CN1258056C - 一种热解气化湍流喷射燃烧装置 - Google Patents

Abstract

热解气化湍流喷射燃烧装置包括依次串接的热解气化釜，氢氧化镁吸附器，高温催化反应器，湍流喷射燃烧器，气相燃烧室，多孔陶瓷过滤器，等离子体净化器，智能控制系统及点火器、风机组成。该装置利用发热反应机理，燃烧过程中无须外加热源，湍流喷射燃烧器和氢氧化镁吸附器、高温催化器、多孔陶瓷过滤器及等离子体净化器的综合作用可确保垃圾焚烧所产生的有害气体被充分燃烧、吸附、催化、过滤和分解，实现了低成本下的有害气体低排放。无二次污染，排放达标，节省能源。适用于医疗、工业、高热值生活垃圾的焚烧处理。

Description

一种热解气化湍流喷射燃烧装置

技术领域  本发明是涉及机械工程的一种热解气化湍流喷射燃烧装置，特别是用于医疗、工业和高热值生活垃圾的热解气化燃烧处理。

背景技术  随着城市人口快速的增长和人们生活素质的提高，各种各样的垃圾已成为世界最大的公害之一，严重影响着社会的可持续发展。传统的掩埋方式和直接燃烧方式处理垃圾都会造成环境的二次污染。为解决垃圾焚烧处理过程中产生二恶英类毒性物质，近年来广泛采用热解气化焚烧技术，这种技术的处理方式包含垃圾在450℃-600℃温度下的热解气化和可燃气体在1100℃左右的二次燃烧两个过程。中国专利98238003公开的一种医疗垃圾焚烧炉，它采用气化、干燥、焚烧、氧化同步进行，与炉排式焚烧技术相比，具有系统造价低、垃圾处理成本低、减量化比例高的优势。但在如何利用垃圾自身的热值能量，最低限度地利用辅助热源，减低成本，减少二恶英排放、综合回收能源方面还缺乏必要的技术手段。

发明内容  本发明的目的是在热解气化釜中利用发热反应机理，使燃烧过程中无须外加热源；它的湍流喷射燃烧使燃烧烟气的湍流度加大，燃烧温度提高，停留时间延长，使有害气体充分燃烧；氢氧化镁吸附及多孔陶瓷过滤，高温催化反应和等离子体分解净化的综合运用，使有害气体被吸附、催化、过滤、分解，实现低成本的有害气体低排放。

本发明包括有依次连结的上料装置12、热解气化釜1、气相燃烧室5、供风装置10、供油装置11、余热利用装置7、引风机及烟囱8；其特征在于：在热解气化釜1和湍流喷射燃烧器3之间串接氢氧化镁吸附器2，在湍流喷射燃烧器的可燃气喷口35外部设置有高温催化反应器4。在热解气化釜1和气相燃烧室5之间设置湍流喷射燃烧器3。在气相燃烧室5和余热利用装置7之间，设置有多孔陶瓷过滤器6，在多孔陶瓷过滤器6粗滤和细滤板之间设置有等离子体净化器。

本发明的热解气化釜1釜体底部和周边设有空气夹层18并分布有均匀的供气孔20，釜体一侧下部设有排渣门24，顶部设有进料口13，安全阀15，测压孔14，下部一侧设有点火器22，釜内壁设有耐火内衬层19。

本发明的氢氧化镁吸附器2串接在热解气化釜1可燃气出口17与高温催化反应器4的进气口42之间，氢氧化镁吸附器2空腔中设氢氧化镁吸附球26，空腔下部为旋风重力降尘区30。

本发明的湍流喷射燃烧器3为一个带空气夹层的圆柱体，其外部一侧是空气预热器39，内部有高温耐热材料浇铸成型的多个喷射圆腔34，每个喷射圆腔中有向出口方向倾斜的供气孔38，圆柱的入口端一侧为可燃气进口32，另一侧为点火器36，中间为点火腔37，出口端为燃烧烟气喷口35。

本发明的高温催化反应器4环抱于湍流喷射燃烧器烟气喷口35外部，其内部充填蜂窝状高温陶瓷催化块41。

本发明的多孔陶瓷过滤器6串接在气相燃烧室5与余热利用装置之间，空腔上下各设有细滤46和粗滤48二块多孔陶瓷板及测压孔50，空腔下部为旋风重力降尘区51。

本发明的等离子体净化器设于多孔陶瓷过滤器6内腔中部，在正电极43和负电极44之间，接入超高压脉冲。

本发明的智能控制系统9连接热解气化釜1、湍流喷射燃烧器3、气相燃烧室5、多孔陶瓷过滤器6、引风机及烟囱8、供风装置10、供油装置11，通过PLC可编程控制器对各种温度、压力、压差及气体传感器进行数据采集和处理，控制系统按设计的温度和压力参数运行。

