CN102705832A

CN102705832A - 无烟气排放的固体废弃物焚烧炉

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Publication number: CN102705832A
Application number: CN2012101448891A
Authority: CN
Inventors: 袁永扬
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2032-05-11
Also published as: CN102705832B; WO2013166992A1

Abstract

一种无烟气排放的固体废弃物焚烧炉，该焚烧炉炉膛为竖向结构，从上至下依次设有干燥区、热解区和燃烧区，炉膛内侧设有一组火坑，燃烧区外侧和左、右侧分别设有一组喷枪，炉膛上部外侧设有块状压缩固体废弃物制造和输出装置，炉膛顶部设有锅炉炉膛和引风机，锅炉炉膛侧壁有一组喷枪，引风机输出端依次接有换热器、脱硫装置、净化装置、CO₂分离装置、气体混合器，该气体混合器输出的富氧气体与四组喷枪连通。本焚烧炉炉膛容积小但固体废弃物处理量大，燃烧速度快、效果好，能同时处理种类多的固体废弃物，节能环保，并实现无烟气向外界排放，也不会造成二次污染。

Description

无烟气排放的固体废弃物焚烧炉

技术领域

本发明涉及固体废弃物焚烧炉技术领域，特别涉及一种无烟气排放的固体废弃物焚烧炉。

背景技术

固体废弃物包括：城镇路面清扫垃圾、居民生活垃圾、餐饮垃圾、医疗垃圾、农产品加工废弃物、粪便、废旧塑料、轮胎、有机污泥以及危险废弃物如制革污泥、电镀污泥、印染污泥等。现有垃圾焚烧发电厂的焚烧炉一般在800～900℃范围内对垃圾进行燃烧处理，垃圾焚烧发电厂的焚烧炉是不可能焚烧处理医疗垃圾或污泥等废弃物，更不能焚烧处理危险废弃物。医疗垃圾焚烧炉一般要求炉温达到1200℃，现有医疗垃圾焚烧炉需要添加大量燃料辅助燃烧，运行成本高，故也不可能用于生活垃圾焚烧处理。对于含水量高的污泥等废气物，现还没有专用炉具焚烧处理，一般都是采用干化后填埋处理。现有焚烧炉中对生活垃圾、医疗垃圾、有机污泥以及危险废弃物不能用同一炉体焚烧处理，必须用专用焚烧炉去分别处理。而这些专用焚烧炉仅仅是利用了燃烧过程的少部分热能，在焚烧过程中肯定有大量烟气排放并造成二次污染。

目前，用于固体废弃物处理的焚烧炉主要有机械炉排炉、流化床焚烧炉、回转式焚烧炉、静态热解焚烧炉、小型油气炉等。最为常用的机械炉排炉其炉膛内一般分为三段，即干燥段、燃烧段和燃烬段。流化床主要由用于保持煤体流动的空气分散装置、不燃物排出装置、不燃物筛选及煤体循环装置等组成。回转窑是在钢制的圆筒内部，加装耐火衬里及有孔钢板焊接成筒状，以固体废弃物传送方向为轴心，呈小角度倾斜旋转的设备，其外围有两组环状钢制轮圈及几个滚轮滑动支承，使圆筒缓慢的转动，而将固体废弃物搅拌及向前输送。这些焚烧炉都存在如下不足之处：（1）、炉膛内燃烧区的燃烧温度在800—900℃范围内，燃烧温度低，燃烧效果差，会产生大量二恶英等有害气体；（2）、在燃烧过程中会排放大量烟气（如氮氧化物、二氧化碳、二氧化硫及因不完全燃烧而产生的有害气体二恶英等)造成二次污染；（3）、燃烧过程添加辅助燃料（如煤、柴油等）造成燃烧成本增高，并消耗大量能源，造成资源浪费；（4）、由于垃圾在燃烧过程中使用的助燃剂是空气，而空气中的氮气是不参加燃烧反应的，而它又要吸收大量的热量，从而造成热能损耗大、热效率低。总之，这些炉炉体结构复杂、炉膛容积大、通入空气量大、烟气排放量大、粉尘多、热能损耗大，既不节能也不环保。

