一种蓄热式高温延时燃烧系统技术方案

在生活垃圾高温焚烧或热解气化燃烧处理过程中，由于传统的燃烧理论和燃烧系统存在严重缺陷，从而造成了烟气中的有毒有害物质尤其是有毒有机物排放超标的现象屡见不鲜。本发明专利技术提出的一种蓄热式高温延时燃烧系统，可以使烟气彻底燃烧，完全分解烟气中包括二噁英在内的各种等有毒有害成分。本发明专利技术运行时高效稳定，设计精巧，结构严谨，可靠性强。它既可应用在普通生活垃圾高温热处理系统中，也可用在医疗废物和化学危险品焚烧过程中，是传统燃烧炉的更新换代产品。

【技术实现步骤摘要】
一种蓄热式高温延时燃烧系统专利
本专利技术涉及生活垃圾或医疗垃圾等高温热处理技术过程的设备，它是一种蓄热式高温延时燃烧系统。
技术介绍
生活垃圾、医疗垃圾、化学垃圾等高温热处理过程是包括直接焚烧，热解气化和气化熔融等高温焚化手段。其中热解气化和气化熔融方法都是先对生活垃圾在高温下进行热解气化，生成CO、CO2、HCl、SO2、NOx、H2、CH4、CmHn及微量的多环芳烃、多氯芳烃和二噁英等有毒有机物成分，然后再将这些可燃性混合气体或未完全燃烧的烟气引入燃烧系统进一步燃烧分解，使其最终转变为由简单无机物(CO2、HCl、SO2、NOx、H2O)组成的烟气，它再经过热能利用和烟气净化处理后排放，实现无害化之目的。传统设计理论认为，在850℃高温下，上述可燃气体停留时间不小于2s即可完全摧毁包括二噁英等高化学稳定性在内的有毒有害有机物，但实际运行情况并非如此理想。由于垃圾成分极其复杂，因此影响包括二噁英在内的高稳定有机物分解的因素同样相当复杂。对实际烟气进行检测表明，在按850℃以上停留2s的理论设计的燃烧炉其烟道气中二噁英等高化学稳定性的有毒有害有机物的含量远远高于理论上的预测水平，这在烟气处理时人们就不得不向系统加入大量活性炭以吸附它们，否则烟气排放将严重超标。这就给垃圾处理企业提供了偷工减料的机会。因此，我们就不得不对传统的设计理论(850℃以上，≥2s)提出质疑并重新审视。经过大量实验研究表明，850℃左右或略高的温度在2s时间左右不可能完全分解烟气中所有的高稳定性有机化合物。而且目前工程上实际采用的燃烧炉大多是空膛燃烧炉，即除炉壁外，炉膛内几乎没有垒砌蓄热材料以作为高温稳定器。这样，空膛燃烧炉不仅温度较低，燃烧气体停留时间短，而且在操作中炉膛内温度受气体成分影响上下波动明显，这些因素构成了传统燃烧技术和燃烧炉的先天缺陷。因此有必要提出新的燃烧理论和专利技术新的燃烧系统，才能彻底有效地控制燃烧烟气中的二噁英等高稳定性的有毒有机物。本专利技术将提出一种高温延时燃烧理论和提供一种蓄热式高温延时燃烧系统，以取代传统的生活垃圾高温热处理过程的燃烧理论和燃烧系统。
技术实现思路
目前传统的生活垃圾焚烧理论是基于可燃气或未完全燃烧的烟气在850℃以上区域停留时间≥2s，这样依据化学动力学理论，以二噁英为标记物的有毒有害有机物实际分解率可达99.0％以上。而基于这一理论，当烟气(烟灰)中的二噁英含量高达1000ngTEQ/m3以上时(有文献研究支持此数据)，烟气中残存的二噁英含量还高达10ngTEQ/m3，这已远高于国标GB18485-2001规定的限值，因此就必须采用添加石灰、活性炭等化学药品的方法加以处理。而本专利技术提出的高温延时燃烧理论则基于下列设定：以二噁英为标记物的有毒有害有机物实际分解率应达99.99％以上，这样才能保证燃烧后所排放烟气经简单处理后即可满足二噁英低于0.1ngTEQ/m3的EU2000/76/EC标准的限值，而不须像传统的绝大多数烟气处理工艺那样，向系统添加大量生石灰、活性炭等化学物质加以中和和吸附后才能勉强达到国标GB18485-2001或欧标EU2000/76/EC。据此，高温延时燃烧系统可按下列三种情形之一设计：(1)所述可燃气体在850℃以上至1000℃温度的燃烧区域停留12s以上；(2)所述可燃气体在1000℃以上至1200℃温度的燃烧区域停留10s以上；(3)所述可燃气体在1200℃及以上温度的燃烧区域停留8s以上。由于我国的生活垃圾尚没有实行强制性分类收集和处理，且水分含量很高(一般为50-60％wt)，因此它们在焚烧时炉内产生的最高温度一般不可能达到1200℃或以上，大多数为800-1050℃。