TWI682129B - 螺旋式高溫焚化爐 - Google Patents
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Abstract
本發明為一種螺旋式高溫焚化爐，該高溫焚化爐係包含一套燃燒能源供應系統、一組進投料系統、一個主燃燒室、一個二次燃燒室、一組助燃氣體供應系統、一組灰渣排集系統，以及相應之自動控制設備；可以由燃料油、瓦斯、天然氣或氫氣等作為燃料，提供主燃燒室與二次燃燒室之熱能來源，以保持主燃燒室內之溫度控制於800~1500℃之間，二次燃燒室內之溫度控制於1200~1500℃之間。主燃燒室內至少有一組以上依靠中心軸旋轉之物料散落葉片，控制投入物料之墜落速度，並使物料均勻分散，使物料均勻燃燒；此外，本發明可利用一般空氣、高濃度氧氣或純氧作為助燃氣體，使物料完全燃燒。
Description
本發明為一種螺旋式高溫焚化爐，利用燃料油、瓦斯、天然氣或氫氣等能源，將主燃燒室溫度提升並控制於800~1500℃之間，並藉由主燃燒室內依靠中心軸旋轉之物料散落葉片組，控制投入物料之墜落速度，並使物料均勻分散，促使物料均勻燃燒，同時再利用一般空氣、高濃度氧氣或純氧作為助燃氣體，使物料能完全燃燒。
以焚化方式處理廢棄物，已是行之有年的處理方式之一，早期由於耐熱材尚未開發，燃燒溫度不高，因此容易有燃燒不完全等二次污染問題，但隨著耐熱材質與技術之開發，燃燒溫度介於1000~1500℃之焚化爐也已經不是問題；
雖然焚化溫度已非目前技術尚難以克服之問題，較高溫度(超過800℃)焚化也是目前採行的主流，但目前所使用之焚化爐型包含機械式爐床、旋轉窯式爐床等，仍普遍存在投入之物料難以完全均勻散開而無法均勻燃燒情形，使得各式焚化爐燃燒後之灰渣，仍含有可燃物質存在，降低了焚化處理方式之可靠度，若仔細探究其原因，不難發現主要肇因於主燃燒室之爐型設計，其水平式之設計，期望藉由機械式推送或旋轉推送，將物料散開並均勻燃燒，但是實際上進行大量且連續式之投料時，可發現無論機械式推送或旋轉推送，均不能達成將物料均勻散布之目的，仍有相當數量之物料被包含在內層，而在整個燃燒過程中，未能達到理想燃燒溫度，以此未能完全燃燒，甚至根本未達燃燒溫度；
而使用流體化床之焚化型式，雖然有助於勿料均勻分散，但往往受限於較低之處理量能，以及較高之能源消耗，使其難以大量應用於大型商業型焚化爐；
因此，若能從基本爐型改善，調整物料於燃燒室內之移動方式，再藉由更有效的助燃氣體提高整體焚化效率，將有助於大大改善目前焚化處理的困境，更進一步提升廢棄物處理果效，促進環境保護。
傳統焚化方式，因受限於爐床型式，大量連續處理時，物料無法均勻散布燃燒，燃燒後灰渣仍有許多可燃物質，降低焚化處理果效；
緣此，本案發明人乃基於上述缺點，積極努力開發，研究改良，並累積多年環保實務經驗，而終於有一足能解決上述缺點之發明產生；
緣是，本發明為一種螺旋式之高溫焚化爐，該高溫焚化爐係包含一套燃燒能源供應系統、一組進投料系統、一個主燃燒室、一個二次燃燒室、一組助燃氣體供應系統、一組灰渣排集系統，以及相應之自動控制設備；
