一种超高温热旋风式生活垃圾处理设备及其处理方法与流程

本发明属于垃圾焚烧处理领域，主要涉及一种超高温热旋风式生活垃圾处理设备及其处理方法。

背景技术：

随着政府对垃圾填埋过程、二次污染控制、封场修复等环节的监督日趋严格，垃圾采用焚烧的处理方式逐渐在我国发展成为垃圾处理的主流方式。

焚烧法处理并利用其余热是按“三化”原则处理垃圾最有前途的方法，但垃圾焚烧电厂的兴建和长期运行会带来二次污染问题，尤其是焚烧过程中产生的二噁英的污染已经引起全世界的关注。据统计，全球范围内，焚烧炉排放出的二噁英约占二噁英总排放量的10～40％。根据gb18485-2014生活垃圾焚烧污染控制标准，二噁英类限值为0.1ngteq/m3，未来，对于二噁英类限值标准会越来越严格。

本发明提出一种超高温热旋风式生活垃圾处理设备及其处理方法，可以极大地降低燃烧过程中二噁英类及氮氧化物(nox)等有害气体的生成。

技术实现要素：

发明目的：本发明的主要目的在于，提供一种超高温热旋风式生活垃圾处理设备及其处理方法，将燃烧温度提升到1200℃以上，使垃圾充分完全燃烧，烟气中二噁英类等有害物质大幅度减少。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种超高温热旋风式生活垃圾处理设备，包括垃圾螺旋输送机、炉膛燃烧室、水冷烟道；所述炉膛燃烧室分为三部分：第一燃烧室、第二燃烧室及第三燃烧室，由下往上依次堆砌，通过强旋流空气、和燃烧产物的三级燃烧，实现充分燃烧，减少排放。所述垃圾螺旋输送机设置在炉底第一燃烧室下部，与第一燃烧室相连；所述第一燃烧室筒壁还设有点火燃烧器；所述水冷烟道设置在第三燃烧室上方，水冷烟道上布置了喷水装置和烟道补水箱，用于对炉膛出口的烟气进行急速降温，降低分解后的二噁英类的重新生成速率。所述第一燃烧室底部设有底部灰斗，底部灰斗下方设有灰渣刮板输送机，所述第二燃烧室壳体夹层间布置导流板，用于加强二次旋流风的强度。

第一燃烧室、第二燃烧室及第三燃烧室均由外侧壳体13和同轴的内侧壳体构成，所述三级燃烧室均由内侧壳体，外侧壳体，进风管座与引风管构成。设有与三级燃烧室对应的三个间隔分布的圆筒，圆筒的下部开口，圆筒外壁与外周的内侧壳体14内壁形成通风通道，引导夹套内的回旋风向下回旋到达堆料燃料表面后再向上。

导流板为外侧壳体13、内侧壳体14与圆筒16间螺旋上升的隔板，上升角度5-30°左右，用来加强风的回旋强度(形成回旋上升气流，而不是直流上升)。二次风指圆筒16与外圆的内侧壳体14形成通风通道补加热再从第二燃烧室下部引入第二燃烧室，热气流有利于托举燃料燃烧。

