一种微波辅助热解气化炉及垃圾热解气化焚烧的方法与流程

本发明涉及垃圾处理技术领域，尤其涉及一种微波辅助热解气化炉及垃圾热解气化焚烧的方法。

背景技术：

目前市场上的生活垃圾热解处理炉，大都没有设置外界能量介入处理的工艺，仅靠垃圾自身的热值来维持热解气化处理工艺的运行，而生活垃圾成分十分复杂，千变万化，其热值也随之变化，尤其连续阴雨天气，垃圾水分增加导致垃圾热值大幅降低，常常造成炉温降低，系统运行的工艺技术参数不稳定，严重影响垃圾的处理效果和处理效率。

少数设备设置有柴油燃烧机或且采用人工添加柴火的方式助燃和提高炉温。但是受工艺和结构的限制这种采用明火加热的方法只能设置在燃烧室，这种介入点在整个处理工艺路线（或处理程序）的位置时段并不理想，其处理效果相应的也不理想；此外，柴油燃烧机在燃烧放热的同时，也产生一定的有害废气，给后端的废气净化系统增加处理难度和负荷。

生活垃圾热解处理炉的废气处理是成套处理系统的重要组成部分，现在鲜有高效的、彻底的废气处理装置，而将绝大多数有害成分在炉内催化分解处理，减少对后端的废气净化系统处理难度和负荷，是体现处理炉工艺高效的最根本和最重要的指标。

技术实现要素：

针对以上不足，本发明提供一种微波辅助热解气化炉，通过外部能量介入即微波辅助技术来实现对生活垃圾的加热及干燥，为后续工序顺利高效运行提供前提、便利条件，且提供一种独特的双燃室以高效解决各种有害物质。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种微波辅助热解气化炉，包括一燃室和二燃室，其中，

所述一燃室内部自上到下依次分为独立却连续的干燥区、热解气化区、燃烧区以及燃烬区，所述干燥区、热解气化区、燃烧区和燃烬区之间通过多组翻转炉排相隔，所述一燃室顶部开设有连通所述干燥区的进料口，所述一燃室底部开设有连通所述燃烬区的废渣出口，所述干燥区内部顶部还布置有微波发射器用以向所述干燥区内的垃圾输送微波能量；

所述二燃室内部设置有2-6个区膛，所述区膛为单组并排设置或者两组并排设置，一个所述区膛通过通气口与另一个相邻的所述区膛连通，所述二燃室在靠近所述一燃室方向上的一个所述区膛上通过烟气进口与所述一燃室的燃烧区的上部一侧相连通，所述二燃室在远离所述一燃室方向上的一个所述区膛上设置有废气排出口。

微波是指频率在300mhz到300ghz的电磁波。生活垃圾由极性分子（水分子）和非极性分子组成，在电磁场作用下，这些极性分子从原来的随机分布状态转向按照电场的极性排列取向。在高频电磁场的作用下，这些取向按交变电磁场的变化而变化，这一过程致使分子的运动和相互磨擦效应（在2450兆赫兹电磁场作用下，水分子每秒钟可作24.5亿次的位移），从而产生热量。此时交变电磁场的场能转化为介质内的热动能，使介质温度不断升高。微波加热是使被加热物体本身成为发热体，称之为整体加热方式，不需要热传导的过程，因此能在短时间内达到均匀加热。这一特点可使热传导较差的生活垃圾在短时间内得到加热干燥，能量的利用率得到显著提高，还可以使加热炉（热解气化炉）的尺寸比常规加热炉（热解气化炉）要小。同时，当物料在微波电磁场作用下，物料整体温度上升。此时，由于物料表面水份蒸发，致使表面温度降低；从而造成一个内高外低的温度梯度，这个梯度的方向正好与水份蒸发的方向一致，所以效率极高，这种辅助的加热干燥方法应对连续阴雨天的高水份垃圾，效果极为显著，为后续各工序的正常运行提供了根本保障，进而保障了整个工艺系统性能的稳定和达标排放，同时也提高了热解处理速度和效率。

