空冷急冷装置、方法及热解处理装置与流程

本技术涉及烟气处理，尤其涉及一种空冷急冷装置、方法及热解处理装置。

背景技术：

1、废弃物处理、能源回收以及生物质燃料供热领域中，热解和焚烧技术具有减量化程度高、能量回收效率高等优点，是目前较为常用的热处理方式。然而，在热解和焚烧处理过程中，二噁英类污染物的生成及排放控制仍是需要解决的重要问题。

2、在生活垃圾焚烧炉协同处理光伏板、电子垃圾等废弃物的过程中，生活垃圾中可能含有微量二噁英，燃烧过程中还可能由聚氯乙烯、氯代苯、五氯苯酚等含氯前体物经分子重排、自由基缩合、脱氯等反应生成二噁英。虽然高温燃烧能够分解大部分二噁英，但仍可能有少量二噁英随烟气排出。在生物质燃料供热的场景下同样也存在相关问题。特别是在燃烧不充分、烟气中含有较多未燃烬物质的情况下，当烟气进入锅炉尾部约200℃～500℃的温度区间时，在重金属（特别是氯化铜等）等触媒物质作用下，已经分解的二噁英还可能再次生成。因此，除通过控制燃烧过程促进二噁英分解外，使烟气快速通过二噁英容易再次生成的温度区间，是减少二噁英排放的重要措施。

3、现有技术通常采用喷水急冷塔，通过向高温烟气中喷入雾化水，使烟气在较短时间内由500℃以上降低至200℃以下，以抑制二噁英再次生成。但是，喷水急冷过程中，高温烟气所携带的余热难以得到有效利用；水蒸发形成的水蒸气会增加烟气体积，从而增加后续烟气处理设备的处理负荷和设备规模；当后续采用活性炭吸附二噁英时，烟气中的水蒸气还影响活性炭的吸附效果；同时，烟气相对湿度升高还容易加剧尾部烟道的腐蚀。

4、现有管式空气预热器能够通过烟气与空气换热实现烟气余热回收，但现有管式空气预热器不能作为急冷装置，因为烟气在管式空气预热器中的停留时间较长，现有管式空气预热器烟气在500℃~200℃时停留时间约为1秒，使得二噁英再次生成。并且，现有空气预热器通常未针对不同烟气温度区间进行分段设计，难以同时兼顾高温烟气余热利用以及烟气在500℃～200℃温度区间内的快速冷却。

5、因此，现有技术仍难以在有效回收高温烟气余热的同时，使烟气快速通过500℃～200℃的温度区间，从而抑制二噁英在低温区的再次生成。

技术实现思路

1、本技术的目的旨在解决现有技术难以兼顾高温烟气余热利用以及烟气在500℃～200℃温度区间内快速冷却的问题，缩短烟气在二噁英易再次生成温度区间内的停留时间，抑制二噁英的再次生成，本技术的目的是通过以下技术方案实现：

2、本技术的第一方面，提供一种空冷急冷装置，其包括高温段换热器以及低温段急冷换热器；

3、所述高温段换热器用于接收高温烟气，所述高温段换热器包括第一换热管，所述高温烟气在所述第一换热管内流通，对所述高温烟气进行第一次降温；

4、所述低温段急冷换热器与所述高温段换热器连通，所述低温段急冷换热器包括第二换热管，经过第一次降温后的烟气在所述第二换热管内流通，对其进行快速冷却；

5、其中，所述第一换热管的内径大于所述第二换热管的内径。

6、在一些实施方式中，所述低温段急冷换热器用于使烟气从大于等于500℃的温度冷却至小于等于200℃的温度，降温过程中烟气经过的时间≤0.5s，优选的，降温过程中烟气经过的时间≤0.1s。

