CN210826051U - 高效安全垃圾裂解气化炉 - Google Patents

Abstract

一种高效安全垃圾裂解气化炉，由旋转炉体、炉座、滚珠转盘、炉盖、高温超导热交换器、集气管、液体密封套、圆椎体换热器、环形加热器、进料机、超导余热回收器、驱动装置组成。其特征是封闭的炉体与其下方滚珠转盘上滚道盘连接，炉座与其上方的滚珠转盘下滚道盘连接，滚道盘的内圆边沿与圆椎体换热器连接，若干根高温超导热交换器装配在圆椎体换热器上，环形加热器用裂解炉自产气加热高温超导热交换器的蒸发段，产生的高温辐射热经高温超导热交换器迅速传导给炉内转动的垃圾，完成垃圾在封闭无氧状态下安全、高效裂解气化。

Description

高效安全垃圾裂解气化炉

技术领域：

本发明涉及一种生活垃圾、有机物裂解气化装置，具体讲是一种低能耗、无污染、高效安全垃圾裂解气化炉。

背景技术

随着人类文明进步和人口的增长，城市生活垃圾产量日益增加，垃圾的成分日趋复杂，有害成分日渐增多。传统的填埋垃圾浪费土地、破坏地下水源将退出历史舞台。目前各地采用的焚烧炉焚烧垃圾严重的环境污染遭致公众反对。焚烧垃圾排放出大量烟尘、有害物、酸性气体、未燃尽废物、重金属及微量有机化合物等，随之产生大量致癌的二噁英。同时焚烧使垃圾中有机材料变成灰烬，造成资源浪费。

将生活垃圾裂解气化是实现垃圾减量化、无害化、资源化的先进技术，在“垃圾围城”成为公害的今天，裂解气化技术受到世界各国政府高度重视。

垃圾的裂解气化是将生活垃圾放在一个特制的密闭容器里，在一定温度、压力和缺氧条件下，使垃圾中的有机质和气化剂(例如水蒸汽)发生化学反应，将垃圾高分子碳氢化合物打碎析出挥发分CO、 H₂、CH、C_NHm等可燃性气体和CO₂、N₂等非燃性气体的过程。标准的垃圾裂解气化设备必须具备均衡高温密闭的裂解气化容器、气化剂、按热负荷要求供给的热能。裂解气化容器必须密封不漏气是最基本条件，因为垃圾只有在密封设备内缺氧条件下和稳定均衡高温反应场条件下才能高效安全进行裂解反应，容器漏气进入含氧的空气会引起有机物燃烧，产生大量有害气体，无法获取可燃性气体。

国内研制的卧式外加热气化炉反应区难以做到温度均衡，不能保持反应区相对均衡的高温和压力，在垃圾处理中很难连续稳定产生可燃气体，免不了烟气和焦油的产生，屏蔽不了裂解物释放的有害物质及二噁英对环境的污染与毒害。传统的热解炉炉体为单管单层结构，加热器设在炉体外，局部高温加热单层炉体，因炉体直径大，轴向长，单层炉体局部受千度火焰烧烤，温度场沿炉体轴向和径向的不均匀性不但浪费大量能源，而且导致了炉内垃圾受热温度不均匀，局部的过热产生垃圾严重的热解副反应，甚至出现在炉内因局部过热出现垃圾炭化结焦的事故。另外单层卧式炉内部垃圾从进口端到到出口端行进中温度始终呈下降趋势，大部分垃圾达不到热解气化的温度条件，影响到垃圾气化效率，经济性差，热能浪费大。垃圾裂解要求整个垃圾裂解容器不得有空气进入，有氧气进入会影响垃圾裂解效率，所制气体无效成分大，漏气严重的还会发生闪爆炸炉。目前单层卧式裂解炉在裂解容器密封上存在的技术缺陷特别是可燃气出口处携入空气的难题至今无好的解决方案。

国外的垃圾裂解设备为防止裂解炉因局部过热出现垃圾炭化结焦和漏气的事故，对进入裂解炉的垃圾事先进行严格筛选分类和加装多层密封措施，整个垃圾处理设备体积庞大，价格昂贵，这对于经济不发达和垃圾分类筛选尚未实现的国家是无法使用的。

发明内容

为满足垃圾裂解炉内相对均衡高温和压力，防止炉体空气泄露，防止二噁英等有毒物质污染环境，避免能源浪费，以期达到对生活垃圾高效、安全裂解气化目的，经反复摸索实践设计出一种高效、安全、充分利用垃圾自身能源的垃圾裂解气化炉，利用炉体内部加热器通过高温超导管换热器使加热器的辐射热均衡地传导给裂解炉密闭的垃圾反应区，制取热值较高的可燃气体，再将可燃气体回用，为垃圾裂解气化提供源源不断热能，实现垃圾减量化、无害化、资源化目的。

该裂解气化炉利用了高温超导管冷热端隔离屏蔽高效传热特性，高温超导管快速热传导、热交换特性，高温超导管快速均热特性，高温金属工质动态快速回流特性以及高温液体密封技术。用这种高效安全垃圾裂解气化炉代替常规裂解炉或热解炉，整个裂解炉体密闭的空间裂解温度可均衡达到600℃左右，在水蒸汽参与下，垃圾反应速度快，无污染物和有害物生成，避免了局部过热出现垃圾炭化结焦危险，避免氧气进入垃圾裂解炉反应区发生闪爆事故，产气率和挥发份逸出率明显提高。

