CN216079816U - 一种固废气化熔融系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种固废气化熔融系统，包括依次连通的炉体、换热器、急冷塔，所述换热器包括前管箱、换热主体；所述换热主体为管式换热结构，包括换热壳体、热缓冲件，所述前管箱与换热壳体连接，所述换热壳体外壁与热缓冲件连接，用于对换热主体所产生的形变进行缓冲；本实用新型通过在换热器的换热壳体外壁设置热缓冲件，能够对换热器产生的形变进行缓冲，尤其是对换热主体的高温形变进行缓冲，有利于降低安全隐患，避免设备出现热应力损坏，确保设备的运行寿命。

Description

一种固废气化熔融系统

技术领域

本实用新型涉及固废处理领域，特别涉及一种固废气化熔融系统。

背景技术

随着我国社会经济的快速发展，日常生活以及工业生产过程中产生大量的污泥、废渣、垃圾等有害固废，如果处理不当，将对生态环境产生极大危害。焚烧是目前固废处置的主要方法之一，但常规焚烧所产生的二噁英、飞灰、氮氧化物等有害物质二次污染较严重、处理成本较高，现代社会迫切需求清洁高效的固废资源化、减量化和无害化技术。

在现有技术中，专利CN102537980A公开了一种污泥的高温熔融处理系统，通过对污泥进行高温熔融处理，以实现污泥的无害化处理。该专利中在炉体对污泥进行高温熔融、燃烧后，产生的高温烟气直接送到下游的换热装置中，但此时的烟气仍保留较高的温度，若在固废气化熔融系统中采用常规的换热装置，很容易使得换热装置中产生一定的热应力，不仅容易产生安全隐患，而且久而久之容易对设备造成应力损坏，影响设备的运行寿命。同时，高温烟气中往往携带有大量的飞灰、烟尘等固态颗粒，若该高温熔融处理系统长期处于运行状态，高温烟气中的固态颗粒往往会堵塞换热装置中的换热通道，同时也容易对换热装置中的换热通道产生磨损，不利于提高相关设备的使用寿命。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种固废气化熔融系统，以解决现有的固废气化熔融系统中，换热器对高温烟气进行换热过程中容易产生安全隐患的问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种固废气化熔融系统，包括依次连通的炉体、换热器、急冷塔，所述换热器包括前管箱、换热主体；所述换热主体为管式换热结构，包括换热壳体、热缓冲件，所述前管箱与换热壳体连接，所述换热壳体与热缓冲件连接，用于对换热主体所产生的形变进行缓冲。

进一步的，所述热缓冲件包括弹簧结构、弹簧盒、弹性阻尼块、膨胀节中的至少一种。

进一步的，所述前管箱顶部设置泄压管，所述泄压管中设置安全塞。

进一步的，所述换热壳体内设置换热管，所述前管箱设置第一烟气进口管，所述前管箱内设置增容腔室，在沿着烟气流动方向上，所述第一烟气进口管、增容腔室、换热管依次连通。

进一步的，在沿着烟气流动方向上，所述增容腔室中烟气流动截面的面积大于第一烟气进口管中烟气流动截面的面积。

进一步的，所述炉体设置第一烟气出口管，所述第一烟气进口管与第一烟气出口管连接，并形成烟气流道，所述烟气流道倾斜向下延伸，并与竖直方向之间呈60°-85°的夹角。

进一步的，所述换热壳体内设置上管板，所述换热管与上管板连接，所述换热管在靠近上管板方向的一端设置内衬管。

进一步的，所述固废气化熔融系统包括烟气处理装置，所述炉体的第一烟气出口管与烟气处理装置的入口连接，所述换热器的第一烟气进口管与烟气处理装置的出口连接，所述烟气处理装置内部具有空腔结构，在沿着烟气流动方向上，所述空腔结构的截面积大于烟气处理装置入口管路的截面积，用于对烟气进行缓流降尘。