作为本发明的改进，所述一燃室和二燃室并排、贴合设置，所述二燃室在靠近所述一燃室方向上的所述区膛与所述一燃室的热解气化区、燃烧区以及燃烬区的侧面相贴合，所述二燃室的各所述区膛的顶面与所述一燃室的热解气化区的顶面位于同一水平面上。

作为本发明的改进，穿过所述一燃室顶部位于所述干燥区内和穿过所述一燃室底部位于所述燃烬区内均设置有一次风辅助进口；在环绕所述燃烧区所在位置的炉壁上设置有环形的一次主供风管，所述一次主供风管在贴合炉壁一侧开设有多个通孔，炉壁在一次主供风管的通孔对应处也开设有相应的通孔。

作为本发明的改进，所述二燃室的每个所述区膛内均设置有横向的控流器，所述控流器位于相邻的两个所述通气口所在的水平面之间。

作为本发明的改进，所述二燃室的每个所述区膛的顶部和侧面设置有二次风引入管。

混合烟气进入二燃室后与二次供氧混合继续进行剧烈燃烧，多区膛（区膛的数量由垃圾处理量而定）设计方案能保证混合烟气与二次供氧的充分混合并充分燃烧，充分分解各种有害物质，从而减少后端废气中有害物质的含量。

作为本发明的改进，所述燃烬区底部、所述废渣出口上方设置有水平螺旋排渣机。

作为本发明的改进，所述废渣出口下方连接有链刮板出渣机。

螺旋排渣机和链刮板出渣机均是为了助于燃烬区的废渣排出一燃室。

本发明中，一燃室从上到下依次为干燥区、热解气化区、燃烧区以及燃烬区。垃圾首先在干燥区受微波热能以及干燥区壁面的热辐射、热解气化区和燃烧区的高温热解气化烟气对流以及热解气化热量转导四方作用下实现干燥以使垃圾中的水分快速挥发。

干燥后的垃圾在热解气化区分解成一氧化碳、气态烃类等可燃物进入混合烟气中。热解气化后的残留物（液态焦油、较纯的碳素以及垃圾本身含有的无机灰土和惰性物质）进入燃烧区充分燃烧。燃烧区在高度方向可分为氧化区和还原区，还原区位于氧化区上面，氧化区内发生碳、焦油和氧气发生剧烈的氧化反应，燃烧温度可达到850-1000℃，燃烧产生的热量用来提供还原区、热解气化区和干燥区所需的热量；还原区中内co2和h2o被炽热的c还原，产生co，h2等可燃气体，进入混合烟气中。本发明可与后端的废气系统相集成，可通过后端废气净化系统的引风机助于将混合烟气引入二燃室各区膛。

燃烧区产生的残渣经过翻转炉排的机械挤压、破碎后排到燃烬区继续燃烧，待其完全燃烧和冷却后，由螺旋排渣机排出炉外。同时一燃室产生的混合烟气进入二燃室并先后在各区膛内进行高温燃烧。来自干燥区、热解气化区的部分水蒸汽、低沸点可燃气体以及经过燃烬区通过一次风引入口以及一次主供风管引入的一次风（助燃氧）送入燃烧区进行混合燃烧，产生大量的热能，而干燥区产生的水蒸汽可作为热解气化区的部分气化剂。立式炉型和独特的供风方式满足了垃圾在关键的热解气化阶段需要的温度和反应空气量（贫氧和无氧）的条件，并能使参与反应的垃圾维持在这个环境下足够的时间。

由此可以看出,垃圾在热解气化区内经热解后实现了能量的两级分配，热解产生的混合烟气进入二燃室燃烧，热解后的残留物在热解气化炉的燃烧区继续燃烧，垃圾的热分解、气化、燃烧形成了沿向下运动方向的动态平衡，在投料和排渣系统连续稳定运行的外部条件下,炉内各反应区段的物理化学过程也连续、稳定地进行，因此热解气化炉可以连续地、正常地运转。

