烟气干法急冷系统的制作方法
【专利摘要】烟气干法急冷系统，包括重力沉降室(1)，旋风除尘器(2)，高温四通阀(3)，低温四通阀(4)和成对布置的立式蓄热室(5)，两个蓄热室(5)底部接管分别联接低温四通阀(4)一个出口和一个进口，顶部接管分别联接高温四通阀(3)一个出口和一个进口，两个四通阀同时90°转换阀板位置，两个蓄热室(5)内陶瓷球堆积高度相等且在600mm～800mm范围，球径相同且在17mm～25mm范围，总装入量相等，切换周期相同且在121秒～180秒范围。危废焚烧烟气净化抑制二噁英低温再合成场所可以使用本发明。工业应用表明：危废焚烧尾气二噁英排放满足GB18484-2001要求，无额外衍生废液产生，烟气余热回收效率超过60％。
【专利说明】烟气干法急冷系统
[0001]【技术领域】本发明涉及一种基于快速切换式高比表面积陶瓷蓄热传热原理的烟气干法急冷系统。适用于废旧线路板、电子垃圾、医疗垃圾、城市生活垃圾焚烧烟气净化过程抑制二噁英低温再合成场所使用。
[0002]【背景技术】危险废弃物焚烧烟气进入烟道后抑制二噁英低温再合成，是当今循环经济建设、环境保护和城市矿产资源开发的热点和难点技术。
[0003]危废焚烧烟气净化过程需抑制二噁英低温再次合成反应的发生。烟气急冷是避免二噁英低温再合成的有效方法。研究表明:烟气800°C— 250°C过程耗时超过2秒会促使二噁英低温合成反应发生。传统烟气急冷方法是在烟气中直喷空气/水，使烟气温度迅速跨过二噁英合成温度区间。烟气中直接喷水，可以吸收部分酸性物质以防止后续处理装置被腐蚀，然而会增加废液二次污染和废液处理成本。烟气中掺入大量冷空气，会增大烟气体积和后续设备烟气净化负荷，降低工艺经济性。烟气急冷同时回收烟气余热可提高运行经济性。通常利用余热锅炉或热交换器来回收烟气余热产生蒸汽/热水或预热空气，但是换热系数小，冷却面积大，烟气降温时间>> 2秒，无烟气急冷效果。既急冷烟气又回收烟气余热的烟气净化技术装置报道，目前极其少见。
[0004]专利CN102350160 A公开了一种废线路板焚烧烟气净化系统，该系统包括两个卧式圆柱筒状蓄热室，蓄热室内套装一个由减速电机驱动可绕自身轴线旋转的钢制圆柱筒，圆柱筒内盛有比表面积800m2/m3以上的陶瓷球，筒内陶瓷球堆积高度Im左右，烟/空气以5?6m/s(空床标态)速度流过球层，两内筒转动周期60?120秒。经重力沉降和旋风除尘后的800°C烟气流入卧式蓄热室，在不到I秒时间内从800°C降温到150°C，同时空气流过另一卧式蓄热室迅速吸热升到600?700°C。显然，内筒轴线区域陶瓷球不转动导致微尘易积累并影响气粒换热均匀性和热回收效率，盛球圆柱筒受耐温性能限制烟温不能超过400 ?500。。。
[0005]研发烟气急冷使烟气二噁英达标排放，高效预热空气以提高运行经济性，无衍生二次污染发生的烟气干法急冷技术装置，是危废高温资源化处置技术工业化推广应用关键。
[0006]
【发明内容】
为了克服烟气喷水急冷需额外处理废液及掺入大量冷空气降低工艺经济性，传统余热锅炉烟气冷却过程长存在烟气二噁英再合成等缺点，本发明提供一种基于快速切换式高比表面积陶瓷球蓄热传热原理，烟气急冷同时快速预热空气，二噁英排放达标的烟气干法急冷系统。
[0007]烟气干法急冷系统，包括重力沉降室，旋风除尘器，低温四通阀和成对布置的蓄热室，两个蓄热室底部接管分别联接低温四通阀一个出口和一个进口相连通，低温四通阀另一个出口排出低温烟气，另一个进口通入常温空气，旋风除尘器进气口和重力沉降室排烟口通过管道相连通，重力沉降室进气口通入低粉尘浓度的高温烟气，旋风除尘器和蓄热室之间设置阀板两侧敷设水冷套的高温四通阀，高温四通阀一个进口和旋风除尘器排烟口通过管道相连通，一个出口引出高温空气，另一个出口和另一个进口分别联接两个蓄热室顶部接管，高温四通阀和低温四通阀同时90°转换阀板位置，两个蓄热室为立式结构，内腔自然堆积氧化铝成分含量超过60%的烧结陶瓷球，陶瓷球堆积高度相等且在600mm?800mm范围，陶瓷球球径相同且在17mm?25mm范围，陶瓷球总装入量相等，两个蓄热室切换周期相同且在121秒?180秒范围。
