CN1786575A - 低压头组合式填埋气焚烧火炬 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种火炬塔和其中的燃烧装置和组成该燃烧装置的单元燃烧器。该填埋气燃烧装置，包括多个圆环管同轴布置，每个圆环管上设置一定数目的单元燃烧器，构成单元燃烧器组，其特征在于：所述每个圆环管通过和各自相通的U形管与对应的填埋气分支管相连，所述填埋气分支管汇集成填埋气总管；所述U形管顶端间距和相应环形管的公称直径相等，U形管垂直剖面和圆环管水平剖面垂直，且填埋气分支管和U形管垂直连接，所述多个圆环管不在同一平面内；还包括电打火的点火火炬。该燃烧装置符合调节比可达到100∶1。燃烧稳定，不易熄火。
Description
所属技术领域
本发明是一种针对垃圾填埋气特性设计，将垃圾填埋气的流量在比较大的范围内变化时能稳定、充分、迅速燃烧的火炬装置，尤其是能使填埋气的燃烧变得更加容易控制，主要应用于垃圾填埋气焚烧炉也可作为污水处理、粪便处理中厌氧发酵产气的消纳处理。
背景技术
垃圾填埋气是垃圾填埋后经过厌氧发酵后产生的气体，其中CH4的含量约为50％～70％，CO2的含量约为30％～50％，并含有少量的水蒸汽、H2S以及其他微量气体。垃圾填埋场填埋气如果不主动抽吸处理很容易引起堆体焚烧及爆炸的事故，另外，填埋气中的甲烷是一种温室气体，其温室效约是二氧化碳的21倍。
填埋气的产生是一个较为缓慢的过程，其与堆体的垃圾成分、温度、湿度、酸碱度、环境压力等诸多因素有关。在一个较长的时间内，其流量和成分都会发生较大的变化，目前国内尚没有成熟的此类产品出现，国外的此类设备一般采取高压头火炬，不仅会消耗大量的电力，而且负荷调节比较小，很难适应国内垃圾产气的规律。低压头组合式填埋气焚烧火炬采用低压头单元燃烧器，通过一定数量的组合方式，可以极大地提高负荷调节比，较好地解决垃圾填埋场填埋气消纳的问题。
发明内容
本发明利用不同数量的单元燃烧器组合成相应额定负荷的填埋气焚烧火炬，装置理想地解决了垃圾填埋气负荷变化范围大，气压波动的特点，无需较高的气压，就可以实现大流量、大波动范围填埋气的稳定焚烧，能适应中国垃圾填埋场的产气特点。
本发明将单元燃烧器根据不同的负荷要求进行不同数量的组合，从而可以使焚烧火炬的负荷调节比提升一个数量级，焚烧需要的空气采用自然进风，无需额外提供压力。火炬的点火采用二级点火，首先用电火花点燃小的点火火炬，然后使用小火炬的火焰点燃某一个单元燃烧器，利用连焰功能点燃整个火炬，保证点火的成功率。较大负荷的火炬设置焚烧塔，使得外部不见明火，保证焚烧所在环境的安全。火炬塔设置吹扫风机，以防止灭火后再次点燃时塔内积存混气而爆炸。火炬的点火、火焰检视、灭火保护、吹扫等功能实现全自动控制。通过安装在管道中的流量传感器，系统可以得知生成的填埋气流量，从而根据流量控制单元燃烧器组的工作个数。当气量大时，参与燃烧的单元燃烧器个数多，当参与燃烧的气量小时，参与燃烧的单元燃烧器个数烧少。
填埋气在火炬内保证足够的停留时间，以使得能够充分燃烧。烟气排放温度在850±50℃，以保证氮化物的生成量最少，并且可以尽量减少二噁英类污染物质的生成。
根据本发明第一方面，一种垃圾填埋气燃烧装置，包括同轴布置的多个圆环管，每个圆环管上设置一定数目的单元燃烧器，构成单元燃烧器组，还包括：所述每个圆环管通过和各自相通的U形管与对应的填埋气分支管管相连，所述填埋气分支管汇集成填埋气总管；所述U形管顶端间距和相应圆环管的公称直径相等，U形管垂直剖面和圆环管水平剖面垂直，且填埋气分支管和U形管垂直连接，所述多个圆环管不在同一平面内；还包括电打火的点火火炬。
