CN112524616A - 一种垃圾热解炉 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种垃圾热解炉，属于固废无害化处置技术领域，其整体外形呈圆柱状或矩形体状，内部为连通一体的空腔，顶部设置有烟气出口和进料口，底部设置有灰渣斗和排渣口，在灰渣斗上方设置有炉排和布气器，布气器置于炉排之上，其炉体内腔的高度与横截面积之比为1～2，通过控制炉体的高度与横截面积之比，使得工作时炉体空腔内自下而上能够实现燃烧、热解、干燥三大功能的温度梯度。本发明通过对炉体结构进行更为合理的设计，能最大程度保证各个功能区自发自动的分层，保证了工艺的连续稳定进行。

Description

一种垃圾热解炉
技术领域
本发明属于固废无害化处置技术领域，更具体地，涉及一种垃圾热解炉。
背景技术
常规生活垃圾处理方式包括卫生填埋、堆肥、焚烧。卫生填埋技术历史悠久，工艺成熟，但占地面积大，垃圾彻底处理时间久，会造成大量土地资源消耗，同时还存在垃圾渗滤液泄漏污染土壤与水体等问题。生活垃圾堆肥能将垃圾资源化利用，转化为肥料，但对垃圾原料要求较高，同时产出肥料肥效不高，应用范围受限等行业限制。垃圾焚烧能够将生活垃圾最大化减量处理，转化为二氧化碳、水、无机灰渣等无污染成分，但同时也易产生硫化物、氮氧化物、二噁英等污染物和有毒物质。
垃圾热解处理技术是可以替代垃圾焚烧技术，实现垃圾大幅无害减量的热处理方式，在无氧环境下，热解反应将生活垃圾转化为氢气、一氧化碳、低分子有机物等组成的热解气(油)和残炭，热解气(油)、残炭进一步燃烧，彻底氧化为二氧化碳和水。热解反应避免了含氯的高分子有机物直接不完全燃烧，能有效减少二噁英等有毒气体的产生。但是，热解反应为吸热反应，且要求无氧或限氧环境，大部分热解设备无法同时做到完全密闭、无氧/限氧环境和足够热量供应，导致热解处理效果不理想。
因此，需要开发一种新型的连续稳定的垃圾热解炉，解决现有技术存在的问题。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种垃圾热解炉，其通过将炉体设计为整体呈空腔状，尤其配合炉体的高度与横截面积之比，再结合布料器的设计，能最大程度保证垃圾原料和各个功能区自发自动的分层或者生成，并且分层的厚度结构非常合理，保证了工艺的连续稳定进行。
为实现上述目的，本发明提供了一种垃圾热解炉，其整体外形呈圆柱状或矩形体状，内部为连通一体的空腔，顶部设置有烟气出口和进料口，底部设置有灰渣斗和排渣口，在灰渣斗上方设置有炉排和布气器，布气器置于炉排之上，其炉体内腔的高度与横截面积之比为1～2，通过控制炉体的高度与横截面积之比，使得工作时炉体空腔内自下而上能够实现燃烧、热解、干燥三大功能的温度梯度，
同时，通过控制炉体的高度与横截面积之比、布料均匀性、布气均匀性，能控制物料充分燃烧，同时烟气出口温度低于150℃，从而能实现热解工艺连续稳定进行，
其中，炉体的高度是指炉体中呈圆柱状部分或者呈矩形体部分的高度，炉体的横截面积是指炉体中呈圆柱状部分或者呈矩形体部分的横截面积。
进一步的，其炉体内腔的高度与横截面积之比为1～1.5。
进一步的，其炉体内腔的高度与横截面积之比为1～1.2。
进一步的，其炉体的顶部空腔内布置有布料器，布料器设置在进料口下方，进料口连通炉顶上方的推料器，布料器与进料口的距离不小于50cm，布料器具有呈尖锥状的尖端，尖端四周一圈为类似伞骨架的导流杆，多个导流杆均匀分布在尖端四周并一致向下倾斜，尖端正对垃圾下落方向，用于通过尖端对相互纠结成团的垃圾施力破开，破开后的垃圾顺着导流杆向下并向四周均匀分散。
进一步的，布料器占据炉内空腔的高度为炉内空腔总高度的五分之一至四分之一，且布料器尖端距离进料口的距离为炉腔高度的八分之一至十分之一，布料器尖端距离推料器落料口的距离为50cm～100cm，以保证垃圾自由落体的高度具有50cm～100cm。