[0008]废旧线路板、电子垃圾、医疗垃圾、城市生活垃圾等危险废弃物焚烧烟气净化过程抑制二噁英低温再合成场所，都可以使用本发明。
[0009]发明加工制作简单，节能环保，经济社会效益显著。应用本发明后，危废焚烧尾气中二噁英排放满足《危险废物焚烧污染控制标准》(GB18484-2001)要求，无额外废液处置，无额外能源消耗，尾气余热回收效率超过60%。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为右蓄热室急冷烟气时烟气干法急冷系统工作流程图，图2为右蓄热室快速预热空气时烟气干法急冷系统工作流程图。I为重力沉降室，11为膜式壁，2为旋风分离器，3为高温四通阀，4为低温四通阀，5为蓄热室。A为高温烟气，B为常温空气，C为低温烟气，D为高温空气。
【具体实施方式】
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[0011]下面结合二个附图对发明作进一步的说明。
[0012]如图1和图2所示，烟气干法急冷系统，包括重力沉降室1，旋风除尘器2，低温四通阀4和成对布置的蓄热室5。蓄热室5可以呈圆柱状，也可以呈方体状。低温四通阀4有两个进口和两个出口。两个蓄热室5底部接管分别联接低温四通阀4 一个出口和一个进口，低温四通阀4另一个出口排出低温烟气C，另一个进口通入常温空气B。旋风除尘器2进气口和重力沉降室I排烟口通过管道相连通，重力沉降室I进气口通入低粉尘浓度的高温烟气A。旋风除尘器2和蓄热室5之间设置高温四通阀3，高温四通阀3壳体外侧和阀板两侧均敷设水冷套，可以在800°C左右高温环境下稳定工作，高温四通阀3有两个进口和两个出口。高温四通阀3 —个进口和旋风除尘器2排烟口通过管道相连通，一个出口引出高温空气D，另一个出口和另一个进口分别联接两个蓄热室5顶部接管。两个蓄热室5内壁和顶部接管内壁均敷设耐火保温层。两个蓄热室5为立式结构，通过空气时常温空气B从蓄热室5底部接管进入，高温空气D从蓄热室5顶部接管流出，通过高温烟气A时从蓄热室5顶部接管进入，低温烟气C从蓄热室5底部接管流出。两个蓄热室5内腔均自然堆积经过烧结加工的陶瓷球，陶瓷球氧化铝成分质量百分数> 60%，陶瓷球堆积高度相等且控制在600mm?800mm范围，两个蓄热室5内装的陶瓷球球径相同且控制在17mm?25mm范围,两个蓄热室5陶瓷球总装入量相等。
[0013]本发明所指的烟气干法急冷系统，包括重力沉降室1，旋风除尘器2，高温四通阀3，低温四通阀4和蓄热室5。蓄热室5为立式结构且成对布置，两个蓄热室5内腔自然堆积氧化铝成分含量超过60%、同一球径且经过烧结加工的陶瓷球，陶瓷球比表面积大、两个蓄热室5内腔陶瓷球总装入量相等且堆积高度相等。重力沉降室I进气口通入低粉尘浓度的高温烟气A，排烟口和旋风除尘器2进气口通过内敷耐火保温层的管道相连通，旋风除尘器2排烟口和高温四通阀3 —个进口通过内敷耐火保温层的管道相连通，高温四通阀3—个出口引出高温空气D，另一个出口和另一个进口分别联接两个蓄热室5顶部接管。高温四通阀3壳体外侧和阀板两侧均敷设水冷套。低温四通阀4 一个出口排出低温烟气C，一个进口通入常温空气B，另一个出口和另一个进口分别和两个蓄热室5底部接管相连通。