现有固体废弃物焚烧炉中的烟气都是通过烟囱排放到大气层中。由于烟气处理及运行成本高或烟气处理系统维护缺失等原因，导致大量的烟气含有毒有害气体（如：二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物、二恶英等）及飞灰排放，对环境空气、水源和土壤造成严重污染，这些烟气长期排放会危及人类的生存环境。

现有固体废弃物焚烧炉中由于有大量的烟气不断排放，固体废弃物焚烧的热量会随着烟气排放而被带走一部分使炉温下降；而且由于固体废弃物含水分多而热值低，故难以燃烧，需要预先干燥垃圾，这就需要大量的热空气，炉膛内的热量又被消耗了一部分，使炉温下降；同时，由于焚烧炉的炉膛容积大，炉膛内表面散热面积大、散热速度快和散热量大，炉膛内的热能又被消耗一部分，使炉温下降，造成整个焚烧炉的热效率低。

现有固体废弃物焚烧炉中参加燃烧氧化反应的助燃剂都是采用空气中的氧气，由于固体废弃物的组成较为复杂，其热值差异大，导致炉温不稳定，当焚烧物的热值低时，一般会添加柴油或煤等高热值燃料以维持炉温稳定，这样又要消耗部分能源，在有氧化剂条件下固体废弃物中的塑料燃烧不充分时，会产生大量的二恶英等有毒有害气体，造成严重的环境污染。固体废弃物的完全焚烧通常需要加大进入炉膛内的空气量以增加端流度，让空气与固体废弃物之间在炉膛内形成沸腾状态，但这样一来会导致烟气中飞灰量增加，使烟气净化处理难度增大并造成处理成本增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无烟气排放的固体废弃物焚烧炉，在单位时间处理固体废弃物数量相同的情况下与现有垃圾焚烧炉相比，其炉膛容积小，燃烧速度快、燃烧效果好、燃烧过程产生的飞灰大幅度减少，而且对固体废弃物处理量大，能同时焚烧处理种类繁多的固体废弃物，节能环保，并实现无烟气向外界排放，也不会造成二次污染。

本发明所提出的技术解决方案是这样的：

一种无烟气排放的固体废弃物焚烧炉，包括焚烧炉炉体，所述焚烧炉炉膛为竖向结构，从上至下依次设有干燥区、热解区和燃烧区，燃烧区底部设有出灰口，焚烧炉炉膛内侧设有一组火坑，焚烧炉炉膛的燃烧区的外侧和左、右侧分别设有一组喷枪，焚烧炉炉膛上部外侧设有块状压缩固体废弃物制造和输出装置，焚烧炉炉膛顶部设有锅炉炉膛，该锅炉炉膛的左、右侧设有一组喷枪，锅炉炉膛顶部设有引风机，该引风机输出端依次连接有位于焚烧炉炉体外的换热器、脱硫装置、净化装置、二氧化碳分离装置，所述块状压缩固体废弃物在燃烧区燃烧产生的烟气通过引风机向上流经热解区、干燥区、锅炉炉膛，并在换热器降至常温，在脱硫装置脱硫，在净化装置除去水、粉尘、微量硫，在二氧化碳分离装置分离出二氧化碳和剩余烟气，所述二氧化碳制成干冰，所述剩余烟气输入气体混合器中与纯氧混合成富氧气体输至所述焚烧炉炉膛的燃烧区的三组喷枪和锅炉炉膛的一组喷枪。

焚烧炉炉膛的干燥区和热解区的中轴线与水平面夹角为α=40°-50°角度，燃烧区的中轴线与水平面垂直。所述焚烧炉炉膛的干燥区、热解区、燃烧区的内侧所设有的相互平行且竖向排布的一组火坑，其火坑面与水平面的夹角β=40°-50°角度，所述火坑底与水平面的夹角Υ=55°-65°角度。所述块状压缩固体废弃物制造和输出装置由破碎机、拌和混合机、压缩成型机和耐高温带式输送器组成，生活垃圾、医疗垃圾经破碎机破碎输入拌和混合机，污泥类垃圾和硫酸钙、碳酸钙、炉灰按一定比例投入拌和混合机，经拌和混合后输入压缩成型机压成块状压缩固体废弃物，通过耐高温带式输送器输入焚烧炉炉膛内。

