CN109990294A - 一种清洁热解炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种清洁热解炉，包括上炉体和下炉体，所述上炉体内设有热解室，所述热解室中设有沿水平方向布置的热解管道，所述热解管道的出料端设有分离室，所述上炉体内设有连接分离室与热解室的可燃气通道，所述下炉体的顶部设有与热解室底部连通的热烟气通道，下炉体设有焚烧室以及向焚烧室边缘进料的进料管，下炉体外部设有干泥进料机，分离室的下端设有向干泥进料机上料的干泥出料口，所述焚烧室的底部设有竖直布置的回转轴，所述回转轴设有若干带动物料向焚烧室底部中心移动的搅拌臂，所述焚烧室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、节约能源的清洁热解炉。

Description

一种清洁热解炉

技术领域

本发明属于污泥处理领域，尤其涉及一种清洁热解炉。

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、节约能源的清洁热解炉。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种清洁热解炉，包括上炉体和下炉体，所述上炉体内设有热解室，所述热解室中设有沿水平方向布置的热解管道，所述热解管道的出料端设有分离室，所述上炉体内设有连接分离室与热解室的可燃气通道，所述下炉体的顶部设有与热解室底部连通的热烟气通道，下炉体设有焚烧室以及向焚烧室边缘进料的进料管，下炉体外部设有干泥进料机，分离室的下端设有向干泥进料机上料的干泥出料口，所述焚烧室的底部设有竖直布置的回转轴，所述回转轴设有若干带动物料向焚烧室底部中心移动的搅拌臂，所述焚烧室底部设有靠近回转轴的灰渣出口。

污泥通过热解管道进入到热解室中，热解室对污泥加热使污泥温度上升，污泥内的水分开始蒸发，VOCs气体蒸发，有机质热解，生成的可燃气体经过热解管道出料端的分离室，通过可燃气通道进入到热解室内，可燃气体燃烧对热解管道供热，经过热解后的干泥通过干泥进料机输送至下炉体的焚烧室边缘，回转轴带动搅拌臂在水平面转动，使污泥的表面始终不断的被更新，污泥温度进一步升高直至燃点后燃烧。污泥在燃烧过程中逐渐向下炉体中心移动，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。污泥在焚烧室中时，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。污泥焚烧过程中产生的热烟气，经过下炉体的出烟口，对热解管道进行加热，进一步提高污泥的干化和热解效率。

作为优选，所述搅拌臂包括沿回转轴径向布置的若干主臂以及沿主臂的长度方向间隔布置的若干支臂，所述支臂与回转平行布置。搅拌臂在回转轴带动下转动时，主臂和支臂与污泥接触，将污泥颗粒细化，便于污泥表面被更新，使污泥充分燃烧。

作为优选，所述支臂设有一次供氧口，所述回转轴、主臂和支臂内设有与一次供氧口连通的一次供氧通道。主臂在旋转搅拌时，通过支臂的一次供氧口进行一次供氧，焚烧室内各点氧气浓度随着搅拌臂转动呈周期性变化变化。当支臂与焚烧室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，热解气体在焚烧室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焚烧室内形成板结

作为优选，所述一次供氧口沿支臂长度方向均匀间隔布置，所述一次供氧口设置在支臂靠近回转轴的一侧。这样，一次供氧口在向焚烧室内供氧的同时，通过气流吹动污泥，使污泥沿螺旋线向焚烧室中心移动，从而提高污泥在焚烧室停留时间，保证污泥完全燃烧，污泥热值完全利用。

作为优选，所述下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，所述下炉体的侧壁设有若干二次供氧口，所述二次供氧口围绕焚烧室侧壁周向均匀布置，二次供氧口沿焚烧室切向进入焚烧室。二次供氧口沿着焚烧室切线方向布置，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，所述下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。

作为优选，所述下炉体的下方设有带动回转轴旋转的回转轴电机。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，所述上炉体外部设有热解管道电机，所述热解管道电机带动热解管道沿水平轴向回转。通过热解管道电机带动热解管道沿其轴线转动，使污泥受热均匀，提高热解效率。