进一步的，所述垃圾螺旋输送机为变频输送，可根据炉内垃圾的燃烧速度调节输送平率，使进料速度与燃烧速度保持平衡。

进一步的，所述三级燃烧室之间通过法兰连接，便于拆卸，维护及更换。

进一步的，所述三级燃烧室上均布置温度测点，进风口布置流量计，便于根据运行情况调节风量，改善燃烧工况。

进一步的，所述水冷烟道为双层夹套式烟道，夹套内为水，夹套外侧还设置了一个排空管座。

进一步的，所述烟道补水箱上设置液位计，实现液位降低到低水位后自动补水。

本发明的超高温热旋风式生活垃圾处理设备的处理方法，包括以下步骤：

(1)生活垃圾经过初步筛选，去除铁丝、石块等不适宜燃烧的物质，用小型破碎机进行破碎后烘干,破碎后垃圾粒径要求不大于10mm；

(2)预处理后的垃圾进入垃圾螺旋输送机，从炉底进入第一燃烧室；

(3)点火燃烧器点火，燃烧产生的烟气经过第一燃烧室、第二燃烧室、第三燃烧室从炉膛出口进入水冷烟道；

(4)通过超高温强旋流风作用，不可燃的无机物通过离心分离下降，在燃烧炉底部沿筒壁进入底部灰斗，进一步落入灰渣刮板输送机。

本发明点火器为燃油(燃气)燃烧器，外接油箱或燃气管。在垃圾进料与燃烧消耗达到动态平衡，稳定燃烧后可关闭点火器。

气流工作过程见图3：烟风系统图；燃烧过程：垃圾螺旋输送机分水平段和垂直段两部分，从炉外落料斗进入输送机水平段，由水平段输送到炉中心后，再由垂直段向上输送，进入第一燃烧室5,形成堆料。

温度范围：第一燃烧室5由底部往上在400℃-700℃之间；第二燃烧室6为主燃烧区域，温度范围在700℃-1200℃左右；第三燃烧室8为燃烬区，温度亦能维持在900℃～1200℃；接入尾部再循环风，至炉膛出口处温度下降至900℃左右。烟气经过水冷烟道及烟道尾部的喷水极冷装置，烟气温度迅速下降至280℃左右。

点火器火焰喷射到堆料表面点燃堆料，表面堆料在燃烧的过程中，逐步变成轻质物料，随一二次风及燃烧热风一起螺旋上升，上升过程中继续燃烧，到达第三燃烧室基本燃烬。

气流工作过程见图3：烟风系统图；燃烧过程：垃圾螺旋输送机分水平段和垂直段两部分，从炉外落料斗进入输送机水平段，由水平段输送到炉中心后，再由垂直段向上输送，进入第一燃烧室5,形成堆料。

有益效果：本发明提供的超高温热旋风式生活垃圾处理设备及其处理方法具有以下优点：

(1)通过多级强旋流扰动，燃烧充分，同时配合水冷烟道急冷技术可实现污染物排放最小化。

(2)超高温燃烧，可实现石油焦和轮胎等难燃物质的燃烧。

(3)利用内外炉体的夹层，炉膛区域不需要耐火材料或者水冷系统，常温空气沿炉内侧壳体壁面流动实现有效冷却，可保护1200℃以上高温燃烧室壁面，实测外壳壳体最高温度不超过50℃。

(4)防止熟料产生，物料附近的强烈回旋流动，炉膛和灰斗之间的负压，使得灰、渣等在离心力的作用下沿壁面从下部排出，杜绝了炉渣的产生。

附图说明

图1为本发明提供的设备结构示意图；

图2为本发明提供的燃烧室结构示意图；

图3为本发明提供的烟风系统示意图；

图4为垃圾处理量为500kg/h设备的第二燃烧室结构示意图，给出了尺寸参数。

附图标记说明：

1-灰渣刮板输送机；2-垃圾螺旋输送机；3-底部灰斗；4-点火燃烧器；5-第一燃烧室；6-第二燃烧室；7-第三燃烧室；8-导流板；9-水冷烟道；10-烟道补水箱；11-喷水装置；12-排空管座；13-外侧壳体；14-内侧壳体；15-进风管座；16-圆筒；17-烟气再循环接管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示的设备结构示意图。一种超高温热旋风式生活垃圾处理设备，包括垃圾螺旋输送机2、炉膛燃烧室、水冷烟道9；所述炉膛燃烧室分为三部分：第一燃烧室5、第二燃烧室6及第三燃烧室7，由下往上依次堆砌，通过强旋流空气、和燃烧产物的三级燃烧，实现充分燃烧，减少排放。所述垃圾螺旋输送机2设置在炉底，与第一燃烧室5相连；燃烧室用的可燃烧垃圾粉碎颗粒要求不大于10mm(带纤维的细长物体长度可以25mm，但宽度要略小于10mm，最大截面积不要超过200平方毫米)。所述第一燃烧室5筒壁还设有点火燃烧器4；设有的所述水冷烟道设置在第三燃烧室7上方，水冷烟道9上布置了喷水装置11和烟道补水箱10，用于对炉膛出口的烟气进行急速降温，降低分解后的二噁英类的重新生成速率。所述第一燃烧室5底部设有底部灰斗3，底部灰斗3下方设有灰渣刮板输送机1。点火器的燃料为柴油，炉内堆料稳定燃烧后即可停止点火器。可燃烧垃圾主要是生活垃圾的包装废弃物，包括各种纸、木、竹、塑(各种聚合物材料)。粉碎可燃烧垃圾，必要时造粒。