故本专利技术将依据上述理论所列的第(1)、(2)种情形，提出一种生活垃圾蓄热式高温延时燃烧系统，而第(3)种情形也可参考此设计。本专利技术的技术方案如下：一种蓄热式高温延时燃烧系统，如附图1所示，所述燃烧系统的结构为立方体或长方体，其内有多个炉腔，炉腔与炉腔之间设有火焰通道，相互串联，形成上下折弯型火道，所述燃烧系统的外形结构尺寸由所处理的气体流量决定，该系统的长、宽、高外形尺寸可以为几十厘米，几米，十几米或几十米，只要强度能保证即可，所述燃烧系统主要部件包括炉壁1A、1B、1C；隔板2A、2B；蓄热材料3；炉蓖4；清灰口5；炉底基础6；可燃气进口管7；烟气出口管8；防爆阀9；火焰通道10A、10B；空气进口管11；可燃气进气管7和烟气出气管8分别开设在所述系统的两侧或同侧，各炉腔顶部设有防爆阀9以保证系统的安全，隔板2A、2B下端或上端设有火焰通道10A、10B，在每个炉腔下部设有炉箅4，炉箅4下方与清灰口5上方适当处各设有空气进口管11；所述的炉壁1A、1B、1C，其中1A为炉外壳，由普通耐热钢如Q345R制作，为整个系统的承载结构；中间层1B为隔热材料，可采用硅化物纤维等；最里层1C为耐火材料，可采用多晶莫来石纤维(PMF)等材料制作；所述的隔板2A、2B，其中隔板2A为系统各炉腔之间的隔板，同时也是系统内部炉腔与炉腔之间的结构支撑壁，它们的总数为炉腔总数-1；隔板2A由耐高温合金材料(如镍基耐高温材料，锆基耐高温材料等)制作，或其它耐高温金属材料制作，此类金属材料要求长期在1200℃以上具有正常材料强度特性，隔板2A两侧复合有耐火材料2B，2B也可用多晶莫来石纤维(PMF)等材料制作，用于将高温且有腐蚀性的炉火火焰与隔板2A金属材料隔离，起到防护作用；所述的隔板2A、2B下端和上端设有火焰通道10A、10B，它们是上下游炉腔之间的火焰通道，该火焰通道的尺寸大小在设计时要依据火焰气体的实际工况流量进行计算，既要使火焰气体顺畅通过，又不至于开口尺寸太大而影响其结构强度。一般地，流过火焰气体通道10A、10B的火焰气体速度以5～10m/s为好；所述的炉腔内垒砌有交错排列的蓄热材料3，蓄热材料3为常规固体耐酸性蓄热材料，如烧结刚玉砖和电熔刚玉砖、耐高温陶瓷块等，在条件允许时可以选用热容量较高和使用寿命较长的蓄热材料，蓄热材料3的堆砌方法遵循均匀、多孔和交错规则，以使高温火焰在各空隙内分布均匀并且高度湍流，附图3，4所示为一种可能的堆砌方法，其中附图3为图1的局部视图，附图4为局部俯视图，蓄热材料3堆砌在支承格栅14上，支承格栅14与炉壁1A及隔板2A相焊，蓄热材料3堆砌时需保证其气体流道截面积为可燃气进口管7截面积的1.2倍以上，最好为1.5-3倍；所述的炉腔在下部设有炉箅4，炉箅4与上述蓄热材料3底部的距离为400-1500mm处，最好为500-1000mm；炉箅4是由一块均匀开有若干个长条形直孔的耐高温铸铁或其它耐高温金属材料制成，炉箅4与炉壁1A及隔板2A可以焊接、铆接，也可以直接水平垒砌于1B和2B之间，炉箅4上方为高温燃烧区，下方为低温积灰区。上述的燃烧系统，所述的炉腔的数量可以为偶数2，4，6，8，10，...(如附图2)，也可以为奇数，3，5，7，9，11，...(如附图1)，当炉腔数为偶数时，可燃气进口管7和烟气出口管8在系统外壁两侧的相同高度上；当炉腔数为奇数时，可燃气进口管7和烟气出口管8在系统外壁两侧的上下不同高度上。上述的燃烧系统，所述的炉腔可以直线平行串联排布本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蓄热式高温延时燃烧系统，其特征是：所述燃烧系统的结构为立方体或长方体，其内有多个炉腔，炉腔与炉腔之间设有火焰通道，相互串联，形成上下折弯型火道，所述燃烧系统主要部件包括炉壁(1A、1B、1C)；隔板(2A、2B)；蓄热材料(3)；炉蓖(4)；清灰口(5)；炉底基础(6)；可燃气进口管(7)；烟气出口管(8)；防爆阀(9)；火焰通道(10A、10B)；空气进口管(11)；可燃气进气管(7)和烟气出气管(8)分别开设在所述系统的两侧或同侧，各炉腔顶部设有防爆阀(9)以保证系统的安全，隔板(2A、2B)下端或上端设有火焰通道(10A、10B)，在每个炉腔下部设有炉箅