进一步的，炉体的顶部为平面状，进料口设置在平面状的炉顶中央，炉顶处还设置有两级除焦油装置，其中第一级除焦油装置为生物质除焦油装置，第二级除焦油装置为电捕焦，生物质除焦油装置采用生物质吸附方式除去焦油，其横截面积面积足够大以能降低烟气流速，还能通过拦截和吸附作用，吸附焦油和粉尘。
进一步的，布气器为由若干根均匀布设于该垃圾热解炉底部的L型进气管组成，每一根该L型进气管一端竖直向上平行于该垃圾热解炉炉身，且其顶部密封，其侧壁开设有斜向下方的喷嘴，另一端穿过该垃圾热解炉炉壁垂直引出，且与外界空气相连通；工作时，利用该炉体顶部烟气出口连接的引风机抽气，使该炉体内腔为负压，从而外部空气自该L型进气管位于炉体外部的一端进入，通过位于炉体内部的一端侧壁上开设的进气孔向该炉体内腔内均匀通入空气，随着顶部引风机的抽取，使得该炉体内部气体上行；该斜向下喷嘴的设计，用于避免燃烧产生的灰渣落下堵塞该喷嘴。
进一步的，烟气出口设置在炉顶一侧，连通两级除焦油装置。
本发明中，梯度变温的热解炉不存在独立的燃烧室，只是底部区域的物料层处于燃烧区。梯度变温热解炉中不存在严格的热解室或者燃烧室，其为连通一体的空腔，由于控制了高度和横截面积比，并结合入料和布料在空间上的优化设计，能较为可控的将干燥区、热解区和燃烧区进行自动自发的合理划分。低温炉底部设置有炉排，炉排上方设置有布气器，从上而下为干燥层、热解层和燃烧层，炉排下方为灰渣层和排渣层。燃烧层反应完全后的物料为无机灰渣，灰渣从炉排通过后进入灰渣层、排渣层，在最底部设有出渣口，炉内灰渣从出渣口排出。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
整体上，本发明热解炉为一密闭的一体化腔体，通过控制炉体的高径比，不使用构件或结构将炉腔强行分隔也能使物料自发地保持稳定的上下层结构，不会产生由于热解和控氧燃烧速度慢而导致垃圾在炉内堆积的问题，也不会出现干燥不到位，就急促落入热解和控氧燃烧区间的问题。由于具有较合理的高径比，进一步通过优化布料器、进料口的位置和结构，最大程度上保证了物料在垂直方向上稳定分段分层，同时保证炉体的密闭性，这样的设计实现了稳定连续的无氧或者限氧热解和燃烧，连续稳定的无氧或者限氧热解和燃烧是炉体真正能投入实际工程，进行真正应用的基础。
附图说明
图1是本发明实施例中炉体结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，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。
现有大多垃圾热解工艺往往都不能做到连续地、稳定地长时间运行，这是因为：通常热解工艺要求将物料分为干燥、热解、燃烧等多个部分分步反应，为了使炉内物料能够较稳定地分为多段按次序反应，大部分热解炉采用分批次、分格腔或其他方式，分阶段非连续地进料或运行。
本发明申请正是对目前存在的问题进行了科学和有效分析后，找出了问题真正的原因，才有针对性的进行了设计和创造。
图1是本发明实施例中炉体结构示意图，由图可知，本发明的垃圾热解炉整体外形呈圆柱状，内部为连通一体的空腔，顶部设置有烟气的出气口1和进料口7，底部设置有灰渣斗5和排渣口6，在灰渣斗上方设置有炉排9和布气腔10，布气腔10在炉排9的下方，其炉体内腔的高度与横截面积之比为1～2，优选的炉体内腔的高度与横截面积之比为1～1.5，最优的炉体内腔的高度与横截面积之比为1～1.2。其炉体的顶部空腔内布置有布料器，布料器设置在进料口下方，进料口连通炉顶上方的推料器，布料器与进料口的距离不小于50cm，布料器具有呈尖锥状的尖端，尖端四周一圈为类似伞骨架的导流杆，多个导流杆均匀分布在尖端四周并一致向下倾斜，尖端正对垃圾下落方向，用于通过尖端对相互纠结成团的垃圾施力破开，破开后的垃圾顺着导流杆向下并向四周均匀分散。