专利名称：焚化炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于处理城市垃圾的焚化炉，由这种焚化炉产生的未燃烧气体量被限制到最小程度。
为了降低从焚化炉中产生的未燃烧气体的量，至今已提出了多种技术方案例如日本专利公开第63-282414号公开的“废物焚化方法及其设备”，和日本专利公开第63-279013号公开的“用于控制从流化床焚化炉产生的NOx和未燃烧气体的装置”。
在上述的两个技术中，设置了一种横过燃烧室的二次空气喷入装置，让喷入的空气产生的旋流促进氧和未燃烧气体的混合，因而控制了有害物质的产生。
另外，在上述两个已有技术中，靠喷入空气的贯穿力(即，喷入燃烧室的二次空气的流速)混合二次空气和未燃气体。因此，随着离二次空气喷入孔的距离的增加，该搅拌力迅速变弱，因此，存在未燃烧气体将通过喷入的二次空气作用不到的区域，结果是不能实现空气与未燃烧气体的混合。如果为防止这类问题发生增加空气喷入孔，喷入空气的贯穿力将变弱，而这是不希望发生的。
假如在日本专利公开第63-282414号公开的设备的后段中提供一个节流部分，在流动中不与上述空气接触的未燃烧气体，在通过节流部分时也可能不与上述空气接触。
鉴于上述情况，本发明目的是提供一种焚化炉，它用来使未燃烧气体与氧迅速、安全地发生反应，使未燃烧气体在没与氧进行反应时不可能被排出，因而使该焚化炉产生的未燃烧气体量降到最小程度。
为解决上述问题，本发明提供了一个焚化炉，在其中待焚化物质在炉篦部分或沙流化床部分上燃烧，并且所产生的燃烧气体被引入一个燃烧室，这燃烧室就直接在上述炉篦或上述沙流化床上面并与其相连，并且所述气体在燃烧室中与二次空气混合，因此在预定的停留时间里完成燃烧，该焚化炉包括一个延伸预定距离的节流通道，它由上述燃烧室的相对气流方向在横截面方向上收缩的中间部分限定，以便增加流过的气体流速;一个下燃烧室，是由上述燃烧室的低于节流通道的一部分限定，它在横截面方向上是扩大的;一个上燃烧室，是由上述燃烧室的高于节流通道的一部分限定，它在横截面方向上是扩大的;一个第一档板，位于上述节流通道的入口附近，它横过下燃烧室，故将燃烧气流分成大致相等的两股气流，上述第一档板具有中空的结构，其侧壁上带有许多二次空气喷入孔，用于在逆着燃烧气流流向或与该气流流向正交喷出二次空气;和一个第二档板，位于节流通道的出口附近，它横过上燃烧室，所以使燃烧气流分成大致相等的两股气流。
因此在上述燃烧室的中部提供一个节流通道，低于该节流通道的部分燃烧室称为下燃烧室，高于该节流通道的部分燃烧室称为上燃烧室。另外，第一档板邻近节流通道的入口且横过下燃烧室，所以使燃烧气流分成两股大致相等的气流，并且第二档板位于节流通道的出口附近，它横过上燃烧室，所以将燃烧气流分成大致相等的两股气流。于是，下燃烧室产生的燃烧气体被第一档板分成两股。加速之后，这两股气流在节流通道入口处互相撞击并汇合。燃烧气体穿过上述节流通道后迎面撞击位于节流通道出口处的第二档板。换句话说，通过两个分别位于节流通道进出口处的档板的共同作用，充分利用燃烧气体所具有的动能产生强搅拌力，结果燃烧气流被阻滞。所以没有排出不与氧反应的未燃烧气体的可能性。因而，未燃烧气体与氧反应的过程是安全和迅速的，从而可以将从焚化炉中排出的未燃烧气体的量降到最小程度。
图面说明
图1是按本发明的焚化炉结构的垂直剖视图;
图2是沿图1A-A线的剖视图;
图3是按照本发明的另一焚化炉结构的垂直剖视图;
图4是一个第二档板结构的放大的剖视图;
图5是沿图3的B-B线的剖视图;
图6是本发明又一焚化炉的垂直剖视图;
图7为图6所示焚化炉中一个第二档板的平面图;
图8是本发明的另外一个焚化炉的垂直剖视图;
下面将参考附图描述本发明的实施方案，必须指出本发明不仅局限于这些实施方案。
