CN114623455A - 一种可用于高危废料处理的焚烧炉系统及焚烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可用于高危废料处理的焚烧炉系统及焚烧方法，旨在解决传统的立式焚烧炉容易严重腐蚀，运行周期短、运营维护成本高等不足。该发明包括内设炉腔的炉体，所述炉体壁体上设有与炉腔连通的进料口，所述炉体内设有搅拌装置，所述搅拌装置包括旋转主轴、旋转臂，所述旋转臂上方设有多个供氧管，所述供氧管在周向上设置供氧孔，所述旋转臂下部设有多个爪耙；本发明中供氧管结构的设计，可通过进行三维立体供氧，使整个炉膛温度均匀、供氧均匀、物料温度均匀，从而有效的提高处置含高氟氯危废时的设备运行时间，极大的延长了设备的运行周期，降低了运维成本，产生巨大的经济、社会、环保效益。

Description

一种可用于高危废料处理的焚烧炉系统及焚烧方法

技术领域

本发明涉及一种污泥处理技术相关技术领域，更具体地说，它涉及一种可用于高危废料处理的焚烧炉系统及焚烧方法。

背景技术

目前国内焚烧处置高氟氯危险固废的炉型是：回转式焚烧炉（回转窑），处理的危废物料中氟氯含量控制在0.5%；焚烧时高温产生的氟氯离子对金属设备和窑炉保温耐火材料有很强的腐蚀性，会把硅基材料中的硅夺走，致使耐火材料变的多孔、疏松；在炉体回转振动过程中塌落，严重影响使用寿命，增加运行维护成本。回转焚烧炉处置0.5%的氟氯危废时，运行周期短，维护成本高，推高这类危废的处置成本。而现有的立式焚烧炉，虽然可对含氟氯的危废进行焚烧，但由于供氧口位置可直接与氟氯废料接触，使设备出氧口位置容易出现严重腐蚀，从而导致运行周期太短、运营维护成本太高等问题。

中国专利公告号CN110550841A，公告日2019年09月26日，该发明的名称为污泥干化-焚烧系统中烟气深度脱硝系统和方法，该申请案公开了一种污泥干化-焚烧系统中烟气深度脱硝系统和方法，在污泥干化系统中加入湿污泥和絮凝剂，经过板框压滤后得到含水率50％的干污泥；絮凝剂包括三价铁盐和生石灰，三价铁盐的加入量在湿污泥的2～3％wt之间，生石灰的加入量在湿污泥的5～6％wt之间；2)、干污泥进入污泥焚烧炉进行焚烧，干污泥掺烧量为30％，同时在污泥焚烧炉中通入NH3，NH3和干污泥中NOx的摩尔比为1:1，污泥焚烧温度在850℃以上，焚烧时间在2.5s以上，从而得到含有粉尘的飞灰；等步骤。该发明申请通过在污泥焚烧炉中通入氨气进行脱硝，其不足之处是，氨气与氮氧化物的摩尔比为1:1，氨气消耗量大，成本高。

发明内容

本发明克服了传统的立式焚烧炉容易严重腐蚀，运行周期短、运营维护成本高等不足，提供了一种可用于高危废料处理的焚烧炉系统及焚烧方法，它能通过改变供氧口位置，有效的提高处置含高氟氯危废时的设备运行时间，极大的延长了设备的运行周期，降低了运维成本，产生巨大的经济、社会、环保效益。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种高危废料焚烧炉系统，包括内设炉腔的炉体，所述炉体壁体上设有与炉腔连通的进料口，所述炉体内设有搅拌装置，所述搅拌装置包括旋转主轴、旋转臂，所述旋转臂上方设有多个供氧管，所述供氧管在周向上设置供氧孔，所述旋转臂下部设有多个爪耙。

