一种可连续稳定反应的垃圾热解炉的制作方法

1.本实用新型属于固废无害化处置技术领域，更具体地，涉及一种可连续稳定反应的垃圾热解炉。


背景技术：

2.常规生活垃圾处理方式包括卫生填埋、堆肥、焚烧。卫生填埋技术历史悠久，工艺成熟，但占地面积大，垃圾彻底处理时间久，会造成大量土地资源消耗，同时还存在垃圾渗滤液泄漏污染土壤与水体等问题。生活垃圾堆肥能将垃圾资源化利用，转化为肥料，但对垃圾原料要求较高，同时产出肥料肥效不高，应用范围受限等行业限制。垃圾焚烧能够将生活垃圾最大化减量处理，转化为二氧化碳、水、无机灰渣等无污染成分，但同时也易产生硫化物、氮氧化物、二噁英等污染物和有毒物质。
3.垃圾热解处理技术是可以替代垃圾焚烧技术，实现垃圾大幅无害减量的热处理方式，在无氧环境下，热解反应将生活垃圾转化为氢气、一氧化碳、低分子有机物等组成的热解气(油)和残炭，热解气(油)、残炭进一步燃烧，彻底氧化为二氧化碳和水。热解反应避免了含氯的高分子有机物直接不完全燃烧，能有效减少二噁英等有毒气体的产生。但是，热解反应为吸热反应，且要求无氧或限氧环境，大部分热解设备无法同时做到完全密闭、无氧 /限氧环境和足够热量供应，导致热解处理效果不理想。
4.而且，现有技术中，炉体结构较为复杂，特别是换热管组，会导致炉体造价成本较高，材料有较高强度与耐高温要求。由于炉体具有较大高径比，因此会导致进料口通常处于较高位置，这就要求进料设备能够将物料抬升到较高高度，或者提高储料坑位置，或者将排料口设置在深坑中。由于换热列管组穿过垃圾物料层，容易受到硬质物料损害，特别是如玻璃、金属等不容易反应的物料，还会卡在列管组之间，严重影响热解炉运行状态，因此本实用新型要求提前去除物料中的无机硬质成分，并一定破碎。此外，许多尝试中的热解炉在启动时或提供额外热量时通常采用炉壁换热或直接喷入燃料，在物料局部燃烧的方式，热解产物也只是草草燃烧便直接排放，垃圾物料类似焚烧工艺直接堆放在炉内无序反应。这会导致炉内物料反应完全，热量分布不均匀，热解反应供热不足，增加烟气处理负担等一系列问题。由此可知，与无氧或者限氧燃烧相配套的热解炉体也需要进行重新设计，以满足现有技术的要求。
5.申请号为201911286882.1、发明名称为“生活垃圾无氧式热解炉”公开了一种生活垃圾无氧式热解炉，在实际工程实践中，其存在工艺稳定性不足的问题，有时候热量传递不够，热解无法充分进行。
6.专利cn11079020a公开了一种生活垃圾无氧式热解炉，其为对生活垃圾热解产物燃烧后释放的能量进行利用实现生活垃圾热解
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燃烧自循环反应的生活垃圾热解燃烧炉，炉体中热解反应的能量来源于热解产物燃烧后产生的高温烟气的热传导与热对流，通过将热解炉体的温度加热至1100摄氏度以上，实现生活垃圾的热解。然而，在该工艺实际运行过程中，一方面，将热解炉体加热至1100摄氏度，耗能太高；另一方面，生活垃圾热解产物燃烧
后释放的能量不足以使垃圾热解炉达到1100摄氏度，需要不断地通过外部提供热量才能满足这一温度要求，不能真正实现垃圾热解
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燃烧自循环反应。此外，该装置在实际运行过程中，经常容易出现热解不完全烟气出口检测出二噁英，或热解气不能及时进入燃烧室燃烧等导致系统运行不稳定，经常需要停机检修
7.因此，需要开发一种新型的连续稳定反应的垃圾热解炉，解决现有技术存在的问题。


技术实现要素：