二燃室的每个区膛内均设置有横向的控流器，控流器位于靠近通气口烟气流向的水平面位置；二燃室的每个区膛的顶部和侧面设置有二次风引入口。混合烟气进入二燃室后，横向设置的控流器中设有横向流入的二次风与纵向流动的混合烟气进行充分的混合，每当烟气在通过水平设置的通气口的时候均迫使烟气发生了90°折流，通气口两端的烟气流向则发生了180°的折流，多个通气口就进行多次多方向90°及180°的折流，同时分别与多个区膛（区膛的数量由垃圾处理量而定）的二次风引入的二次供氧的旋流空气充分混合，增加了混合气体在二燃室的湍流程度，并剧烈燃烧；随后混合烟气经过多次折流，并在二燃室的各区膛底部的沉降室除尘。

由于传统的炉排炉直接焚烧是一个富（强）氧化过程，焚烧过程中会产生大量的so2、hcl和nox，同时，因炉排无法长期承受1000℃左右的高温，使焚烧的工作温度受到限制，而1000℃以下的焚烧温度难以使二恶英完全彻底分解。热解气化燃烧技术的核心就是可抑制二噁英的产生，同时利用二燃室的高温完全催化分解二噁英等有害物质，主要体现在以下两方面：

一是，在二燃室内，每区膛均能提供二次旋流空气，补充烟气中的氧气，使热解过程产生的可燃气在二燃室的富氧、高温条件下充分燃烧，燃烧的温度达到900~1200℃，烟气在二燃室的停留时间超过2.0s，能使多氯联苯类物质、残炭等完全燃烧分解，使二恶英残留量极少，彻底地分解烟气中的有害成份；

二是，已分解的多氯联苯类物质在有cucl2、c原子催化的条件下，在250-300℃期间会再度合成二恶英，但在一燃室内，温度控制在850℃至1000℃，控制给氧量呈还原气氛（缺氧或贫氧燃烧状态），铜、铝、铁不会氧化，没有cuo等产生也不会有cucl2的产生和存在，也就没有使二恶英再合成的催化剂（cuo、cuc12等化合物），没有了cucl2和碳原子的催化，二恶英的合成也就没有了可能。同时热解气化技术还能减少nox和so2的排放，这是因为一燃室缺氧燃烧属还原性气氛，n、s极少氧化而被残留在渣中。而独特的二燃室设计确保烟气形成湍流，与空气中的氧气充分混合，所需空气过量程度低，相应地减少了来自空气的n源，使得nox排放降低。此外，热解气化反应后，垃圾中含有的氯元素绝大部分转移到固相产物（底渣）中，使得排烟中hcl含量远低于常规生活垃圾焚烧炉的标准限值。

需要强调的是，要达到上述两方面的环保性能并实现垃圾的无害化、减量化处理，一燃室内即干燥、热解、燃烧、燃烬都必须能够顺利实现处理工艺和处理工程的有效衔接和连续运行。而干燥区的微波加热干燥和炉体的科学的结构设计是其处理工艺、处理工程有效顺利运行的基础。

本发明还提供一种垃圾热解气化焚烧的方法，其通过使用上述微波辅助热解气化炉来将垃圾热解气化焚烧，包括以下步骤：

1）由于炉体及各翻转炉排的特殊设计，能使垃圾不需分拣而将垃圾直接入炉，即首先进入所述干燥区内，利用所述微波发射器产生的微波能量以及所述干燥区壁面的热辐射、所述热解气化区的高温热解气化烟气对流和热解气化热量导热四方作用下实现垃圾干燥以使垃圾中的水分快速挥发；

2）干燥后的垃圾通过操作翻转炉排进入所述热解气化区内，并分解成一氧化碳、气态烃类等可燃物以及垃圾残留物，所述一氧化碳、气态烃类等可燃气体进入混合烟气中，再进入所述二燃室的区膛内燃烧，所述垃圾残留物进入所述燃烧区内；