在锅炉炉膛底部与焚烧炉炉膛顶部之间设有多层耐高温陶瓷滤芯。在燃烧区底部出灰口设有隔栅。

与现有技术相比，本发明具有如下显著效果：

（1）、由于本发明的焚烧炉采用从烟气中回收CO2和剩余烟气回炉循环利用的方法，使固体废弃物焚烧过程实现无烟气排放，从而避免固体废弃物焚烧过程中产生大量烟气外排而造成二次污染的危害，使焚烧炉减排效果特别显著。

（2）、由于本发明焚烧炉采用了将固体废弃物破碎及压缩成型后焚烧和烟气循环回炉方法，使焚烧炉炉膛容积可以减小3倍，焚烧过程烟气的产生量可以减少4倍，从而有效减少了炉膛内表面的热损耗和被烟气排放带走的热损耗，焚烧过程烟气余热的损耗较少，烟气余热能被多次利用，使焚烧炉的热效率大幅度提高，从47%提高到70%以上，其节能效果显著。现有焚烧炉的固体废弃物的容积重量比一般为0.3～0.6吨∕m3 ，助燃气体是空气，使用风量一般为10m3∕万kcal，而本发明的焚烧炉的固体废弃物的容积重量比达到0.9～1.8吨∕m3，助燃气体是富氧气体，使用风量一般为2/m3万kcal。同时，炉膛内炉温提高至1200℃左右（比现有炉温提升400-500℃）。由于使用富氧气体助燃，减少空气中80%的氮气参与燃烧，从而在二次燃烧后产生的烟气中的二氧化碳含量提高3-4倍，至烟气的90%，并且将烟气中的二氧化碳回收变成干冰。

（3）、由于本发明焚烧炉采用了大约45°角度斜坡火坑落料方法，炉膛内块状压缩固体废弃物是利用其自重和火坑面的斜坡下滑落到炉膛底部。同时，由于在制作块状压缩固体废弃物时采用了添加硫酸钙、碳酸钙、炉灰粉等拌烧料方法，当其燃烬后灰渣变成松散蜂窝结构，由上面块状压缩固体废弃物的自重将灰渣压碎落到出灰口下面的灰坑里，从而，大大地减少了现有立窑经常发生的烧结坍塌的危险。该焚烧炉还可以同时焚烧不同类型的固体废弃物如污泥、生活垃圾、医疗垃圾及危险废弃物等，焚烧炉的适用性非常广泛。

（4）、由于本发明焚烧炉采用了缺氧热解后再燃烧方法，燃烧温度高达1200℃，固体废弃物在炉内经过干燥、热解后再高温燃烧，固体废弃物热解过程是在缺氧气氛下进行，从而破坏了二恶英的生成条件，避免了二恶英的产生，解决了固体废弃物焚烧过程中产生二恶英危害的难题，使焚烧炉防治污染效果显著。

（5）、由于本发明焚烧炉采用了压缩成块状固体废弃物且炉膛内侧壁设有一排通风火坑，炉膛又呈竖向结构，使压缩固体废弃物在炉膛内能集中火力点燃烧，这样的结构使炉膛容积小、燃烧速度快、固体废弃物处理量大、燃烧效果好、燃烧过程产生的飞灰大幅度减少。

（6）由于本发明的焚烧炉采用了在炉膛燃烧室将固体废弃物的固定碳燃烧后在经锅炉炉膛燃烧热解烟气的有机碳。在炉膛燃烧室隔栅上确保将固体废弃物的固定碳充分完全燃烧，在锅炉炉膛内必须通入一定量的富氧气体参与燃烧热解烟气中的有机碳，确保将进入锅炉炉膛内的烟气再次充分完全燃烧，使固定碳和有机碳都充分完全燃烧，从而使整个焚烧炉的燃烧效果显著。

附图说明

图1是本发明一个实施例的一种无烟气排放的固体废弃物焚烧炉的结构示意图。

图2是图1的A-A剖面示意图。

图3是图1的B-B剖面示意图。

图4是设在图1所示焚烧炉外的烟气流向系统结构示意图。

图中所示：1、破碎机；2、拌和混合机； 3、压缩成型机； 4、块状压缩固体废弃物；5、耐高温管式输送器；6、焚烧炉炉体；7、火坑；7-1、火坑面；7-2、火坑底； 8、燃烧区； 9、出灰口；10、喷枪；11、热解区； 12、干燥区；13、焚烧炉炉膛；14、耐高温陶瓷滤芯；15、锅炉炉膛；16、引风机； 17、换热器； 18、脱硫装置；19、净化装置； 20、二氧化碳分离装置；21、气体混合器；22、隔栅。