本发明中供氧管结构的设计，可通过进行三维立体供氧，使整个炉膛温度均匀、供氧均匀、物料温度均匀，进而解决传统的焚烧炉系统而造成以下问题：1、由供氧口直接对着物料吹，而造成的物料供氧不均匀；2、供氧充足的物料，焚烧充分温度高、灰渣及周边物料熔融，供氧不足的物料，焚烧不充分，灰渣和周边物料温度低、未熔融；3、整个炉床中的物料出现局部过热、板结、旋转设备腐蚀严重，设备只能运行15天左右，经济效益差，运行维护成本高；4、供氧不足的地方物料还是固态颗粒或块状、未到熔点，供氧充分的地方物料燃烧充分、温度高、氟氯充分释放、炉渣熔融，熔融的灰渣与供氧不足的物料或焚烧不充分的物料混合、凝固板结，卡死旋转机构；5、释放出来的氟氯、在高温情况下，又有充足的氧气，对设备腐蚀严重；6、金属设备与耐火材料均被腐蚀。局部过热的高温区物料温度可达950-1100℃；供氧不足的区域的物料温度在500-700℃。从而有效的提高处置含高氟氯危废时的设备运行时间，极大的延长了设备的运行周期，降低了运维成本，产生巨大的经济、社会、环保效益。

作为优选，所述旋转主轴位于所述炉腔中心位置，所述旋转臂设置于伸缩旋转主轴的外壁上。

作为优选，所述的供氧管为中空多孔管，所述的中空多孔管上设有出气结构，所述的出气结构自上而下设有若干排的周向排布的供氧孔，每排所述供氧孔周向等距分布。

作为优选，靠近于所述的旋转主轴一侧的炉腔下壁内设有卸料口。

作为优选，S1：使物料送至以竖直方向为轴线旋转搅拌的焚烧区域中，物料从焚烧区域的边缘进入，物料受热温度上升；

S2：物料热、裂解后形成炭化物，通过驱动旋转主轴带动旋转臂转动，使物料在焚烧过程中向焚烧区域的中心沿螺旋形前进；

S3：在所述旋转臂的转动作用下，带动所述爪耙搅拌转动使物料的表面始终不断的被更新，使炉底表面的物料的有机质持续受热分解；

S4：主要焚烧物料的热解气，焚烧部分物料的热解后剩余的碳化物；物料整体温度在750-850℃，有机质充分热解挥发，在炉膛中上部焚烧；

S5：物料完全焚烧后的灰渣沿螺旋形前进至焚烧区域的中心排出进行回收。

作为优选，整个过程由所述旋转臂上设置的所述爪耙提供的动力和所述供氧管上的所述供氧孔提供的助燃空气完成，整个物料在热解焚烧过程中，由炉床圆周向圆心处移动，需要经过四个区域，每个区域基本都成圆环形分布，分别为“干化区域”、“热解区域”、“热解炭燃烧区域”、“灰渣冷却区域”。

作为优选，所述的物料为含高热值、高氟、高氯的高危废料。

作为优选，污泥完全焚烧后的灰渣在向焚烧区域的中心移动时，与通入的空气进行换热，使灰渣温度降低、通入的空气温度升高。

作为优选，在所述旋转臂的转动作用下，供氧孔进行三维立体供氧，使焚烧火焰充分扰动呈紊流状态，从而使整个炉膛温度均匀、供氧均匀、物料温度均匀。

作为优选，有一部分供氧孔提供的氧气通过炉腔内壁的反射到炉底，与更新的炉底表面物料接触焚烧。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设计的焚烧炉系统及其焚烧方法，它能有效的提高处置含高氟氯危废时的设备运行时间，极大的延长了设备的运行周期，降低了运维成本，产生巨大的经济、社会、环保效益。

附图说明

图1是本发明的一种可用于高危废料处理的焚烧炉系统及焚烧方法的结构示意图；

图2是本发明的供氧管的结构示意图；

图3是图2中“A-A”处的剖视图；

图4是本发明的一种高危废料焚烧炉系统启动后的气流示意图；

图中：1、炉腔，2、炉体，3、进料口，4、搅拌装置，5、旋转主轴，6、旋转臂，7、供氧管，8、供氧孔，9、爪耙，10、卸料口，11、物料，12、风口氧气流向。

具体实施方式

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。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”“上述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件、单元、模块和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、单元、模块、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：