本发明的有益效果是： （1）污泥进入热解管道后，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是本发明焚烧室的俯视图；

图3是本发明污泥的移动轨迹图；

图4是本发明焚烧室内固定点氧气浓度随时间变化图；

图5是本发明焚烧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，上炉体1，热解室1a，可燃气通道1b，分离室1c，干泥出料口1d，热解管道2，干泥进料机3，回转轴电机4，进气盒体5，风机6，二次供氧口7，二次供氧通道8，进气口8a，下炉体9，焚烧室9a，污泥干燥区901，炼炭状燃烧区域902，大火焰区域903，灰渣区904，小火焰区域905，搅拌臂10，主臂10a，支臂10b，一次供氧口10c，一次供氧通道10d， 回转轴10e，热解管道电机11。

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所示的实施例中，一种清洁热解炉，包括上炉体1和下炉体9，上炉体1内设有热解室1a，热解室1a中设有沿水平方向布置的热解管道2，热解管道2的两端为进料端和出料端，进料端和出料端分别伸出与热解室1a，两端与热解室1a分别密封配合，上炉体1外部设有热解管道电机11，所述热解管道电机11带动热解管道2沿水平轴向回转。热解管道2的出料端设有分离室1c，上炉体1内设有连接分离室1c与热解室1a的可燃气通道1b，分离室1c的下端设有干泥出料口1d。

下炉体9的顶部设有与热解室1a底部连通的热烟气通道，下炉体9设有焚烧室9a以及向焚烧室9a边缘进料的进料管，下炉体9外部设有干泥进料机3，分离室1c的干泥出料口1d与干泥进料机3的进口在竖直位置上保持对应，一边于污泥从分离室1c掉落至干泥进料机3的料仓中。

焚烧室9a内设有竖直布置的回转轴10e，回转轴10e位于焚烧室9a底部的中心位置，回转轴10e的下端向下伸出炉体外，下炉体9的下方设有回转轴电机4，回转轴电机4的输出轴和回转轴10e之间可设置减速机构，使得回转轴电机4输出轴带动回转5旋转。回转轴10e上连接有搅拌臂10，回转轴10e旋转时带动搅拌臂10同步转动。搅拌臂10设有朝向回转轴10e的一次供氧口10c，下炉体9的侧壁设有进料管和二次供氧口7，焚烧室9a底部设有靠近回转轴10e的灰渣出口。

搅拌臂10包括主臂10a和支臂10b，本实施例中，主臂10a共有四个，主臂10a在回转轴5的圆周方向等角度排列，主臂10a与回转轴10e径向一致，支臂10b沿主臂10a的长度方向间隔布置，支臂10b与回转轴10e平行向下布置，一次供氧口10c沿支臂10b朝向焚烧室9a中心的一侧均匀排列。回转轴10e、主臂10a和支臂10b内设有与一次供氧口10c连通的一次供氧通道10d。回转轴10e转动时，支臂10b上的一次供氧口10c向下炉体9内供气，供气沿旋转的径向吹入下炉体9内。下炉体9的下方设有风机6，回转轴10e的下端设有进气盒体5，回转轴10e与进气盒体5之间可相对旋转，且回转轴10e和进气盒体5之间保持密封，风机6的出口与进气盒体5连通。

二次供氧口7围绕炉体侧壁周向均匀布置，二次供氧口7沿焚烧室9a切向进入焚烧室9a。下炉体9的外周设有二次供氧通道8，二次供氧通道8与二次供氧口7连通，二次供氧通道8外侧设有进气口8a。