該燃燒能源供應系統，係可採用包含但不僅限於燃料油、瓦斯、天然氣或氫氣等之燃料來源，作為焚化爐之熱量供應來源，依不同燃料源，設置合適之點火噴嘴，以提高並控制燃燒室之溫度，其中，主燃燒室之操作溫度控制於800~1500℃之間，而二次燃燒室之溫度則控制於1200~1500℃之間；
本發明需有前處理系統，進料以可焚化物為前提，而後進入投料系統，該進投料系統至少包含一個入料桶，用以暫時貯存待投物料；入料桶下方連接一螺桿輸送機，其葉片間距視投入物料而定，採取最適當間距，主要但不限於5~30cm之間；螺桿輸送機末端設置耐熱氣動閘門，用以控制物料投入主燃燒室之時間；
該主燃燒室，其大小依據處理容量而定，主要構成為直立式之圓柱型，主燃燒室內壁塗附或設置耐熱耐火材料，至少耐溫1500℃，外層包覆隔絕熱材質，以保護操作人員或建築。主燃燒室至少設置一組依靠中心軸旋轉之物料散落葉片，以耐高溫合金組成，能承受操作溫度，物料散落葉片之主要功能，即在控制投入物料之下落速度，並使物料均勻分散；其轉速依處理物料而定，主要但不限定於每分鐘10~100轉之間；每組之葉片數為2~6片，葉片相較於中心軸，設置一傾斜角，角度主要但不限於10~60度；每片葉片厚度依據處理物料而定，主要但不限於5~20cm；葉片為篩網結構，可為格狀或圓孔狀，孔徑大小依據處理物料而定，主要但不限定於0.5cm~30cm平方或直徑0.5cm~30cm；如設置多組葉片，各組葉片位置以相鄰組別互不重疊為原則，上層葉片之篩網，視需求可設置較大之孔徑。主燃燒室之噴火嘴，設置位置則以燃燒室下1/3為原則；
該二次燃燒室，設置位置位於主燃燒室上方，以處理主燃燒室排出可能未完全燃燒之氣體或微粒，與主燃燒室相同，為直立式圓柱構成，但如有空間利用或其他需求之必要，得利用管線連接設置於主燃燒室側面或其他適當位置，亦不限於直立式圓柱，可為水平式圓柱或其他樣式。二次燃燒室大小依據氣體流量而定，但最小應保持停留時間2秒以上，內壁塗附或設置耐熱耐火材料，至少耐溫1500℃，外層包覆隔絕熱材質，以保護操作人員或建築。二次燃燒室末端，則銜接必要之空氣污染控設備後，廢氣予以排放；
該助燃氣體供應系統，係由鼓風設備或其他適當設備，將助燃空氣送入主燃燒室與二次燃燒室，助燃空氣入口設置於主燃燒室底部，必要時，二次燃燒室底部亦可設置，助燃空氣最少保持理論需求量之1.2倍以上，確保燃燒室內之物料能充分完全之好氧燃燒，而非缺氧裂解。助燃氣體可直接抽取一般空氣、經分子篩處理之高濃度氧氣、水電解產生之純氧，或其他技術取得之高濃度氧或純氧，助燃氣體送入燃燒室前，得先預熱，以降低對燃燒室溫度之影響；
該灰渣排集系統，位於主燃燒室下方，物料經主燃燒室完全焚燒後，剩餘的不燃物，經層層葉片過篩後，落入下方灰渣暫存空間，灰渣暫存空間出口設置閥門，定期開啟，以排空暫存之灰渣；
由於本發明之燃燒溫度高，故可用於焚化處理一般生活垃圾、一般事業廢棄物(含一般有機污泥與無機污泥)、有害事業廢棄物、醫療感染性廢棄物，以及受有機污染土壤等。
為了使本發明實現的技術手段、創新特徵、達成目的與功效易於清楚明瞭，下面結合具體實施方式，進一步闡述本發明；
如圖１所示，本發明為一種螺旋式之高溫焚化爐，該高溫焚化爐１係包含一套燃燒能源供應系統１０、一組進投料系統１１、一個主燃燒室１２、一個二次燃燒室１３、一組助燃氣體供應系統１４、一組灰渣排集系統１５，以及相應之自動控制設備１６；