(4)，炉箅(4)下方与清灰口(5)上方适各设有空气进口管(11)；所述的炉壁(1A、1B、1C)，其中炉外壳(1A)由普通耐热钢制作，为整个系统的承载结构；中间层(1B)为隔热材料；最里层(1C)为耐火材料，可采用多晶莫来石纤维材料制作；所述的隔板(2A、2B)，其中隔板(2A)为系统各炉腔之间的隔板，同时也是系统内部炉腔与炉腔之间的结构支撑壁，它们的总数为炉腔总数‑1；隔板(2A)由耐高温合金材料制作，或其它耐高温金属材料制作，此类金属材料要求长时间在1200℃以上具有正常材料强度特性，隔板(2A)两侧复合有耐火材料(2B)，耐火材料(2B)也用多晶莫来石纤维材料制作，用于将高温且有腐蚀性的炉火火焰与隔板(2A)金属材料隔离，起到防护作用；所述的隔板(2A、2B)下端和上端设有火焰通道(10A、10B)，它们是上下游炉腔之间的火焰通道，该火焰通道的尺寸大小在设计时要依据火焰气体的实际工况流量进行计算，流过火焰气体通道(10A、10B)的火焰气体速度为5～10m/s；所述的炉腔内垒砌有交错排列的蓄热材料(3)，蓄热材料(3)为常规固体耐酸性蓄热材料，蓄热材料(3)的堆砌方法遵循均匀、多孔和交错规则，以使高温火焰在各空隙内分布均匀并且高度湍流，蓄热材料(3)堆砌在支承格栅(14)上，支承格栅(14)与炉壁(1A)及隔板(2A)相焊，蓄热材料(3)堆砌时需保证其气体流道截面积为可燃气进口管(7)截面积的1.2倍以上；所述的炉腔在下部设有炉箅(4)，炉箅(4)与上述蓄热材料(3)底部的距离为400‑1500mm；炉箅4是由一块均匀开有若干个长条形直孔的耐高温铸铁或其它耐高温金属材料制成，炉箅4与炉壁(1A)及隔板(2A)焊接或铆接、或者直接水平垒砌于炉壁(1B)和隔板(2B)之间，炉箅(4)上方为高温燃烧区，下方为低温积灰区。...

【技术特征摘要】
1.一种蓄热式高温延时燃烧系统，其特征是：所述燃烧系统的结构为立方体或长方体，其内有多个炉腔，炉腔与炉腔之间设有火焰通道，相互串联，形成上下折弯型火道，所述燃烧系统主要部件包括炉壁；隔板；蓄热材料(3)；炉箅(4)；清灰口(5)；炉底基础(6)；可燃气进口管(7)；烟气出口管(8)；防爆阀(9)；火焰通道(10A、10B)；空气进口管(11)；炉壁由炉壁外壳(1A)、炉壁隔热层(1B)、炉壁耐火层(1C)组成；隔板由内隔板(2A)、内隔板耐火层(2B)组成；可燃气进口管(7)和烟气出口管(8)分别开设在所述系统的两侧或同侧，各炉腔顶部设有防爆阀(9)以保证系统的安全，内隔板(2A)、内隔板耐火层(2B)下端或上端设有火焰通道(10A、10B)，在每个炉腔下部设有炉箅(4)，炉箅(4)下方与清灰口(5)上方各设有空气进口管(11)；所述的炉壁,其中炉壁外壳(1A)由普通耐热钢制作，为整个系统的承载结构；炉壁隔热层(1B)为隔热材料；最里层炉壁耐火层(1C)为耐火材料，可采用多晶莫来石纤维材料制作；所述的隔板,其中内隔板(2A)为系统各炉腔之间的隔板，同时也是系统内部炉腔与炉腔之间的结构支撑壁，它们的总数为炉腔总数-1；内隔板(2A)由耐高温合金材料制作，或其它耐高温金属材料制作，此类金属材料要求长时间在1200℃以上具有正常材料强度特性，内隔板(2A)两侧复合有内隔板耐火层(2B),其也用多晶莫来石纤维材料制作，用于将高温且有腐蚀性的炉火火焰与内隔板(2A)金属材料隔离，起到防护作用；所述的内隔板(2A)、内隔板耐火层(2B)下端和上端设有火焰通道(10A、10B),它们是上下游炉腔之间的火焰通道，该火焰通道的尺寸大小在设计时要依据火焰气体的实际工况流量进行计算，流过火焰气体通道(10A、10B)的火焰气体速度为5～10m/s；所述的炉腔内垒砌有交错排列的蓄热材料(3)，蓄热材料(3)为常规固体耐酸性蓄热材料，蓄热材料(3)的堆砌方法遵循均匀、多孔和交错规则，以使高温火焰在各空隙内分布均匀并且高度湍流，蓄热材料(3)堆砌在支承格栅(14...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志炳，罗华勋，周政，王宝荣，孟为民，张锋，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32