高效安全垃圾裂解气化炉具体方案如下：一种高效安全垃圾裂解气化炉，由旋转炉体、炉座、滚珠转盘、炉盖、高温超导热交换器、集气管、液体密封套、圆椎体换热器、环形加热器、进料机、超导余热回收器、驱动装置组成。其特征是旋转炉体由圆筒外壳，与圆筒外壳上、下边沿连接的上法兰盘、下法兰盘，上法兰盘与其上方炉盖的法兰盘用螺栓连接，下法兰盘与其下方的滚珠转盘的上滚道盘用螺栓连接，旋转炉体、炉座、炉盖的外壁裹有高温绝热层。滚珠转盘由上滚道盘、下滚道盘、放置在上下滚道盘之间的滚珠固定架、均匀地放置在滚珠固定架中的滚珠构成，滚珠钳制在上滚道盘与下滚道盘的轨道中。上滚道盘为运动盘，下滚道盘为固定不动盘。上滚道盘的内圆边沿连接圆椎体换热器，圆椎体换热器呈锥形漏斗状，圆椎体换热器上口大，下口小，上口与上滚道盘的内圆边沿连接，下边小口与出渣管连接，出渣管伸在水密封桶的水中，水密封桶放置在炉座的正中部位。圆椎体换热器上部四周的圆椎体换热器壁与若干个均匀分布的高温超导热交换器连接。高温超导热交换器由主传热管、主传热管冷凝端、主传热管蒸发端、装在主传热管中的金属工质构成，主传热管与圆椎体换热器的圆椎体壁焊接在一起，高温超导热交换蒸发端分布在圆椎体换热器的圆椎体换热器壁外围，每个蒸发端与其下部环形加热器的若干个燃烧头相对应，燃烧头工作的辐射热场将蒸发端覆盖。高温超导热交换器的冷凝端分布在圆椎体换热器的圆椎体换热器壁内侧周围，高温超导热交换器通过蒸发端全方位吸收环形加热器产生的辐射热，经主传热管和冷凝端将热量高效率传导给旋转炉体内部的垃圾使其发生裂解。滚珠转盘的下滚道盘放置在炉座上，炉座呈圆筒状，其外壳的上沿法兰盘与滚珠转盘的下滚道盘用螺栓连接。炉座内部用隔板隔为上下两部分，隔板正中间开有一圆孔，出渣管自上而下从其中穿过。隔板上部分是加热室，加热室内壁砌有耐火砖，环形加热器放置在加热室下边隔板上。环形加热器是一圆管，圆管上均匀分布若干个燃烧头，输气管道通过阻燃器与炉外储气罐连接。每个燃烧头与其上方高温超导热交换器蒸发端相对应。隔板下方是集渣室，水密封桶放置于集渣室的正中部。旋转炉体的正中位是集气管，集气管穿过炉盖的中心并与炉盖焊接在一起。集气管通过液体密封套与外部的送气管、油气水分离器、净化器、真空机与储气罐连通。炉盖左侧是密封进料口，经破碎机破碎的垃圾、各种有机物由喷水口喷水后经进料机从密封进料口进入垃圾裂解气化炉。关闭密封进料口的密封盖、送气管阀门，垃圾裂解气化炉内呈密封状态。送气管上安装一超导余热回收器，垃圾裂解的混合气体经超导余热回收器加热进入加热室的空气，以提高加热室环形加热器燃烧效率，进而提高垃圾裂解效率。

所述的驱动装置由安装在旋转炉体中下部的齿圈，齿圈与驱动装置的变速箱输出齿轮啮合，变速箱与驱动装置的驱动电机连接构成。驱动电机工作，变速箱输出齿轮的作用力通过齿圈可使旋转炉体和集气管转动。

所述的炉座及与炉座连接的滚珠转盘的下滚道盘为固定不动件，旋转炉体与滚珠转盘的上滚道盘为运动件。驱动电机工作，通过变速箱驱动齿圈，旋转炉体与滚珠转盘的上滚道盘可以在下滚道盘上作正反运动。旋转炉体转动对垃圾起搅拌作用，以使垃圾垃圾受热均匀，反应彻底，提高垃圾产气效率。

所述的圆椎体换热器为10mm-15mm厚度的耐高温不锈钢板件，上口大下口小的圆椎体，可使反应后的垃圾残渣在运动中顺利流到出渣管的出渣口。圆椎体换热器壁外围焊接若干换热片，它可以将加热室产生的辐射热通过圆椎体辐射到垃圾反应区，促使进入反应区垃圾受热反应彻底，提高垃圾产气效率。

所述的旋转炉体下部为垃圾反应区，上部为垃圾预热区，正中位的集气管的集气口设置在垃圾反应区位，集气管集气口设置在垃圾反应区位目的可使垃圾产生的混合气无效成分降低。

所述的集气管上部和下部装有拨刀，上拨刀可以使垃圾均匀进入旋转炉体，下拨刀对反应区的垃圾起搅拌作用，以使垃圾反应的更彻底，提高垃圾产气率。为保证旋转炉体的气密性，集气管穿过炉盖的中心并与炉盖焊接在一起，集气管通过液体密封套与外部的送气管连通。