該燃燒能源供應系統１０，係可採用包含但不僅限於燃料油、瓦斯、天然氣或氫氣等之燃料來源，作為焚化爐之熱量供應來源，依不同燃料源，設置合適之點火噴嘴，以提高並控制燃燒室之溫度，其中，主燃燒室１２之操作溫度控制於800~1500℃之間，而二次燃燒室１３之溫度則控制於1200~1500℃之間；
該進投料系統１１，至少包含一個入料桶，用以暫時貯存待投物料；入料桶下方連接一螺桿輸送機，其葉片間距視投入物料而定，採取最適當間距，主要但不限於5~30cm之間；螺桿輸送機末端設置耐熱氣動閘門，用以控制物料投入主燃燒室１２之時間；
該主燃燒室１２，其大小依據處理容量而定，主要構成為直立式之圓柱型，主燃燒室１２內壁塗附或設置耐熱耐火材料，至少耐溫1500℃，外層包覆隔絕熱材質，以保護操作人員或建築。主燃燒室１２至少設置一組依靠中心軸旋轉之物料散落葉片，以耐高溫合金組成，能承受操作溫度，物料散落葉片之主要功能，即在控制投入物料之下落速度，並使物料均勻分散；其轉速依處理物料而定，主要但不限定於每分鐘10~100轉之間；每組之葉片數為2~6片，葉片相較於中心軸，設置一傾斜角，角度主要但不限於10~60度；每片葉片厚度依據處理物料而定，主要但不限於5~20cm；葉片為篩網結構，可為格狀或圓孔狀，孔徑大小依據處理物料而定，主要但不限定於0.5cm~30cm平方或直徑0.5cm~30cm；如設置多組葉片，各組葉片位置以相鄰組別互不重疊為原則，上層葉片之篩網，視需求可設置較大之孔徑。主燃燒室１２之噴火嘴，設置位置則以燃燒室下1/3為原則；
該二次燃燒室１３，設置位置位於主燃燒室１２上方，以處理主燃燒室１２排出可能未完全燃燒之氣體或微粒，與主燃燒室１２相同，為直立式圓柱構成，但如有空間利用或其他需求之必要，得利用管線連接設置於主燃燒室１２側面或其他適當位置，亦不限於直立式圓柱，可為水平式圓柱或其他樣式。二次燃燒室１３大小依據氣體流量而定，但最小應保持停留時間2秒以上，內壁塗附或設置耐熱耐火材料，至少耐溫1500℃，外層包覆隔絕熱材質，以保護操作人員或建築。二次燃燒室１３末端，則銜接必要之空氣污染控設備後，廢氣予以排放；
該助燃氣體供應系統１４，係由鼓風設備或其他適當設備，將助燃空氣送入主燃燒室１２與二次燃燒室１３，助燃空氣入口設置於主燃燒室１２底部，必要時，二次燃燒室１３底部亦可設置，助燃空氣最少保持理論需求量之1.2倍以上，確保燃燒室內之物料能充分完全之好氧燃燒，而非缺氧裂解。助燃氣體可直接抽取一般空氣、經分子篩處理之高濃度氧氣、水電解產生之純氧，或其他技術取得之高濃度氧或純氧，助燃氣體送入燃燒室前，得先預熱，以降低對燃燒室溫度之影響；
該灰渣排集系統１５，位於主燃燒室１２下方，物料經主燃燒室１２完全焚燒後，剩餘的不燃物，經層層葉片過篩後，落入下方灰渣暫存空間，灰渣暫存空間出口設置閥門，定期開啟，以排空暫存之灰渣；
該自動控制設備１６，係作為燃燒能源供應系統１０、進投料系統１１、主燃燒室１２、二次燃燒室１３、助燃氣體供應系統１４及灰渣排集系統１５之各項溫度高低控制、各系統間輸送控制、空氣導引控制、排放控制等，以準確自動控制各系統運作；
由於本發明的燃燒溫度高，故可用於焚化處理一般生活垃圾、一般事業廢棄物(含一般有機污泥與無機污泥)、有害事業廢棄物、醫療感染性廢棄物，以及受有機污染土壤等；