[0014]管道和重力沉降室1、管道和旋风除尘器2、管道和高温四通阀3、管道和蓄热室5之间均以法兰方式连接。重力沉降室I布置膜式壁11，烟气行程呈“S”形以延长烟气分离时间。在烟气温度超过800°c时膜式壁11使烟气温度降低到800°c左右，使液态粉尘转变为固态粉尘以免粘附在阀板或陶瓷球壁面，同时防止陶瓷球高温烧损问题发生。重力沉降室1、旋风除尘室2、蓄热室5及顶部接管和连接管道等内壁均敷设耐火保温层。蓄热室5内倾斜设置“井”字状铸铁支撑架支撑陶瓷球重量，蓄热室5陶瓷球层将蓄热室5内腔空间一分为三，陶瓷球层上部和下部均为气相空间，陶瓷球层上部气相空间和下部气相空间不能绕过陶瓷球层直接连通。蓄热室5顶部气相空间和底部气相空间之间连接压差控制器，以便及时调节控制蓄热室5气流流动阻力损失，做到气流流动顺畅。蓄热室5成对布置，周期性快速交替吸收烟气显热和预热空气。每一个周期蓄热室5内只流过空气或烟气，避免串气现象发生。
[0015]使用本发明时，800°C以上且粉尘浓度不到200mg/Nm3的高温烟气A从重力沉降室I进气口通入，130°C左右低温烟气C从低温四通阀4出口排出。烟气水当量是0.9倍?1.1倍空气水当量。烟气和空气分别以3m/s?4m/s (空床标态速度)均匀穿过陶瓷球层。低温四通阀4和高温四通阀3同时90°转换阀板位置，实现两个蓄热室5周期性快速交替承担急冷烟气和快速预热空气功能。两个蓄热室5切换周期相同且在121秒?180秒范围。
[0016]如图1所示，800°C以上低粉尘浓度的高温烟气A从重力沉降室I进气口进入，在膜式壁11冷却作用下降温到800°c左右，然后依次经过旋风除尘器2、高温四通阀3和右蓄热室5，最后从低温四通阀4出口以130°C左右的低温烟气C方式排入大气，常温空气B从低温四通阀4进口进入，通过左蓄热室5，最后以高温空气D方式离开高温四通阀3出口。随着时间推移和传热进行，右蓄热室5陶瓷球颗粒温度逐渐升高，烟气和陶瓷球表面传热温差逐渐变小，从低温四通阀4出口排出的低温烟气C温度逐渐升高。121秒?180秒后，低温四通阀4和高温四通阀3阀板同时转动90°，左蓄热室5吸热状态和右蓄热室5放热状态分别切换到左蓄热室5放热状态和右蓄热室5吸热状态。如图2所示，常温空气B从低温四通阀4进口进入，在右蓄热室5里快速吸热升温，最后以高温空气D方式离开高温四通阀3出口，高温烟气A从高温四通阀3进口进入，在左蓄热室5里快速释放显热，最后降温至130°C左右的低温烟气C离开低温四通阀4出口。高温烟气A流过重力沉降室1，旋风除尘器2和高温四通阀3过程中温度保持不变，烟气含尘浓度有所下降，进一步保证蓄热室5不发生粉尘堵塞陶瓷球间隙。重力沉降室I，旋风除尘器2和两个蓄热室5沉积粉尘从底部下灰管排出后集中送入危废焚烧炉进行高温焚烧。蓄热室5陶瓷球球径17mm?25mm，气粒换热面积大，能在0.15秒?0.30秒内完成传热过程，快速实现烟气温度从800°C— 130°C的降温过程，从而迅速跨过烟气二噁英低温再合成反应温度区间。相对于切换周期121秒?180秒而言，高温四通阀3和低温四通阀4阀板动作时间仅为1.5秒左右，对烟气急冷效果影响可以忽略不计。
[0017]本发明主要结构特征、技术特征及其相应的技术效果描述如下:
[0018]本发明具有“立式蓄热室底部和顶部分别设置四通阀”结构特征。蓄热室5顶部的高温四通阀3设置水冷套冷却，能在800°C高温环境下稳定工作。高温四通阀3进口位置固定，可以适应大多数焚烧炉燃烧器及排烟口位置不变条件下使用。蓄热室5内陶瓷球层高度相等，可以使得烟气及空气均匀流过陶瓷球层，从而进行气流-陶瓷球之间均匀换热。本发明高温四通阀3和低温四通阀4阀，两个四通阀板位置同时转动90°，取代了专利CN102350160 A两台减速电机及快速转动设计。两个立式蓄热室5位置固定不变，取代了专利CN102350160 A两台卧式蓄热室、两个金属筒体同轴线套装且内筒绕轴线周期性快速转动等设计，避免了筒体高温变形卡死、烟气温度限制在400°C?500°C及以下、轴线区域陶瓷球不转动而影响气流流动及气固换热不均匀等问题。和专利CN102350160 A相比，发明结构简单维护容易，高温烟气A温度可以高于800°C，而且电机耗电大幅度降低。