气流工作过程见图3：烟风系统图；可燃烧垃圾的运输及燃烧过程：垃圾螺旋输送机分水平段和垂直段两部分，从炉外落料斗进入输送机水平段，由水平段输送到炉中心后，再由垂直段(如安装的筒形螺旋输送机)向上输送，进入第一燃烧室5,形成堆料。第一燃烧室5的上段可以形成较高温度，

本发明设备燃烧温度高温区域超过1200℃，烟气停留时间满足2s要求。当烟气温度降至300℃～500℃范围，少量已分解的二噁英会重新生成，减少烟气在此温度范围内停留时间，可以减少二噁英的生成量。

二噁英分解温度在700℃以上，根据gb18485-2014《生活垃圾焚烧污染控制标准》，需确保烟气在燃烧室内温度达到850℃，停留时间不小于2s。

所述垃圾螺旋输送机2为变频输送，可根据炉内垃圾的燃烧速度调节输送平率，使进料速度与燃烧速度保持平衡。所述点火燃烧器4仅作助燃用，在燃烧达到稳定状态后可关闭。所述第二燃烧室6壳体夹层间布置导流板8，用于加强二次旋流风的强度。三级燃烧室之间通过法兰连接，便于拆卸，维护及更换。三级燃烧室上均布置温度测点，进风口布置流量计，便于根据运行情况调节风量，改善燃烧工况。所述水冷烟道9为双层夹套式烟道，夹套内为水，夹套外侧还设置了一个排空管座12。所述烟道补水箱10上设置液位计，实现液位降低到低水位后自动补水。

如图2为本发明燃烧室结构示意图，三级燃烧室均由内侧壳体14，外侧壳体13，进风管座15构成。第三燃烧室7接入尾部再循环烟气5-3即尾部再循环风，进行高温预热，同时，旋流空气会将前两个阶段不完全燃烧的部分向外壁远心分离，回旋后再次燃烧，可达到完全充分燃烧。

如图3为本发明提供的烟风系统图。一次空气5-1通过进风管座15流入燃烧室夹层，产生高速回旋的空气，在炉膛内参与燃烧后，产生螺旋上升的烟气。二次空气即二次风经过导流板8的加强和筒壁的折返，产生向下回旋的强气流，到达垃圾表面，加强烟气的扰动，使燃烧效果更充分。

可通过调整炉膛壳体设计直径，调整垃圾处理能力，处理范围从25kg/hr～10000kg/hr。

本发明的超高温热旋风式生活垃圾处理设备的处理方法，包括以下步骤：

(1)生活垃圾经过初步筛选，去除铁丝、石块等不适宜燃烧的物质，用小型破碎机进行破碎后烘干；

(2)预处理后的垃圾进入垃圾螺旋输送机，从炉底进入第一燃烧室；

(3)点火燃烧器点火，燃烧产生的烟气经过第一燃烧室、第二燃烧室、第三燃烧室从炉膛出口进入水冷烟道；

(4)通过超高温强旋流风作用，不可燃的无机物通过离心分离下降，在燃烧炉底部沿圆筒的筒壁周围进入底部灰斗，进一步落入灰渣刮板输送机。

图4中外侧壳体13直径为φ2022mm，内侧壳体14直径为φ1832mm。间隔分布的圆筒16直径为φ1500mm，与外周的内侧壳体14形成通风通道，引导夹套内的回旋风向下回旋到达堆料表面后再向上。导流板为外侧壳体13、内侧壳体14与圆筒16间螺旋上升的隔板，上升角度5-30°左右，用来加强风的回旋强度。二次风5-2指圆筒16与外圆的内侧壳体14形成通风通道补加热再从第二燃烧室下部引入第二燃烧室，热气流有利于托举燃料燃烧。

根据使用者条件和需求，本系统可分为余热回收型和余热不回收型。余热回收型即在水冷烟道后设置余热锅炉或其他回收装置，产生蒸汽或热水供外部使用。若使用者不能利用回收的余热，可采用余热不回收型，即在水冷烟道后设置冷却设备，烟气降温除尘后直接排放，仅实现垃圾减量处理。两种方式均可实现达标排放。