进一步的，所述急冷塔与换热器为一体结构。

相对于现有技术，本实用新型所述的一种固废气化熔融系统具有以下优势：

本实用新型所述的一种固废气化熔融系统，通过在换热器的换热壳体外壁设置热缓冲件，一方面能够对换热主体所产生的形变进行缓冲，尤其是对换热主体的高温形变进行缓冲，有利于降低安全隐患，避免设备出现热应力损坏，确保设备的运行寿命，另一方面在整个系统停车，换热器降温的过程中，换热主体能够通过热缓冲件进行逐渐复位，避免换热器中壳结构、管板结构等部件之间存在不必要的应力，有利于相关部件进行保护。

同时，本实用新型在炉体与换热器之间设置烟气处理装置，用于在烟气进入换热器的换热通道前对烟气进行缓流降尘，从而避免高温烟气中的固态颗粒直接进入到换热器中的换热通道中，防止高温烟气中的固态颗粒堵塞换热器中的换热通道，同时也降低了固态颗粒对换热通道的磨损，有利于提高相关设备的使用寿命。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的一种固废气化熔融系统的第一种结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述的一种换热器及其与炉体在连接处的结构示意图；

图3为本实用新型实施例在图2中C处的局部放大图；

图4为本实用新型实施例所述的一种固废气化熔融系统中急冷塔的结构示意图；

图5为本实用新型实施例所述的一种固废气化熔融系统的第二种结构示意图；

图6为本实用新型实施例所述的一种固废气化熔融系统的第三种结构示意图；

图7为本实用新型实施例所述的一种固废气化熔融系统的第四种结构示意图。

附图标记说明：

1、炉体；11、熔融室；12、收缩段；13、燃烧室；14、固废进口；15、排渣口；16、喷液管；17、第一烟气出口管；2、烟气流道；3、换热器；31、第一烟气进口管；32、前管箱；321、增容腔室；322、安全塞；323、泄压管；33、上管板；34、下管板；35、换热管；351、内衬管；352、密封件；353、缓冲圈；36、热缓冲件；38、换热壳体；39、第二烟气出口法兰盘；4、急冷塔；40、主壳体；41、第三烟气出口；42、排污口；43、进气法兰盘；431、第二烟气进口；44、扩口管；45、喷淋管；46、缩口管；47、喷淋腔；48、第二支座；5、烟气处理装置；51、第一侧管；52、底部管段；53、第二侧管；54、除尘装置。

具体实施方式

下文将使用本领域技术人员向本领域的其它技术人员传达他们工作的实质所通常使用的术语来描述本公开的实用新型概念。然而，这些实用新型概念可体现为许多不同的形式，因而不应视为限于本文中所述的实施例。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

实施例1

本实施例针对固废处理技术，提出一种固废气化熔融系统，与现有技术相同的是，所述固废气化熔融系统包括炉体1、换热器3、急冷塔4等设备，炉体1包括自下至上依次连通的熔融室11、收缩段12、燃烧室13。

熔融室11设置固废进口14，用于向熔融室11中输送固废物料，例如废渣、污泥、日常垃圾等，在熔融室11中对固废物料进行熔融处理，通过熔融室11内1400℃左右的高温环境，将固废物料生成高温气态物质；然后高温气态物质经过收缩段12进入到燃烧室13中，进行二次燃烧；熔融室11中残留的固态物质则可以通过其底部的排渣口15外排。在经过燃烧室13中的燃烧过程后，生成1200℃左右的高温烟气，在燃烧室13的顶部设置喷液管16，向燃烧室13中燃烧生成的高温烟气喷淋，用于对高温烟气进行预降温，避免温度过高的烟气直接进入到下游设备中，防止高温烟气导致下游设备损坏。鉴于炉体1作为常规的熔融炉，其具体结构、工作原理均为现有技术，在此不进行赘述。