[0019]本发明具有“立式蓄热室5内腔自然堆积球径17mm?25mm、层高600mm?800mm陶瓷球”结构特征。本发明集成了高效陶瓷蓄热传热技术优点，如两个陶瓷球蓄热体和快速切换等，实现高效回收烟气余热。本发明在此基础上进一步限制陶瓷球球径和堆积高度，气流以3m/s?4m/s均匀流过陶瓷球层，烟气和空气水当量近似相等，有效控制了高效回收烟气余热所需时间，实现烟气在0.15秒?0.30秒内流过陶瓷球层，完成800°C— 130°C烟气降温过程。烟气和空气水当量近似相等，可以缩短两个蓄热室5热平衡稳定时间，并使热回收效率达到极大。600mm?800_陶瓷球层高度形成的气流流动阻力适中，本发明可以选用目前市场上常见的罗茨风机。
[0020]本发明具有“快速切换式高比表面积蓄热传热”技术特征。
[0021]本发明具有“烟气急速冷却”技术特征。
[0022]上述结构特征和技术特征带来了多重技术效果:烟气二噁英排放达到GB18484-2001要求。烟气在二噁英低温合成温度区域250-800°C时间仅为0.15秒?0.30秒，远低于2秒时间要求，有效避免了烟道系统二噁英合成反应物理化学条件；回收烟气余热高效预热空气，组织焚烧炉内高温空气燃烧，从源头上避免二噁英低温再合成所需的前驱中间物质。高效回收了烟气余热，提高运行经济性，避免了额外能源消耗。烟气降温过程没有喷入冷水，无额外水源使用，避免烟气净化过程二次废液污染问题，避免了管道酸腐蚀问题，延长了烟道系统使用寿命。本发明是避免二噁英低温合成方法中除传统烟气喷水急冷及掺混空气急冷之外的第三种烟气急冷新方法。
[0023]本发明适用于废旧线路板、电子垃圾、医疗垃圾、城市生活垃圾等危险废弃物焚烧烟气净化过程抑制二噁英低温再合成场所使用。
[0024]本发明加工制作简单，节能环保，经济社会效益显著。应用本发明后，废旧线路板和城市生活垃圾等危废焚烧尾气二噁英排放浓度满足《危险废物焚烧污染控制标准》(GB18484-2001)排放浓度要求，无额外废液处置，无额外能源消耗，尾气余热回收效率超过60%。
【权利要求】
1.烟气干法急冷系统，包括重力沉降室(I)，旋风除尘器(2)，低温四通阀(4)和成对布置的蓄热室(5)，两个蓄热室(5)底部接管分别联接低温四通阀(4) 一个出口和一个进口相连通，低温四通阀(4)另一个出口排出低温烟气，另一个进口通入常温空气，旋风除尘器(2)进气口和重力沉降室(I)排烟口通过管道相连通，重力沉降室(I)进气口通入低粉尘浓度的高温烟气，其特征在于:旋风除尘器(2)和蓄热室(5)之间设置阀板两侧敷设水冷套的高温四通阀(3)，高温四通阀(3) —个进口和旋风除尘器(2)排烟口通过管道相连通，一个出口引出高温空气，另一个出口和另一个进口分别联接两个蓄热室(5)顶部接管，高温四通阀⑶和低温四通阀⑷同时90°转换阀板位置，两个蓄热室(5)为立式结构，内腔自然堆积氧化铝成分含量超过60%的烧结陶瓷球，陶瓷球堆积高度相等且在600mm?800mm范围，陶瓷球球径相同且在17mm?25mm范围，陶瓷球总装入量相等，两个蓄热室(5)切换周期相同且在121秒?180秒范围。
【文档编号】F23J15/06GK104180382SQ201410459434
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年9月11日 优先权日:2014年9月11日
【发明者】许文浒, 周睿, 艾元方 申请人:中南大学