一种低放废物焚烧用重结晶碳化硅陶瓷全衬燃烧炉的制作方法

本实用新型涉及废物处理领域，尤其是低放可燃物处理领域，具体为一种低放废物焚烧用重结晶碳化硅陶瓷全衬燃烧炉。本申请的燃烧炉适用于低放可燃固体废物和废油的焚烧处理，具有较好的应用效果。

背景技术：

传统的放射性废物焚烧多采用过量空气式焚烧技术，受现有燃烧炉型的固有缺陷影响，当焚烧含有塑料、橡胶等合成高分子物质的物料时，容易产生焦油、烟炱等不完全燃烧产物；另外，在焚烧热塑性塑料时，还会发生熔漏现象。为了解决燃烧完全问题，以往的努力都是增加一个或几个后燃烧室，并增加燃料助燃，但效果均不理想。

为此，从20世纪80年代开始，世界各国相继开始进行新的焚烧工艺的研究开发工作。从目前的技术发展趋势来看，主流发展工艺是热解—焚烧法，即从燃烧机理入手，人为地把物料的热解与热解产物的燃烧分开来进行，即先使物料在中温缺氧的环境中受热裂解，将燃气引出，使之与足够的空气充分混合之后，再在高温燃烧室进行预混燃烧，这一过程使扩散混合条件大大地改善，燃烧反应很快完成，抑制了焦油、烟炱等不完全燃烧产物的生成，达到完全燃烧的目的。因此，热解-焚烧法通常需要热解炉、燃烧炉双炉联用。

目前，国内已有的放射性废物燃烧炉内胆通常选用耐火砖或高铝耐火管制成，其存在内表面在高温环境下易剥落、气密性差、抗热震性差，及热膨胀应力大、易破损等问题，在放射性废物焚烧领域使用存在较大的风险。

因此，迫切需要一种新型燃烧炉，以解决上述问题。

技术实现要素：

本实用新型的发明目的在于：针对目前国内已有的放射性废物燃烧炉采用耐火砖或高铝耐火管作为内胆材料，造成内胆易破损的问题，提供一种低放废物焚烧用重结晶碳化硅陶瓷全衬燃烧炉。本申请对燃烧炉的结构进行了全新的改进和优化设计，解决了燃烧炉内胆易破损的问题，增加了燃烧炉的使用寿命和安全性能，能够满足低放废物焚烧的需求，具有较高的应用价值。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种低放废物焚烧用重结晶碳化硅陶瓷全衬燃烧炉，包括上端盖、下端盖、燃烧单元、连接组件，所述上端盖上分别设置有燃油喷嘴、热解气入口且自燃油喷嘴喷入的燃油与自热解气入口进入的热解气能在低放废物焚烧用重结晶碳化硅陶瓷全衬燃烧炉内燃烧，所述下端盖上设置有出口；

所述燃烧单元包括重结晶碳化硅内胆、第一填充层、刚玉管、保温组件、外壳体、第一刚玉支撑盘、第一金属法兰，所述第一填充层采用al2o3空心球构成，所述重结晶碳化硅内胆、第一填充层、刚玉管、保温组件从内之外依次相连并构成内衬组件，所述内衬组件设置在第一刚玉支撑盘上且第一刚玉支撑盘能为内衬组件提供支撑，所述第一刚玉支撑盘与第一金属法兰相连，所述第一金属法兰与外壳体相连且外壳体通过第一金属法兰能为第一刚玉支撑盘提供支撑；