所述的液体密封套由液体槽和装在液体槽内的混有重金石粉的耐高温液体构成，液体5底部与集气管焊接在一起，耐耐高温液体液面低于集气管出口平面，外部的送气管直径大于集气管的外径，其进气口平面低于耐耐高温液体的液面。因可燃气出炉温度较高，耐高温液体选320高温油混重金石粉，或者耐高温矿物油混重金石粉。采用液体密封套保证了旋转炉体在可燃气体输送中旋转炉体的气密性。

所述的旋转炉体在关闭密封进料口的密封盖、关闭出渣管的出渣管盖，关闭送气管阀门，封闭的旋转炉体内部抽真空，真空度为 -0.04MPa。高真空度设备可保证垃圾在裂解炉中高效率裂解，提高产气率。

所述的若干个高温超导热交换器主传热管冷凝端由焊接在主传热管上部的散热板构成，蒸发端由焊接在主传热管下部的菊花型吸热板构成，冷凝端置旋转炉体内与旋转炉体内壁相距4～8cm，蒸发端置炉座内与炉座内壁相距10～18cm，蒸发端片状吸热板受热面积是冷凝端散热板换热面积的1.2倍，目的提高超导热交换器的热传输系数。

所述的若干个高温超导热交换器的主传热管中加装金属工质，金属工质为活化的、工作温度在600℃至800℃的合金；若干个高温超导热交换器的主传热管静止态其管子内部呈负压态，工作态其管子内部呈正压态。

所述的炉座内部隔板正中间圆孔直径大于出渣管直径，留间隙的目的避免出渣管随旋转炉体旋转时其外壁与隔板摩擦。

所述的旋转炉体、炉座、滚珠转盘、炉盖、集气管、液体密封套、圆椎体换热器、环形加热器、出渣管的中心线均重合在炉体正中同一条轴线上。

所述的旋转炉体、炉座、炉盖的外壁裹装有高温绝热层，高温绝热层是导热系数在0.05W/(m.K)以下的，耐热温度大于1000℃的无机绝热保温材料，如氧化铝多晶纤维棉，稀土保温泥，陶瓷纤维保温棉，或者石棉保温层，石墨保温层等，绝热层厚度15cm～20cm，它可以防止炉体上的温度向外扩散。炉座加热室的炉座内壁上装有耐火砖，可以防止加热室辐射的热量向外扩散，以便将环形加热器产生的热量全部辐射在炉体的加热区间，确保炉膛垃圾反应区的工作温度稳定在600℃左右，保证垃圾垃圾受热均匀，反应彻底，提高垃圾产气效率。

所述的连接环形加热器与炉外储气罐的输气管道上装有阻燃器，阻燃器由中部粗两端细的圆管中部装金属丝网构成，他可以防止环形加热器工作时有火星通过输气管道进入炉外储气罐引起火患。

所述的进料机由进料筒、进料筒内部的送料螺旋、滚动架、电动机、减速器构成，送料螺旋轴与电动机的减速器连接，进料筒的上部是破碎机和进料口，进料口侧面装有喷水口，垃圾经破碎机、进料口在送料螺旋旋转下送入裂解炉内。进料筒内由右至左的2/3长度装送料螺旋，进料筒其外的1/3空间为垃圾腔堵段。垃圾腔堵段在进料机工作向裂解炉内推行垃圾中始终存有密实的垃圾，在炉盖密封进料口联动下可以避免密闭的裂解炉体在进料时进入空气、产生二噁英和呋喃等有好物质。

所述的破碎机进料口侧面装有喷水口，喷水口由湿度检测器、探头和喷水嘴构成，湿度检测器和探头可以感知进料口垃圾的干湿度，以调整喷水口喷水嘴的喷水量，以满足垃圾在裂解气化炉中湿度要求。

以满足垃圾在裂解气化炉中湿度要求。实验显示在高效安全垃圾裂解气化炉垃圾反应区温度在600℃左右时，水蒸汽作为气化剂可使垃圾反应速度加快，垃圾产气转化率和挥发份逸出率明显提高。水蒸汽的加入使垃圾的产气量随着温度的升高大幅增加，因为炉内反应温度的升高，会使垃圾温度上升速度加快，垃圾层中同时发生反应放出气体的垃圾增加，因此使得气体瞬时产率增加。而水蒸汽的加入，垃圾反应放出的部分气体先与水蒸汽发生反应，进一步分解可产生其它小分子气体，部分小分子气体会继续与水蒸汽反应，这样的一个反应过程使得整个反应持续时间变长，总产气率增加。实验证明在600℃的水蒸汽气氛下，城市生活垃圾、厨余和纸屑的总产气率最大可接近 950L/kg，热值提高40％，这是因为随着温度的升高，焦油的二次裂解与水蒸汽发生了重整反应，增加了CO，H₂等可燃气体的含量，尤其是厨余在600℃的水蒸汽气氛下，除了厨余二次裂解与水发生的重整反应使得可燃气含量增加，600℃还有利于厨余的残碳与水水蒸汽发生水煤气反应。水在500℃～600℃有机物充斥的的裂解炉中部分还可以分解成H₂和O₂。

