一种熔融燃烧余热利用一体炉的制作方法

1.本实用新型涉及熔融燃烧余热利用技术领域，尤其是涉及一种熔融燃烧余热利用一体炉。


背景技术：

2.传统熔融炉均采用耐火材质砌筑或浇筑，由于危险废物种类繁杂和重金属含量高，且熔融温度需维持在1300℃以上，高温和腐蚀极易导致炉内耐材出现贯穿侵蚀等现象，且耐材升温需要严格按照升温曲线进行，启停炉时间长达3-5天。且传统的熔融炉经常配套二燃室和余热锅炉，产生工艺流程长、热量损失大、设备投资高和占地面积大的问题。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种熔融燃烧余热利用一体炉，包括：
4.熔融区，其包括熔融空腔及包围所述熔融空腔的冷却壳体，所述冷却壳体的内壁上设置熔融液保护层；
5.烟气区，其包括烟气空腔及包围所述烟气空腔的壁组件，所述烟气区与所述熔融区连通，所述壁组件接收来自所述冷却壳体的冷却介质、并利用所述烟气空腔内的热量对所述冷却介质进行加热；
6.余热利用区，其与所述烟气区的壁组件连通，用于对来自所述壁组件内经加热的冷却介质进行汽液分离；
7.其中，所述烟气区分别设置进料口和排烟口。
8.优选地，所述烟气区与所述熔融区采用法兰进行连接。
9.优选地，所述冷却壳体内设置冷却夹套，所述冷却夹套与所述烟气区的壁组件连通。
10.优选地，所述熔融区的冷却夹套端部设置连接管，所述连接管将所述冷却夹套与所述烟气区的壁组件进行连通。
11.优选地，所述余热利用区包括上升管、汽包及蒸汽接口；所述上升管连通所述壁组件及所述汽包，所述蒸汽接口设置在所述汽包上；所述汽包通过所述上升管接收来自所述壁组件内经加热的冷却介质进行汽液分离，并将得到蒸汽传送到所述蒸汽接口。
12.优选地，所述熔融区底部还设置排净口，用于停炉阶段将熔融区内的溶液排出炉内。
13.优选地，所述排烟口的位置高于所述进料口的位置。
14.优选地，所述熔融区还设置多个喷口；所述喷口用于将含氧气体喷入到所述熔融空腔内所述熔融液中。
15.优选地，所述熔融区还设置多个热源设备，用于将所提供的热能输送到所述熔融区内熔融液的表面上。
16.优选地，所述热源设备为天然气烧嘴或等离子炬。
17.本实用新型提供了一种熔融燃烧余热利用一体炉，包括熔融区、烟气区、余热利用区；熔融区包括熔融空腔及包围所述熔融空腔的冷却壳体，所述冷却壳体的内壁上设置熔融液保护层；烟气区包括烟气空腔及包围所述烟气空腔的壁组件，所述烟气区与所述熔融区连通，所述壁组件接收来自所述冷却壳体的冷却介质、并利用所述烟气空腔内的热量对所述冷却介质进行加热；余热利用区与所述烟气区的壁组件连通，用于对来自所述壁组件内经加热的冷却介质进行汽液分离；其中，所述烟气区分别设置进料口和排烟口。本实用新型的一体炉中熔融区由于设置冷却壳体及熔融液保护层，无需采用耐火材料，不但能够实现快速启停，而且由于保护层的物理化学性质与熔池内高温溶液一致，因此可抵抗熔融区内高温溶液的侵蚀，炉体使用寿命较传统的耐材形式提高数十倍；且本实用新型通过创造性的设计，解决了传统熔融采用耐材设计造成的使用寿命短、无法稳定运行、启炉时间长等问题，同时将传统的熔融炉、二燃室和余热锅炉的三炉设计创造性的设计为一体式炉，不但极大地提高了热量利用率，同时节约了设备投资和占地。
附图说明
18.通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的特征和优点将更为清楚。附图仅用于表示优选实施例方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
19.图1是本实用新型的剖面结构示意图;
20.图中，1、熔融区，2、烟气区，3、余热利用区，4、法兰，5、连接管；
21.11、冷却壳体，12、冷却夹套，13、熔融液保护层，14、进水口，15、排液口，16、热源设备，17、喷口，18、排净口， 21、壁组件，22、进料口，23、排烟口，31、上升管，32、蒸汽接口，33、汽包。
具体实施方式
22.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