实施例1：一种高危废料焚烧炉系统，包括内设炉腔1的炉体2，所述炉体2壁体上设有与炉腔连通的进料口3，所述炉体2内设有搅拌装置4，所述搅拌装置4包括旋转主轴5、旋转臂6，所述旋转臂6上方设有多个供氧管7，所述供氧管7在周向上设置供氧孔8，所述旋转臂6下部设有多个爪耙9。所述旋转主轴5位于所述炉腔1中心位置，所述旋转臂6设置于伸缩旋转主轴5的外壁上。所述的供氧管7为中空多孔管，所述的中空多孔管上设有出气结构，所述的出气结构自上而下设有若干排的周向排布的供氧孔8，每排所述供氧孔周向等距分布。靠近于所述的旋转主轴5一侧的炉腔下壁内设有卸料口10。本发明中供氧管结构的设计，可通过进行三维立体供氧，使整个炉膛温度均匀、供氧均匀、物料温度均匀，进而解决传统的焚烧炉系统而造成以下问题：1、由供氧口直接对着物料吹，而造成的物料供氧不均匀；2、供氧充足的物料，焚烧充分温度高、灰渣及周边物料熔融，供氧不足的物料，焚烧不充分，灰渣和周边物料温度低、未熔融；3、整个炉床中的物料出现局部过热、板结、旋转设备腐蚀严重，设备只能运行15天左右，经济效益差，运行维护成本高；4、供氧不足的地方物料还是固态颗粒或块状、未到熔点，供氧充分的地方物料燃烧充分、温度高、氟氯充分释放、炉渣熔融，熔融的灰渣与供氧不足的物料或焚烧不充分的物料混合、凝固板结，卡死旋转机构；5、释放出来的氟氯、在高温情况下，又有充足的氧气，对设备腐蚀严重；6、金属设备与耐火材料均被腐蚀。局部过热的高温区物料温度可达950-1100℃；供氧不足的区域的物料温度在500-700℃。从而有效的提高处置含高氟氯危废时的设备运行时间，极大的延长了设备的运行周期，降低了运维成本，产生巨大的经济、社会、环保效益。

一种通过实施例1中的高危废料焚烧炉系统进行高危废料焚烧的焚烧方法：

S1：使物料11送至以竖直方向为轴线旋转搅拌的焚烧区域中，物料从焚烧区域的边缘进入，物料受热温度上升；

S2：物料热、裂解后形成炭化物，通过驱动旋转主轴带动旋转臂转动，使物料在焚烧过程中向焚烧区域的中心沿螺旋形前进；

S3：在所述旋转臂6的转动作用下，带动所述爪耙9搅拌转动使物料的表面始终不断的被更新，使炉底表面的物料的有机质持续受热分解；

S4：主要焚烧物料的热解气，焚烧部分物料的热解后剩余的碳化物；物料整体温度在750-850℃，有机质充分热解挥发，在炉膛中上部焚烧；S5：物料完全焚烧后的灰渣沿螺旋形前进至焚烧区域的中心排出进行回收。

整个过程由所述旋转臂6上设置的所述爪耙9提供的动力和所述供氧管7上的所述供氧孔8提供的助燃空气完成，整个物料在热解焚烧过程中，由炉床圆周向圆心处移动，需要经过四个区域，每个区域基本都成圆环形分布，分别为“干化区域”、“热解区域”、“热解炭燃烧区域”、“灰渣冷却区域”。所述的物料为含高热值、高氟、高氯的高危废料。污泥完全焚烧后的灰渣在向焚烧区域的中心移动时，与通入的空气进行换热，使灰渣温度降低、通入的空气温度升高。氧气通过供氧孔向四周流出，然后在所述旋转臂的转动作用下，进行三维立体供氧，使氧气均匀充满整个炉腔内，风口方向为和气体流向(如图2-4)，其中，供氧孔流出的风口氧气流向12。物料温度均匀、先热解再焚烧，焚烧气体为主；物料不会板结了，在炉内旋转构件表面形成了灰渣保护层，大大降低设备的腐蚀性，延长了设备使用寿命，使焚烧火焰充分扰动呈紊流状态，从而使整个炉膛温度均匀、供氧均匀、物料温度均匀。有一部分所述供氧孔8提供的氧气通过炉腔1内壁的反射到炉底，与更新的炉底表面物料接触焚烧。炉底物料表面氧气稀薄，物料以热、裂解为主，产生的热解气在上升过程中与氧气混合充分燃烧，燃烧产生的热量为物料的热、裂解提供连续的热源供给；物料充分热解后的碳化物，由于表面氧气稀薄，会有小火苗焚烧，使碳化物产生辅助阴烧的效果。