高效安全垃圾裂解气化炉工作过程是：生活垃圾通过破碎机、进料机按含水比例经喷水口喷水后送入垃圾裂解气化炉的旋转炉体垃圾反应区，驱动装置驱动电机通过变速箱输出齿轮的作用力驱动齿圈使旋转炉体和集气管转动，搅动旋转炉体中的垃圾处于翻动状态，环形加热器工作的火焰辐射热通过高温超导热交换器和圆椎体换热器将辐射热通过不同的角度迅速均匀地传导给密闭炉体中运动的垃圾使其裂解气化成可燃气体。可燃气体通过集气管、液体密封套、外部的送气管、油气水分离器、净化器、真空机将可燃气体送入水封储气罐。进入水封储气罐的可燃气体一部分作为垃圾裂解炉的燃料送入环形加热器，另一部分用于发电或作其它使用。炉座中环形加热器加热炉座中高温超导热交换器蒸发端，蒸发端高温超导工质受热在高温热能下即刻相变气化，将相变潜热通过主传热管及散热板快速传导到相对密闭的炉体中，若干根高温超导热交换器将热量传导给垃圾后，高温超导工质由气态相变成液态，在重力的作用下又回到主传热管的蒸发端继续上述相变传热过程，周而复始将环形加热器工作的辐射热源源不断供给垃圾裂解气化。超导余热回收器将集气管输送出来的热量回收，加热进入余热回收器的冷空气，通过管道送入炉座，以提高环形加热器的燃烧效率。垃圾裂解气化后的固体产物，从出渣管排出。

本发明的优势在于彻底克服传统热解炉的高耗能、炉体漏气、结焦、制气效率低等缺陷，在单层炉中加装高效超导热交换器传热，炉体内的高温超导管以工作液体的汽液相变传热，热阻小，导热力强，传热效率达99％，与圆椎体换热器一起可使炉座中加热器的辐射热迅速全部均匀地传导到密闭的旋转炉体内部的垃圾。加之使用立式旋转炉体、超导余热回收器，炉体内上下反应温度相对均衡，炉内温高，不漏气，利于垃圾在炉内连续裂解气化，垃圾减容量大，裂解气化效率高，节能效果明显，经济性好。高效安全垃圾裂解气化炉无局部过热形成粘接、鼓包、起块、焦化的危险。高温密闭裂解炉避免了烟气、焦油、呋喃等的产生，屏蔽了裂解物质释放的有害分子对环境的二次污染。裂解过程始终是在密闭缺氧条件下进行，减少了二噁英前驱物的生成，有效遏止了二噁英类有毒物质的产生和排放，对环境更加安全；高温超导垃圾裂解气化炉可以裂解生活垃圾、工矿企业各种有机物废料、农副业的秸杆废弃物、畜牧业粪便、城市污泥等，运转故障低，裂解后的固体产物中，其成分主要是固体碳，腐植性物质量少，从出渣管排出的固体产物可以用作化工原料和肥料，分离出的裂解油可以提炼汽柴油及润滑油。

附图说明

图1、2、3是高效安全垃圾裂解气化炉结构示意图

1、旋转炉体 2、炉座 3、滚珠转盘4、炉盖 5、高温超导热交换器 6、集气管 7、液体密封套 8、圆椎体换热器 9、环形加热器 10、进料机 11、超导余热回收器 12、驱动装置13、圆筒外壳 14、上法兰盘 15、下法兰盘 16、上滚道盘 17、下滚道盘 18、滚珠固定架 19、滚珠 20、出渣管 21、水密封桶 22、圆锥体换热器壁 23、主传热管 24、冷凝端 25、蒸发端26、金属工质 27、燃烧头 28、垃圾 29、隔板 30、圆孔 31、阻燃器 32、输气管道 33、加热室34、集渣室 35、送气管 36、油气水分离器 37、净化器 38、真空机 39、储气罐 40、密封进料口 41、破碎机 42、支架 43、密封盖 44、送气管阀门 45、齿圈 46、变速箱 47、输出齿轮48、驱动电机 49、换热片 50垃圾反应区 51、垃圾预热区 52、集气口 53、上拨刀 54、下拨刀 55、液体槽 56、耐高温液体 57、进气口平面 58、出渣管盖 59、炉座底板 60、散热板61、片状吸热板 62、高温绝热层 63、耐火砖 64、进料筒 65、送料螺旋 66、滚动架 67、电动机 68、减速器 69、进料口 70、喷水口 71、湿度检测器 72、探头 73、喷水嘴