在现有技术中，尽管通过燃烧室13顶部的喷液管16对高温烟气进行降温，由炉体1进入到换热器3的烟气仍保留较高的温度，大约在700℃左右；因此，考虑到高温烟气给下游设备带来的热应力的影响，很容易产生安全隐患，影响下游设备的正常运转，为了解决这一固废气化熔融系统中所存在的安全隐患问题，本实施例在现有技术的基础上，对换热器3、急冷塔4进行改进，并提出一种换热器、急冷塔及固废气化熔融系统，用于对炉体1排出的高温烟气进行降温处理，如附图1-4所示，所述换热器3包括前管箱32、换热主体；所述前管箱32与炉体1连通，使得炉体1内产生的高温烟气能够进入到换热器3中。所述换热主体为管式换热结构，包括换热壳体38，所述前管箱32与换热壳体38连接，所述换热壳体38内设置上管板33、下管板34、换热管35，所述换热管35沿竖直方向设置，换热管35上端与上管板33固定连接，换热管35下端与下管板34固定连接。

作为优选的，所述换热主体中，高温烟气走管程，外部换热介质走壳程，从而换热壳体38还设置有换热介质的进口管路、出口管路；鉴于管式换热器领域中，“管程”、“壳程”均为本领域的惯用技术用语，高温介质、低温介质的流动情况也属于本领域的公知常识，在此不进行赘述。

由于从炉体1进入到换热器3的烟气温度较高，对于换热主体中的壳结构、管板结构而言，很容易产生“热胀冷缩”现象，使得换热主体在竖直方向、水平方向上都会随着热应力产生一定量的形变，这一情况不仅很容易产生安全隐患，而且容易对设备造成热应力损坏，影响设备的运行寿命。因此，本实施例首先对换热主体的结构进行改进，所述换热主体还包括热缓冲件36，所述换热壳体38外壁与热缓冲件36连接，用于对换热主体所产生的形变进行缓冲，所述形变可以是指换热主体的轻微偏移，也可以是指换热主体因热胀冷缩而出现的高温形变，在本申请中热缓冲件36主要是针对换热主体的高温形变而提出的。

优选的，所述热缓冲件36包括弹簧结构、弹簧盒、弹性阻尼块、膨胀节等常规的形变部件中的至少一种；从而通过热缓冲件36的形变性能，一方面能够对换热主体所产生的形变进行缓冲，尤其是对换热主体的高温形变进行缓冲，有利于降低安全隐患，避免设备出现热应力损坏，确保设备的运行寿命，另一方面在整个系统停车，换热器3降温的过程中，换热主体能够通过热缓冲件36进行逐渐复位，避免换热器3中壳结构、管板结构等部件之间存在不必要的应力，有利于相关部件进行保护。

此外，考虑到化工生产过程中很容易产生压力波动，存在压力容器爆裂等安全隐患；为此，本实施例对换热器3进行进一步改进。

所述前管箱32设置第一烟气进口管31，炉体1设置第一烟气出口管17，所述第一烟气进口管31与第一烟气出口管17连接，并形成烟气流道2，使得炉体1的燃烧室13中产生的高温烟气能够流到换热器3中。

所述前管箱32顶部设置泄压管323，所述泄压管323中设置安全塞322，从而如果出现高温烟气的压力剧烈波动或管路堵塞，导致在固废气化熔融系统中，尤其是炉体1与换热器3之间气压过高的情况，通过设置泄压管323、安全塞322，使得气压在达到一定阈值时，高温烟气能够顶开安全塞322进行泄压，防止产生安全事故。此外，泄压管323的管路也可以作为换热器3的人孔，避免了对换热器3额外开设人孔。

另外，在现有技术中，在炉体1对固废物料进行高温熔融、燃烧后，产生的高温烟气直接送入到换热器3中，此时高温烟气中往往携带有大量的飞灰、烟尘等固态颗粒，容易对换热器3中的换热管路造成磨损，不利于提高相关设备的使用寿命。为此，本实施例对换热器3继续进行结构优化。

所述前管箱32内设置增容腔室321，在沿着烟气流动方向上，所述第一烟气进口管31、增容腔室321、换热管35依次连通，同时，所述增容腔室321中烟气流动截面的面积大于第一烟气进口管31中烟气流动截面的面积，使得烟气从第一烟气进口管31进入到增容腔室321中，能够随着空间的变大，烟气流速变缓，从而高温烟气中的固态颗粒会在自身重力的作用下自动沉降到增容腔室321底部或者上管板33上方，能够有效地减少进入换热管35内的固体颗粒量，一方面能够减缓固体颗粒对换热管35的磨损，有利于延长换热管35的使用寿命，另一方面还能够通过定期对增容腔室321底部或上管板33上方进行吹扫或清理，避免发生高温烟气中的固态颗粒堵塞换热通道的情况。