23.参照图1所示，为本实用新型公开的一种熔融燃烧余热利用一体炉，包括熔融区1、烟气区2、余热利用区3；熔融区1包括熔融空腔及包围所述熔融空腔的冷却壳体11，所述冷却壳体11的内壁上设置熔融液保护层13；烟气区2包括烟气空腔及包围所述烟气空腔的壁组件21，所述烟气区2与所述熔融区1连通，所述壁组件21接收来自所述冷却壳体11的冷却介质、并利用所述烟气空腔内的热量对所述冷却介质进行加热；余热利用区3与所述烟气区2的壁组件21连通，用于对来自所述壁组件21内经加热的冷却介质进行汽液分离；其中，所述烟气区2分别设置进料口22和排烟口23。本实施例中，冷却介质优选为软水。
24.继续参照图1所示，排烟口23的位置高于进料口22的位置。
25.继续参照图1所示，冷却壳体11内设置冷夹套12，冷却夹套12与烟气区2的壁组件
21连通。其中，壁组件21包括内壁和外壁，内壁和外壁之间具有接收来自冷却壳体的冷却介质的环腔。
26.应当理解的是，熔融液保护层13是在一体炉操作过程中形成的，在本实施例中熔融液保护层13是由熔融液在冷却壳体11的内壁形成的熔融液挂渣，即挂渣层；进料启炉前对熔融区1的冷却壳体11通入软水，软水充满到冷却夹套12中时，熔融区1的冷却壳体11利用冷却夹套12内壁与高温熔融区1内的高温熔融液的温差，将熔融区1内熔融液冷却在冷却夹套12内壁形成熔融液挂渣层；其中挂渣层由于挂渣的物理化学性质与熔池内高温溶液一致，因此可抵抗熔融区内高温溶液的侵蚀，炉体使用寿命较传统的耐材形式提高数十倍，此种结构避免了传统耐材结构易损坏的问题。本实施例中，进料启炉前先开启炉体冷却水，且需保证冷却水一定流速和压力，从而保证升温运行后系统的安全。
27.上述实施例中，由于中部的烟气区2同时采用壁组件21的形式，其中壁组件21是由内外壁形成的中空结构（参见图1所示），壁组件21直接与熔融过程中产生的热烟气进行换热，能够将壁组件21内来自熔融区1冷却夹套12内的热水进一步加热，形成蒸汽与水的混合物进入余热利用区3，经过汽水分离产生蒸汽，热效率较传统三炉设计提高10%以上。本实施例通过创造性的设计，解决了传统熔融采用耐材设计造成的使用寿命短、无法稳定运行、启炉时间长等问题，同时将传统的熔融炉、二燃室和余热锅炉的三炉设计创造性的设计为一体式炉，不但极大地提高了热量利用率，同时节约了设备投资和占地。
28.继续参照图1所示，烟气区2与熔融区1采用法兰4进行连接的。熔融区2的冷却夹套12端部设置连接管5，连接管5将冷却夹套12与烟气区2的壁组件21进行连通。应当理解的是，通过法兰4的连接将熔融区1与烟气区2分割为独立的两部分，当其中某一腔需要更换时打开法兰4解除连接进行更换。其中，设置的连接管5又实现了对冷却夹套12及壁组件21的连通；当冷却夹套12内随着熔融液温度的升高产生的热水，经过连接管5的连通将热水运送到壁组件21的中空结构中直接与熔融过程中产生的热烟气进行换热，逐渐形成蒸汽与水的混合物进入余热利用区3，经过汽液分离产生蒸汽，热效率较传统三炉设计提高10%以上。
29.继续参照图1所示，余热利用区3包括上升管31、汽包33及蒸汽接口32；上升管31连通壁组件21及汽包33，蒸汽接口32设置在汽包33上；汽包33通过上升管31接收来自壁组件21内经加热的冷却介质（即热水）进行汽液分离，并将得到蒸汽传送到蒸汽接口32。
30.继续参照图1所示，冷却夹套12还包括进水口14，进水口14设置在熔融区1的底侧。应当理解的是进水口14设置在熔融区底侧与整个一体炉底部平齐的位置，以保证水冷效果，避免存在冷却不到的死区。
31.参照图1所示，熔融区1的侧面设置排液口15，用于排出熔融区1内的熔融液。熔融区1底部还设置排净口18，用于停炉阶段将熔融区内的溶液排出炉内。应当理解的是，当熔融液经熔烧合格时，通过排液口15将高温熔融液排出炉体，然后再通过进料口22加入新的危险废物进行熔烧。其中，进入停炉阶段时，则使用排净口18对残留的熔烧液进行排净处理，由于排净口18设置在熔融区1的底部，利于残留熔烧液的排净。
32.参照图1所示，熔融区1还设置多个喷口17；喷口17用于将含氧气体喷入到熔融空腔的熔融液中，其中含氧气体也可以为纯氧气体。通入含氧气体能够使物料熔融过程中有机质部分能够进行充分的燃烧，且烟气量仅为空气助燃形式时的50%以下。