具体实施方式

现结合附图1、2、3做具体说明：

一种高效安全垃圾裂解气化炉，由旋转炉体1、炉座2、滚珠转盘3、炉盖4、高温超导热交换器5、集气管6、液体密封套7、圆椎体换热器8、环形加热器9、进料机10、超导余热回收器11、驱动装置12组成。其特征是旋转炉体1由圆筒外壳13，与圆筒外壳13上、下边沿连接的上法兰盘14、下法兰盘15，上法兰盘14与其上方炉盖 4的法兰盘用螺栓连接，下法兰盘15与其下方的滚珠转盘3的上滚道盘16用螺栓连接，旋转炉体1、炉座2、炉盖4的外壁裹有高温绝热层62。滚珠转盘3由上滚道盘16、下滚道盘17、放置在上下滚道盘之间的的滚珠固定架18、均匀地放置在滚珠固定架18中的滚珠 19构成，滚珠19钳制在上滚道盘16与下滚道盘17的轨道中。上滚道盘16为运动盘，下滚道盘17为固定不动盘。上滚道盘16的内圆边沿连接圆椎体换热器8，圆椎体换热器8呈锥形漏斗状，圆椎体换热器8上口大，下口小，上口与上滚道盘16的内圆边沿连接，下边小口与出渣管20连接，出渣管20伸在水密封桶21的水中，水密封桶21放置在炉座2的炉座底板59正中部位。圆椎体换热器8上部四周的圆椎体换热器壁22与若干个均匀分布的高温超导热交换器5连接。高温超导热交换器5由主传热管23、主传热管冷凝端24、主传热管蒸发端25、装在主传热管23中的金属工质26构成，主传热管 23与圆椎体换热器8的圆椎体换热器壁22焊接在一起，高温超导热交换器5蒸发端25分布在圆椎体换热器8的圆椎体换热器壁22外围，每个蒸发端25与其下部环形加热器9的若干个燃烧头27相对应，燃烧头27工作的辐射热场将蒸发端25覆盖。高温超导热交换器5的冷凝端24分布在圆椎体换热器8的圆椎体换热器壁22内侧周围，高温超导热交换器5通过蒸发端25全方位吸收环形加热器9产生的辐射热，经主传热管23和冷凝端24将热量高效率传导给旋转炉体1内部的垃圾28使其发生裂解。滚珠转盘3的下滚道盘17放置在炉座2上，炉座2呈圆筒状，其外壳的上沿法兰盘与滚珠转盘3的下滚道盘17 用螺栓连接。炉座2内部用隔板29隔为上下两部分，隔板29正中间开有一圆孔30，出渣管20自上而下从其中穿过。隔板29上部分是加热室33，加热室33内壁砌有耐火砖，环形加热器9放置在加热室 33下边隔板29上。环形加热器9是一圆管，圆管上均匀分布若干个燃烧头27，输气管道32通过阻燃器31与炉外储气罐39连接。每个燃烧头27与其上方高温超导热交换器5蒸发端25相对应。隔板29 下方是集渣室34，水密封桶21放置于集渣室34炉座底板59的正中部。旋转炉体1的正中位是集气管6，集气管6穿过炉盖4的中心并与炉盖4焊接在一起。集气管6通过液体密封套7与外部的送气管 35、超导余热回收器11、油气水分离器36、净化器37、真空机38 与储气罐39连通。炉盖4左侧是密封进料口40，经破碎机41破碎的垃圾、各种有机物由喷水口70喷水后经进料机10从密封进料口 40进入垃圾裂解气化炉。关闭密封进料口40的密封盖43、送气管阀门44，垃圾裂解气化炉内呈密封状态。送气管35上安装一超导余热回收器11，垃圾裂解的混合气体经超导余热回收器11加热进入加热室33的空气，以提高加热室33环形加热器9燃烧效率，进而提高垃圾裂解效率。

所述的驱动装置12由安装在旋转炉体1中下部的齿圈45，齿圈45与驱动装置12的变速箱46输出齿轮47啮合，变速箱46与驱动装置12的驱动电机48连接构成。驱动电机48工作，变速箱46输出齿轮47的作用力通过齿圈45可使旋转炉体1、圆椎体换热器8、集气管6、上拨刀53、下拨刀54转动，对炉体内反应区的垃圾起搅拌作用，以使垃圾垃圾受热均匀，反应彻底，提高垃圾产气效率。

所述的炉座2、与炉座2连接的滚珠转盘3的下滚道盘17为固定不动件，旋转炉体1与旋转炉体1连接的滚珠转盘3的上滚道盘 16为运动件。驱动电机48工作，通过变速箱46驱动齿圈45，旋转炉体1与滚珠转盘3的上滚道盘16可以在下滚道盘17上作正反运动，转速为6～10转/分钟。旋转炉体1转动对垃圾28起搅拌作用，以使垃圾垃圾受热均匀，反应彻底，提高垃圾产气效率。

所述的圆椎体换热器8为10mm-15mm厚度的耐高温不锈钢板件，上口大下口小的圆椎体，可使反应后的垃圾残渣在运动中顺利流到出渣管20的出渣口。圆椎体换热器壁22外围焊接若干换热片49，它可以将加热室33产生的辐射热通过圆椎体辐射到垃圾反应区50，促使进入反应区50垃圾28受热反应彻底，提高垃圾产气效率。

所述的旋转炉体1下部为垃圾反应区50，上部为垃圾预热区51，正中位的集气管6的集气口52设置在垃圾反应区位，集气管6集气口52设置在垃圾反应区50位目的可使垃圾28产生的混合气无效成分降低。

所述的集气管6上部和下部装有拨刀，上拨刀53可以使垃圾均匀进入旋转炉体1，下拨刀54对反应区的垃圾起搅拌作用，以使垃圾反应的更彻底，提高垃圾产气率。为保证旋转炉体1的气密性，集气管6穿过炉盖4的中心并与炉盖4焊接在一起，集气管6通过液体密封套7与外部的送气管35连通。

所述的液体密封套7由液体槽55和装在液体槽55内的混有重金 石粉的耐高温液体56构成，液体槽55底部与集气管6焊接在一起， 耐高温液体56液面低于集气管6出口平面，外部的送气管35直径大 于集气管6的外径，其进气口平面57低于耐高温液体56的液面。因 可燃气出炉温度较高，采用液体密封套7保证了旋转炉体1在可燃气 体输送中旋转炉体1的气密性。