所述燃烧单元为至少两个且燃烧单元从上至下相连为一体并构成炉体，相邻两个燃烧单元之间通过位于上方燃烧单元中的第一金属法兰将两个燃烧单元的外壳体相连为一体；

所述上端盖通过连接组件与炉体最上方的燃烧单元相连，所述炉体最下方燃烧单元的第一金属法兰与下端盖相连。

所述重结晶碳化硅内胆、第一填充层、刚玉管、保温组件、外壳体分别呈环形。

所述重结晶碳化硅内胆、第一填充层、刚玉管、保温组件、外壳体分别呈圆环形。

相邻两个燃烧单元之间的重结晶碳化硅内胆之间通过止口相连，所述止口上设置有耐高温无机密封胶。

所述上端盖上还设置有便于操作人员查看低放废物焚烧用重结晶碳化硅陶瓷全衬燃烧炉内燃烧情况的窥视孔。

所述出口位于下端盖的底端。

所述外壳体采用金属材料制备而成。

所述外壳体、第一金属法兰分别采用钢材料制备而成。

所述炉体上还设置有热电偶接口。

所述热电偶接口设置在燃烧单元上。

所述燃烧单元为四个且四个燃烧单元从上至下相连为一体。

所述上端盖包括第二刚玉莫来石保温层、第二高铝纤维棉保温层、上壳体，所述第二刚玉莫来石保温层、第二高铝纤维棉保温层、上壳体从内至外相连为一体。

所述连接组件包括第二刚玉支撑盘、第二金属法兰，所述上端盖与第二刚玉支撑盘相连，所述第二刚玉支撑盘与第二金属法兰相连，所述第二金属法兰与炉体相连。

所述第二金属法兰与炉体最上方燃烧单元的外壳体相连。

所述第二金属法兰采用钢材料制备而成。

所述保温组件包括第二保温层、第三保温层，所述第二保温层位于第一填充层外侧，所述第三保温层位于第二保温层外侧。

所述第二保温层采用刚玉莫来石砖制备而成，所述第三保温层采用高铝纤维棉制备而成。

所述重结晶碳化硅内胆、第一填充层、刚玉管、第二保温层分别设置在第一刚玉支撑盘上且第一刚玉支撑盘能为重结晶碳化硅内胆、第一填充层、刚玉管、第二保温层提供支撑；所述第三保温层填充在外壳体与第二保温层之间。

所述重结晶碳化硅内胆、第一填充层、刚玉管、第二保温层、第三保温层、外壳体从内之外依次相连为一体。

针对前述问题，本申请提供一种低放废物焚烧用重结晶碳化硅陶瓷全衬燃烧炉，包括上端盖、下端盖、燃烧单元、连接组件。其中，上端盖上分别设置有燃油喷嘴、热解气入口、窥视孔，下端盖上设置有出口。

燃烧单元包括重结晶碳化硅内胆、第一填充层、刚玉管、保温组件、外壳体、第一刚玉支撑盘、第一金属法兰。其中，第一填充层采用al2o3空心球构成，重结晶碳化硅内胆、第一填充层、刚玉管、保温组件从内之外依次相连并构成内衬组件，内衬组件设置在第一刚玉支撑盘上，第一刚玉支撑盘与第一金属法兰相连，第一金属法兰与外壳体相连。重结晶碳化硅内胆、第一填充层、刚玉管、保温组件、外壳体分别呈圆环形，从内至外相连为一体。

本申请中，燃烧单元为至少两个，燃烧单元从上至下依次相连为一体，并构成炉体，相邻两个燃烧单元之间通过位于上方燃烧单元中的第一金属法兰将两个燃烧单元的外壳体相连为一体。上端盖通过连接组件与炉体最上方的燃烧单元相连，炉体最下方燃烧单元的第一金属法兰与下端盖相连。以三个燃烧单元从上至下依次相连为例，将最上方的燃烧单元记为第一个燃烧单元，中间的燃烧单元记为第二个燃烧单元，最下方的记为第三个燃烧单元；第一个燃烧单元的第一金属法兰分别与第一燃烧单元的外壳体、第二燃烧单元的外壳体紧固连接；第一个燃烧单元的顶端通过连接组件与上端盖相连，第三个燃烧单元通过其中的第一金属法兰与下端盖相连。优选地，相邻两个燃烧单元之间的重结晶碳化硅内胆之间通过止口相连，止口上设置有耐高温无机密封胶。

该结构中，燃油自燃油喷嘴喷入，热解气自热解气入口进入，热解气与燃油在低放废物焚烧用重结晶碳化硅陶瓷全衬燃烧炉内混合、燃烧，而操作人员则可通过窥视孔查看燃烧炉内的燃烧情况。

本申请中，炉体采用分段式结构设计，并采用分段组装的方式，便于消除因热膨胀产生的轴向应力。同时，燃烧单元的重量通过与金属法兰相连的外壳体承担，可减轻底部承重，降低因高温下强度衰减所造成的耐火材料破裂和坍塌风险。同时，本申请对炉体结构进行了全新的改进，其采用至少两个燃烧单元沿轴向依次相连而成，并构成炉体。在炉体中，以重结晶碳化硅内胆作为第一层内胆，其抗热震性能优异，高温环境下的化学性质稳定，耐酸、碱腐蚀性能好，耐高温氧化性能好，高温环境下强度高，能有效解决现有燃烧炉中耐火砖或耐火管在高温环境下易剥落、炸裂的问题，增加了设备的安全性。同时，重结晶碳化硅材料的气孔率远低于常见耐火砖和耐火管，增加了燃烧炉的气密性，降低放射性气体泄漏的风险。优选地，重结晶碳化硅内胆之间通过止口连接，止口连接处用耐高温无机胶密封。在保证燃烧炉密封性能的前提下，有利于消除炉体因热膨胀所产生的轴向应力。