具体实施方式

通过下面实施例对本发明作进一步详细阐述。

参见图1—图4所示，一种无烟气排放的固体废弃物焚烧炉由焚烧炉炉体6、竖向结构的焚烧炉炉膛13、破碎机1、拌和混合机2、压缩成型机3、耐高温带式输送器5、锅炉炉膛15、引风机16、换热器17、脱硫装置18、净化装置19、二氧化碳分离装置20、气体混合器21组成。焚烧炉炉膛13从上至下依次设有干燥区12、热解区11和燃烧区8，燃烧区8底部设有出灰口9，该出灰口9设有隔栅22。本焚烧炉炉膛13的横截面呈方形，在焚烧炉炉膛13的干燥区12、热解区11、燃烧区8的内侧设有一组相互平行且竖向排布的火炕7，火炕面7-1与水平面的夹角β=40°-50°角度，火炕底7-2与水平面的夹角Υ=55°-65°角度。在焚烧炉炉膛13的燃烧区8的外侧、左侧和右侧分别设有一组喷枪10。焚烧炉炉膛13上部的外侧部设有块状压缩固体废弃物制造和输出装置，该装置由破碎机1、拌和混合机2、压缩成型机3和耐高温带式输送器5组成，生活垃圾、餐饮垃圾、医疗垃圾等经破碎机1破碎输入拌和混合机2，污泥类垃圾和拌烧料硫酸钙、碳酸钙、炉灰按一定比例输入拌和混合机2，经拌和混合后输入压缩成型机3压成块状压缩固体废弃物4，通过耐高温带式输送器5输入焚烧炉炉膛13内。焚烧炉炉膛13顶部设有锅炉炉膛15，该锅炉炉膛15与焚烧炉炉膛13之间设有耐高温陶瓷滤芯14。焚烧炉炉膛13的干燥区12和热解区11的中轴线与水平面的夹角为α=40°-50°角度，燃烧区8的中轴线与水平面垂直。在锅炉炉膛15顶部设有引风机16，引风机16输出端依次连接有位于焚烧炉炉体6外的换热器17、脱硫装置18、净化装置19、二氧化碳分离装置20，块状压缩固体废弃物4在燃烧区8燃烧产生的烟气通过引风机16向上流经热解区11、干燥区12、锅炉炉膛15并输出至炉体外的换热器17、脱硫装置18、净化装置19、二氧化碳分离装置20和气体混合器21。将脱硫剂碳酸钙加入脱硫装置18对烟气进行脱硫，获得硫酸钙和过剩碳酸钙，脱硫装置18输出含二氧化碳达90％的烟气输入净化装置21，在净化过程中将烟气中的水份、粉尘及微量硫除去，然后再输入二氧化碳分离装置20，分离出二氧化碳和剩余烟气，其中二氧化碳输出制成干冰，剩余烟气输入气体混合器21与纯氧混合成富氧气体，输至所述焚烧炉炉膛的燃烧区8的三组喷枪10和锅炉炉膛一组喷枪10燃烧。燃烧区8耗用富氧气体总量的3∕4左右，锅炉炉膛15耗用富氧气体总量的1∕4左右。