本发明同现有技术相比具有的技术优点在于：

1.在热解气化釜采用温度、压力、气体传感器等多元采样，由智能控制系统调节热解气化釜和湍流喷射燃烧器的供油、供风，保证热解气化釜内垃圾热解气化所需的还原性气氛，使垃圾中的有机物和其它可燃物质在部分自燃时为热解气化釜提供热解所需的热源。热解气化釜内温度被控制在450℃-600℃之间，因此垃圾中的金属未被氧化，不易生成促使二恶英类有毒气体形成的催化剂，如氯化铜、硫酸铜。热解气化釜中的过量空气系数较低，能大大降低排烟量，减少尾气处理设备的投资。

2.从热解气化釜内排出的可燃气体在通过氢氧化镁吸附器时，其中氯化氢被具有活性的氢氧化镁吸附，将二恶英等有毒气体的发生量控制在低水平。

3.通过氢氧化镁吸附器后的可燃气体进入高温催化反应器，其间填充的催化剂在高温环境下可将有害气体催化裂解为无害气体。

4.通过高温催化器的可燃气体被处于经点火器预热的湍流喷射燃烧器点燃，点燃后的气体在与从供气孔喷出的气流混合后产生强化湍流，并在喷射腔内产生连续涡旋燃烧，然后喷入气相燃烧室。对空气强化湍流的优化控制使可燃气体与空气混合燃烧时的湍流度大大增强，烟气在高温燃烧段的停留时间超过2秒，燃烧温度可高达1200℃左右，确保二恶英类有害气体的充分燃烧及有效消除，连续涡旋气流还可起离心除尘作用。

5.利用高能低温等离子体技术使空间气体迅速成为高浓度等离子体，使烟气处于活化状态，可把有害气体分解为无害气体，且分解率高，能量消耗少。

6.高温尾气在通过多孔陶瓷过滤器时，热量可通过辐射、对流和传导三种方式传到多孔陶瓷过滤部件内部，使其积蓄热量达到900℃以上。由于腔道和微孔的几何结构使多孔陶瓷表面积大大增加，使微小尘粒的捕集率大大提高，有效促使未燃尽有毒有机气体的充分分解和完全燃烧，并延长了烟气在高温环境的滞留时间，有效消除了燃烧尾气在降温时再次形成二恶英类物质所依赖的催化条件。

7.智能控制系统对系统中设置的各种温度、压力、压差及气体传感器的信息进行收集和处理，并返馈信息，控制整个系统的运行状态。通过供风和引风装置的联动控制及系统温度与压力的逻辑控制，确保全流程合理的压力及温度变化梯度，保证整个系统按照设定的温度和压力参数，稳定、安全、可靠的运行。

附图说明

图1本发明整体结构示意图；

图2热解气化釜结构示意图；

图3氢氧化镁吸附器剖视图；

图4湍流喷射燃烧器纵剖图；

图5湍流喷射燃烧器横剖图；

图6高温催化反应器剖视图；

图7多孔陶瓷过滤器剖视图；

实施方式  下面结合附图，对本发明进行更为详细的说明：

图1是本发明结构流程示意图。本发明结构包括：热解气化釜1、氢氧化镁吸附器2、湍流喷射燃烧器3、高温催化反应器4、气相燃烧室5、多孔陶瓷过滤器6、余热利用装置7、引风机及烟囱8、智能控制系统9、供风装置10、供油装置11、自动上料装置12。其工作步骤为：投料→热解气化→氢氧化镁吸附→高温催化反应→湍流喷射燃烧→等离子体净化→多孔陶瓷过滤→余热利用→尾气排放。

详细的工作流程为：自动上料装置12把定量的垃圾及除氯剂投入热解气化釜1中，智能控制系统9，发出指令启动供风装置10向热解气化釜内送风，同时启动供油装置11向热解气化釜喷油点火，点燃热解气化釜内垃圾，控制系统9通过设于气化釜内的温度传感器取得数据，返馈控制对热解气化釜1供风和喷油过程，最终达到炉内垃圾处于缺氧自燃状态，并保证热解气化釜内处于450℃-600℃的还原气氛。湍流喷射燃烧器3在控制系统9的控制下同时启动运行，供风装置10通过供气孔送入足量的新风，点火器开始喷油点火，预热湍流喷射燃烧器。热解气化釜1送来的可燃气体先经氢氧化镁吸附器2，再经过高温催化器4，然后进入点火腔被点燃后，燃着的气体与喷射腔内供气孔喷入的经预热的空气产生强化湍流搅拌并在喷射腔内产生连续涡旋燃烧，然后喷入气相燃烧室5。气相燃烧室的炉温逐渐上升到1200℃以上，形成稳定的主燃烧过程。在此阶段，控制系统9通过对系统温度及运行状态的分析，可自动开关点火器，实现以一次及二次进风控制的系统自燃。在气相燃烧室5内燃烧生成的高温烟气进入多孔陶瓷过滤器6后，烟气中的一些微粒和有毒物质被吸附在多孔陶瓷滤材的腔道及微孔内，同时再由等离子体净化器进行分解净化，最后无烟、无尘、无二恶英的气体通过烟囱排放。