根据本发明第二方面的燃烧装置，包括四组单元燃烧器组，其中三组为圆环形燃烧器组；另一组为水平圆柱形燃烧器组，水平圆柱形燃烧器组上设置有单元燃烧器；在水平燃烧器组和圆环燃烧器组重合处，只在水平圆柱燃烧器组上设单元燃烧器，圆环燃烧器上不设单元燃烧器；第I燃烧器组的圆环管的公称直径为1500mm，第II燃烧器组的圆环管的公称直径为1100mm，第III燃烧器组圆环管的公称直径为800mm，第I和第III圆环管在一个平面内，第II圆环管位于另一个平面内，两个平面相距220mm。
根据本发明第三的燃烧装置：可以根据填埋气气量控制控制燃烧器组是否工作，当气量大时，工作的燃烧器组多，当气量小时，工作的燃烧器组少。
根据本发明第四方面的燃烧装置，其燃烧负荷调节比可以达到100∶1。
根据本发明的第五方面，一种火炬塔，包括：该火炬塔包括外壳，该外壳上有进风百叶窗(9)，传感器(8)安装在火炬塔中；和所述点火火炬相连的分支管5上安装有手动/电动阀(2)，和分别上述多个单元燃烧器组相连的多个分支管上都安装有电动阀(3)，所述填埋气总管上安装有手动阀门；还包括控制面板7，控制面板7以有线或无线的方式和上述阀门、传感器和进风百叶窗相连。
根据本发明第六方面的一种火炬塔，所述分支管上安装有阻火器。
根据本发明第七方面的火炬塔，其中所述燃烧器通过支架支撑，点火火炬位于公称直径最大的圆环管上。
根据本发明第八方面的单元燃烧器，包括：该单元燃烧器由引射器头部、引射器混合段、喷嘴、联结套管、垫片和进气引管组成。
根据本发明第九方面的单元燃烧器，包括：引射器头部(13)分为A、B两个部分，A部分是一个渐阔喷管；B部分截面的两条平行边缘成圆弧形，填埋气B部分时，其在X轴方向尺寸不变，在Z周方向尺寸渐缩，通道早该B部分外表面带有纵向肋片。
根据本发明第十方面的单元燃烧器，包括：喷嘴中部呈六棱柱形，所述六棱柱的上方和下方的外表面上带有螺纹。
附图说明
图1是本申请火炬系统的立体图；
图2是本申请火炬系统图；
图3是由四组单元燃烧器组成的火炬三视图；
图4是火炬塔及燃烧器示意图；
图5是一组燃烧器组三视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明，但应指出的是下面的文字只是为了说明，而不是限制。
在图1中，不同数量的燃烧器组成环形布置的燃烧器组，可以根据不同的填埋气量选择组的数目，图1中显示了两组环形燃烧器组，四个支架支撑起直径不同的燃烧器组，一根管道将垃圾填埋气输送至燃烧器组进行燃烧。
图2中，来自垃圾填埋场的填埋气总管中的填埋气首先经过手动阀门1(总管上安有排污阀4)，然后经过三根无缝钢管构成的分支管输入火炬塔；三根分支管分别和点火火炬、主燃烧器和副燃烧器相连，和点火火炬相连的分支管5上安装有手动/电动阀2，分别和主燃烧器和副燃烧器相连的分支管6上安装有电动阀3；另外，该分支管6上均安装有阻火器，防止回火的产生。点火火炬、副燃烧器和主燃烧器位于火炬塔中，火炬塔的外壳上开有进风百叶窗9，空气从进风百叶窗进入火炬塔参与燃烧；另外，火炬塔中装有传感装置8，该传感装置用于火焰检视，可以检测燃烧温度，烟气组分等参数，当燃烧前或燃烧后可以检测火炬塔内是否处于爆炸极限，防止灭火后点燃时塔内积存气体爆炸；控制面板7以有线或无线的方式和阀2、阀3、进风百叶窗9和传感装置8、风机(未示出)、点火装置(未示出)相连。通过控制面板7的操作，可以调节阀门和进气百叶窗开度，控制点火的时间，控制风机对火炬塔内残存气体进行吹扫；控制功能可以使用现有的控制装置实现，这里不做详细阐述。