本无烟气排放的固体废弃物焚烧炉体6外设有若干储存仓分别储存生活垃圾、医疗垃圾、污泥类垃圾、硫酸钙、碳酸钙、炉灰，按一定比例分别输入破碎机1破碎和拌和混合机2混合后，在压缩成型机3制成块状压缩固体废弃物4，经耐高温带式输送器5输入焚烧炉炉膛13内，从干燥区12、热解区11流向燃烧区8，通过设在燃烧区8外侧、左侧、右侧的三组喷枪10对块状压缩固体废弃物4进行1200℃的高温充分焚烧，产生的烟气主要通过火坑7向焚烧炉炉膛13上部流动，火坑7的宽度小于块状压缩固体废弃物4的宽度，使其不能进入火坑7内，以保证烟气通道畅通。上升的烟气与焚烧炉炉膛13中向下流动的块状压缩固体废弃物4成逆向流动并不断进行充分的热交换，在干燥区12内的块状压缩固体废弃物4受烟气加热使其干燥，干燥区12的温度约为200℃左右，干燥后的块状压缩固体废弃物4进入热解区11，在热解区11受到更高温度的烟气加热，使其热解，热解区11的温度约为800℃，干燥区12和热解区11是缺氧区域，块状压缩固体废弃物4在干燥区12干燥和在热解区11热解是在缺氧状态下进行，不存在二恶英的产生条件，从而，有效防止了二恶英的生成。由于块状压缩固体废弃物4内均匀混有硫酸钙、碳酸钙、炉灰等拌烧料且经过干燥、热解后达到800℃左右温度后才进入燃烧区8，所以在炉温达1200℃的燃烧区8内能充分燃烧并烧结成蜂窝结构块状物，被继续进入燃烧区8的块状压缩固体废弃物4压散成炉灰，并从出灰口9排出，同时所产生的飞灰比较少。在锅炉炉膛15底部与焚烧炉炉膛13顶部之间装有多层耐高温陶瓷滤芯14，基本滤去飞灰。

本焚烧炉生成物得到充分利用，二氧化碳制成干冰，氮氧化物制成助燃或消毒气体，炉灰一部分制成建材，另一部分作拌烧料循环再用，锅炉蒸汽发电，达到无烟气排放，无二次污染，节能环保的显著效果。

Claims

1.一种无烟气排放的固体废弃物焚烧炉，包括焚烧炉炉体，其特征在于：所述焚烧炉炉膛为竖向结构，从上至下依次设有干燥区、热解区和燃烧区，燃烧区底部设有出灰口，焚烧炉炉膛内侧设有一组火坑，焚烧炉炉膛的燃烧区的外侧和左、右侧分别设有一组喷枪，焚烧炉炉膛上部外侧设有块状压缩固体废弃物制造和输出装置，焚烧炉炉膛顶部设有锅炉炉膛，该锅炉炉膛的左、右侧设有一组喷枪，锅炉炉膛顶部设有引风机，该引风机输出端依次连接有位于焚烧炉炉体外的换热器、脱硫装置、净化装置、二氧化碳分离装置，所述块状压缩固体废弃物在燃烧区燃烧产生的烟气通过引风机向上流经热解区、干燥区、锅炉炉膛，并在换热器降至常温，在脱硫装置脱硫，在净化装置除去水、粉尘、微量硫，在二氧化碳分离装置分离出二氧化碳和剩余烟气，所述二氧化碳制成干冰，所述剩余烟气输入气体混合器中与纯氧混合成富氧气体输至所述焚烧炉炉膛的燃烧区的三组喷枪和锅炉炉膛的一组喷枪。

2.根据权利要求1所述的无烟气排放的固体废弃物焚烧炉，其特征在于：焚烧炉炉膛的干燥区和热解区的中轴线与水平面的夹角为α=40°-50°角度，燃烧区的中轴线与水平面垂直。

3.根据权利要求1所述的无烟气排放的固体废弃物焚烧炉，其特征在于：所述焚烧炉炉膛的干燥区、热解区、燃烧区的内侧所设有的相互平行且竖向排布的一组火坑，其火坑面与水平面的夹角β=40°-50°角度，所述火坑底与水平面的夹角Υ=55°-65°角度。

4.根据权利要求1所述的无烟气排放的固体废弃物焚烧炉，其特征在于：所述块状压缩固体废弃物制造和输出装置由破碎机、拌和混合机、压缩成型机和耐高温带式输送器组成，生活垃圾、医疗垃圾经破碎机破碎输入拌和混合机，污泥类垃圾和硫酸钙、碳酸钙、炉灰按一定比例投入拌和混合机，经拌和混合后输入压缩成型机压成块状压缩固体废弃物，通过耐高温带式输送器输入焚烧炉炉膛内。

5.根据权利要求1所述的无烟气排放的固体废弃物焚烧炉，其特征在于：所述锅炉炉膛底部与焚烧炉炉膛顶部之间设有多层耐高温陶瓷滤芯。

6.根据权利要求1所述的无烟气排放的固体废弃物焚烧炉，其特征在于：所述燃烧区底部出灰口设有隔栅。