CN113102446A - 一种用于处理垃圾焚烧飞灰二噁英的热解炉及热解系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于处理垃圾焚烧飞灰二噁英的热解炉及热解系统，热解炉包括炉膛，炉膛之外密封罩设有隔热保温壳，且炉膛与隔热保温壳之间构成密封的烟道，烟道为沿炉膛的轴向延伸的螺旋结构；隔热保温壳具有热风入口和热风出口，热风入口和热风出口均与烟道连通，且分别位于烟道的两端；隔热保温壳具有分别用于进料和出料的进料口和出料口，进料口、出料口分别与炉膛连通；出料口设有下料喉管，下料喉管设有开关阀；隔热保温壳具有分别与炉膛连通的排气口和惰性气体进气口。本发明使得垃圾焚烧飞灰二噁英经过处置后能稳定降低至50ngTEQ/kg以下，还能避免飞灰氯盐受热结块问题的出现。
Description
技术领域
本发明属于垃圾飞灰无害化处理技术领域，具体涉及一种用于处理垃圾焚烧飞灰二噁英的热解炉及热解系统。
背景技术
随着城市化进程的不断推进，很多大中城市遭遇“垃圾围城”的困扰。垃圾焚烧技术已成为城市垃圾减量的有效方法，而得到了广泛应用。但垃圾焚烧后的飞灰会产生环境污染。飞灰是指垃圾焚烧发电厂发电时烟气净化系统收集而得的残留物，总量约为生活垃圾处理量的3～5％，飞灰排放给环境造成污染的原因是其重金属超标，呈强碱性，其可溶盐含量偏高促使了重金属在环境中的溶出，并且还含有一定浓度的氯苯系物、二噁英等有机污染物和微量重金属污染物，属于国家规定的危险废弃物名录中的HW18。
飞灰的污染属性主要来自于二噁英类有机污染物和重金属元素。二噁英类化合物是已知的最毒化合物之一，有世纪之毒，具有致畸性、致癌性、致突变性，以及损伤人体生殖系统、免疫系统的能力。有研究表明，飞灰中的二噁英占焚烧过程二噁英排放量的70％左右。因此，飞灰是垃圾焚烧过程中排放二噁英的主要载体，在后端处置中必须去除。
飞灰二噁英低温热分解技术最早由德国科学家提出，在日本松户得到产业化示范，被证实为飞灰二噁英脱除稳定可靠的技术工艺。例如，公告号为CN103127806B的专利文献公开了一种用于处理焚烧飞灰的设备，包括：脱氯反应装置，脱氯反应装置用于在预定温度和微正压的压力下，在非氧化气氛中，使飞灰中的二噁英发生脱氯反应，以便获得脱氯处理产物；以及快速冷却装置，快速冷却装置与脱氯反应装置相连，并且用于对脱氯处理产物进行快速冷却，以便得到经过处理的焚烧飞灰，利用该设备能够有效地处理含有二噁英的焚烧飞灰。然而，其未能解决飞灰受热不均匀而造成的结块、出料不畅等问题，并且难以实现飞灰二噁英在热分解过程中的绝氧气氛条件，飞灰二噁英去除率不高。
发明内容
基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本发明的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种用于处理垃圾焚烧飞灰二噁英的热解炉及热解系统。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于处理垃圾焚烧飞灰二噁英的热解炉，包括炉膛，炉膛之外密封罩设有隔热保温壳，且炉膛与隔热保温壳之间构成密封的烟道，烟道为沿炉膛的轴向延伸的螺旋结构；
所述隔热保温壳具有热风入口和热风出口，热风入口和热风出口均与烟道连通，且分别位于烟道的两端；
所述隔热保温壳具有分别用于进料和出料的进料口和出料口，进料口、出料口分别与炉膛连通；所述出料口设有下料喉管，下料喉管设有开关阀；
所述隔热保温壳具有分别与炉膛连通的排气口和惰性气体进气口。
作为优选方案，所述炉膛为立式结构。
作为优选方案，所述炉膛内设有搅拌装置。
作为优选方案，所述搅拌装置包括驱动电机、螺杆、第一搅拌刮叶和第二搅拌刮叶，驱动电机安装于隔热保温壳的顶部，螺杆沿炉膛的轴向延伸，并延伸至下料喉管内，驱动电机与螺杆驱动连接；第一搅拌刮叶安装于螺杆上，以与炉膛的底部间隙配合；第二搅拌刮叶安装于螺杆上，第二搅拌刮叶位于第一搅拌刮叶的上方。
作为优选方案，所述炉膛内沿其轴向不同高度位置分别设有热电偶。