图3中是一个四组单元燃烧器的实施例，其中燃烧器组由三组环形燃烧器和一组直线形燃烧器组IV组成，填埋气总管的三个分支管分别通过U形管和三组环形燃烧器组相通；分支管垂直于U形管构成的平面，另一分支管通过管道和一个水平圆柱管相连，沿该圆柱管纵向设置多个单元燃烧器，当环形燃烧器上的单元燃烧器位置和圆柱管上的单元燃烧器位置重合时，在圆柱管IV上设置单元燃烧器，环形燃烧器组上不设单元燃烧器；在三个环形燃烧器组中，U形管的上端和圆环管相通。圆环管上设置一定数目的单元燃烧器。而且为了便于点火和产热均匀，四组燃烧器的圆环管可以布置在同一水平面内，也可以布置在不同的水平面内。例如，在图3中，I、III燃烧器组位于第同一平面内，II燃烧器组所在的平面位于I、III燃烧器组所在平面的下方。优选的，和I燃烧器组相连分支管内径为150mm，和II燃烧器组相连分支管内径为125mm，和III燃烧器组相连分支管内径为100mm，和点火火炬相通的分支管的内径为80mm；优选的第I燃烧器组圆环管的公称直径为1500mm，第II燃烧器组的圆环管的公称直径为1100mm，第III燃烧器组圆环管的公称直径为800mm；优选的，分支管距U形管垂直剖面的距离为800mm；优选的，I、III燃烧器组的圆环管水平中剖面9与II燃烧器组圆环管II水平中剖面10的距离为220mm；优选的圆环管半径为50mm；优选的第I分支管和第II分支管的距离为280mm，第II分支管和第III分支管的距离为250mm，第III分支管和第IV分支管的距离为250mm，第IV分支管和I、III燃烧器组的圆环管水平中剖面的距离为110mm。这样布置可以使火眼容易被点燃且容易操控，产生热量均匀，且不会烧坏其它的燃烧器组。
图4是火炬塔和燃烧器，较大负荷的火炬设置燃烧塔，使得外部不见明火，保证焚烧所在环境安全。燃烧器组由燃烧器支架支撑，在最外端燃烧器圆环管的一条直径的两个端点安装两个点火火炬；
图5是一组燃烧器组三视图，填埋气分支管通过U形管和圆环管11相通，圆环管上设置有一定数目的单元燃烧器，优选的，这些单元燃烧器是均匀分布的。
本发明所采用的一种单元燃烧器的剖面图如图8所示。当然，本发明也可以采用其它型号或结构的单元燃烧器。图8所示的单元燃烧器由引射器头部13、引射器混合段14、喷嘴15、联结套管16、垫片17和进气引管18组成。联结套管把喷嘴和进气引管联结起来。填埋气进入进气引管后经喷嘴15进入引射器混合段14，引射器是一个中空的圆柱体，在图8所示的实施例中，其内径为47mm。填埋气经过引射器混合段后进入引射器头部13。
图9是图8中所示的单元燃烧器上端部分的三视图，引射器头部13分为A、B两个部分，A在Z轴的尺寸逐渐放大，在A、B接合部，其在Z轴方向的尺寸为78mm，在B部分中，单元燃烧器在Z轴方向的尺寸逐渐减小，在喷口处达到最小，喷口在X轴方向的尺寸保持不变。从三视图中我们可以看出，B部分的外部有很多纵向肋片，这些肋片主要起散射作用，防止喷嘴过热，以形成稳定的火焰。应该指出的是，B部分肋片断面成圆弧形，其曲率半径为593mm。