8.针对现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于，提供一种可连续稳定反应的垃圾热解炉，旨在解决现有技术中，垃圾热解炉结构复杂，工艺连续稳定性不足的问题。
9.本实用新型提供一种可连续稳定反应的垃圾热解炉，其整体呈圆柱状，其高径比为2～4，其包括进料口、热解室、体式布料网格、燃烧室、隔板、热解室出口、出渣口和烟气排口，其中，进料口设置在炉顶，进料口下方连通热解室，热解室整体呈柱状空腔，热解室中心线与整个热解炉中心线重合，在热解室的柱状空腔内设置有体式布料网格，体式布料网格的整体外形与热解室外形相匹配，体式布料网格中单元格的大小从上到下依次减小，体式布料网格用于减缓降落其中的垃圾原料的速度并尽量延长垃圾停留时间，从而保证垃圾原料具有充分时间热解，热解室下方设置有燃烧室，热解室和燃烧室以隔板隔离开，隔板上设置有漏斗状热解室出口，热解室出口用于供热解室内的热解气和热解渣料排出到燃烧室，燃烧室位于热解室正下方，燃烧室下方连通出渣口，燃烧室上方通过包套在热解室外围的空腔连通位于炉顶的烟气排口，
10.体式布料网格包括水平网格和垂直网格，水平网格和垂直网格相互连接成整体，垂直网格的孔径从上到下逐渐增大，水平网格具有两层，两层水平网格分别穿插连接在垂直网格中，下层的水平网格孔径大于上层的水平网格孔径，垂直网格的尖端处设置有倒锥形的格网导流板，格网导流板用于防止物料直接向下自由下落直接进入燃烧室。
11.进一步的，体式布料网格中的单元格的最小边的边长为50mm～150mm。
12.进一步的，体式布料网格中的单元格每个边的大小为80mm～120mm。
13.进一步的，在隔板上设置有多个相互平行的回热换热管组，多根管道共同围绕热解室，回热换热管组能耐1100℃高温，回热换热管组顶端连通烟气排口，底部连通燃烧室，工作时，燃烧获得的高温烟气通过回热换热管组流通至烟气排口，并在从下至上的流通过程中，将有机物燃烧的热量传输至热解室，以给热解供热，保证热解的顺利进行。
14.进一步的，隔板固定于炉壁上，呈类漏斗状，热解室出口底端外壁上设置一圈燃烧室气体导流板，燃烧室气体导流板呈圆环状，燃烧室气体导流板边缘离炉壁的距离为炉体内径的1/2～1/3。
15.进一步的，进料口的下方设置有进料口导流板，进料口导流板呈类似漏斗状，在进料口导流板下方设置有等离子体火炬，等离子体火炬具有相对设置的两根，用于在炉体点火时候提供热量，等离子体火炬斜插设置于热解炉顶部，靠近进料口导流板。
16.进一步的，在回热换热管组的顶部设置有集气罩，集气罩整体设置在炉体顶部空腔内，烟气排口设置在集气罩上。
17.进一步的，在炉体底部的炉壁上设置有一圈燃烧室供风管组，燃烧室供风管组连
通外界供氧，燃烧室供风管组的喷嘴斜对燃烧室气体导流板，在燃烧室供风管组下方设置有残碳导流板，残碳导流板呈倒锥状，类似伞盖，在伞盖上设置有多个通孔，工作时，燃烧室供风管组喷嘴向燃烧室气体导流板喷射，被反射而被局部分散，从热解室出口射出的可燃性热解气与氧气接触，发生剧烈氧化反应，产生较强气流扰动，被燃烧室气体导流板进一步均匀分散，促使可燃性的热解气进一步均匀燃烧。
18.进一步的，位于燃烧室供风管组之下的炉体外壁处设有盘管，盘管一端连通外界的主供氧管，盘管另一端连通燃烧室供风管组。
19.进一步的，在炉体出渣口处设置有布气器，布气器和连通布气器的通气管埋在炉体出渣口的炉渣里面。进一步的，炉壁最外层为耐火砖保温层。布气器上的喷嘴斜向下，以防止灰渣堵塞喷嘴。
20.总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