传统的用于高危废料焚烧的锅炉系统，处置0.5%的氟氯危废时能设备运行75-90天；处置5%的氟氯危废时能设备运行小于等于15天（5%的氟氯含量，目前国内的焚烧炉无法正常处置运行，主要是设备腐蚀太严重，运行周期太短、运营维护成本太高，不具备工业运行条件）；本发明的锅炉系统，处置0.5%的氟氯危废时能设备运行180-240天；处置5%的氟氯危废时能设备运行60-90天；处置25%的氟氯危废时能设备运行30-45天。极大的延长了设备的运行周期，降低了运维成本，产生巨大的经济、社会、环保效益。处置相同的危废物料，运维成本降至以前回转焚烧炉的10-15%。

本发明中用于高危废料焚烧炉系统的构造与运行：

该污泥焚烧炉系统是“圆形筒状”一段式“固定床焚烧炉”。在炉内安装有“搅拌装置”。在设备运转中，“搅拌装置”做水平圆周旋转运动的同时，有空气从旋转臂上的中空多孔管中吹出。另外，在沿着炉壁切线方向，设置有回旋空气吹入口，从而使炉内的燃烧火焰形成旋转回流火焰状态，在导流聚能器（中和腔）的作用下，燃烧火焰旋流更加规则，温度更加均匀稳定，焚烧更加充分彻底。

旋转回流的燃烧火焰，再加上搅拌装置的效果，使得炉内温度保持均匀稳定；再加上圆周炉壁、圆锥炉壁、导流聚能器以及炉腔，全方位地对被焚烧物具有强大的热辐射作用和对流传热作用；使得物料燃烧充分、灰渣热灼减率低。由此，进一步提高了燃烧能力和能源节约。另外，由于没有局部过热，没有物料长时间堆积停滞，所以不会产生灰渣结块熄炉现象。

该污泥焚烧炉系统主要构造部件如下:1、由耐火材料构成的“炉体”；2、由耐火材料构成的“炉床”，料层厚度约150-200mm；3、“导流聚能器（中和腔）”，是由耐火蓄热材料构成，在炉腔内成螺旋状布置，从炉膛边缘向中心旋转，最后与焚烧炉排气口连接；4、旋转臂，即为均匀搅拌被焚烧物和焚烧灰渣的同时提供助燃空气的搅拌装置，为固相提供翻炒与行进的动力，同时提供助燃空气（此处助燃空气主要有两方面作用：提供物料燃烧所需要的氧气和冷却燃烧后产生的灰渣），旋转臂通常成偶数布置（如：4、6、8......）；5、旋转主轴通过动力装置进行控制，为搅拌主轴提供旋转总动力，包括齿轮、链条、动力电机等；6、“回旋空气入口”，与空气管道连接，为焚烧炉提供旋转动力空气；7、“辅助燃烧器”，为系统稳定运行提供辅助热量；燃烧器的燃料可以为燃气或燃油；燃烧器的数量多少一般由系统的处理量来决定，通常是成对出现（如2、4、6、8......）。辅助燃烧器的燃烧头沿炉壁的切线方向设置，与炉壁切向角度范围在0-30°，同时燃烧头还要稍微向下倾斜，与水平面的角度范围在0-15°；8、灰渣排出口，用于污泥焚烧炉灰渣外排， 与出渣管道、漏渣挡圈、漏渣收集管道相连对接；9、搅拌主轴，它是中空的轴，为搅拌装置提供动力与助燃空气；10、回旋空气风道，风道的类型可以多样，可以是方形、圆形、半圆形、椭圆形等，设置方式可以是炉体外侧和嵌入炉体壁内；风道与焚烧炉壁上设置有切向进气管，进气管与炉壁切向角度范围在0-30°，同时进气管还要稍微向上倾斜，与水平面形成的倾斜角度范围在0-15°；11、炉床底座，由耐热材料构成，承载着炉床与炉体；12、基座，水平布置，由耐热材料构成，承载着炉床底座、炉床与炉体，基座上设置有搅拌主轴的定位轴承座；13、支撑柱为系统提供承载与支撑；14、中空管与抄板，设置在旋转臂的最前端，与旋转臂成90°，与旋转臂是装配式连接，便于拆卸维护；中空管下部焊接有污泥抄板，中空管底部设置有水平“一”字型出气槽，出气槽的空气吹出方向与旋转臂旋转方向相反。15、中空多孔管，设置在旋转臂的前端至搅拌主轴之间部位，与旋转臂成90°，与旋转臂是装配式连接，便于拆卸维护；供氧管为中空多孔管，中空多孔管自上而下设有若干排的周向排布出气结构，周向排布的出气结构由若干周向等距分布的出氧孔组成。