如圖１及圖２所示，實施例１，處理一般家庭生活垃圾，一般家庭生活垃圾經由清潔隊收集後，預先進行破袋、粗破碎、細破碎、磁選、風選以及過篩等步驟後，盡可能將金屬、玻璃等不燃物挑出回收，成為可通過30cm見方篩網之細碎可燃混和垃圾，並將此可燃混和垃圾以輸送帶送至入料桶內存放；
主燃燒室１２及二次燃燒室１３以燃油噴火嘴進行預熱，同時送入助燃之一般空氣，主燃燒室１２溫度達950℃，二次燃燒室１３溫度達1200℃後，啟動入料桶下方之輸送螺桿，本實施例中，採用之螺桿葉片間距為30cm。待物料推送至入料口後，以氣動閥門開啟入料口，輸送螺桿持續推送物料15秒，後關閉入料口閥門，輸送螺桿亦同時停止輸送，稍待15秒後，再次開啟入料口投入物料15秒，類此循環；
本實施例之主燃燒室設置四組物料散落葉片，每組各四片葉片，由上層至下層分別為第一至第四組。每組葉片相較於中心轉軸，傾斜角度為25度，第一組葉片之篩網大小為25cm見方，第二組葉片之篩網大小為15cm見方，第三組葉片之篩網大小為5cm見方，第4組葉片之篩網大小為2cm見方，轉速為每分鐘15轉；
物料投入主燃燒室12後，落於第一組葉片，水份蒸發，開始燃燒，體積因燃燒縮小後，依序落入第二至第四組葉片，最後不燃物灰渣落入灰渣暫存空間，灰渣出口閘門則每20分中開啟1次，持續30秒，以排出灰渣；物料燃燒後之水蒸氣、二氧化碳、尚未完全燃燒之氣體與微粒，則進入二次燃燒室，本實施例中，二次燃燒室13之燃燒溫度為1200℃，停留時間2秒，利用高溫與足夠之停留時間，將未完全燃燒之氣體與微粒，完全燃燒，形成相對無害之二氧化碳。本實施例之二次燃燒室13末端，銜接熱交換器，除可吸收餘熱再利用外(如預熱助燃氣體、供暖等)亦可快速降低氣體溫度至250℃以下，避免戴奧辛之再合成作用，之後經脫硝、脫硫及集塵設施後，排放至大氣中；操作過程中，主燃燒室12與二次燃燒室13之溫度，均由自動控制設備16控制，主燃燒室12溫度一旦低於900℃，立即啟動火嘴噴火，提高溫度至950℃，二次燃燒室13溫度則持續保持溫度不低於1200℃；如圖1及圖3所示，實施例2，處理一般事業廢棄物之有機污泥，一般事業廢棄物有機污泥如以太空包包裝，則經破袋後以輸送帶送至入料桶暫存；主燃燒室12及二次燃燒室13以天然氣噴火嘴進行預熱，同時送入助燃之高濃度氧氣，本實施例中之高濃度氧氣係由一般空氣通過分子篩後，取得之高濃度氧氣，主燃燒室12溫度達1000℃，二次燃燒室13溫度達1200℃後，啟動入料桶下方之輸送螺桿，本實施例中，採用之螺桿葉片間距為30cm。待物料推送至入料口後，以氣動閥門開啟入料口，輸送螺桿持續推送物料10秒，後關閉入料口閥門，輸送螺桿亦同時停止輸送，稍待15秒後，再次開啟入料口投入物料10秒，類此循環；
本實施例之主燃燒室12設置四組物料散落葉片，每組各四片葉片，由上層至下層分別為第一至第四組。每組葉片相較於中心轉軸，傾斜角度為35度，第一組葉片之篩網大小為5cm見方，第二組葉片之篩網大小為3cm見方，第三組葉片之篩網大小為1cm見方，第4組葉片之篩網大小為0.5cm見方，轉速為每分鐘25轉；物料投入主燃燒室12後，落於第一組葉片，水份蒸發，開始燃燒，體積因燃燒縮小後，依序落入第二至第四組葉片，最後不燃物灰渣落入灰渣暫存空間，灰渣出口閘門則每20分中開啟1次，持續30秒，以排出灰渣；物料燃燒後之水蒸氣、二氧化碳、尚未完全燃燒之氣體與微粒，則進入二次燃燒室13，本實施例中，二次燃燒室13之燃燒溫度為1200℃，停留時間2秒，利用高溫與足夠之停留時間，將未完全燃燒之氣體與微粒，完全燃燒，形成相對無害之二氧化碳。