21.1.本实用新型中，通过设置格网、结合格网的结构设计和炉子的高径比，从多个方面进行配合设计，让物料能逐层缓慢下降并逐渐热解，解决了高高径比炉型可能出现的物料落速过高问题。
22.2.本实用新型中，在炉顶设置有等离子体火炬，类似于火柴点火，在炉体启动工作时，无需按照通常的方式对物料进行预热。通常对物料预热会造成工艺负担加重的问题，如向物料中喷射燃油点燃加热或通入高温烟气，会造成烟气处理设备负担增加和热解气不能充分燃烧。本实用新型设置了等离子体火炬，避免了以上问题。
23.3.通过对炉体结构进行设计，设置了回用换热管组、集气罩、分级格网、热解室—燃烧室隔板，回用换热管组为相互排列的多根管道，设置在热解室—燃烧室隔板上，其下与燃烧室相通，其上与集气罩相连通，解决了燃烧室空间不能的到充分利用，也克服了热解气短流直接排出燃烧室，不能充分燃烧，停留时间过短的问题。
附图说明
24.图1是本实用新型实施例中可连续稳定反应的垃圾热解炉的结构示意图。
具体实施方式
25.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
26.现有大多垃圾热解工艺往往都不能做到连续地、稳定地长时间运行，这是因为：
①
通常热解工艺要求将物料分为干燥、热解、燃烧等多个部分分步反应，为了使炉内物料能够较稳定地分为多段按次序反应，大部分热解炉采用分批次、分格腔或其他方式，分阶段非连续地进料或运行；
②
热解作为一个吸热反应过程，通常为在控制成本的条件下满足热解阶段的热量要求，热解炉会采用在热解区腔室外围环绕布置燃烧室，或将层间(即将物料各段分隔)隔板与换热板结合的方式，从物料外围向内传热，是通过单个面的换热方式，但通常会导致加热速率与效率较低，从而导致运行不够稳定。本实用新型申请正是对现有目前存在的问题进行了科学和有效分析后，找出了问题真正的原因，才有针对性的进行了设计和
创造。
27.本实用新型的一种可连续稳定反应的垃圾热解炉，其整体呈圆柱状，其高径比为2～4，其包括进料口、热解室、格网、燃烧室、隔板、热解室出口、出渣口和烟气排口，其中，进料口设置在炉顶，进料口下方连通热解室，热解室整体呈柱状空腔，燃烧室位于整个热解炉中心线上，在热解室的柱状空腔内设置有体式布料网格，体式布料网格的整体外形与热解室外形相匹配，体式布料网格中单元格的大小从上到下依次减小，体式布料网格用于减缓降落其中的垃圾原料的速度并尽量延长垃圾停留时间，体式布料网格用于控制进料速度的均匀性，布料均匀性、还能提高物料的分散。在实际工程实践中，上面的物料体积大，温度低，还没有收缩，也没有焦油产生，不会粘滞在网格上，因此，体式布料网格整体是上面孔径下，下面孔径大。热解室下方设置有燃烧室，热解室和燃烧室以隔板隔离开，隔板上设置有漏斗状热解室出口，热解室出口用于供热解室内的热解气和热解渣料排除到燃烧室，燃烧室位于热解室正下方，燃烧室下方连通出渣口，燃烧室上方通过包套在热解室外围的空腔连通位于炉顶的烟气排口，体式布料网格包括水平网格和垂直网格，水平网格和垂直网格相互连接成整体，垂直网格的孔径从上到下逐渐增大，水平网格具有两层，两层水平网格分别穿插连接在垂直网格中，下层的水平网格孔径大于上层的水平网格孔径，垂直网格的尖端处设置有倒锥形的格网导流板10，格网导流板10用于防止物料直接向下自由下落直接进入燃烧室3。在本实用新型的一个实施例中，体式布料网格中的单元格形状为矩形体，其最小边的边长为50mm～150mm。在本实用新型的又一个实施例中，体式布料网格中的单元格形状为正方体，每一个边的大小均相同，每个边的大小为 80mm～120mm。