如图2、3、4、5、6、7所示：热解气化釜的炉体设有耐火内衬层19，风机送风通过进风口21进入空气室23和空气夹层18。釜体底部和周边有分布均匀的供气孔20通向热解气化釜内。釜体一侧下部设有排渣门24、点火器22，顶部设有进料孔13、测压孔14、安全阀15。在烟道出口17处安装有热电偶温度计16。可燃气体通过氢氧化镁吸附器进入高温催化反应器。氢氧化镁吸附器，包括进气口25，出气口27，检修门28，筛板29，旋风重力降尘区30，氢氧化镁吸附球26，排渣口31。高温催化反应器环抱于湍流喷射燃烧器喷射口的外部，包括进气口42、出气口40，中间填充蜂窝状高温陶瓷过滤块41。湍流喷射燃烧器包括空气预热器39，热电偶33，点火器36，点火腔37，可燃气体接口32，供气孔38，喷射圆腔34，湍流喷射燃烧器的喷射口35连接于气相燃烧室。气相燃烧室另一侧上方为烟道出口，其间串接有多孔陶瓷过滤器和等离子体净化器。多孔陶瓷过滤器包括进烟口52，出烟口45，排渣口49，检修门47，细滤板46，粗滤板48，热电偶50，下部为旋风降尘区51。多孔陶瓷过滤器腔内设置有等离子体净化器的正电极43和负电极44。多孔陶瓷过滤器后设置有余热利用装置、引风机及烟囱。

Claims (10)

1.一种热解气化湍流喷射燃烧装置，包括依次连结的上料装置(12)热解气化釜(1)、气相燃烧室(5)、供风装置(10)、供油装置(11)，余热利用装置(7)，引风机及烟囱(8)，其特征在于：在热解气化釜(1)和气相燃烧室(5)之间设置湍流喷射燃烧器(3)。

2.根据权利要求1所述的热解气化湍流喷射燃烧装置，其特征在于：在热解气化釜(1)和湍流喷射燃烧器(3)之间串接氢氧化镁吸附器(2)，在湍流喷射燃烧器的可燃气喷口外部设置有高温催化反应器(4)。

3.根据权利要求1所述的热解气化湍流喷射燃烧装置，其特征在于：在气相燃烧室(5)和余热利用装置(7)之间，设置有多孔陶瓷过滤器(6)，在多孔陶瓷过滤器(6)粗滤和细滤板之间设置有等离子体净化器。

4.根据权利要求1所述的热解气化湍流喷射燃烧装置，其特征在于：热解气化釜(1)釜体底部和周边设有空气夹层(18)并分布有均匀的供气孔(20)，釜体一侧下部设有排渣门(24)，顶部设有进料口(13)，安全阀(15)，测压孔(14)，下部一侧设有点火器(22)，釜内壁设有耐火内衬层(19)。

5.根据权利要求2所述的热解气化湍流喷射燃烧装置，其特征在于：氢氧化镁吸附器(2)串接在热解气化釜(1)可燃气出口(17)与高温催化反应器(4)的进口(42)之间，氢氧化镁吸附器(2)空腔中设氢氧化镁吸附球(26)，空腔下部为旋风重力降尘区(30)。

6.根据权利要求1所述的热解气化湍流喷射燃烧装置，其特征在于：湍流喷射燃烧器(3)为一个带空气夹层的圆柱体，其外部一侧是空气预热器(39)，内部有高温耐热材料浇铸成型的多个喷射圆腔(34)，每个喷射圆腔中有向出口方向倾斜的供气孔(38)，圆柱的入口端一侧为可燃气进口(32)，另一侧为点火器(36)，中间为点火腔(37)，出口端为燃烧烟气喷口(35)。

7.根据权利要求2所述的热解气化湍流喷射燃烧装置，其特征在于：高温催化反应器(4)环抱于湍流喷射燃烧器烟气喷口(35)外部，其内部充填蜂窝状高温陶瓷催化块(41)。

8.根据权利要求3所述的热解气化湍流喷射燃烧装置，其特征在于：多孔陶瓷过滤器(6)串接在气相燃烧室(5)与余热利用装置(7)之间，空腔上下各设有粗滤(48)和细滤(46)二块多孔陶瓷板及测压孔(50)，空腔下部为旋风重力降尘区(51)。

9.根据权利要求3所述的热解气化湍流喷射燃烧装置，其特征在于：等离子体净化器设于多孔陶瓷过滤器(6)内腔中部，在正电极(43)和负电极(44)之间，接入超高压脉冲。

10.根据权利要求1所述的热解气化湍流喷射燃烧装置，其特征在于：智能化的控制系统(9)连接热解气化釜(1)、湍流喷射燃烧器(3)、气相燃烧室(5)、多孔陶瓷过滤器(6)、引风机及烟囱(8)、供风装置(10)、供油装置(11)，通过PLC可编程控制器对各种温度、压力、压差及气体传感器进行数据采集和处理，控制系统按设计的温度和压力参数运行。

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