所述的旋转炉体1在关闭密封进料口40的密封盖43、关闭出渣 管20的出渣管盖58，关闭送气管阀门44，封闭的旋转炉体1内部抽 真空，真空度为-0.04MPa。高真空度设备可保证垃圾在裂解炉中高效 率裂解，提高产气率；确保氧气不进入炉体发生闪爆；确保裂解炉无 二恶英的生成。

所述的若干个高温超导热交换器5主传热管冷凝端24由焊接在 主传热管23上部的散热板60构成，蒸发端25由焊接在主传热管23 下部的菊花型吸热板或者片状吸热板61构成，冷凝端24置旋转炉体 1内与旋转炉体1内壁相距4～8cm，蒸发端25置炉座2内与炉座2内壁相距10～18cm，蒸发端片状吸热板61受热面积是冷凝端散热板 60换热面积的1.2倍，目的提高超导热交换器5的热传输系数。

所述的若干个高温超导热交换器5的主传热管23中加装金属工 质26，金属工质26为活化的、工作温度在600℃至800℃的合金； 若干个高温超导热交换器5的主传热管23静止态其管子内部呈负压 态，工作态其管子内部呈正压态。

所述的炉座2内部隔板正中间圆孔30直径大于出渣管20直径， 留间隙的目的避免出渣管20随旋转炉体1旋转时其外壁与隔板29 摩擦，同时为加热室33提供足够的氧气。

所述的旋转炉体1、炉座2、滚珠转盘3、炉盖4、集气管6、 液体密封套7、圆椎体换热器8、环形加热器9、出渣管20的中心线 均重合在炉体正中同一轴线上。

所述的旋转炉体1、炉座2、炉盖4的外壁裹装有高温绝热层 62，高温绝热层62是导热系数在0.05W/(m.K)以下的，耐热温度大 于1000℃的无机绝热保温材料氧化铝多晶纤维棉、稀土保温泥、陶瓷 纤维保温棉，或者石棉保温层、石墨保温层，绝热层厚度15cm～20cm，它可以防止炉体上的温度向外扩散。炉座2加热室的炉座内壁 上装有耐火砖63，可以防止加热室辐射的热量向外扩散，以便将环 形加热器9产生的热量全部辐射在炉体的加热区间，确保炉膛垃圾反 应区的工作温度稳定在600℃左右，保证垃圾垃圾受热均匀，反应彻底，提高垃圾产气效率。

所述的连接环形加热器9与炉外储气罐39的输气管道32上装 有阻燃器31，阻燃器31由中部粗两端细的圆管中部装金属丝网构成， 它可以防止环形加热器9工作时有火星通过输气管道32进入炉外储 气罐39引起火患。

所述的进料机10由进料筒64、进料筒64内部的送料螺旋65、滚动架66、电动机67、减速器68构成，送料螺旋65的轴与电动机 67的减速器68连接，进料筒64的上部是破碎机41和进料口69，进料口69侧面装有喷水口70，垃圾经破碎机41在送料螺旋65旋转下送入裂解炉体内。进料筒64内由左至右的2/3长度装送料螺旋65，进料筒其外的1/3空间为垃圾腔堵塞段。垃圾腔堵塞段在进料机10 工作向裂解炉体内推送垃圾中始终存有密实的垃圾，在炉盖4密封进料口40联动下可以避免密闭的裂解炉体在进料时进入空气。

所述的破碎机41进料口69侧面装有喷水口70，喷水口70由湿度检测器71、探头72和喷水嘴73构成，湿度检测器71和探头72 可以感知进料口69垃圾的干湿度，以调整喷水口70喷水嘴73的喷水量，以满足垃圾在裂解气化炉中湿度要求。

高效安全垃圾裂解气化炉工作过程是：生活垃圾通过破碎机41、进料机10按含水比例经喷水口70喷水后送入垃圾裂解气化炉的旋转炉体1垃圾反应区，驱动装置12驱动电机通过变速箱输出齿轮的作用力驱动齿圈使旋转炉体1、集气管6、上拨刀53、下拨刀5转动，搅动旋转炉体1中的垃圾处于翻动状态，环形加热器9工作的火焰辐射热通过高温超导热交换器5和圆椎体换热器8将辐射热通过不同的角度迅速均匀地传导给密闭炉体中运动的垃圾使其裂解气化成可燃气体。可燃气体通过集气管6、液体密封套7、外部的送气管35、超导余热回收器11、油气水分离器36、净化器37、真空机38将可燃气体送入水封储气罐39。进入水封储气罐39的可燃气体一部分作为垃圾裂解炉的气化燃料送入环形加热器9，另一部分用于发电或作其它使用。炉座2中的环形加热器9加热炉座2中高温超导热交换器5 蒸发端25，蒸发端25金属工质受热在高温热能下即刻相变气化，将相变潜热通过主传热管23及散热板60快速传导到相对密闭的炉体中，若干根高温超导热交换器5将热量传导给垃圾28后，金属工质由气态相变成液态，在重力的作用下又回到主传热管23的蒸发端25 继续上述相变传热过程，周而复始将环形加热器9工作的辐射热源源不断供给垃圾28裂解气化。超导余热回收器11将集气管6输送出来的可燃气的余热热量回收，加热进入余热回收器11的冷空气，通过管道送入炉座2，以提高环形加热器9的燃烧效率。垃圾裂解气化后的固体产物从出渣管20排出。