作为优选方案，所述炉膛内沿其轴向不同高度位置分别设有料位计。
作为优选方案，所述惰性气体进气口有数个；其中一个惰性气体进气口与下料喉管邻设且连通，其进气方向与下料喉管的轴向垂直。
作为优选方案，热解炉，还包括热风加热装置，热风加热装置与热风入口连接。
本发明还提供一种用于处理垃圾焚烧飞灰二噁英的热解系统，包括如上任一项方案所述的热解炉。
作为优选方案，热解系统，还包括飞灰冷却装置和烟气净化装置，飞灰冷却装置与下料喉管连接，烟气净化装置与排气口连接。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
本发明的热解炉，实现飞灰二噁英在热分解过程中的反应温度、绝氧气氛及停留时间的控制，使得垃圾焚烧飞灰二噁英经过处置后能稳定降低至50ngTEQ/kg以下，并且通过改善温度场分布，保障炉膛内部温度均匀，避免飞灰氯盐受热结块问题的出现，通过搅拌装置保障飞灰出料的稳定性。
本发明的热解炉，其炉膛采用立式炉结构，间歇批次处置飞灰，利用天然气或其他燃料燃烧产生的热烟气(即热风)在烟道对炉膛进行间接加热，飞灰在炉膛内部，在反应过程中进料口和出料口处于关闭状态，并通入惰性气体保证炉膛内部的绝氧气氛条件，通过搅拌装置对飞灰进行搅拌混合，提高传热效率。飞灰在反应一段时间后打开下料喉管的开关阀，可送入后端的飞灰冷却装置进行冷却处理。
本发明对炉膛内进行多点温度测温，便于准确检测炉膛内飞灰的加热温度，以便将体系内的反应温度控制在300～500℃范围内，保证飞灰二噁英的脱除效率。
本发明利用热烟气对炉膛内部的飞灰二噁英进行加热，其前端接入可调节烟气流量及温度的热风加热装置等热源供给装置，避免燃烧器火焰直接对炉膛进行加热造成的传热不均匀等问题；烟道螺旋向上分布在炉膛外侧，从而增加热烟气在炉膛外的停留时间及传热面积，提高热能利用率。
本发明的搅拌装置通过优化设计，保证飞灰在炉膛内得到充分的搅拌，避免飞灰在炉膛壁的粘附，提高传热效率；搅拌装置在轴向分为多段，底部的第一搅拌刮片贴近炉膛底部壁面，上部两侧分布的第二搅拌刮片贴近炉膛内部壁面，螺杆采用绞龙形式并延伸至下料喉管的出口，避免飞灰在下料喉管中挤压而不易出料。另外，螺杆通过驱动电机可在飞灰下料过程中实现正反转，从而保障炉膛中飞灰顺利出料至后端的飞灰冷却装置。
本发明的热解炉及热解系统，设备灵活性高，可以针对性解决不同类型的垃圾焚烧飞灰、医废垃圾焚烧飞灰、危险废物焚烧飞灰等危险废物，通过改变不同的反应温度、停留时间从而保障飞灰二噁英的去除效率。
附图说明
图1是本发明实施例1的热解炉的结构剖视图；
图2是本发明实施例1的热解炉的另一方向的结构剖视图；
图3是本发明实施例1的热解炉的结构俯视图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
实施例1：
如图1-3所示，本实施例的用于处理垃圾焚烧飞灰二噁英的热解炉，架设在支架0上。具体地，热解炉包括炉膛1，炉膛1为立式结构；炉膛1之外密封罩设有隔热保温壳2，且炉膛与隔热保温壳之间构成密封的烟道3，烟道3为沿炉膛的轴向(即高度方向)延伸的螺旋结构，从而增加热烟气在炉膛外的停留时间及传热面积，提高热能利用率。
本实施例的隔热保温壳2具有热风入口a和热风出口b，热风入口a和热风出口b均与烟道3连通，且分别位于烟道的两端；即热风入口a位于烟道的底部，热风出口b位于烟道的顶部。
另外，隔热保温壳2还具有分别用于飞灰进料和飞灰出料的进料口c和出料口d，进料口c、出料口d分别与炉膛1连通，且进料口c位于炉膛的顶部，出料口d位于炉膛的底部，以便向炉膛内进料以及出料；其中，出料口d设有下料喉管4，下料喉管4设有开关阀，通过开关阀的打开或关闭，实现出料的控制。
本实施例的隔热保温壳2还具有与炉膛1连通的排气口e，用于排出飞灰热分解过程产生的热解烟气。其中，排气口e位于炉膛1的顶部一侧。