图6是单元燃烧器喷嘴的三视图。图中该喷嘴的入口处有一个半径3mm的圆弧倒角，入口处内径为14.0mm，经过倒角后内径边为8.0mm。喷嘴的中部呈6棱柱形，便于施加外力。喷嘴的外表面的上方和下方均带有螺纹，以便分别和引射器混合段和联结套管联结。
图7是图8中所示的联结套管的视图。联结套管内缘带有螺纹，以便和喷嘴联结，当然螺纹联结也可以用铆接的方式替代。联结套管中有中空的底座(19)，起限位和托住喷嘴的作用。
在图中，不同数量的单元燃烧器组成环行布置的组，根据不同的填埋场气量选择组的数目。系统采用自动控制，当气量小的时候，只打开最少燃烧器数目的一组；同理，对应变化的气量，可以自动选择较优的匹配数目，从而使燃烧器可以工作在稳定的状态下，达到较好的焚烧效果。由于每个单元燃烧器有大约10∶1的负荷调节比，组合的火炬负荷调节比就可以成倍增长，可以达到100∶1。
Claims (10)
1.一种垃圾填埋气燃烧装置，包括同轴布置的多个圆环管，每个圆环管上设置一定数目的单元燃烧器，构成单元燃烧器组，其特征在于：所述每个圆环管通过和各自相通的U形管与对应的填埋气分支管管相连，所述填埋气分支管汇集成填埋气总管；所述U形管顶端间距和相应圆环管的公称直径相等，U形管垂直剖面和圆环管水平剖面垂直，且填埋气分支管和U形管垂直连接，所述多个圆环管不在同一平面内；还包括电打火的点火火炬。
2.根据权利要求1所述的燃烧装置，其特征在于包括四组单元燃烧器组，其中三组为圆环形燃烧器组；另一组为水平圆柱形燃烧器组，水平圆柱形燃烧器组上设置有单元燃烧器；在水平燃烧器组和圆环燃烧器组重合处，只在水平圆柱燃烧器组上设单元燃烧器，圆环燃烧器上不设单元燃烧器；第I燃烧器组的圆环管的公称直径为1500mm，第II燃烧器组的圆环管的公称直径为1100mm，第III燃烧器组圆环管的公称直径为800mm，第I和第III圆环管在一个平面内，第II圆环管位于另一个平面内，两个平面相距220mm。
3.根据权利要求1所述的燃烧装置，其特征在于：根据填埋气气量控制控制燃烧器组是否工作，当气量大时，工作的燃烧器组多，当气量小时，工作的燃烧器组少。
4.根据权利要求1所述的燃烧装置，其特征在于：燃烧负荷调节比可以达到100∶1。
5.一种火炬塔，包括如权利要求1所述的填埋气燃烧装置，其特征在于该火炬塔包括外壳，该外壳上有进风百叶窗(9)，传感器(8)安装在火炬塔中；和所述点火火炬相连的分支管5上安装有手动/电动阀(2)，和分别上述多个单元燃烧器组相连的多个分支管上都安装有电动阀(3)，所述填埋气总管上安装有手动阀门；还包括控制面板7，控制面板7以有线或无线的方式和上述阀门、传感器和进风百叶窗相连。
6.根据权利要求5所述的一种火炬塔，所述分支管上安装有阻火器。
7.根据权利要求5所述的火炬塔，其中所述燃烧器通过支架支撑，点火火炬位于公称直径最大的圆环管上。
8.根据权利要求1所述的单元燃烧器，其特征在于，该单元燃烧器由引射器头部、引射器混合段、喷嘴、联结套管、垫片和进气引管组成。
9.根据权利要求8所述的单元燃烧器，其特征在于引射器头部(13)分为A、B两个部分，A部分是一个渐阔喷管；B部分截面的两条平行边缘成圆弧形，填埋气B部分时，其在X轴方向尺寸不变，在Z周方向尺寸渐缩，通道早该B部分外表面带有纵向肋片。
10.根据权利要求8所述的单元燃烧器，其特征在于喷嘴中部呈六棱柱形，所述六棱柱的上方和下方的外表面上带有螺纹。
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