3）热解气化后的垃圾残留物进入所述燃烧区进行充分燃烧，燃烧产生的co、h2等可燃气体进入混合烟气中，再进入所述二燃室的区膛内燃烧；

4）将在所述燃烧区燃烧后的垃圾残渣放入所述燃烬区内燃烧，充分燃烧后垃圾残渣排出所述一燃室。

作为本发明的改进，所述燃烧区在高度方向分为氧化区和还原区，所述还原区位于所述氧化区上面；垃圾热解气化后的残留物中的碳、焦油与氧气在所述氧化区内发生剧烈的氧化反应，燃烧温度为850-1000℃，燃烧产生的热量用以向所述还原区、热解气化区和干燥区提供热量，所述还原区内的co2和h2o被炽热的c还原，产生co、h2等可燃气体，进入混合烟气中。

作为本发明的改进，所述微波发射器的功率为5-100kw（由垃圾处理量决定），频率为2450mhz；所述二燃室的区膛内的混合烟气的燃烧温度为900-1200℃，混合烟气在所述二燃室的停留时间超过2.0s。

保持微波的频率不变，通过改变微波发射器的功率（由垃圾处理量决定），根据实际的垃圾处理量来调整功率，可达到优化处理的目的。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明采用微波方式对垃圾在热解气化炉中的干燥区段给予辅助处理即微波加热及干燥，使生活垃圾尤其是因下雨天而水分含量增高、热值下降的生活垃圾得到有效、均匀、及时的干燥和加热，为后续的垃圾热解气化、垃圾燃烧、垃圾燃烬以及混合烟气在二燃室燃烧等工艺环节的连续顺利进行，提供了理想的外部热能和加热干燥的时机，避免了柴油燃烧机和人工添加柴火的弊端，同时也便于系统的自动控制；

2、独特的结构设计使一燃室形成独立却连续的干燥区、热解气化区、燃烧区以及燃烬区，使燃烧区和燃烬区产生的热量直接有效地供给热解气化区和干燥区，有效提高进入热解气化区的垃圾温度和热值，提高对高水份垃圾的适应性；同时，各区室即各自独立又能相互有序联通，保证了处理工艺的高效进行；

3、一燃室和二燃室互相贴合连成一个整体便于两者烟道（烟气进口）的连接和沟通、减少热量损失扩散和节省炉体材料；干燥区单独凸出，便于安装布置、检查维护微波发射器；

4、与通常的热解气化炉不同，本设计一次风、预干燥产生的水蒸汽和低沸点可燃气体，由引风机吸入炉内，从向上、向下和径向三个方向为热解气化区、燃烧区以及燃烬区提供气化剂（水蒸汽）、氧气和辅助燃料（可燃气体），使燃烧更剧烈充分，提高烟气中可燃成分含量；

5、本发明中一燃室的混合烟气由位于燃烧区上部、热解气化区下方的烟气出口引出，其作用：1）迫使干燥层产生的水蒸汽折返穿过热解气化层和炽热的燃烧层，降低水分含量，提高烟气热值；2）迫使热解产物折返，通过炽热的燃烧区，使其中含有的长链碳氢化合物（如焦油）彻底裂解，减少烟气中焦油的含量；3）迫使上行高温烟气折返，降低烟气中粉尘浓度；本发明提出的烟气进口的位置设置，解决了上吸式固定床热解气化炉由于引出孔靠近干燥层，烟气中水分、焦油含量高的问题以及解决了下吸式固定床热解气化炉由于流经灰渣层，烟气中携带粉尘量大的问题；

6、烟气在二燃室的流程需经过多次90°折流，并且二燃室设置有多个二次风进口，混合烟气的可燃成分与氧气得到充分的混合，燃烧剧烈，且延长了烟气在二燃室内的停留时间（≥2s），从而确保烟气中的可燃成分充分燃烧，抑制持久性有机污染物产生，降低烟气中粉尘浓度，能使多氯联苯类物质、残炭等完全燃烧分解，使二恶英残留量极少，有效地分解烟气中的有害成份；

7、本发明提供的微波辅助垃圾热解气化焚烧的方法，通过合理的温度设置，能够在一燃室内垃圾的热解汽化阶段以及燃烧阶段减少二恶英以及nox、hcl和so2的产生和排放，以及能够在二燃室内分解催化烟气中的二恶英以及进行一级沉降除尘；