Claims (16)

1.一种高效安全垃圾裂解气化炉，由旋转炉体(1)、炉座(2)、滚珠转盘(3)、炉盖(4)、高温超导热交换器(5)、集气管(6)、液体密封套(7)、圆椎体换热器(8)、环形加热器(9)、进料机(10)、超导余热回收器(11)、驱动装置(12)组成，其特征是旋转炉体(1)由圆筒外壳(13)，与圆筒外壳(13)上、下边沿连接的上法兰盘(14)、下法兰盘(15)，上法兰盘(14)与其上方炉盖(4)的法兰盘用螺栓连接，下法兰盘(15)与其下方的滚珠转盘(3)的上滚道盘(16)用螺栓连接，旋转炉体(1)、炉座(2)、炉盖(4)的外壁裹有高温绝热层(62)；滚珠转盘(3)由上滚道盘(16)、下滚道盘(17)、放置在上下滚道盘之间的滚珠固定架(18)、均匀地放置在滚珠固定架(18)中的滚珠(19)构成，滚珠(19)钳制在上滚道盘(16)与下滚道盘(17)的轨道中，上滚道盘(16)为运动盘，下滚道盘(17)为固定不动盘，上滚道盘(16)的内圆边沿连接圆椎体换热器(8)，圆椎体换热器(8)呈锥形漏斗状，圆椎体换热器(8)上口大，下口小，上口与上滚道盘(16)的内圆边沿连接，下边小口与出渣管(20)连接，出渣管(20)伸在水密封桶(21)的水中，水密封桶(21)放置在炉座(2)的炉座底板(59)正中部位，圆椎体换热器(8)上部四周的圆椎体换热器壁(22)与若干个均匀分布的高温超导热交换器(5)连接；高温超导热交换器(5)由主传热管(23)、主传热管冷凝端(24)、主传热管蒸发端(25)、装在主传热管(23)中的金属工质(26)构成，主传热管(23)与圆椎体换热器(8)的圆椎体换热器壁(22)焊接在一起，高温超导热交换器(5)蒸发端(25)分布在圆椎体换热器(8)的圆椎体换热器壁(22)外围，每个蒸发端(25)与其下部环形加热器(9)的若干个燃烧头(27)相对应，燃烧头(27)工作的辐射热场将蒸发端(25)覆盖；高温超导热交换器(5)的冷凝端(24)分布在圆椎体换热器(8)的圆椎体换热器壁(22)内侧周围，高温超导热交换器(5)通过蒸发端(25)全方位吸收环形加热器(9)产生的辐射热，经主传热管(23)和冷凝端(24)将热量高效传导给旋转炉体(1)内部的垃圾(28)；滚珠转盘(3)的下滚道盘(17)放置在炉座(2)上，炉座(2)呈圆筒状，其外壳的上沿法兰盘与滚珠转盘(3)的下滚道盘(17)用螺栓连接；炉座(2)内部用隔板(29)隔为上下两部分，隔板(29)正中间开有一圆孔(30)，出渣管(20)自上而下从其中穿过；隔板(29)上部分是加热室(33)，加热室(33)内壁砌有耐火砖，环形加热器(9)放置在加热室(33)下边隔板(29)上；环形加热器(9)是一圆管，圆管上均匀分布若干个燃烧头(27)，输气管道(32)通过阻燃器(31)将圆管与炉外储气罐(39)连接，每个燃烧头(27)与其上方高温超导热交换器(5)蒸发端(25)相对应；隔板(29)下方是集渣室(34)，水密封桶(21)放置于集渣室(34)炉座底板(59)的正中部；旋转炉体(1)的正中位是集气管(6)，集气管(6)穿过炉盖(4)的中心并与炉盖(4)焊接在一起，集气管(6)通过液体密封套(7)与外部的送气管(35)、超导余热回收器(11)、油气水分离器(36)、净化器(37)、真空机(38)及炉外储气罐(39)连通；炉盖(4)左侧是密封进料口(40)，经破碎机(41)破碎的垃圾、各种有机物由喷水口(70)喷水后经进料机(10)从密封进料口(40)进入垃圾裂解气化炉，关闭密封进料口(40)的密封盖(43)、送气管阀门(44)，垃圾裂解气化炉内呈密封状态；送气管(35)上安装一超导余热回收器(11)，垃圾裂解的混合气体经超导余热回收器(11)加热进入加热室(33)的空气。

2.根据权利要求1所述的高效安全垃圾裂解气化炉，其特征是：所述的驱动装置(12)由安装在旋转炉体(1)中下部的齿圈(45)，齿圈(45)与驱动装置(12)的变速箱(46)输出齿轮(47)啮合，变速箱(46)与驱动装置(12)的驱动电机(48)连接构成，驱动电机(48)转动，变速箱(46)输出齿轮(47)的作用力通过齿圈(45)驱动旋转炉体(1)、圆椎体换热器(8)、集气管(6)、上拨刀(53)、下拨刀(54)转动转速为6～10转/分钟。

