催化燃烧器、催化燃烧热解炉窑及催化燃烧热解的方法与流程

本发明总地涉及有机固废处理技术领域，具体涉及一种催化燃烧器、催化燃烧热解炉窑及催化燃烧热解的方法。

背景技术：

目前，有机固废的处理方式主要以填埋和焚烧为主。其中，填埋占地面积较大，产生的渗滤液还有大量的致病菌及重金属，对地下水造成严重污染。焚烧产生的二次污染，最主要的是二噁英及飞灰。二噁英是剧毒气体，能够富集在人体内，导致癌变，严重威胁人体的健康；飞灰是危险废弃物，含有大量的重金属，处理不当将严重破坏自然环境。

热解技术是在绝氧环境下将有机固废等进行燃烧热解，转化为热解油气(热解油、热解气)和热解炭的新技术，其最主要的特点就是二噁英的产生量几乎为零。但是，热解时使用热解炉在对有机固废进行热解时，由于炉型的不同，各自具有不同的优缺点。如，固定床热解炉对有机固废一次热解处理量较小，炉内的环境难于控制。流化床气化装置热解炉在对有机固废进行热解处理时，容易产生大量的飞灰，对原料的要求极高。旋转床热解炉对有机固废进行热解处理时，可以有效避免飞灰的产生，且炉内的还原性环境还可以将重金属还原为无毒状态，固化在热解炭中，使热解炭成为一种普通的含炭物质，可以当作原料使用。

在热解炉窑中，燃烧系统对热解的效果及污染物的排放量有极大的影响。目前，普遍采用的是普通的火焰燃烧方式，对有机固废进行热解，这种方式无法降低燃烧系统中烟气的氮化物(nox)的排放量，污染物排放量大，环境污染严重，且燃烧以对流为主，传热效率极低，热损失严重。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对普通火焰燃烧效率低、热损失严重，污染物排放量大等问题，提供一种新型催化燃烧器、含有此新型催化燃烧器的催化燃烧热解炉窑及利用此催化燃烧热解炉对有机固废进行催化燃烧热解的方法。利用含有新型催化燃烧器的催化燃烧热解炉对有机固废进行催化燃烧，提高热效率、降低污染，实现大量连续生产。

本发明提供了一种催化燃烧器，包括燃烧腔体、燃烧部件和混合气管路；

所述混合气管路与所述燃烧腔体相通，用于向所述燃烧腔体内输送可燃混合气体；

所述燃烧部件位于所述燃烧腔体内，包含蘸有催化剂的催化剂载体，所述催化剂能够促进所述可燃混合气体燃烧。

进一步地，所述催化燃烧器还包括冷却系统，所述冷却系统穿过所述燃烧腔体，能够降低所述燃烧腔体内的温度。

进一步地，所述催化剂载体为蜂窝状结构，以陶瓷作为主体材料。

进一步地，所述催化剂载体的截面为正方形，边长为150mm-300mm，垂直于所述截面方向的厚度为15mm-30mm。

进一步地，所述催化剂为贵金属催化剂。

进一步地，所述混合器管路分为两路，分别从所述燃烧腔体相对的两端将所述可燃混合气体送入所述燃烧腔体内。

进一步地，所述燃烧腔体的外表面设置有固定架，所述固定架上有保护壳体。

本发明还提供一种催化燃烧热解炉窑，包括上面所述的催化燃烧器、旋转床和烟气腔体；

所述烟气腔体为环形，包含烟气空腔内壁、烟气空腔外壁及它们之间的空腔；所述烟气空腔呈半包围状置于所述旋转床外围；

所述催化燃烧器用于向所述烟气空腔传递热能；

所述催化燃烧器包含外环催化燃烧器、内环催化燃烧器和炉顶催化燃烧器；所述外环催化燃烧器安装于所述烟气空腔外壁的外侧，所述内环催化燃烧器安装于所述烟气空腔内壁的外侧，所述炉顶催化燃烧器安装于所述烟气空腔的顶部外侧。

进一步地，所述外环催化燃烧器不少于2个，沿周向均布于所述烟气空腔外壁的外侧；所述内环催化燃烧器不少于2个，沿周向均布于所述烟气空腔内壁的外侧；所述炉顶催化燃烧器不少于2个，沿周向均布于所述烟气空腔的顶部外侧。