本实施例的炉膛内设有搅拌装置，用于对飞灰进行搅拌，防止飞灰结块以及粘壁，从而提升炉膛内温度分布的均匀性。具体地，搅拌装置包括驱动电机5、螺杆6、第一搅拌刮叶7和第二搅拌刮叶8，驱动电机5安装在隔热保温壳2的顶部，螺杆7沿炉膛1的轴向延伸，并延伸至下料喉管4内，驱动电机5与螺杆7的顶端驱动连接；第一搅拌刮叶7安装在螺杆上且分布于螺杆的两侧，第一搅拌刮叶7与炉膛的底部间隙配合；第二搅拌刮叶8安装在螺杆上且分布于螺杆的两侧，且第二搅拌刮叶8位于第一搅拌刮叶7的上方，构成一定的高度差。本实施例的搅拌装置的设计，保证炉膛内飞灰得到充分的搅拌以分布均匀以及提升炉膛内温度场的分布均匀。其中，第二搅拌刮叶8有两组，两组第二搅拌刮叶8也存在一定的高度差，进一步提升炉膛内飞灰分布的均匀性以及提升炉膛内温度场分布的均匀性。另外，螺杆延伸至下料喉管内，避免飞灰在下料喉管中挤压而不易出料；螺杆通过驱动电机可在飞灰下料过程中实现正反转，从而保障炉膛中的飞灰顺利出料。
本实施例的炉膛1内沿其轴向不同高度位置分别设有第一热电偶9a，第二热电偶9b和第三热电偶9c，第一热电偶9a和第二热电偶9b位于炉膛中部的上下位置，且与搅拌装置错位设置；第三热电偶9c位于炉膛的顶部；设置多点测温监测从而实现二噁英热分解工艺反应温度核心参数的稳定控制；热电偶通过设置在炉膛内不同位置的安装预留口测试不同深度的反应飞灰的温度，从而确保飞灰二噁英达到稳定的热分解温度。
本实施例的炉膛1内沿其轴向不同高度位置分别设有第一料位计10a和第二料位计10b，分别位于炉膛以及隔热保温壳的一侧壁的上部和下部，用于指示炉膛内的飞灰加料量。
本实施例的隔热保温壳2还具有与炉膛连通1的第一惰性气体进气口f1、第二惰性气体进气口f2、第三惰性气体进气口f3。本实施例通过上述惰性气体进气口补充惰性气体(例如氮气等)，在飞灰反应过程中关闭进料口及出料口，保持炉膛在微正压状态(50～1000Pa)，从而实现飞灰夹带的氧气通过排气口b排出，炉膛内部实现绝氧气氛，保障二噁英的脱除效率。其中，底部的第三惰性气体进气口f3与下料喉管4邻设且连通，其进气方向与下料喉管4的轴向垂直，既能保证绝氧气氛，又有利于下料喉管的出料。上述第一惰性气体进气口f1、第二惰性气体进气口f2与炉膛的第一热电偶9a，第二热电偶9b的夹套连通，进气方向垂直进入炉膛中，实现结构集成。
本实施例的热解炉还包括热风加热装置，热风加热装置与热风入口连接，用于提供热烟气，以便对炉膛内的飞灰进行加热，避免燃烧器火焰直接对炉膛进行加热造成的传热不均匀等问题。其中，热风加热装置具有可调节热烟气的流量及温度的功能。
另外，本实施例的隔热保温壳2还具有检修口g和压力监测接口h。
本实施例的热解炉，可实现在绝氧的条件下(氧气浓度＜0.5％)将飞灰物料温度加热至一定温度，停留一段时间，从而实现垃圾飞灰二噁英降低至50ngTEQ/kg以下，并且解决飞灰加热过程中结块、堵塞管路等问题，保障热分解稳定连续运转。
相应地，本实施例的用于处理垃圾焚烧飞灰二噁英的热解系统，包括本实施例的热解炉，还包括飞灰冷却装置和烟气净化装置，飞灰冷却装置与下料喉管的出口连接，以便对出料的飞灰进行快速冷却；烟气净化装置与排气口连接，以便对热解烟气进行净化，从而排出外界大气中，最终实现飞灰的无害化处理。
本实施例的热解系统的应用，如下两个应用例：
应用例一：
垃圾焚烧飞灰：含水率为3％，二噁英含量为1700ngTEQ/kg。
关闭下料喉管的开关阀，通入氮气，氮气整体流量控制在20Nm3/h，通过飞灰输送装置送入至热解炉中，热解炉的炉膛容积约3.6m3，当第一料位计有显示料位之后关闭进料口，此时飞灰单批次装填量约2t，打开搅拌装置，飞灰在炉膛内部搅拌。
利用天然气燃烧产生的热烟气对炉膛进行加热，热风入口前的热烟气温度控制在780℃，飞灰在炉膛内部进行加热，升温1.2h之后第一热电偶、第二热电偶、第三热电偶的温度分别上升至360℃、363℃、355℃，表示整体反应温度上升至350℃以上，停止热风加热装置，继续搅拌0.5h后，打开下料喉管的开关阀，飞灰在绝氧条件下送入飞灰冷却装置中快速冷却。
经过检测冷却后的飞灰二噁英含量为1.5ngTEQ/kg，飞灰中二噁英的去除率为99.92％。
应用例二：
垃圾焚烧飞灰：含水率为3％，二噁英含量为11000ngTEQ/kg。