28.在隔板上设置有多个相互平行的回热换热管组，多根管道共同围绕热解室，回热换热管组能耐1100℃高温，回热换热管组顶端连通烟气排口，底部连通燃烧室，工作时，燃烧获得的高温烟气通过回热换热管组14流通至烟气排口7，并在从下至上的流通过程中，将有机物燃烧的热量传输至热解室，以给热解供热，保证热解的顺利进行。比如，回热换热管组围绕热解室从里至外设置有三圈，管道的内径沿着从内圈至外圈的方向依次减小，管道的内径最大值与最小值之比约为1.2～1.4。隔板固定于炉壁上，呈类漏斗状，热解室出口底端外壁上设置一圈燃烧室气导流板，燃烧室气流挡板边缘离炉壁的距离为炉体内径的1/2～1/3。进料口的下方设置有进料口导流板，进料口导流板呈类似漏斗状，在进料口导流板下方设置有等离子体火炬，等离子体火炬具有相对设置的两根，用于在炉体点火时候提供热量，等离子体火炬斜插设置于热解炉顶部，靠近进料口导流板。在回热换热管组的顶部设置有集气罩，集气罩整体设置在炉体顶部空腔内，烟气排口设置在集气罩上。
29.在炉体底部的炉壁上设置有一圈燃烧室供风管组，燃烧室供风管组连通外界供氧，烧室供风管组的喷嘴对向残碳导流板设置，残碳导流板呈倒锥状，类似伞盖，工作时，燃烧室供风管组喷嘴喷射的空气射向残碳导流板，被反射而被局部分散，从热解室出口射出的可燃性热解气与氧气接触，发生剧烈氧化反应，产生较强气流扰动，被空气导流板进一步均匀分散，促使可燃性的热解气进一步均匀燃烧。
30.图1是本实用新型实施例中可连续稳定反应的垃圾热解炉的结构示意图，由图可知，炉体顶端为进料口1，上部为干燥、热解室2，下方为燃烧室3，热解室和控氧燃烧室之间由锥形隔板4分隔，中设一圆孔作为热解室
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燃烧室出口5。隔板与炉壁焊接连接，锥形隔板4上设回用换热管组14入口，换热管组竖直方向向上延伸，至炉体顶部环形集气罩15。环形集
气罩15一侧设烟气出口7。燃烧室底部呈倒圆锥形，中心为出渣口6。进料口下方设有具有一定角度的圆环导流板8。其类似于漏斗状的圆环，固定在进料口下方，能协助物料按照预期落入干燥、热解室2内。进料口下方外围设环形分级格网9。体式布料网格包括水平网格和垂直网格，水平网格和垂直网格相互连接成整体，垂直网格的孔径从上到下逐渐增大，水平网格具有两层，两层水平网格分别穿插连接在垂直网格中，下层的水平网格孔径大于上层的水平网格孔径，垂直网格的尖端处设置有倒锥形的格网导流板10，格网导流板10用于防止物料直接向下自由下落直接进入燃烧室3。热解室
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燃烧室出口5正下方、出渣口6 正上方设残炭导流板11，残碳导流板呈锥形，用于协助燃烧室内的残渣和残碳顺畅排除，而不会堵塞出渣口6。燃烧室供风管12环绕燃烧室内壁设置一周，在供风管壁上设有小孔溢出空气，小孔对向残炭导流板11。工作时候，从小孔内出射的空气先射向残碳导流板11，然后被残碳导流板11反射而分散开，变得更加均匀。
31.在热解室与燃烧室隔板4、热解室
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燃烧室出口5外侧设环形燃烧室热解气导流板13。导流板呈环形，水平布置，具有较大半径。燃烧室气导流板13 呈水平布置。在进料口1下方斜向下设置一组等离子体火炬16，火炬口略微插入炉体内。在炉子启动工作之初，需要启动等离子体火炬16，让其提供热量，促使最初的热解开始，待炉体的热解、燃烧的工艺过程能稳定运转下去时候，等离子体火炬可以关闭，不参入工作。本实用新型的炉体由特种钢构成，处于燃烧室、热解室等高温区域组件采用310s特种钢，炉体外部采用耐火砖保温层17进行保温。