本发明还提供一种利用上述催化燃烧热解炉窑对有机固废进行催化燃烧热解的方法，包括：

步骤s1、将所述物料由物料进口送入所述旋转床；

步骤s2、在所述混合气管路中通入所述可燃混合气体，所述可燃混合气体进入所述燃烧腔体，所述催化燃烧器利用所述可燃混合气体点火启动，所述可燃混合气体在所述催化燃烧器中进行有焰燃烧，直至全部变为无焰燃烧；此过程中，所述催化燃烧器将热能传递给所述物料，所述物料在绝氧环境下热解，产生热解气；

步骤s3、所述热解气经汇聚后由出气口排出，用水激冷，将所述高温热解气迅速冷却至60℃-100℃，经分离净化后，作为燃料使用。

利用本申请的催化燃烧热解炉窑对有机固废进行热解处理，产生的热解气经分离后作为催化燃烧器的燃料使用，在催化燃烧器内富氧燃烧，将热量以辐射方式传递给热解炉的炉膛壁，接着以辐射方式将热量传送给物料，在绝氧环境下，物料分解为热解油气和热解炭等清洁能源。提高了燃料利用效率、降低氮化物等污染物的排放，可以实现大量连续生产作业。

附图说明

图1所示为催化燃烧器结构示意图；

图2所示为本申请催化燃烧热解炉窑俯视示意图；

图3所示为图2视图的a-a剖视图。

附图标记说明：

101-燃烧腔体；

102-燃烧部件；

1021-催化剂载体；

103-混合器管路；

104-冷却系统；

10a-外环催化燃烧器；

10b-内环催化燃烧器；

10c-炉顶催化燃烧器；

20-旋转床；

201-炉膛；

202-炉底转盘；

203-炉篦；

204-水封槽；

205-水封刀；

30-烟气空腔。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

本申请的催化燃烧器包括燃烧腔体101、燃烧部件102和混合器管路103。其中，混合器管路103与燃烧腔体相通，用于向燃烧腔体101内输送可燃混合气体；燃烧部件102位于燃烧腔体101内。燃烧部件102上包含蘸有催化剂的催化剂载体1021，催化剂能够促进可燃混合气体燃烧。

向混合器管路103中通入可燃混合气体，如空气和天然气的混合。混合器管路103分两路与燃烧腔体101相对的两端相通，可燃混合气体分别从此两端的管路进入燃烧腔体101，在燃烧腔体101内燃烧。由于在燃烧部件上设有蘸催化剂的催化剂载体1021，催化剂能够崔进可燃混合气体的充分快速燃烧。将可燃混可气体从燃烧腔体101相对的两端通入燃烧腔体101，有助于可燃混合气体均匀充满燃烧腔体101进行燃烧，燃烧后产生的烟气由烟气出口直接排出。

由于可燃混合气体的燃烧，为防止催化燃烧器的温度过高，引起爆燃，在催化燃烧器内设置冷却系统，如水循环冷却系统，冷却系统从燃烧腔体101的一端穿入，另一端穿出，对燃烧腔体101进行降温。

同时催化剂载体1021设计为蜂窝状结构，能够使催化剂存储于蜂窝状的空腔内，增大可燃混合气与催化剂的接触面积，使可燃混合器能够充分燃烧。因为陶瓷具有一定的强度，能够承受较大的气流冲击及气流磨损，同时还可以承受1000℃以上的高温，因此在一具体实施例中采用陶瓷作为催化剂载体1021的主体材料。

将催化剂载体1021的截面设计为正方形，使其具有良好的机械性能，边长为150mm-300mm,垂直于截面方向的厚度为15mm-30mm。在一具体实施例中，催化剂载体1021的截面边长为200mm，垂直于截面方向的厚度为20mm，即保证了催化燃烧的稳定性，同时节省了催化剂使用量，降低了成本。

催化燃烧的催化剂较佳的为贵金属催化剂，如钯、铑、铂等贵金属催化剂。为了防止蘸有贵金属催化剂的蜂窝状催化剂载体1021相互挤压，造成机械破损，在燃烧腔体101的外表面设置一固定架，即在催化燃烧器的表面设置固定架，固定架上设保护壳体，用来对催化燃烧器进行保护。另外也可在固定架上单独安放一陶瓷体，用于对催化燃烧器进行保护。