本實施例之二次燃燒室13末端，銜接熱交換器，除可吸收餘熱再利用外(如預熱助燃氣體、供暖等)亦可快速降低氣體溫度至250℃以下，避免戴奧辛之再合成作用，之後經脫硝，脫硫及集塵設施後，排放至大氣中；操作過程中，主燃燒室12與二次燃燒室13之溫度，均由自動控制設備16控制，主燃燒室12溫度一旦低於950℃，立即啟動火嘴噴火，提高溫度至1000℃，二次燃燒室13溫度則持續保持溫度不低於1200℃；如圖1及圖4所示，實施例3，處理受農藥污染土壤，一般而言，受農藥污染土壤通常以太空包包裝，但為避免破袋過程中，受污染土壤溢散，影響週邊環境，故需要在密閉環經中，以機械方式破袋，且以密閉式輸送帶送至密閉式之入料桶暫存；主燃燒室12及二次燃燒室13以氫氧焰進行預熱，主燃燒室12溫度達1000℃，二次燃燒室13溫度達1200℃後，開始送入助燃之預熱純氧，並啟動入料桶下方之輸送螺桿，本實施例中，採用之螺桿葉片間距為30cm。待物料推送至入料口後，以氣動閥門開啟入料口，輸送螺桿持續推送物料15秒，後關閉入料口閥門，輸送螺桿亦同時停止輸送，稍待15秒後，再次開啟入料口投入物料15秒，類此循環；
本實施例之主燃燒室１２設置四組物料散落葉片，每組各四片葉片，由上層至下層分別為第一至第四組。每組葉片相較於中心轉軸，傾斜角度為35度，第一組葉片之篩網大小為5cm見方，第二組葉片之篩網大小為3cm見方，第三組葉片之篩網大小為1cm見方，第4組葉片之篩網大小為0.5cm見方，轉速為每分鐘25轉；
物料投入主燃燒室１２後，落於第一組葉片，水份蒸發，開始燃燒，體積因燃燒縮小後，依序落入第二至第四組葉片，最後不燃物灰渣落入灰渣暫存空間，灰渣出口閘門則每5分中開啟1次，持續30秒，以排出灰渣；
物料燃燒後之水蒸氣、二氧化碳、尚未完全燃燒之氣體與微粒，則進入二次燃燒室１３，本實施例中，二次燃燒室１３之燃燒溫度為1200℃，停留時間2秒，利用高溫與足夠之停留時間，將未完全燃燒之氣體與微粒，完全燃燒，形成相對無害之二氧化碳。本實施例之二次燃燒室１３末端，銜接熱交換器，除可吸收餘熱再利用外(如預熱助燃氣體、供暖等)亦可快速降低氣體溫度至250℃以下，避免戴奧辛之再合成作用，之後經脫硝、脫硫及集塵設施後，排放至大氣中；
操作過程中，主燃燒室１２與二次燃燒室１３之溫度，均由自動控制設備１６控制，主燃燒室１２溫度一旦低於950℃，立即啟動火嘴噴火，提高溫度至1000℃，二次燃燒室１３溫度則持續保持溫度不低於1200℃。
１‧‧‧高溫焚化爐
１０‧‧‧燃燒能源供應系統
１１‧‧‧進投料系統
１２‧‧‧主燃燒室
１３‧‧‧二次燃燒室
１４‧‧‧助燃氣體供應系統
１５‧‧‧灰渣排集系統
１６‧‧‧自動控制設備
圖1係本發明螺旋式高溫焚化爐之示意圖。 圖2係本發明螺旋式高溫焚化爐之實施利示意圖。 圖3係本發明螺旋式高溫焚化爐之實施利示意圖。 圖4係本發明螺旋式高溫焚化爐之實施利示意圖。
1‧‧‧高溫焚化爐
10‧‧‧燃燒能源供應系統