32.在炉体出渣口处设置有布气器，布气器和连通布气器的通气管埋在炉体出渣口的炉渣里面，这样的设计作用如下：预热空气同时给炉渣降温。通过控制排渣速度。能将灰渣层出渣处温度控制到理想的低温。在实际工程时间中，炉渣停留时间可以为6小时左右。
33.进料口1为上小下大的扩张口，上方压缩后垃圾下降时可以更容易自由掉落。进料口内侧设有的导流板8，炉内产生气体向上流动时通过导流板时向两侧方向气流会回流至炉内，中间气体会接触下落垃圾物料回到炉体内。这样能够防止炉内气态焦油、热解油等上升至进料口温度较低时发生结焦。分级体式布料网格9侧面体式布料网格可以防止较重物料直接高速砸到周边换热管组损害换热管组。格网底部导流板10防止物料通过格网直接落入燃烧室。燃烧室残炭导流板11正对通风口，保证残炭与空气能充分接触，彻底燃烧。燃烧室体力导流板13增大热解气到燃烧室出口路程，增大热解气燃烧停留时间。回热换热管组14按照一定环形阵列布置，阵列中心位置为体式布料网格 9。换热管组靠中心管径更大，管间距也更大，以便靠中心区域热量交换和物料流动更顺畅。本实用新型中的换热方式中，类似于将多支加热棒插在物料中，能够在有限的空间内最大程度提高换热面积，提高换热效率。换热管采用耐温1100℃、导热性能高的310s特种钢。炉体上方集气罩15为界面为矩形，在炉体内环形置于上方。底部接换热管组，侧面开口接烟气处理系统。
34.在集气罩15上方、进料口1下方斜向下插等离子体火炬16。每个等离子火炬喷头上同时具有正负两级，正负级之间可以形成高温电弧，在电弧之间喷射高速氮气推动两极间介质，将火炬拉长至距离喷口较远的弧形，从而达到对垃圾物料进行预加热的目的。与普通燃料加热喷头，如乙炔火焰喷射，不同的是，等离子体火炬“火焰”本质为电弧，而不是燃料燃烧形成的火焰，不对炉内喷射可燃气体也不需要氧气等氧化物，喷射介质为惰性的氮气，因此即使长时间运行也不会增加炉体内污染物或可能发生反应的成分，不会影响热解炉的
正常运行。
35.本实用新型中，热解炉炉身整体为柱状，其为具有较大高径比的中空腔体。热解炉顶部中心设有进料口，进料口采用压缩连续进料设备比如为推料器向炉体内连续输送垃圾原料。垃圾沿炉体向下运动，在炉腔内逐层堆积，由于相比炉体高度炉腔横截面较小，因此物料很容易均匀堆积一层，并不容易发生局部坍塌，根据温度变化在高度上分为干燥层、热解反应层。在这个过程中垃圾物通过热解反应转化成气相(包括水、热解气、焦油及其他惰性成分)和固相(热解产生的残碳和不发生反应的无机分)两部分。在热解反应层下方从炉壁向内以一定角度收缩，形成向下的锥形漏斗的隔层，隔层中间设有一定尺寸的圆孔，热解产生的气相部分由于气压差从圆孔上部吹进下部，固相部分由于重力从圆孔掉入下部腔室。隔层下方具有一定高度的炉腔部分为燃烧室，在燃烧室内会通入含有氧气的空气和燃烧剂、助燃剂(在设备启动时使用)，热解反应产生的气相中的可燃分和固相中的残碳在燃烧室内充分燃烧，彻底反应，最终分别转化为烟气和炉渣。炉渣从燃烧室下方的出料口排除热解炉，烟气通过按一定方式布设在隔层上的换热管组入口向上进入竖向布置的换热管组，最终进入位于炉体干燥层上方的集气罩，集中排出热解炉。在进料口下方、集气罩上方的区域，布设有垃圾预热装置，预热装置仅在设备启动及热量不够时启用。
36.本领域的技术人员容易理解，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、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。