33.继续参照图1所示，熔融区1还设置多个热源设备16，用于将所提供的热能输送到
熔融区1内熔融液的表面上。热源设备16为天然气烧嘴或等离子炬。熔融区设置的热源设备16使燃烧温度高于空气燃烧温度，物料熔融过程中有机质部分能够进行充分的燃烧。
34.在上述实施例中，当热源设备16及喷口17同时启动时，由于热源及过量纯氧的参与，在烟气区2的烟气空腔内能够完成3t（温度、停留时间和湍流扰动）和+1e（氧气过量）的燃烧要求，能保证燃烧温度达到1100℃以上、停留时间超过2秒以上、废物与空气能够充分混合扰动、并且有充足的氧气使燃烧完全，因此无需独立设置二燃室。
35.上述实施例中，熔融区1内喷入含氧气体时喷口17保持一定的流速，确保氧气能够与危险废物热解气化残碳进行充分燃烧，避免因残碳的存在影响玻璃体浸出性能以及资源化品质，同时产生的热量用于熔融，从而节约天然气烧嘴或等离子炬功率消耗量，通过熔池温度与天然气烧嘴或等离子炬的功率连锁调节，可达到节约能耗的效果。
36.本实用新型提供的熔融燃烧余热利用一体炉的操作使用方法：
37.进料启炉前先启动炉体熔融区1上冷却壳体11上设置的进水口14，且需保证冷却水一定流速和压力，从而保证升温运行后系统的安全；随后通过引风机等形式连接合成气出口保证一体炉腔内处于微负压状态，压力在-30pa左右。然后通过进料口22在炉内添加危险废物，并通过开启喷口17和热源设备16等将物料形成高温熔池，在形成高温熔池的同时，通过利用冷却夹套12与熔融区1内高温液体的温差，在冷却夹套12内壁形成一层熔融液保护层13（即挂渣层），从而形成对整个壳体的保护；
38.冷却水通过熔融区1底侧进水口14进入后，经过换热后温度升至约100℃以内，随后热水进入烟气区2的壁组件21（即膜式壁）中空结构中，经过与高温烟气换热后，转化为汽水混合物，最终进入汽包33经汽水分离产生蒸汽；
39.待熔融区内壁熔融液保护层13（即挂渣层）稳定后，即开始加入待处理的危险废物，危险废物从进料口22加入后自上而下过程中，经过干燥、热解和气化，有机质部分产生为co和h2等合成气，热解后的残碳和无机质部分进入熔融区1，通过热源设备16的火焰实现熔融换热，同时配合喷口17融入的纯氧，使得残碳迅速与氧气反应放热，而无机质部分则被高温熔融形成玻璃态溶液，重金属被包裹固定在 si-o 所形成的玻璃体网格中，形成无毒、无害的玻璃固化体，此玻璃体可进行制作岩棉等资源化利用；
40.当根据生产要求需要停炉时，打开排净口18，将一体炉内溶液全部排净，当炉内温度降至室温后，关闭系统冷却水，完成停炉。
41.本实用新型提供了一种熔融燃烧余热利用一体炉，包括熔融区1、烟气区2、余热利用区3；熔融区1包括熔融空腔及包围所述熔融空腔的冷却壳体11，所述冷却壳体11的内壁上设置熔融液保护层13；烟气区2包括烟气空腔及包围所述烟气空腔的壁组件21，所述烟气区2与所述熔融区1连通，所述壁组件21接收来自所述冷却壳体11的冷却介质、并利用所述烟气空腔内的热量对所述冷却介质进行加热；余热利用区3与所述烟气区2的壁组件21连通，用于对来自所述壁组件21内经加热的冷却介质进行汽液分离；其中，所述烟气区2分别设置进料口22和排烟口23。本实用新型的一体炉中熔融区由于设置冷却壳体及熔融液保护层13，无需采用耐火材料，不但能够实现快速启停，而且由于挂渣的物理化学性质与熔池内高温溶液一致，因此可抵抗熔融区内高温溶液的侵蚀，炉体使用寿命较传统的耐材形式提高数十倍；且本实用新型通过创造性的设计，解决了传统熔融采用耐材设计造成的使用寿命短、无法稳定运行、启炉时间长等问题，同时将传统的熔融炉、二燃室和余热锅炉的三炉
设计创造性的设计为一体式炉，不但极大地提高了热量利用率，同时节约了设备投资和占地。
42.应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
43.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实用新型的保护范围之中。