在实际运行过程中，污泥通过热解管道2输送至热解室1a内部，热解室1a对热解管道2加热，使污泥温度上升，污泥中水分受热蒸发，VOCs气体挥发，有机质受热开始分解，产生的可燃气体经过热解管道2出料端的分离室1c，通过可燃气通道1b进入到热解室1a内，可燃气体燃烧对热解管道2供热。加热后污泥含水率和有机质含量降低，通过分离室1c下端的干泥出料口1d掉落至干泥进料机3的料仓中。干泥进料机3将污泥送入下炉体9的焚烧室9a中，污泥从焚烧室9a的边缘进料，此处形成污泥干燥区901，污泥受热温度上升到200℃及以上，污泥中的水分完全蒸发，搅拌臂10和回转轴10e同步旋转，带动污泥前进进入大火焰区域903，污泥温度进一步升高，污泥内VOCs完全气体蒸发，污泥之后进入小火焰区域905，通过搅拌旋转使污泥的表面始终不断的被更新，污泥内的有机质完全受热分解。污泥热解后形成炭化物，一次供氧口10c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902，搅拌臂10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7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，经过下炉体9顶部的出烟口进入到上炉体1内，对热解室1a的热解管道2进行加热。污泥完全焚烧后的灰渣在灰渣区904沿螺旋形向焚烧室9a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10a在旋转搅拌时，通过支臂10b的一次供氧口10c进行一次供氧。如图4所示，焚烧室9a内各点氧气浓度随时间呈周期性变化，当支臂10b与焚烧室9a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10b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10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焚烧室9a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 (9)

1.一种清洁热解炉，其特征是，包括上炉体（1）和下炉体（9），所述上炉体（1）内设有热解室（1a），所述热解室（1a）中设有沿水平方向布置的热解管道（2），所述热解管道（2）的出料端设有分离室（1c），所述上炉体（1）内设有连接分离室（1c）与热解室（1a）的可燃气通道（1b），所述下炉体（9）的顶部设有与热解室（1a）底部连通的热烟气通道，下炉体（9）设有焚烧室（9a）以及向焚烧室（9a）边缘进料的进料管，下炉体（9）外部设有干泥进料机（3），分离室（1c）的下端设有向干泥进料机（3）上料的干泥出料口（1d），所述焚烧室（9a）的底部设有竖直布置的回转轴（10e），所述回转轴（10e）设有若干带动物料向焚烧室（9a）底部中心移动的搅拌臂（10），所述焚烧室（9a）底部设有靠近回转轴（10e）的灰渣出口。

2.根据权利要求1所述的一种清洁热解炉，其特征是，所述搅拌臂（10）包括沿回转轴（10e）径向布置的若干主臂（10a）以及沿主臂（10a）的长度方向间隔布置的若干支臂（10b），所述支臂（10b）与回转平行布置。

3.根据权利要求2所述的一种清洁热解炉，其特征是，所述支臂（10b）设有一次供氧口（10c），所述回转轴（10e）、主臂（10a）和支臂（10b）内设有与一次供氧口（10c）连通的一次供氧通道（10d）。

4.根据权利要求3所述的一种清洁热解炉，其特征是，所述一次供氧口（10c）沿支臂（10b）长度方向均匀间隔布置，所述一次供氧口（10c）设置在支臂（10b）靠近回转轴（10e）的一侧。

5.根据权利要求1所述的一种清洁热解炉，其特征是，所述下炉体（9）的下方设有风机（6），所述回转轴（10e）的下端设有进气盒体（5），所述风机（6）的出口与进气盒体（5）连通。

6.根据权利要求1所述的一种清洁热解炉，其特征是，所述下炉体（9）的侧壁设有若干二次供氧口（7），所述二次供氧口（7）围绕焚烧室（9a）侧壁周向均匀布置，二次供氧口（7）沿焚烧室（9a）切向进入焚烧室（9a）。

7.根据权利要求6所述的一种清洁热解炉，其特征是，所述下炉体（9）的外周设有二次供氧通道（8），所述二次供氧通道（8）与二次供氧口（7）连通，所述二次供氧通道（8）外侧设有进气口（8a）。

8.根据权利要求1所述的一种清洁热解炉，其特征是，所述下炉体（9）的下方设有带动回转轴（10e）旋转的回转轴电机（4）。

9.根据权利要求1所述的一种清洁热解炉，其特征是，所述上炉体（1）外部设有热解管道电机（11），所述热解管道电机（11）带动热解管道（2）沿水平轴向回转。