8、本发明提供的垃圾热解气化焚烧的方法，通过垃圾干燥、热解气化、燃烧、燃烬以及烟气燃烧等互相独立又互相补助、促进的阶段，实现了垃圾热解气化焚烧的高效运转，并解决了废气污染等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明提出的一种微波辅助热解气化炉的结构示意图；

图2为图1中二燃室的水平示意图。

其中，图中所示标记为：1：一燃室；1a：干燥区；1b：热解气化区；1c：燃烧区；1d：燃烬区；2：二燃室；3：进料口；4：废渣出口；5：翻转炉排；6：微波发射器；7：通气口；8：废气排出口；9：烟气进口；10：一次风引入管；11：控流器；12：二次风引入管；13：变频鼓风机；14：螺旋排渣机；15：进料斗；16：液压推料机；17：区膛；18：链刮板出渣机；19：一次主供风管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1和图2，本发明提供一种微波辅助热解气化炉，主要包括一燃室1和二燃室2。

如图1所示，一燃室1内部自上到下依次分为独立却连续的干燥区1a、热解气化区1b、燃烧区1c以及燃烬区1d，干燥区1a、热解气化区1b、燃烧区1c和燃烬区1d之间通过多组翻转炉排5相隔，翻转炉排5通过翻转可实现垃圾自上而下进入下一个区室，即通过翻转可实现垃圾（或者其产物）从干燥区1a依次进入热解气化区1b、燃烧区1c以及燃烬区1d，翻转炉排5实现各区既能单独工作又能相互连通和物料的流转，并控制一燃室1的工艺、工序的运行。一燃室1顶部开设有连通干燥区1a的进料口3，进料口3可连接外置的液压推料机16来实现垃圾的送入，液压推料机16实现了垃圾不需分选即可直接入炉，即采用“行吊+液压抓斗”抓取垃圾，输送给液压推料机16的进料斗15，由液压推料机16将垃圾推入炉膛上部的干燥区。一燃室1底部开设有连通燃烬区1d底部的废渣出口4，燃烬区1d的底部、废渣出口4的上方设置有多组水平布置的螺旋排渣机14以将燃烬并降温后的炉渣排出一燃室1。废渣出口4下方连接有链刮板出渣机18，螺旋排渣机14将残渣通过废渣出口4排出并进入链刮板出渣机18，链刮板出渣机18再将残渣送走。干燥区1a内部顶部还布置有微波发射器6用以向干燥区1a内的垃圾输送微波能量。

在优选的实施例中，如图1所示，穿过一燃室1顶部位于干燥区1a内和穿过一燃室1底部位于燃烬区1d内均设置有一次风辅助进口10，通过一次风辅助进口10，依靠热解气化炉负压作用吸入一次风来实现辅助供氧。在环绕燃烧区1c所在位置的炉壁上设置有环形的一次主供风管19，一次主供风管19在贴合炉壁一侧开设有多个通孔，炉壁在一次主供风管19的通孔对应处也开设有相应的通孔，一次主供风管19通过变频鼓风机13提供一次主供风，并通过通孔进入燃烧区1c内。通过环形的一次主供风管19可实现燃烧区1c的均匀供风。

如图1和图2所示，图2是二燃室2的水平投影示意图（其中控流器11没画出，箭头方向表示烟气流向，通气口7、废气排出口8和烟气进口9在图示中并不限制高度），二燃室2内部两组并排设置有4个区膛17，即一排有2个区膛17，一个区膛17通过通气口7与另一个相邻的区膛17连通，二燃室2的每个区膛17内均设置有横向的控流器11，控流器11位于靠近通气口7烟气流向一侧的水平面上，且位于相邻的两个通气口7所在的水平面之间。二燃室2的每个区膛17的顶部设置有二次风引入管12，可从外部通过二次风引入管12向区膛17内引入空气，即实现了氧气的引入，促进了混合烟气的燃烧；混合烟气要通过通气口7进入下一个区膛17，又与二次风引入管12的作用下实现90°折流及混合烟气与二次供氧的均匀混合，从而增加了在区膛17内停留的时间。二燃室2在远离一燃室1的烟气流动方向上的最后一个区膛17上设置有废气排出口8以排出废气，二燃室2在烟气流向进入的第一个区膛17上通过烟气进口9与一燃室1的燃烧区1c的上部一侧相连通。烟气进口9的位置设置于燃烧区1c上部所处的侧壁上，位于热解气化区1b的下方，并尽可能地靠近热解气化区1b。