布料器占据炉内空腔的高度为炉内空腔总高度的五分之一至四分之一，且布料器尖端距离进料口的距离为炉腔高度的八分之一至十分之一，布料器尖端距离推料器落料口的距离为50cm～100cm，以保证垃圾自由落体的高度具有50cm～100cm。炉体的顶部为平面状，进料口设置在平面状的炉顶中央，炉顶处还设置有两级除焦油装置，其中第一级除焦油装置为生物质除焦油装置，第二级除焦油装置为电捕焦，生物质除焦油装置采用生物质吸附方式除去焦油，其横截面积面积足够大以能降低烟气流速，还能通过拦截和吸附作用，吸附焦油和粉尘。布气器为由若干根均匀布设于该垃圾热解炉底部的L型进气管组成，每一根该L型进气管一端竖直向上平行于该垃圾热解炉炉身，且其顶部密封，其侧壁开设有斜向下方的喷嘴，另一端穿过该垃圾热解炉炉壁垂直引出，且与外界空气相连通。工作时，利用该炉体顶部烟气出口连接的引风机抽气，使该炉体内腔为负压，从而外部空气自该L型进气管位于炉体外部的一端进入，通过位于炉体内部的一端侧壁上开设的进气孔向该炉体内腔内均匀通入空气，随着顶部引风机的抽取，使得该炉体内部气体上行；该斜向下喷嘴的设计，用于避免燃烧产生的灰渣落下堵塞该喷嘴。烟气出口设置在炉顶一侧，连通两级除焦油装置。
本发明中，通过控制炉体的高径比，工作时，能实现将内部连通一体的炉腔自然划分为干燥层2、热解层3和燃烧层4，并且，干燥层占整个炉腔高度的五分之一至四分之一，热解层占整个炉腔高度的五分之一至四分之一，燃烧层占整个炉腔高度的十分之一至八分之一，从而能实现热解工艺连续稳定进行，其中，炉体的高度是指炉体中呈圆柱状部分的高度，炉体的直径是指炉体中呈圆柱状部分的内径。
本发明中，热解炉的炉身整体为柱状，其实质是具有较大高径比的中空腔体。热解炉顶部进料口采用压缩连续进料设备比如为推料器向炉体内连续输送垃圾原料。垃圾沿炉体向下运动，在炉腔内逐层堆积，由于相比炉体高度炉腔横截面较小，因此物料很容易均匀堆积一层，并不容易发生局部坍塌，根据温度变化在高度上分为干燥层、热解反应层。物料先发生干燥，然后再发生热解。垃圾原料从上到下温度发生梯度变化，最上面的干燥层温度最低，中间靠下地方的热解反应层温度逐渐升高，最下面的燃烧层的温度最高。沿着热解炉的高度方向上，从上到下，炉内的温度根据功能层不同呈现梯度变化，是一种梯度变温的热解炉。低温炉中，固相物料是从上往下运动的，气相物料是从下往上运动的。燃烧层主要燃烧物为残碳和部分未完全反应垃圾，热解产生的气相产物从上方出气口排出，之后先进行除焦油、然后进入二燃室，在单独的二燃室彻底燃烧反应完全。在这个过程中，垃圾物通过热解反应转化成气相(包括水、热解气、焦油及其他惰性成分)和固相(热解产生的残碳和不发生反应的无机分)两部分。气相进一步在二燃室内燃烧完全，固相在燃烧区燃烧完全，炉渣从燃烧室下方的出料口排出热解炉。
本发明的改进之一是将干燥、热解和燃烧三者集合在一个炉体中完成，通过设计高径比，保证了三个工艺过程能相互匹配，顺利进行，既不会因为干燥不到位，导致热解和燃烧不能顺利进行，也不会因为热解和燃烧工艺过程处理能力不足，处理效率过慢或者燃烧不能顺利进行。这样的设计，节省了炉体的占地空间，而且能最大化利用垃圾热解的热量。
本发明的关键改进之一是炉体高径比和布料器的设置位置，而且，炉体的进口处较小，通过压缩密实的推料推送进入炉内，将炉体入口进行了密封，避免的氧气或者空气的进入炉内，将炉体内腔的高度与横截面积之比为1～2，保证了炉体高度是炉体内径的设定倍数，配合布料的设计、进料的设计等工艺参数的设计，能实现垃圾分层逐步干燥、热解和燃烧。如果炉体直径相对炉体高度过小，则燃烧环节的工艺处理能力不足，燃烧会不充分，排放物会不达标，如果炉体直径相对于炉体高度过大，可能造成干燥和热解不充分，燃烧的污染排放物较多。