3.根据权利要求1所述的高效安全垃圾裂解气化炉，其特征是：所述的炉座(2)、与炉座(2)连接的滚珠转盘(3)的下滚道盘(17)为固定不动件，旋转炉体(1)与旋转炉体(1)连接的滚珠转盘(3)的上滚道盘(16)为运动件，驱动电机(48)工作，通过变速箱(46)驱动齿圈(45)，旋转炉体(1)与滚珠转盘(3)的上滚道盘(16)在下滚道盘(17)上作正反运动，转速为6～10转/分钟。

4.根据权利要求1所述的高效安全垃圾裂解气化炉，其特征是：所述的圆椎体换热器(8)为10mm-15mm厚度的耐高温不锈钢板件，上口大下口小的圆椎体，圆椎体换热器壁(22)外围焊接若干换热片(49)，加热室(33)产生的辐射热通过圆椎体换热器壁(22)及外围焊接的若干换热片(49)辐射到垃圾反应区(50)。

5.根据权利要求1所述的高效安全垃圾裂解气化炉，其特征是：所述的旋转炉体(1)下部为垃圾反应区(50)，上部为垃圾预热区(51)，正中位的集气管(6)的集气口(52)设置在垃圾反应区位。

6.根据权利要求1所述的高效安全垃圾裂解气化炉，其特征是：所述的集气管(6)上部和下部装有上拨刀(53)、下拨刀(54)，集气管(6)通过液体密封套(7)与外部的送气管(35)连通。

7.根据权利要求1所述的高效安全垃圾裂解气化炉，其特征是：所述的液体密封套(7)由液体槽(55)和装在液体槽(55)内的耐高温液体(56)构成，液体槽(55)底部与集气管(6)焊接在一起，耐高温液体(56)液面低于集气管(6)出口平面，外部的送气管(35)直径大于集气管(6)的外径，其进气口平面(57)低于耐高温液体(56)的液面。

8.根据权利要求1所述的高效安全垃圾裂解气化炉，其特征是：所述的旋转炉体(1)在关闭密封进料口(40)的密封盖(43)、出渣管(20)的出渣管盖(58)、送气管阀门(44)，封闭的旋转炉体(1)内部为真空态。

9.根据权利要求1所述的高效安全垃圾裂解气化炉，其特征是：所述的若干个高温超导热交换器(5)主传热管冷凝端(24)由焊接在主传热管(23)上部的散热板(60)构成，蒸发端(25)由焊接在主传热管(23)下部的菊花型吸热板或者片状吸热板(61)构成，冷凝端(24)置旋转炉体(1)内与旋转炉体(1)内壁相距4～8cm，蒸发端(25)置炉座(2)内与炉座(2)内壁相距10～18cm，蒸发端的片状吸热板(61)受热面积是冷凝端散热板(60)换热面积的1.2倍。

10.根据权利要求1所述的高效安全垃圾裂解气化炉，其特征是：所述的若干个高温超导热交换器(5)的主传热管(23)中加装金属工质(26)，金属工质(26)为活化的、工作温度在600℃至800℃的合金；若干个高温超导热交换器(5)的主传热管(23)静止态其管子内部呈负压态，工作态其管子内部呈正压态。

11.根据权利要求1所述的高效安全垃圾裂解气化炉，其特征是：所述的炉座(2)内部隔板正中间圆孔(30)直径大于出渣管(20)直径。

12.根据权利要求1所述的高效安全垃圾裂解气化炉，其特征是：所述的旋转炉体(1)、炉座(2)、滚珠转盘(3)、炉盖(4)、集气管(6)、液体密封套(7)、圆椎体换热器(8)、环形加热器(9)、出渣管(20)的中心线均重合在炉体正中同一轴线上。

13.根据权利要求1所述的高效安全垃圾裂解气化炉，其特征是所述的旋转炉体(1)、炉座(2)、炉盖(4)的外壁裹装有高温绝热层(62)，高温绝热层(62)是导热系数在0.05W/(m.K)以下的，耐热温度大于1000℃的氧化铝多晶纤维棉、稀土保温泥、陶瓷纤维保温棉，或者石棉保温层、石墨保温层，绝热层厚度15cm～20cm，炉座(2)加热室的炉座内壁上装有耐火砖(63)。

14.根据权利要求1所述的高效安全垃圾裂解气化炉，其特征是：所述的连接环形加热器(9)与炉外储气罐(39)的输气管道(32)上装有阻燃器(31)，阻燃器(31)由中部粗两端细的圆管中部装金属丝网构成。

15.根据权利要求1所述的高效安全垃圾裂解气化炉，其特征是：所述的进料机(10)由进料筒(64)、进料筒(64)内部的送料螺旋(65)、滚动架(66)、电动机(67)、减速器(68)构成，送料螺旋(65)的轴与电动机(67)的减速器(68)连接，进料筒(64)的上部是破碎机(41)和进料口(69)，进料口(69)侧面装有喷水口(70)，垃圾经破碎机(41)在送料螺旋(65)旋转下送入裂解炉体内，进料筒(64)内由左至右的2/3长度装送料螺旋(65)，进料筒其外的1/3空间为垃圾腔堵塞段。

16.根据权利要求1所述的高效安全垃圾裂解气化炉，其特征是：所述的破碎机(41)进料口(69)侧面装有喷水口(70)，喷水口(70)由湿度检测器(71)、探头(72)和喷水嘴(73)构成。

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