在一具体的实施例中，采用上述催化燃烧器的催化燃烧热解炉窑，如图2和图3所示所示，包含催化燃烧器、旋转床20和烟气空腔30。

烟气空腔30为环形，包含烟气空腔内壁、烟气空腔外壁以及他们之间的空腔。烟气空腔30呈半包围状置于旋转床20的外围。

催化燃烧器包含外环催化燃烧器10a、内环催化燃烧器10b和炉顶催化燃烧器10c。外环催化燃烧器10a安装于烟气空腔30外壁的外侧，内环催化燃烧器10b安装于烟气空腔30内壁的外侧，炉顶催化燃烧器10c安装于烟气空腔30的顶部外侧。

旋转床20的主体也为环形，包括炉膛201、炉底转盘202、炉篦203、炉篦支架、炉壁、炉顶、水封槽204和水封刀205。其中，旋转床的炉墙及炉顶固定不动，炉底转盘202匀速旋转，水封槽204固定在炉壁下端，水封刀205与炉底转盘202无缝焊接，水封刀205镶嵌在水封槽204内，保证炉膛201的气密性，从而使炉膛201为绝氧环境。

烟气空腔30与炉膛201的外壁直接相连，催化燃烧器燃烧产生的热量传递给炉膛壁，几乎无损失的传递到炉膛201内，大大提高了炉膛201的热利用率。

炉篦203位于炉膛201内，炉底转盘202上方，由支架支撑。炉篦203上布置物料，炉膛201内的热气流从炉篦203下通过，将热量以对流换热的方式传递给物料的下表面，物料的上表面接收来自炉壁的辐射热。

通常，外环催化燃烧器10a不少于2个，沿周向均布于烟气空腔30外壁的外侧。内环催化燃烧器10b不少于2个，沿周向均布于烟气空腔30内壁的外侧；炉顶催化燃烧器10c不少于2个，沿周向均布于烟气空腔30的顶部外侧。

在一具体实施例中，外环催化燃烧器10a、内环催化燃烧器10b和炉顶催化燃烧器10c均设置4个。其中，外环催化燃烧器10a和内环催化燃烧器10b对应设置于烟气空腔壁的内外侧。

在一具体实施例中，旋转床20的内径为1000mm，外径2000mm，炉膛201高500mm，炉篦203距离炉底转盘202的高度为200mm。整个选装床20的环形主体人为的分为四个区域，预热区、热解一区、热解二区、出料区。每个区域对应设置一组催化燃烧器，其中，预热区温度在500℃一下，热解一区及热解二区的温度在850℃一下，出料区的温度在600℃以下。

物料经进料口送入炉篦203上，在炉膛201内高温热解，产生热解油气和热解炭等清洁能源。其中，热解气出口设置于出料区，与炉膛201相通，物料热解干馏处热解气后，经汇聚由热解气排气口排出。排出的热解气温度较高，可达55℃。此时，用水激冷，将550℃的热解气迅速冷却至85℃，经分离净化后可作为燃料供催化燃烧器燃烧使用。

利用本申请的催化燃烧热解炉窑对有机固废进行催化燃烧热解时，首先将物料由进料口送入旋转床20，在混合器管路103中通入可燃混合气体，如热解气等。可燃混合气体进入燃烧腔体101，催化燃烧器利用可燃混合气体点火启动，可燃混合气体在催化燃烧器中进行有焰燃烧，直至全部变为无焰燃烧。在此过程中，催化燃烧器将热能传给给物料，物料在炉膛201内的绝氧环境下热解，产生热解油气。热解气经汇聚后由热解气排气口排出，用水激冷，迅速冷却至60℃-100℃，较佳的为85℃，经分离净化后可作为燃料使用。即利用催化燃烧热解炉窑对有机固废进行催化燃烧热解的步骤为：

步骤s1、将物料由物料进口送入旋转床20；

步骤s2、在混合气管路30中通入所述可燃混合气体，可燃混合气体进入燃烧腔体101，催化燃烧器利用可燃混合气体点火启动，可燃混合气体在催化燃烧器中进行有焰燃烧，直至全部变为无焰燃烧；此过程中，催化燃烧器将热能传递给物料，物料在绝氧环境下热解，产生热解气；

步骤s3、热解气经汇聚后由出气口排出，用水激冷，将热解气迅速冷却至60℃-100℃，经分离净化后，作为燃料使用。

利用此方法时，对物料的适应性极强，诸如煤类、石油类、木质类、固体有机废弃物等均可热解，并不局限于有机固废。本发明中催化燃烧热解炉体并不局限于旋转床20一种，固定床、流态床等均适用于本申请。