出气孔排列数量，可根据供气的具体需要设置；连接在旋转臂上的不同中空多孔管上的出气孔数量也是不同的。

以上所述的实施例只是本发明较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种高危废料焚烧炉系统，包括内设炉腔（1）的炉体（2），其特征是，所述炉体（2）壁体上设有与炉腔（1）连通的进料口（3），所述炉体（2）内设有搅拌装置（4），所述搅拌装置（4）包括旋转主轴（5）、旋转臂（6），所述旋转臂（6）上方设有多个供氧管（7），所述供氧管（7）在周向上设置供氧孔（8），所述旋转臂（6）下部设有多个爪耙（9）。

2.根据权利要求1所述的一种高危废料焚烧炉系统，其特征是，所述旋转主轴（5）位于所述炉腔（1）中心位置，所述旋转臂（6）设置于伸缩旋转主轴（5）的外壁上。

3.根据权利要求1所述的一种高危废料焚烧炉系统，其特征是，所述的供氧管（7）为中空多孔管，所述的中空多孔管上设有出气结构，所述的出气结构自上而下设有若干排的周向排布的供氧孔（8），每排所述供氧孔（8）周向等距分布。

4.根据权利要求1所述的一种高危废料焚烧炉系统，其特征是，靠近于所述的旋转主轴（5）一侧的炉腔（1）下壁内设有卸料口（10）。

5.一种可通过权利要求1至4所述一种高危废料焚烧炉系统进行高危废料焚烧的焚烧方法，其特征是，

S1：使物料（11）送至以竖直方向为轴线旋转搅拌的焚烧区域中，物料（11）从焚烧区域的边缘处进入，物料（11）受热温度上升；

S2：物料（11）热、裂解后形成炭化物，通过驱动旋转主轴（5）带动爪耙（9）转动，使物料（11）在焚烧过程中向焚烧区域的中心沿螺旋形前进；

S3：在所述旋转臂（6）的转动作用下，带动所述爪耙（9）搅拌转动使物料（11）的表面始终不断的被更新，使炉底表面的物料（11）的有机质持续受热分解；

S4：主要焚烧物料（11）的热解气，焚烧部分物料（11）的热解后剩余的碳化物；物料（11）整体温度在750-850℃，有机质充分热解挥发，在炉膛中上部焚烧；

S5：物料（11）完全焚烧后的灰渣沿螺旋形前进至焚烧区域的中心排出进行回收。

6.根据权利要求1所述的一种高危废料的焚烧方法，其特征是，整个过程由所述旋转臂（6）上设置的所述爪耙（9）提供的动力和所述供氧管（7）上的所述供氧孔（8）提供的助燃空气完成，整个物料（11）在热解焚烧过程中，由炉床圆周向圆心处移动，需要经过四个区域，每个区域基本都成圆环形分布，分别为“干化区域”、“热解区域”、“热解炭燃烧区域”、“灰渣冷却区域”。

7.根据权利要求1所述的一种高危废料的焚烧方法，其特征是，所述的物料（11）为含高热值、高氟、高氯的高危废料。

8.根据权利要求1所述的一种物料的焚烧方法，其特征是，所述的高危废料完全焚烧后的灰渣在向焚烧区域的中心移动时，与通入的空气进行换热，使灰渣温度降低、通入的空气温度升高。

9.根据权利要求1所述的一种高危废料的焚烧方法，其特征是，在所述旋转臂（6）的转动作用下，供氧孔（8）进行三维立体供氧，使焚烧火焰充分扰动呈紊流状态，从而使整个炉膛温度均匀、供氧均匀、物料（11）温度均匀。

10.根据权利要求1所述的一种物料的焚烧方法，其特征是，有一部分供氧孔（8）提供的氧气通过炉腔（1）内壁的反射到炉底，与更新的炉底表面物料（11）接触焚烧。

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