进一步，本申请采用刚玉管作为第一层保温材料，并在重结晶碳化硅内胆与刚玉管之间填充由al2o3空心球构成的第一填充层。该结构中，第一填充层的传热系数低，配合刚玉管，既能保证炉体的强度，提升炉体的保护性能，又有利于降低重结晶碳化硅内胆的内壁、外壁之间的温差，提升重结晶碳化硅内胆的抗热震性能，提高炉体自身的保温性能。

优选地，保温组件包括第二保温层、第三保温层，第二保温层采用刚玉莫来石砖制备而成，第三保温层采用高铝纤维棉制备而成；第二保温层位于第一填充层外侧，第三保温层位于第二保温层外侧。外壳体采用金属材料制备而成；进一步，外壳体、第一金属法兰分别采用钢材料制备而成。该结构中，重结晶碳化硅内胆、第一填充层、刚玉管、第二保温层、第三保温层、外壳体从内之外依次相连为一体，重结晶碳化硅内胆、第一填充层、刚玉管、第二保温层分别设置在刚玉支撑盘上，刚玉支撑盘能为重结晶碳化硅内胆、第一填充层、刚玉管、第二保温层提供支撑。本申请中，采用莫来石-刚玉轻质砖制作第二保温层，采用高铝纤维棉作为第三层保温材料，采用钢结构作为外壳体。

炉体上还设置有热电偶接口；进一步，热电偶接口设置在燃烧单元上。通过在热电偶接口内设置相应的热电偶，能够有效测量燃烧炉内部相应位置的温度，有助于操作人员了解燃烧炉内的燃烧情况。优选地，燃烧单元为四个，四个燃烧单元从上至下相连为一体。

进一步，上端盖包括第二刚玉莫来石保温层、第二高铝纤维棉保温层、上壳体，第二刚玉莫来石保温层、第二高铝纤维棉保温层、上壳体从内至外相连为一体。连接组件包括第二刚玉支撑盘、第二金属法兰，上端盖与第二刚玉支撑盘相连，第二刚玉支撑盘与第二金属法兰相连，第二金属法兰与炉体相连；优选地，第二金属法兰与炉体最上方燃烧单元的外壳体相连，第二金属法兰采用钢材料制备而成。本申请中，对上端盖的结构和连接方式进行了改进，在避免易风化剥落、抗热震性能差、炸裂缺陷的前提下，简化了上端盖的结构，保证了燃烧炉整体的性能。

综上所述，本申请提供一种低放废物焚烧用重结晶碳化硅陶瓷全衬燃烧炉，其用于与放射性废物前处理、热解、尾气净化装置及必备的辅助系统相连接，可用于低放可燃固体废物和废油的焚烧处理。本申请中，燃烧炉采用分段式结构设计，炉体由多个燃烧单元相连而成，且燃烧单元由重结晶碳化硅内胆、采用al2o3空心球构成的第一填充层、刚玉管、采用刚玉莫来石砖构成的第二保温层、采用高铝纤维棉构成的第三保温层、外壳体构成，并通过刚玉支撑盘提供支撑，将刚玉支撑盘固定在壳体的支撑环（即本申请的金属法兰）上，组成为一个整体燃烧炉。经测定，采用本申请的燃烧炉，可避免现有燃烧炉所存在的易风化剥落、抗热震性能差、炸裂的问题，且燃烧炉内壁导热系数高、抗热震性能好、耐酸碱腐蚀性能强，燃烧炉自身具有较高的强度和较好的气密性，有效消除了陶瓷材料周向膨胀的热应力，并便于现场安装、检修及更换。与现有用于低放废物焚烧的燃烧炉相比，本申请的抗热震性、气密性等关键性能均有明显提升，可显著提高其使用的安全性和寿命。本申请作为低放可燃废物的焚烧处理系统中的关键单体设备，在放射性废物焚烧领域具有广阔的推广及应用前景。

附图说明

图1为实施例1中燃烧炉的结构示意图。

图中标记：1、重结晶碳化硅内胆，2、第一填充层，3、刚玉管，4、第二保温层，5、第三保温层，6、第一刚玉支撑盘，7、第一金属法兰，8、外壳体，9、燃油喷嘴，10、热解气入口，11、窥视孔，12、热电偶接口。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实施例低放废物焚烧用重结晶碳化硅陶瓷全衬燃烧炉包括上端盖、下端盖、燃烧单元、连接组件。如图所示，上端盖上分别设置有燃油喷嘴、热解气入口、窥视孔；下端盖上设置有出口。其中，自燃油喷嘴喷入的燃油与自热解气入口进入的热解气进入燃烧炉内，并在其中燃烧；而窥视孔则便于操作人员查看燃烧炉内燃烧情况。