实施例一

以生活垃圾为例，将含水率为50％的生活垃圾进行预处理，除去大块的砖头、铁块等，再经由滚筒筛除去无机渣土，再经磁选和破碎后送入出料坑进行堆滤，垃圾破碎至50mm-100mm。堆滤后的垃圾含水率为30％，经由无轴螺旋送入旋转床20。在预热区，炉膛201温度为500℃，物料温度为350℃，此时主要进行生活垃圾的烘干。热解一区和热解二区的温度为850℃，物料温度为750℃，此时生活垃圾进行绝氧热解，大量产生热解气。出料区温度在600℃以下，此时的生活垃圾基本热解完毕，降低温度有利于热解炭的冷却，热解气经汇聚后由热解气排气口排出，经分离净化后，作为催化燃烧器的燃料，热解气热值在3000kcal/m³，具有很高的利用价值。

在此实施例中，使用的催化燃烧热解炉窑中，催化燃烧器有四组，每组催化燃烧器之间的布置夹角为90°，每一组均包括一外环催化燃烧器10a、一内环催化燃烧器10b和一炉顶催化燃烧器10c。各组内外环催化燃烧器10a、内环催化燃烧器10b和炉顶催化燃烧器10c的混合器管路汇总到一根总管路，催化燃烧器利用可燃混合气体点火启动。若是天然气与空气混合作为可燃混合器，由于天然气的热值为8000kcal/m³，空气与天然气的空燃比为2:1。

点火后，首先在蘸有催化剂的蜂窝状催化剂载体1021表面进行有焰燃烧，随着燃烧的进行，有焰燃烧的面积逐渐减少，无焰燃烧的面积逐渐扩大，直至蘸有催化剂的蜂窝状陶瓷体表面全部变为无焰燃烧，此时即为稳定的催化燃烧状态。整个过程需要5min-10min。此时，再将可燃混合器切换为热解气，热解气热值在3000kcal/m³左右，因此需要将空燃比调整为0.8:1，待蘸有催化剂的蜂窝状陶瓷体表面的无焰燃烧稳定后，启炉完毕。

催化燃烧以辐射的方式向外放出让梁，其热效率较普通的火焰燃烧高20％，其辐射热被炉膛壁吸收。催化燃烧后的烟气温度为900℃，以对流换热的方式将热量传递给炉膛壁，两种传热方式的充分利用，将催化燃烧的系统利用率提高50％，且燃烧烟气中一氧化碳(co)的含量小于5mg/m³，氮化物(nox)的含量小于10mg/m³，催化燃烧后的烟气经激冷换热后汇聚至烟气脆口达标排放，污染物几乎近零排放。此外，燃料的利用率高，不仅可以利用低热值的热解气，采用1mm边长的蜂窝状陶瓷体还可以节约燃料，避免浪费，因此，催化燃烧热解炉是一种热效率高、节能环保、经济效益好的热解炉窑。

炉膛壁吸收的催化燃烧热量几乎无损失的传递至炉膛201内，炉膛201内的物料上表面主要吸收炉膛壁的辐射热，物料的下表面主要靠经过炉篦203下方的热量进行对流换热。生活垃圾在旋转床内经过绝氧热解后，产生热解油气和热解炭，热解气完全满足系统自身的使用，降低了运行成本。

实施例二

在另一具体的实时例中，生活垃圾含水率为56％，堆滤至含水率28％，垃圾粒径破碎至500mm，然后送入旋转床。热解一区及热解二区的炉壁温度为850℃，物料温度为750℃，热解气成分见表1，热值为4000kcal/m³左右。

表1热解气组分体积分数

催化燃烧器在启动后通入热解气，空燃比为1.1:1，燃烧稳定后，热解一区及热解二区的催化燃烧器无焰燃烧表面温度为950℃，催化燃烧烟气温度为900℃。蘸有催化剂的蜂窝状陶瓷体(催化剂载体1021)使用寿命超过1000小时，可连续运行45天左右，运行成本低。

由于布料厚度对炭产率和气产率有较大影响，长期实践表明，布料厚度为100mm和150mm的气产率相当，分别为34.5％和33.％。而当布料厚度为200mm时，气产率大幅度下降，仅为28.1％。从产气量方面考虑，布料厚度为100mm时要比150mm时略有优势；但从垃圾处理量方面考虑，布料厚度150mm更有优势。综合考虑，布料厚度为150mm时最佳。不同布料厚度产率见表2。

表2不同厚度产率(干基)

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。