在优选的实施例中，如图1所示，一燃室1和二燃室2并排、贴合设置，二燃室2在靠近一燃室1方向上的最近二个区膛17与一燃室1的热解气化区1b、燃烧区1c以及燃烬区1d的侧面相贴合，二燃室2各区膛的顶面与一燃室1的热解气化区1b的顶面位于同一水平面上，干燥区1a单独凸出，便于安装布置、检查维护微波发射器6。

本发明中，垃圾从进料口进入，首先进入干燥区1a，然后依次进入热解气化区1b、燃烧区1c以及燃烬区1d。垃圾首先在干燥区1a内受微波发射器6产生的微波热能以及干燥区壁面的热辐射、热解气化区的高温热解气化烟气对流和热解气化热量导热四方作用下实现干燥以使垃圾中的水分快速挥发；然后进入热解气化区1b热解气化，分解一氧化碳、气态烃类等可燃物进入混合烟气中，热解气化后的残留物（液态焦油、较纯的碳素以及垃圾本身含有的无机灰土和惰性物质）进入燃烧区1c充分燃烧；然后进入燃烧区1c燃烧，燃烧区1c在高度方向可分为氧化区和还原区，还原区位于氧化区上面，氧化区内发生碳、焦油和氧气发生剧烈的氧化反应，燃烧产生的热量用来提供还原区、热解气化区1b和干燥区1a所需的热量；还原区中内co2和h2o被炽热的c还原，产生co，h2等可燃气体，进入混合烟气中；混合烟气通过烟气进口9进入二燃室2的各个区膛17内充分燃烧，燃烧后的废气通过废气排出口8排出二燃室2；燃烧区1c产生的残渣进入燃烬区1d，经过燃烬区1d继续燃烧完全后，通过废渣出口4排出炉外。

本发明的一种垃圾热解气化焚烧的方法中，包括以下步骤：

1）特殊的炉体及炉排结构设计将使不需分拣破碎的垃圾直接放入所述干燥区1a内，利用微波发射器6产生的微波能量以及干燥区1a壁面的热辐射、热解气化区1b的高温热解气化烟气对流和热解气化热量导热四方作用下实现垃圾干燥以使垃圾中的水分快速挥发；

2）干燥后的垃圾进入热解气化区1b内，并分解成一氧化碳、气态烃类等可燃物以及垃圾残留物，一氧化碳、气态烃类等可燃气体进入混合烟气中，再进入二燃室2的区膛（17）内燃烧，燃烧后的废气通过废气排出口8排出二燃室2；而垃圾残留物进入燃烧区1c内；

3）热解气化后的垃圾残留物进入燃烧区1c进行充分燃烧，燃烧区1c在高度方向分为氧化区和还原区，还原区位于氧化区上面；垃圾热解气化后的残留物中的碳、焦油与氧气在氧化区内发生剧烈的氧化反应，燃烧温度为850-1000℃，燃烧产生的热量用以向还原区、热解气化区1b和干燥区1a提供热量，还原区内的co2和h2o被炽热的c还原，产生co、h2等可燃气体，进入混合烟气中，再进入二燃室2的区膛17内燃烧，燃烧后的废气通过废气排出口8排出二燃室2；

4）将在燃烧区1c燃烧后的垃圾残渣放入燃烬区1d内继续燃烧，充分燃烧后垃圾残渣排出一燃室1。

垃圾在热解气化区1b产生的一氧化碳、气态烃类等可燃物以及垃圾在燃烧区1c产生的co、h2等可燃气体进入混合烟气，并在二燃室2的区膛17内燃烧。微波发射器6的功率为5-100kw，频率为2450mhz。二燃室2的区膛17内的混合烟气的燃烧温度为900-1200℃，混合烟气在二燃室2的停留时间超过2.0s。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。