其实，市面上有些炉体虽然也是将干燥、热解和燃烧三者集合在一个炉体中完成，但是在实际工程实践中，发现其工艺的连续稳定性不足，时有发生渣料或者尾气不合格，或者炉体参数波动较大的问题，实际上都是干燥层、热解层以及燃烧层层高不合理造成的。过小的高径比会造成物料难以形成水平分层，在水平方向上会反应不均匀，造成物料不能成层分布；过大的高径比会造成气体流动、固体物料运动受阻，物料停留时间过长，炉内空间利用效率低，同时这种炉型实用性差(其像烟囱一样，施工难度大、进料困难、加工难等现实问题)，本发明找出了问题症结，解决了该问题。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种垃圾热解炉，其特征在于，其整体外形呈矩形体状或圆柱状，内部为连通一体的空腔，顶部设置有烟气出口和进料口，底部设置有灰渣斗和排渣口，在灰渣斗上方设置有炉排和布气器，布气器置于炉排之上，其炉体内腔的高度与横截面积两者数值之比为1～2，通过控制炉体的高度与横截面积之比，使得工作时炉体空腔内自下而上能够实现燃烧、热解、干燥三大功能的温度梯度，
同时，通过控制炉体的高度与横截面积之比、布料均匀性、布气均匀性，能控制物料充分燃烧，同时烟气出口温度低于150℃，从而能实现热解工艺连续稳定进行，
其中，炉体的高度是指炉体中呈圆柱状部分或者呈矩形体部分的高度，炉体的横截面积是指炉体中呈圆柱状部分或者呈矩形体部分的横截面积。
2.如权利要求1所述的一种垃圾热解炉，其特征在于，炉体内腔的高度与横截面积两者数值之比为1～1.5。
3.如权利要求1所述的一种垃圾热解炉，其特征在于，炉体内腔的高度与横截面积两者数值之比为1～1.2。
4.如权利要求1-3之一所述的一种垃圾热解炉，其特征在于，其炉体的顶部空腔内布置有布料器，布料器设置在进料口下方，进料口连通炉顶上方的推料器，布料器与进料口的距离不小于50cm，布料器具有呈尖锥状的尖端，尖端四周一圈为类似伞骨架的导流杆，多个导流杆均匀分布在尖端四周并一致向下倾斜，尖端正对垃圾下落方向，用于通过尖端对相互纠结成团的垃圾施力破开，破开后的垃圾顺着导流杆向下并向四周均匀分散。
5.如权利要求4所述的一种垃圾热解炉，其特征在于，布料器占据炉内空腔的高度为炉内空腔总高度的五分之一至四分之一，且布料器尖端距离进料口的距离为炉腔高度的八分之一至十分之一，布料器尖端距离推料器落料口的距离为50cm～100cm，以保证垃圾自由落体的高度具有50cm～100cm。
6.如权利要求5所述的一种垃圾热解炉，其特征在于，炉体的顶部为平面状，进料口设置在平面状的炉顶中央，炉顶处还设置有两级除焦油装置，其中第一级除焦油装置为生物质除焦油装置，第二级除焦油装置为电捕焦，生物质除焦油装置采用生物质吸附方式除去焦油，其横截面面积足够大以能降低烟气流速，还能通过拦截和吸附作用，吸附焦油和粉尘。
7.如权利要求6所述的一种垃圾热解炉，其特征在于，布气器为由若干根均匀布设于该垃圾热解炉底部的L型进气管组成，每一根该L型进气管一端竖直向上平行于该垃圾热解炉炉身，且其顶部密封，其侧壁开设有斜向下方的喷嘴，另一端穿过该垃圾热解炉炉壁垂直引出，且与外界空气相连通；
工作时，利用该炉体顶部烟气出口连接的引风机抽气，使该炉体内腔为负压，从而外部空气自该L型进气管位于炉体外部的一端进入，通过位于炉体内部的一端侧壁上开设的进气孔向该炉体内腔内均匀通入空气，随着顶部引风机的抽取，使得该炉体内部气体上行；该斜向下喷嘴的设计，用于避免燃烧产生的灰渣落下堵塞该喷嘴。
8.如权利要求7所述的一种垃圾热解炉，其特征在于，烟气出口设置在炉顶一侧，连通两级除焦油装置。
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