关闭下料喉管的开关阀，通入氮气，氮气整体流量控制在30Nm3/h，通过飞灰输送装置送入至热解炉中，热解炉的炉膛容积约3.6m3，当第一料位计有显示料位之后关闭进料口，此时飞灰单批次装填量约2t，打开搅拌装置，飞灰在炉膛内部搅拌。
利用天然气燃烧产生的热烟气对炉膛进行加热，热风入口前的热烟气温度控制在750℃，飞灰在炉膛内部进行加热，升温1.2h之后第一热电偶、第二热电偶、第三热电偶的温度分别上升至410℃、423℃、398℃，表示整体反应温度上升至400℃以上，停止热风加热装置，继续搅拌1.5h后，打开下料喉管的开关阀，飞灰在绝氧条件下送入飞灰冷却装置中快速冷却。
经过检测冷却后的飞灰二噁英含量为17ngTEQ/kg，飞灰中二噁英的去除率为99.85％。
实施例2：
本实施例的热解炉与实施例1的不同之处在于：
在热风入口前还可以加入热电偶测温模块，通过控制热烟气的温度，保障炉膛内部飞灰不出现结块堵塞等问题。
其他结构可以参考实施例1。
另外，本实施例的热解系统，采用本实施例的热解炉，其他构架可以参考实施例1。
实施例3：
本实施例的热解炉与实施例1的不同之处在于：
热电偶的数量不限于实施例1的三个，还可以为一个、二个、四个、五个等，具体可以根据实际需求进行设置；
料位计的数量也不限于实施例1的二个，还可以为一个、三个、四个、五个等，具体可以根据实际需求进行设置；
惰性气体进气口的数量也不限于实施例1的三个，还可以为一个、二个、四个、五个等，具体可以根据实际需求进行设置；
其他结构可以参考实施例1。
另外，本实施例的热解系统，采用本实施例的热解炉，其他构架可以参考实施例1。
以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于处理垃圾焚烧飞灰二噁英的热解炉，其特征在于，包括炉膛，炉膛之外密封罩设有隔热保温壳，且炉膛与隔热保温壳之间构成密封的烟道，烟道为沿炉膛的轴向延伸的螺旋结构；
所述隔热保温壳具有热风入口和热风出口，热风入口和热风出口均与烟道连通，且分别位于烟道的两端；
所述隔热保温壳具有分别用于进料和出料的进料口和出料口，进料口、出料口分别与炉膛连通；所述出料口设有下料喉管，下料喉管设有开关阀；
所述隔热保温壳具有分别与炉膛连通的排气口和惰性气体进气口。
2.根据权利要求1所述的一种用于处理垃圾焚烧飞灰二噁英的热解炉，其特征在于，所述炉膛为立式结构。
3.根据权利要求2所述的一种用于处理垃圾焚烧飞灰二噁英的热解炉，其特征在于，所述炉膛内设有搅拌装置。
4.根据权利要求3所述的一种用于处理垃圾焚烧飞灰二噁英的热解炉，其特征在于，所述搅拌装置包括驱动电机、螺杆、第一搅拌刮叶和第二搅拌刮叶，驱动电机安装于隔热保温壳的顶部，螺杆沿炉膛的轴向延伸，并延伸至下料喉管内，驱动电机与螺杆驱动连接；第一搅拌刮叶安装于螺杆上，以与炉膛的底部间隙配合；第二搅拌刮叶安装于螺杆上，第二搅拌刮叶位于第一搅拌刮叶的上方。
5.根据权利要求2所述的一种用于处理垃圾焚烧飞灰二噁英的热解炉，其特征在于，所述炉膛内沿其轴向不同高度位置分别设有热电偶。
6.根据权利要求2所述的一种用于处理垃圾焚烧飞灰二噁英的热解炉，其特征在于，所述炉膛内沿其轴向不同高度位置分别设有料位计。
7.根据权利要求1所述的一种用于处理垃圾焚烧飞灰二噁英的热解炉，其特征在于，所述惰性气体进气口有数个；其中一个惰性气体进气口与下料喉管邻设且连通，其进气方向与下料喉管的轴向垂直。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种用于处理垃圾焚烧飞灰二噁英的热解炉，其特征在于，还包括热风加热装置，热风加热装置与热风入口连接。
9.一种用于处理垃圾焚烧飞灰二噁英的热解系统，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的热解炉。
10.根据权利要求9所述的一种用于处理垃圾焚烧飞灰二噁英的热解系统，其特征在于，还包括飞灰冷却装置和烟气净化装置，飞灰冷却装置与下料喉管连接，烟气净化装置与排气口连接。
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