燃烧单元包括重结晶碳化硅内胆、第一填充层、刚玉管、保温组件、外壳体、第一刚玉支撑盘、第一金属法兰。本实施例中，第一填充层采用al2o3空心球构成，保温组件包括第二保温层、第三保温层，第二保温层采用刚玉莫来石砖制备而成，第三保温层采用高铝纤维棉制备而成。本实施例中，重结晶碳化硅内胆、第一填充层、刚玉管、第二保温层、第三保温层、外壳体分别呈圆环形。如图所示，重结晶碳化硅内胆、第一填充层、刚玉管、第二保温层、第三保温层、外壳体从内之外依次相连为一体，重结晶碳化硅内胆、第一填充层、刚玉管、第二保温层分别设置在第一刚玉支撑盘上，第一刚玉支撑盘与第一金属法兰相连，第一金属法兰与外壳体相连。该结构中，第一刚玉支撑盘能为重结晶碳化硅内胆、第一填充层、刚玉管、第二保温层提供支撑，外壳体通过第一金属法兰能为第一刚玉支撑盘提供支撑；第三保温层填充在外壳体与第二保温层之间。

如图所示，本实施例中，燃烧单元为四个，四个燃烧单元从上至下相连为一体并构成炉体。相邻两个燃烧单元之间，通过位于上方燃烧单元中的第一金属法兰将两个燃烧单元的外壳体相连为一体；同时，如图所示，相邻两个燃烧单元之间的重结晶碳化硅内胆之间通过止口相连，止口连接处用耐高温无机密封胶密封。本实施例中，连接组件包括第二刚玉支撑盘、第二金属法兰，上端盖与第二刚玉支撑盘相连，第二刚玉支撑盘与第二金属法兰相连，第二金属法兰与炉体最上方的燃烧单元相连。同时，炉体最下方燃烧单元的第一金属法兰与下端盖相连。基于前述连接，将上端盖、炉体、下端盖连接为一体，构成燃烧炉整体。本实施例中，外壳体、第一金属法兰、第二金属法兰分别采用钢材料制备而成。

如图所示，本实施例的燃烧单元上还设置有热电偶接口，即炉体的侧壁上设置有热电偶接口。

该燃烧炉工作时，燃油自燃油喷嘴喷入，热解气自热解气入口进入，热解气与燃油在低放废物焚烧用重结晶碳化硅陶瓷全衬燃烧炉内混合、燃烧，而操作人员则可通过窥视孔查看燃烧炉内的燃烧情况，通过设置在热电偶接口内的热电偶则能测定燃烧炉相应位置的温度。

本实施例中，对燃烧炉的结构进行了全新的改进，采用分段式结构设计，并对炉体结构进行了大幅改进。通过采用分段结构形式，使炉体分段组装，便于消除因热膨胀产生的轴向应力；同时，改变现有燃烧炉的受力方式，将每段燃烧单元的重量由外壳体承担，可减轻底部承重，降低因高温下强度衰减造成的耐火材料破裂和坍塌风险。本申请中，采用重结晶碳化硅内胆、采用al2o3空心球构成的第一填充层、刚玉管、采用刚玉莫来石砖构成的第二保温层、采用高铝纤维棉构成的第三保温层、外壳体构成燃烧单元；其中，重结晶碳化硅内胆具有抗热震性能优异、高温环境下化学性质稳定、耐酸及碱腐蚀性能好、耐高温氧化性能好的优点，能避免燃烧炉内壁在高温环境下易剥落、炸裂的问题，增加了设备的安全性；而重结晶碳化硅内胆之间通过止口连接，并采用耐高温无机密封胶密封，能够增加燃烧炉的气密性，降低放射性气体泄漏的风险；而刚玉管作为第一保温层，其具有较好的保温性能，且具有一定的强度，有利于为第一填充层提供相应的填充空间；在重结晶碳化硅内胆与刚玉管之间设置由al2o3空心球构成的第一填充层，而al2o3空心球传热系数低，且具有较好的保温性能，有利于降低重结晶碳化硅内胆内壁、外壁之间的温差，提升燃烧单元的抗热震性能；在第一保温层外，采用刚玉莫来石砖构成的第二保温层，在第二保温层与外壳体之间设置高铝纤维棉构成的第三保温层，从而进一步提升炉体的保温性能，在满足燃烧单元的强度、保温性能的前提下，降低燃烧单元的重量。

将本申请的燃烧炉与放射性废物前处理、热解、尾气净化装置及必备的辅助系统相连接，可用于低放可燃固体废物和废油的焚烧处理。经测试，本申请避免了现有燃烧炉所存在的易风化剥落、抗热震性能差、炸裂的缺陷问题，燃烧炉的抗热震性、气密性等关键性能较国内现有放射性废物燃烧炉均有明显提升，可显著提高其使用的安全性和寿命，且易于安装、维修及更换，适应性强。本申请作为低放可燃废物的焚烧处理系统中的关键单体设备，具有广阔的推广及应用前景。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。