此外，所述第一烟气进口管31与第一烟气出口管17形成的烟气流道2，为了避免烟气在从炉体1流入到换热器3中的流动速度过快，所述烟气流道2倾斜向下延伸，并与竖直方向之间呈60°-85°的夹角，使得烟气能够较为缓和地经过第一烟气出口管17、第一烟气进口管31、增容腔室321，有利于进一步降低烟气流速，提高烟气中的固态颗粒的沉降效率，减少进入换热管35内的固体颗粒量，减缓固体颗粒对换热管35的磨损。

相比于换热器3的烟气出口，在上管板33附近的固态颗粒流动速度较快，为了避免上管板33处的管板结构出现单侧严重磨损的情况，所述上管板33可以采用耐磨材质制得，对于换热管35而言，所述换热管35与上管板33连接，同时，所述换热管35在靠近上管板33方向的一端设置内衬管351，所述内衬管351设置在换热管35的上方，所述内衬管351的一端与上管板33连接，另一端延伸至换热管35的内部，且所述内衬管351同样采用耐磨材质制得，一方面用于对换热管35的端部、内壁进行保护，避免固体颗粒对换热管35内壁磨损过度，另一方面在上管板33附近的烟气温度较高，内衬管351的设置还能够有效防止高温烟气对换热管35的冲蚀。

对于换热管35、内衬管351、上管板33之间的装配，所述换热管35的内壁与内衬管351之间设置密封件352，用于对换热管35、内衬管351之间的套接进行密封，避免烟气中的固体颗粒进入到换热管35、内衬管351之间，增强换热管35、内衬管351之间的连接牢靠性，也能够避免烟气以及烟气中的固体颗粒进入壳程；其中，密封件352优选为陶瓷纤维制品，例如陶瓷纤维纸。

所述内衬管351、换热管35端部、上管板33之间设置缓冲圈353，一方面用于对内衬管351、换热管35端部、上管板33之间的装配进行密封，避免烟气以及烟气中的固体颗粒进入壳程，另一方面由于管结构、管板等部件的材质往往不同，导致不同部件之间的受热形变程度不同，缓冲圈353的设置还能够有效地对相关部件的高温形变进行缓冲。

在高温烟气通过换热器3进行热量回收后，进入急冷塔4，所述急冷塔4设置多个喷淋管45，通过向烟气中喷射水雾来对烟气进行进一步降温。具体的：

所述急冷塔4包括自上至下依次连接的进气法兰盘43、扩口管44、主壳体40、缩口管46，所述主壳体40内具有喷淋腔47，所述扩口管44为自上至下开口逐渐扩大的锥形壳体，所述喷淋管45以圆环阵列的方式与扩口管44连接，从而通过设置扩口管44，使得烟气在进入主壳体40的喷淋腔47的过程中，其流动截面面积不断增大，有利于减缓烟气的流动速度，使得烟气能够充分与喷淋管45喷出的水雾充分接触，同时喷淋管45的设置方式也使得向主壳体40的喷淋腔47内喷射的水雾分布更加均匀，能够对烟气均匀降温，有利于进一步提高急冷塔4的冷却效果。

优选的，所述喷淋管45贯穿扩口管44，并与扩口管44的锥形壳体的外切面垂直，使得喷淋管45在向喷淋腔47内喷射水雾时，水雾能够充分弥散，有利于提高喷淋腔47内水雾分布的均匀程度，以确保水雾与烟气充分接触。在此基础上，所述扩口管44的锥角D优选为60°-100°，从而使得喷淋管45喷射出的水雾能够沿着倾斜向下的角度与烟气进行接触，不仅不会过多阻碍烟气的流动，而且还有利于加剧烟气在喷淋腔47中的湍流强度，确保烟气与水雾充分接触。