11‧‧‧進投料系統
12‧‧‧主燃燒室
13‧‧‧二次燃燒室
14‧‧‧助燃氣體供應系統
15‧‧‧灰渣排集系統
16‧‧‧自動控制設備
Claims (6)
- 一種螺旋式高溫焚化爐，係包含一套燃燒能源供應系統、一組進投料系統、一個主燃燒室、一個二次燃燒室、一組助燃氣體供應系統、一組灰渣排集系統，以及相應之自動控制設備；主要功能為利用燃料，將主燃燒室溫度提升並控制於800~1500℃之間，並藉由主燃燒室內依靠中心軸旋轉之物料散落葉片組，控制投入物料之墜落速度，並使物料均勻分散，促使物料均勻燃燒，同時再利用助燃氣體，使物料能完全燃燒；此外，燃燒後之氣體(含可能未燃燒完全之微粒與氣體)，則再經溫度控制於1200~1500℃之間的二次燃燒室，可將未完全燃燒物質焚化，達到最低之污染排放目的。
- 如申請專利範圍第1項所述之螺旋式高溫焚化爐，該燃燒能源供應系統之燃料包含但不限於燃料油、瓦斯、天然氣或氫氣等能源。
- 如申請專利範圍第1項所述之螺旋式高溫焚化爐，該進投料系統，至少包含一個入料桶，用以暫時貯存待投物料；入料桶下方連接一螺桿輸送機，其葉片間距視投入物料而定，採取最適當間距，主要但不限於5~30cm之間；螺桿輸送機末端設置耐熱氣動閘門，用以控制物料投入主燃燒室之時間。
- 如申請專利範圍第1項所述之螺旋式高溫焚化爐，該主燃燒室至少設置一組依靠中心軸旋轉之物料散落葉片，以耐高溫合金組成，能承受操作溫度，其轉速依處理物料而定，主要但不限定於每分鐘10~100轉之間；每組之葉片數為2~6片，葉片相較於中心軸，設置一傾斜角，角度主要但不限於10~60度；每片葉片厚度依據處理物料而定，主要但不限於5~20cm；葉片為篩網結構，可為格狀或圓孔狀，孔徑大小依據處理物料而定，主要但不限定於0.5cm~30cm見方或直徑0.5cm~30cm；如設置多組葉片，各組葉片位置以相鄰組別互不重疊為原則，上層葉片之篩網，視需求可設置較大之孔徑。
- 如申請專利範圍第1項所述之螺旋式高溫焚化爐，該二次燃燒室，設置位置位於主燃燒室上方，以處理主燃燒室排出可能未完全燃燒之氣體或微粒，為直立式圓柱構成，但如有空間利用或其他需求之必要，得利用管線連接設置於主燃燒室側面或其他適當位置，亦不限於直立式圓柱，可為水平式圓柱或其他樣式，二次燃燒室大小依據氣體流量而定，但最小應保持停留時間2秒以上，內壁塗附或設置耐熱耐火材料，至少耐溫1500℃，外層包覆隔絕熱材質，以保護操作人員或建築。
- 如申請專利範圍第1項所述之螺旋式高溫焚化爐，該助燃氣體供應系統，係由鼓風設備或其他適當設備，將助燃空氣送入主燃燒室與二次燃燒室，助燃空氣入口設置於主燃燒室底部，必要時，二次燃燒室底部亦可設置，確保燃燒室內之物料能充分完全之好氧燃燒，而非缺氧裂解，助燃氣體可直接抽取一般空氣、經分子篩處理之高濃度氧氣、水電解產生之純氧，或其他技術取得之高濃度氧或純氧，助燃氣體送入燃燒室前，得先預熱，以降低對燃燒室溫度之影響。
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|---|---|---|---|
| MM4A | Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees |