双锥体回转式超导垃圾裂解炉的制作方法

本发明涉及一种生活垃圾处理装置，具体讲是一种低能耗高效率的双锥体回转式超导垃圾裂解炉。

背景技术：

城市生活垃圾的处理已成为能源、环境与社会协调发展的一项重要工作，成为我国各级政府一件重要而紧迫的任务。

生活垃圾裂解气化是实现垃圾减量化、无害化、资源化的先进技术，在“垃圾围城”成为公害的今天，用裂解气化技术处理垃圾已受到世界各国和中国政府的高度重视。

垃圾的裂解气化是将生活垃圾放在一个特定的设备里，在一定的温度和压力下，使垃圾中的有机质和气化剂(例如蒸汽和水等)发生系列化学反应将垃圾转化为有CO、H2、CH、CNHm等可燃性气体和CO2、 N2等非可燃性气体的过程。标准的垃圾裂解气化必须具备三个条件，即具有均衡高温的裂解气化炉，适量的气化剂，按热负荷要求供给的热量，三者缺一不可。垃圾裂解气化是一个复杂的多项物理及化学过程，是垃圾与气化剂在高温和一定压力下发生化学反应将生活垃圾中的有机物转变成为可燃性气体的复杂过程，因之在气化过程中，对气化炉垃圾的温度、压力、气化剂都有严格的要求，特别是稳定的均衡的垃圾反应场温度更为重要。

目前，我国在垃圾处理过程中，有使用立式炉焚烧“气化”垃圾，垃圾基本上是在燃烧炉内焚烧，焚烧时排放出大量烟尘、颗粒物、酸性气体、未燃尽废物、重金属及微量有机化合物等，随之产生大量致癌的二噁英和重金属，垃圾减化量低，灰渣需后续处理，不能连续作业，运行费用和固定投资都很高。也有使用传统的裂解炉来处理垃圾，垃圾不必直接焚烧，但现有的传统的垃圾裂解炉炉壁是单层，加热器在炉壁外加热，垃圾反应区没有温度均衡装置，不能保持反应区相对稳定的温度和压力，使得裂解炉很难连续地稳定地产生可燃气体，仍避免不了烟气的产生，屏蔽不了裂解物释放的有害分子对环境的污染。特别是传统的裂解炉炉体为单层结构，加热器设在裂解炉垃圾进口端附近，用燃烧器在炉体外局部加热进口端附近单层炉体，辐射热量通过单层炉体只传导给进口端附近的垃圾，因垃圾裂解炉体直径大，轴向长，单管单层炉体局部受千度火焰高温加热，其温度场沿炉体轴向和径向的不均匀性导致了炉内的垃圾受热温度不均匀，形成局部过热而产生垃圾裂解副反应，甚至出现在炉内因局部过热出现垃圾炭化结焦的事故。另外炉内垃圾从进口端到到出口端行进中温度始终呈下降状态，大部分垃圾达不到裂解气化的温度条件，严重地影响到垃圾裂解气化的效率。

技术实现要素：

维持裂解炉内前后端的温度的相对均衡、保持炉内垃圾合适的均衡的反应高温和压力，是实施生活垃圾高效裂解气化，防止二噁英等有毒物质产生污染环境的必要条件。

本发明针对上述传统裂解炉的缺陷及裂解炉工作的条件，设计出一种高效、安全、费用低、可连续作业的卧式双层管双锥体回转式超导垃圾裂解炉，利用外加热超导间壁，使垃圾在稳定的温度条件下裂解，产生热值较高的可燃气体，再将其回用燃烧，为垃圾裂解气化提供热能，从而使上述裂解炉存在的问题得到了妥善解决。该裂解气化炉利用了高温超导旋转热管的热屏蔽特性、快速传热特性、快速均热特性及旋转工质液位差重力回流加热区的原理，制成大型的两头细中部粗的超导等温回转炉体，用这种超导等温回转炉代替常规裂解炉，达到整个裂解炉内裂解温度的相对平衡，满足炉内垃圾均衡反应温度和压力，达到垃圾等温高效裂解快速气化的目的。其具体方案如下：

一种双锥体回转式超导垃圾裂解炉，由双锥体超导等温回转炉体、回转炉体驱动器、加热器及进料机四部分组成。其特征是双锥体超导等温回转炉体由同心的金属内管和金属外管组成一两头小中间粗的双锥体复合管，双锥体复合管两端密封，复合管内外管壁之间构成一同心腔道，同心腔道内中部加宽位是加热池，加热池中加装有超导相变工质，垃圾裂解炉未工作时，同心腔道呈真空负压态，动态时同心腔道呈正压态，垃圾裂解炉工作时，同心腔道中部加热池外管壁受外部不均匀温度场辐射加热，超导相变工质得热气化，同心腔道内部的超导相变工质因双锥体复合管内外壁温差而形成气液两相流在同心腔道内部快速循环，使双锥体复合管内管管壁形成等温管壁，并将等温壁管壁上的热量传导给炉体中的垃圾使其裂解气化。当相变工质将气化潜热通过双锥体复合管内管管壁传导给垃圾后，卸载潜热的相变工质由气态相变为液态，在炉体旋转力和工质液位差及重力作用下又回流到加热区的加热池，周而复始，将外部加热器的辐射热量源源不断地供给垃圾裂解气化。双锥体复合管内管壁的温度取决于同心腔道内部的气液循环两相流的温度，超导同心腔道内部的气液循环两相流的温度在燃烧器沿炉体轴向的温度场不均匀的状态下，可始终保持炉体内垃圾反应区相对均衡稳定的温度和压力。双锥体超导等温回转炉体中部加热池周围是环周加热区，通过环周加热区加热，可使加热器产生的不均匀温度场得以改善，辐射热能可均匀进入同心腔道中部加热池，使超导相变工质得热气化提速。

所述的加装在双锥体超导等温回转炉体加热池中的超导相变工质为活化的、工作温度在400℃至800℃的液态单质金属或者液态合金金属。

所述的双锥体超导等温回转炉体按轴向水平态置于支座上，同心的金属内管和金属外管构成的两头小中间粗的双锥体相互对称，锥体的锥度为1∶3.5≥锥度≥1∶7。锥体的锥度过小，不利于液态金属工质自动回流。采用双锥体结构便于液态金属工质工作时利用工质液位差、重力和炉体的旋转力自动回流到热池中，同心腔道中不用加装吸液芯。

所述的双锥体超导等温回转炉体内管的内壁面装有若干个金属搅拌板，金属搅拌板与等温的双锥体复合管内管壁连接，又与双锥体回转式超导垃圾裂解炉内部的垃圾接触，设备工作时随着双锥体复合管回转炉体的回转，金属搅拌板在翻动垃圾向出气口方向运行，可将双锥体复合管内管壁上的热量均匀地传导给炉体中的垃圾，实施对垃圾的连续裂解气化。

所述的双锥体超导等温回转炉体的外围是绝热层，绝热层是耐高温保温材料，它可以防止炉体上的温度向外扩散。所述的绝热层是导热系数在0.05W/(m.K)以下的，耐热温度大于800℃的无机保温材料，如氧化铝多晶纤维棉，稀土保温泥，陶瓷纤维保温棉，或者石棉保温层，石墨保温层等，绝热层厚度为15cm～20cm。

所述的双锥体超导等温回转炉体的中部是环周加热区，环周加热区即双锥体复合管外管壁辐射受热区，环周加热区上边是加热池，下边安装加热器，围绕环周加热区上面焊接有若干金属换热片，加热器的燃烧器工作形成的加热场与环周加热区及若干金属换热片相对应。双锥体超导等温回转炉体旋转时，环周加热区及环周加热区的若干金属换热片均可接受到加热器加热场的高温辐射热，从而激活加热池中的超导相变工质工作。加热器的燃料是裂解炉本身产生的可燃性气体。环周加热区周围包裹有聚热罩，聚热罩外表面包裹耐高温保温材料，它可以防止炉体环周加热区上的温度向外扩散，以便集中加热器产生的热量全部辐射在炉体的加热区间，确保炉膛垃圾反应区的工作温度稳定在500℃至800℃。聚热罩的上方安装有烟道，烟道上加装有超导余热回收器。超导余热回收器可以把进入加热器的空气提前预热，然后提供给加热器的燃烧器使用，以提高燃烧器燃烧自产气效率。

所述的双锥体超导等温回转炉体的左端和右端分别安装有滚带，滚带安装在滚槽中。双锥体超导等温回转炉体左端滚带的左侧安装有废渣出口，废渣出口左侧是出气口，出气口通过密封环I与炉体左端头连接。双锥体超导等温回转炉体右端头通过密封环II与进料机连接。

进所述的料机壳体是一个圆柱形管体，圆柱形管体的内部是送料螺旋，送料螺旋与电动机的减速器I连接。进料机圆柱形管体的上部是进料口，进料口侧面装有喷水口，垃圾经进料口在送料螺旋旋转下送人裂解炉内。进料机圆柱形管体下方安装有辅助燃烧器，对进入进料机喷上水的的垃圾进行预热。

所述的进料口侧面装有喷水口的目的是对进入进料机的垃圾喷水，以满足垃圾在裂解气化炉中湿度要求。实验显示在裂解炉炉膛垃圾反应区温度在600和800℃时，水蒸汽作为气化剂可使垃圾反应速度加快，垃圾产气转化率和挥发份逸出率明显提高。

所述的双锥体超导等温回转炉体上装有驱动齿环，驱动电机通过减速器II与驱动齿环啮合，驱动电机工作，双锥体复合管回转炉体旋转，转速每分钟5～8转，若干个金属搅拌板随双锥体超导等温回转炉体一起转动，搅拌垃圾由炉体右端头向左端头移动，完成垃圾裂解气化过程。

双锥体回转式超导垃圾裂解炉工作原理是：生活垃圾通过进料机进料口预热后经送料螺旋进人双锥体超导等温回转炉体的炉膛垃圾反应区，驱动电机通过减速器II驱动齿环带动双锥体复合管回转炉体以每分钟5～8转旋转，若干个金属搅拌板随双锥体复合管回转炉体旋转，搅拌垃圾由回转炉体右端头向左端头移动。加热器的火焰辐射热通过环周加热区即双锥体复合管外管壁辐射受热区及环周加热区上加装的若干金属换热片，将辐射热传导给双锥体超导等温回转炉体加热池中的超导相变工质，超导相变工质受热在高温热能下即刻相变气化，将潜热快速充斥到炉体整个同心腔道中，因温差而形成的气液两相流在同心腔道内部快速循环，使双锥体复合管内管壁形成等温管壁，并将双锥体复合管内管壁上的热量均匀地快速地传导给炉体中运动的垃圾使其裂解气化。裂解炉产生的可燃气体通过出气口、除尘器进入储气罐，一部分作为裂解炉的燃烧料，另一部分用于发电或作其它使用。双锥体复合管将热量传导给垃圾后，超导工质由气态相变成液态，在重力的作用下顺着同心腔道两侧流回加热池得热继续上述相变过程，周而复始将加热器工作的辐射热源源不断供给垃圾裂解。

本发明的优势在于彻底克服传统裂解炉的技术缺陷，把柱形单层回转炉体设计成双锥体双层管超导等温回转炉体，回转炉体内部以工作液体的汽液相变传热，热阻小，导热力强，可使外部加热器的辐射热量迅速均匀的传导到整个回转炉体内部的垃圾。等温回转炉体炉内前后端反应温度相对均衡，利于垃圾在炉内连续裂解气化，垃圾减容量大，裂解气化效率高，其经济性好。等温裂解垃圾避免垃圾在炉内局部过热形成粘接、鼓包、起块、焦化的危险，避免了烟气的产生，屏蔽了裂解物质释放的有害分子对环境的二次污染。热解过程是在低氧或无氧条件下进行，减少了二噁英前驱物的生成，可以有效遏止二噁英类有毒物质的产生和排放，对环境更加安全；裂解固体产物中，其成分主要是固定碳，腐植性物质的量很少，废渣可以用作活性炭制造化工原料。

附图说明

图1是双锥体回转式超导垃圾裂解炉的结构示意图。

图1中，1、双锥体超导等温回转炉体 2、回转炉体驱动器 3、加热器 4、进料机 5、金属内管 6、金属外管 7、双锥体复合管 8、同心腔道 9、加热池 10、超导相变工质 11、外管壁 12、垃圾 13、燃烧器 14、炉膛垃圾反应区 15、金属搅拌板 16、出气口 17、绝热层 18、环周加热区 19、金属换热片 20、聚热罩 21、保温材料 22、超导余热回收器 23、辅助燃烧器 24、滚带I 25、滚带II 26、滚槽I 27、滚槽II 28、废渣出口 29、燃气管 30、密封环I 31、左端头 32、密封环II 33、圆柱形管体 34、送料螺旋 35、电动机 36、减速器I 37、进料口 38、支腿 39、支架 40、右端头 41、驱动齿环 42、驱动电机 43、减速器II 44、气体除尘器 45、喷水口

具体实施方式

一种双锥体回转式超导垃圾裂解炉，由双锥体超导等温回转炉体 1、回转炉体驱动器2、加热器3及进料机4四部分组成。其特征是双锥体超导等温回转炉体1由同心的金属内管5和金属外管6组成一两头小中间粗的双锥体复合管7回转炉体，双锥体复合管7两端密封，双锥体复合管7内外管壁之间构成一同心腔道8，同心腔道8内中部较宽位是加热池9，加热池9中加装有超导相变工质10，垃圾裂解炉未工作时，同心腔道8呈真空负压态，动态时同心腔道8呈正压态，垃圾裂解炉工作时，同心腔道8中部加热池外管壁11受外部不均匀温度场辐射加热，超导相变工质10得热气化，同心腔道8内部的超导相变工质10因双锥体复合管7内外壁温差而形成气液两相流在同心腔道8内部快速循环，使双锥体复合管内管5管壁形成等温管壁，并将等温壁管壁上的热量均匀地传导给炉体中的垃圾12使其裂解气化。当相变工质10将气化潜热通过双锥体复合管内管5管壁传导给垃圾后，卸载潜热的相变工质10由气态相变为液态，在炉体旋转力和重力作用下又回流到加热区的加热池9，周而复始，将外部的热量源源不断地供给垃圾裂解气化。双锥体复合管8内管壁的温度取决于同心腔道8内部的气液循环两相流的温度。同心腔道8内部的气液循环两相流的温度在燃烧器13沿炉体轴向的温度场不均匀的状态下，可始终保持炉体内垃圾反应区14相对稳定的温度和压力。双锥体超导等温回转炉体1中部热池9周围是环周加热区18，通过环周加热区18加热，可使加热器3产生的不均匀温度场得以改善，辐射热能可均匀进入同心腔道中部加热池9，使超导相变工质10得热气化提速。

所述的加装在双锥体超导等温回转炉体1加热池9中的超导相变工质10为活化的、工作温度在400℃至800℃的液态单质金属或者液态合金金属。

所述的双锥体超导等温回转炉体1按轴向水平态置于支座39上，同心的金属内管5和金属外管6构成的两头小中间粗的双锥体相互对称，锥体的锥度为1∶3.5≥锥度≥1∶7。采用双锥体结构便于液态金属工质工作时利用重力和炉体的旋转力自动回流到加热池中，同心腔道中不用加装吸液芯。

所述的双锥体超导等温回转炉体内管5的内壁面装有若干个金属搅拌板15，金属搅拌板15与双锥体复合管7内管壁连接，又与双锥体回转式超导垃圾裂解炉内部的垃圾12接触，设备工作时随着双锥体复合管7回转炉体的回转，金属搅拌板15在翻动垃圾12向出气口16方向运行的同时，可将双锥体复合管7内管壁上的热量均匀地传导给炉体中的垃圾12，实施对垃圾12的连续裂解气化。

所述的双锥体超导等温回转炉体1的外围是绝热层17，绝热层 17是耐高温高效保温材料，它可以防止炉体上的温度向外扩散。所述的绝热层17是导热系数在0.05W/(m.K)以下的，耐热温度大于 800℃的无机保温材料，如氧化铝多晶纤维棉，稀土保温泥，陶瓷纤维保温棉，或者石棉保温层，石墨保温层等，绝热层17厚度为15cm～ 20cm。

所述的双锥体超导等温回转炉体1的中部是环周加热区18，环周加热区18上边是加热池9，下边安装加热器3，围绕环周加热区 18上面焊接有若干金属换热片19，加热器3的燃烧器13工作形成的加热场与环周加热区18及若干金属换热片19相对应。双锥体超导等温回转炉体1旋转时，环周加热区18及环周加热区的若干金属换热片19均可接受到燃烧器13加热场的高温辐射热，从而激活加热池9 中的超导相变工质10工作。加热器3的燃料是裂解炉本身产生的可燃性气体。环周加热区18周围包裹有聚热罩20，聚热罩20外表面包裹耐高温保温材料21，它可以防止炉体环周加热区18上的温度向外扩散，以便集中加热器3产生的热量全部辐射在炉体的环周加热区 18上，确保炉膛垃圾反应区14的工作温度稳定在500℃至800℃。聚热罩20的上方安装有烟道，烟道上面加装有超导余热回收器22，超导余热回收器22可以把进入加热器的空气预热，然后提供给加热器3的燃烧器13使用，以提高燃烧器13的燃烧效率。

所述的双锥体超导等温回转炉体1的左端和右端分别安装有滚滚带I24和滚带II25，滚带I24和滚带II25分别安装在滚槽I26和滚槽II27中。双锥体超导等温回转炉体1左侧安装有废渣出口28，废渣出口28左侧是出气口16，出气口16通过密封环I30与炉体左端头31连接。双锥体超导等温回转炉体1右端头40通过密封环II32 与进料机4连接。

所述的进料机4壳体是一个圆柱形管体33，圆柱形管体33的内部是送料螺旋34，送料螺旋34与电动机35的减速器I36连接。进料机圆柱形管体33的上部是进料口37，进料口37侧面装有喷水口45，垃圾通过进料口37和送料螺旋34送人裂解炉炉膛垃圾反应区14。圆柱形管体33下方安装有辅助燃烧器23，对进入进料机4喷上水的垃圾进行预热。

所述的双锥体超导等温回转炉体1的回转炉体驱动器2由装在炉体上的驱动齿环41、驱动电机42、减速器II43构成，驱动电机42 通过减速器II43与驱动齿环41啮合，驱动电机42工作，双锥体超导等温回转炉体1旋转，转速每分钟5～8转，若干个金属搅拌板15 随炉体一起转动，搅拌垃圾12由炉体右端头40向左端头31移动，完成垃圾裂解气化过程。