此外，所述主壳体40设置第三烟气出口41，用于将冷却后的烟气输送到下游设备；所述缩口管46为自上至下开口逐渐缩小的锥形壳体，所述缩口管46的锥角E优选为60°-100°，用于对喷淋腔47中落下的水雾或水流进行汇集，所述缩口管46的底部设置排污口42，用于对缩口管46所汇集的液体外排。

所述急冷塔4与换热器3优选为一体结构，所述急冷塔4顶部设置进气法兰盘43，所述换热器3底部设置第二烟气出口法兰盘39，所述进气法兰盘43与第二烟气出口法兰盘39连接，即换热器3底部的烟气出口可以视为急冷塔4的第二烟气进口431，烟气在换热器3中换热后直接进入到急冷塔4中。

所述主壳体40外侧壁设置第二支座48，并通过第二支座48与外界基体连接，从而使得急冷塔4与换热器3均被外界基体固定或支撑，有利于减少急冷塔4与换热器3之间可能存在的应力，确保急冷塔4与换热器3之间的连接牢靠性。

实施例2

考虑到在炉体1对固废物料进行高温熔融、燃烧后，产生的高温烟气直接送入到换热器3中，此时高温烟气中往往携带有大量的飞灰、烟尘等固态颗粒，若该高温熔融处理系统长期处于运行状态，高温烟气中的固态颗粒往往会堵塞换热器3中的换热通道，同时也容易对换热器3中的换热通道产生磨损，不利于提高相关设备的使用寿命。为了解决这一问题，本实施例在实施例1的基础上，对所述固废气化熔融系统进行进一步改进。

如附图5-7所示，所述固废气化熔融系统还包括烟气处理装置5，所述炉体1的第一烟气出口管17与烟气处理装置5的入口连接，所述换热器3的第一烟气进口管31与烟气处理装置5的出口连接，所述烟气处理装置5内部具有空腔结构，在沿着烟气流动方向上，所述空腔结构的截面积大于烟气处理装置5入口管路的截面积，用于在烟气进入换热器3的换热通道前对烟气进行缓流降尘，从而避免高温烟气中的固态颗粒直接进入到换热器3中的换热通道中。

对于烟气处理装置5而言，可以采用如下结构中的任意一种，但并不局限于本实施例中所列举的烟气处理装置5的结构。

烟气处理装置5的结构I

如附图5所示，所述烟气处理装置5包括内部具有空腔的箱体，箱体通过管线分别与炉体1的第一烟气出口管17、换热器3的第一烟气进口管31连通。

假设把箱体也视为烟气管路，在沿着烟气流动方向上，箱体的截面积大于烟气管线的截面积，从而高温烟气经过炉体1的第一烟气出口管17、烟气管线后，流入到箱体中，随着空间的变大，烟气流速变缓，从而高温烟气中的固态颗粒会在自身重力的作用下自动沉降到箱体底部。

为了便于下文进行介绍，在烟气处理装置5的结构I中的箱体也可以等同于除尘装置54。

此外，在附图5中，若单纯考虑除尘这一功能，也可以将烟气处理装置5设置为旋风分离器、电除尘器等常规的除尘设备，鉴于相关除尘设备的具体结构、工作原理均为现有技术，在此不进行赘述。

烟气处理装置5的结构II

如附图6所示，所述烟气处理装置5为U型管结构，沿着烟气流动的方向，所述烟气处理装置5包括依次连通的第一侧管51、底部管段52、第二侧管53，所述第一侧管51的入口与炉体1的第一烟气出口管17连接，所述第二侧管53的出口与换热器3的第一烟气进口管31连接，从而通过将烟气处理装置5设置为U型管结构，使得烟气在烟气处理装置5中的流动方向进行转向，对烟气的流动进行降速，使得高温烟气中的固态颗粒会在自身重力的作用下自动沉降到底部管段52。