7、在一些实施方式中，所述第一换热管的数量为多个，所述第二换热管的数量为多个，经过所述高温段换热器降温后的烟气进入所述第二换热管时产生加速流动。

8、在一些实施方式中，所述第一换热管的内径为36mm～60mm，所述第二换热管的内径≤23mm；优选的，所述第二换热管的内径为8mm～15mm。

9、在一些实施方式中，所述高温段换热器用于将所述高温烟气降温至500℃～600℃。

10、在一些实施方式中，所述第二换热管中烟气的流速为10m/s～20m/s，所述第二换热管中烟气的冷却速率≥2600℃/s。

11、进一步的，第二换热管中烟气的流速为16m/s～20m/s，所述第二换热管中烟气的冷却速率≥3000℃/s。

12、在一些实施方式中，所述第二换热管沿烟气流动方向设置为内径渐变结构，以使烟气在流经所述第二换热管的过程中流速保持均衡或逐渐提高。

13、在一些实施方式中，还包括：温度传感器、气体流量控制部件及控制器；

14、所述温度传感器设置于所述高温段换热器的烟气出口处，用于检测经过所述高温段换热器后的烟气温度；

15、所述气体流量控制部件与所述高温段换热器连接，用于调节进入所述高温段换热器的高温烟气和/或冷却气体的流量；

16、所述控制器与所述温度传感器和所述气体流量控制部件连接，用于根据所述温度传感器检测得到的出口烟气温度控制所述气体流量控制部件，以使所述高温段换热器出口烟气温度保持在预设温度范围内。

17、在一些实施方式中，所述低温段急冷换热器的烟气出口连接有活性炭喷射装置和/或除尘器。

18、本技术的第二方面，还提供一种空冷急冷方法，包括：

19、使高温烟气进入高温段换热器中的第一换热管，对高温烟气进行第一次降温；

20、使经过第一次降温后的烟气进入低温段急冷换热器中的第二换热管，使烟气温度降低至小于等于200℃，所述第一换热管的内径大于所述第二换热管的内径，烟气在低温段急冷换热器内的停留时间≤0.5s。

21、在一些实施方式中，第一次降温将出口烟气的温度降低至500℃～600℃；

22、在一些实施方式中，所述第二换热管中烟气的流速为10m/s～20m/s，优选的，烟气在低温段急冷换热器内的停留时间≤0.1s；

23、在一些实施方式中，烟气经过第二换热管时的冷却速率≥2600℃/s。

24、在一些实施方式中，经过所述高温段换热器降温后的烟气进入所述第二换热管时产生加速流动。

25、在一些实施方式中，所述第一换热管的内径为36mm～60mm，所述第二换热管的内径≤23mm；优选的，所述第二换热管的内径为8mm～15mm。

26、本技术的第三方面，提供一种热解处理装置，包括处理炉体、前述的空冷急冷装置，所述空冷急冷装置与所述处理炉体的烟气排出口连通，用于对所述处理炉体产生的高温烟气进行降温；

27、其中，降温过程包括快速冷却阶段，在所述快速冷却阶段中，烟气从大于等于500℃的温度冷却至小于等于200℃的温度的时间≤0.1s。

28、在一些实施方式中，所述空冷急冷装置还与助燃气体供给结构连通，通过与空冷急冷装置中流通的烟气换热，对助燃气体进行预热，如热量仍有富余，其中一部分热空气直接排空。

29、与现有技术相比，本技术具有如下有益效果：

30、本技术通过设置相互连通的高温段换热器和低温段急冷换热器，使高温烟气首先在高温段换热器的第一换热管内进行第一次降温，再进入低温段急冷换热器的第二换热管进行快速冷却，实现对不同温度区间烟气的分段换热；其中，通过使第一换热管的内径大于第二换热管的内径，使经过第一次降温后的烟气由第一换热管对应的较大流通截面进入第二换热管对应的较小流通截面，形成狭管效应，气体流速增大、压力降低，提高烟气进入第二换热管后的流速，缩短烟气在500℃～200℃温度区间内的停留时间，使烟气快速通过二噁英易再次生成的温度区间，从而抑制烟气冷却过程中二噁英的再次生成。

31、同时，高温段换热器能够在烟气进入快速冷却阶段之前对高温烟气进行换热，使高温烟气所携带的热量能够通过换热方式加以利用，在空冷急冷装置与助燃气体供给结构配合时，还能够利用烟气余热对助燃气体进行预热，从而兼顾烟气快速冷却和余热利用。进一步地，将第二换热管优化设置，有利于补偿烟气因温度降低、体积收缩所引起的流速下降，使烟气流速保持均衡或逐渐提高；通过温度传感器检测高温段换热器出口处的烟气温度，并由控制器根据检测结果调节高温烟气和/或冷却气体的流量，有利于使进入低温段急冷换热器的烟气温度保持在预设范围内，为后续快速冷却提供相对稳定的入口条件。此外，在低温段急冷换热器的烟气出口设置活性炭喷射装置和/或除尘器，还能够对快速冷却后的烟气进行进一步净化，去除烟气中的二噁英。