿回转轴（5）径向布置的若干主臂（6a）以及沿主臂（6a）的长度方向间隔布置的若干支臂（6b），所述支臂（6b）与回转轴（5）平行布置，所述一次供氧口（63）沿支臂（6b）朝向炉膛（1b）中心的一侧均匀排列。

3.根据权利要求1所述的一种清洁焚烧炉，其特征是，所述炉体（1）的下方设有带动回转轴（5）旋转的电机（2）。

4.根据权利要求2所述的一种清洁焚烧炉，其特征是，所述回转轴（5）内的设有轴向布置的进气道（5a），所述主臂（6a）内设有与进气道（5a）连通的主臂供氧通道（61），所述支臂（6b）内设有与一次供氧口（63）连通的支臂供氧通道（62）。

5.根据权利要求5所述的一种清洁焚烧炉，其特征是，所述炉体（1）的下方设有风机（4），所述回转轴（5）的下端设有进气盒体（3），所述风机（4）的出口与进气盒体（3）连通。

6.根据权利要求1所述的一种清洁焚烧炉，其特征是，所述二次供氧口（1a）围绕炉体（1）侧壁周向均匀布置，二次供氧口（1a）沿炉膛（1b）切向进入炉膛（1b）。

7.根据权利要求6所述的一种清洁焚烧炉，其特征是，所述炉体（1）的外周设有二次供氧通道，所述二次供氧通道与二次供氧口（1a）连通，所述二次供氧通道外侧设有进气口（7a）。