优选的，所述底部管段52为水平设置的管段，在沿着烟气流动方向上，所述底部管段52的截面积大于第一侧管51、第二侧管53的截面积，从而有利于对烟气进行进一步降速。

更进一步的，如附图7所示，还可以将烟气处理装置5的结构I与结构II相结合，在所述底部管段52中设置除尘装置54，所述除尘装置54同样为内部具有空腔的箱体，在沿着烟气流动方向上，除尘装置54的截面积大于底部管段52的截面积。

优选的，对于除尘装置54而言，为内部具有空腔的箱体，在其一端与第一烟气出口管17连通，另一端与第一烟气进口管31连通的基础上，在除尘装置54的内部设置折流板，将除尘装置54的内部空腔分隔为一个折流式的烟气通道，从而能够对烟气进行进一步降速，使得高温烟气中的固态颗粒会在自身重力的作用下自动沉降到除尘装置54底部。

在本实用新型中，对于所述固废气化熔融系统，可以包括上述实施例中所述换热器3、急冷塔4以及烟气处理装置5，且在本申请提供的相关结构及连接关系的基础上，所述固废气化熔融系统还可以包括脱硫装置、脱硝装置、排烟装置等常规的尾气处理设备，从而烟气在经过换热器3、急冷塔4进行处理之后，通过急冷塔4的第三烟气出口41流到后续的尾气处理设备，对尾气继续进行脱硫脱硝等工艺，直至满足排放标准进行外排，鉴于脱硫脱硝等尾气处理设备均为现有技术，在此不进行赘述。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种固废气化熔融系统，包括依次连通的炉体(1)、换热器(3)、急冷塔(4)，其特征在于，所述换热器(3)包括前管箱(32)、换热主体；所述换热主体为管式换热结构，包括换热壳体(38)、热缓冲件(36)，所述前管箱(32)与换热壳体(38)连接，所述换热壳体(38)与热缓冲件(36)连接，用于对换热主体所产生的形变进行缓冲。

2.根据权利要求1所述的一种固废气化熔融系统，其特征在于，所述热缓冲件(36)包括弹簧结构、弹簧盒、弹性阻尼块、膨胀节中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种固废气化熔融系统，其特征在于，所述前管箱(32)顶部设置泄压管(323)，所述泄压管(323)中设置安全塞(322)。

4.根据权利要求1所述的一种固废气化熔融系统，其特征在于，所述换热壳体(38)内设置换热管(35)，所述前管箱(32)设置第一烟气进口管(31)，所述前管箱(32)内设置增容腔室(321)，在沿着烟气流动方向上，所述第一烟气进口管(31)、增容腔室(321)、换热管(35)依次连通。

5.根据权利要求4所述的一种固废气化熔融系统，其特征在于，在沿着烟气流动方向上，所述增容腔室(321)中烟气流动截面的面积大于第一烟气进口管(31)中烟气流动截面的面积。

6.根据权利要求4所述的一种固废气化熔融系统，其特征在于，所述炉体(1)设置第一烟气出口管(17)，所述第一烟气进口管(31)与第一烟气出口管(17)连接，并形成烟气流道(2)，所述烟气流道(2)倾斜向下延伸，并与竖直方向之间呈60°-85°的夹角。

7.根据权利要求4所述的一种固废气化熔融系统，其特征在于，所述换热壳体(38)内设置上管板(33)，所述换热管(35)与上管板(33)连接，所述换热管(35)在靠近上管板(33)方向的一端设置内衬管(351)。

8.根据权利要求1所述的一种固废气化熔融系统，其特征在于，所述固废气化熔融系统包括烟气处理装置(5)，所述炉体(1)的第一烟气出口管(17)与烟气处理装置(5)的入口连接，所述换热器(3)的第一烟气进口管(31)与烟气处理装置(5)的出口连接，所述烟气处理装置(5)内部具有空腔结构，在沿着烟气流动方向上，所述空腔结构的截面积大于烟气处理装置(5)入口管路的截面积，用于对烟气进行缓流降尘。

9.根据权利要求1所述的一种固废气化熔融系统，其特征在于，所述急冷塔(4)与换热器(3)为一体结构。

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