图1和2表示了一个按本发明的焚化炉结构。图1是该焚化炉的垂直剖视图，而图2是沿图1的A-A线的剖视图。如图所示，一个焚化炉10具有一个沙流化床12，一个下燃烧室13，一个节流通道14和一个上燃烧室15，上述部分是按照所述顺序从底下到顶部排列的，它们被一个炉壁11围着。
更准确地讲，节流通道14是一个具有预定长度的通道，它由燃烧室的相对于气流方向在横截面方向上收缩的中间部分构成，该节流通道使流过的气流速度加大。低于节流通道14的部分燃烧室称为下燃烧室13，而高于该节流通道14的部分燃烧室称为上燃烧室15。第一档板16被安置在邻近节流通道14入口处，它横过下燃烧室13，使燃烧气流分成两段大致相等的气流，并且第二档板17位于节流通道14的出口处，它横过上燃烧室15，将燃烧气流分成两股大致相等的气流。
设置于邻近上述节流通道14入口处的第一档板16具有中空的结构，在其外周涂有耐火材料。第一档板16的底部和侧部具有多个二次空气喷入孔16a，在逆着和与该燃烧气流正交的相应方向上向外喷出二次空气。上述第一档板16可以用外表面涂有耐火材料的水管制成。位于节流通道14出口附近的第二档板17，其外表面涂有耐火材料。最好第二档板17的上端面是能防止灰尘积聚的凸形。第二挡板17可以用外表面涂有耐火材料的水管制作。
另外，第二档板17可以具有中空的结构，在其侧壁上制有多个二次空气喷射孔，用来逆着未燃烧气体的流向或与其正交喷射出二次空气，同第一档板16的喷射方式相同。
一个风箱18位于上述沙流化床12之下。风箱18的一边具有一个一次空气入口20。还有限定下燃烧室13的侧壁的炉壁11上有一个废料入口19。通过一次空气从一次空气入口20吹入炉内，使沙流化床12流化。当待焚化废物从废料入口19投在沙流化床12上时，通过加热使废料在高温下在流化床12上气化(该气体包括大量未燃烧气体)。
限定下燃烧室13的顶壁的炉壁11和第一档板16阻滞上述气流，使气体在下燃烧室的滞留时间尽可能长。在这种状态下，二次空气从二次空气喷射孔16a吹入该气流，使二次空气与该未燃烧气体相互混合。接着，混合气流被第一档板16分成两股大致相等的气流，它们分别流过由炉壁11和第一档板16所限定的通路，然后在节流通道14中互相撞击、汇合。因为节流通道14的横截面积小，增加了气流的流速，同时，二次空气与未燃烧气体被充分搅拌混合。
在节流通道14中加速了的气体然后流入具有相对大一点横截面积的上燃烧室15中。因为第二档板17装在节流通道14的出口附近，气流也被第二档板17阻滞并分成两股大致相等的气流，它们分别经过炉壁11和第二档板17之间的通路，在上燃烧室15中又互相汇合在一起。
在上述过程中已基本完全相互混合的燃烧气体在保持高温下在上燃烧室15中逗留一段预定的时间。随后气体从气体出口排出。该设备被设计成使气体从第一档板16到上燃烧室15的燃烧气体出口所用平均停留时间不小于1秒。
从第一档板16和下燃烧13的顶壁之间的区域流入节流通道14的主气流，相对于节流通道14Y轴的角度，其范围是90°≥θ≥30°。
从第一档板16和下燃烧室13顶壁之间的区域流入节流通道14的气体平均流速V1，其范围是8米/秒到10米/秒，同时，流过节流通道14的气体的平均流速V2，其范围为6米/秒至10米/秒，并且从节流通道14流出的气体经过第二档板17和上燃烧室15下壁之间的区域的平均流速V3的范围是4米/秒至6米/秒。
另外，第二档板17的宽度l2不小于节流通道14的宽度l1。
图3至5示出本发明的另一种焚化炉的结构。图3是该焚化炉的一个垂直剖视图，而图4是一个显示了该焚化炉的第二档板结构的放大图，并且图5是沿图3的B-B线的剖视图。这个焚化炉是一种自动添加燃料式燃烧炉，其中，设置的直接位于炉篦34之上的下燃烧室31、节流通道32和上燃烧室33，从底下到顶部按所述顺序排列。该炉具有炉壁37，该炉壁具有包括水管壁37a的外侧和包括耐火材料37b的内侧。
第一档板35装于节流通道32的入口附近，它横过下燃烧室31，使燃烧气流能被分成两股大致相等的气流，还有一第二档板36被装在节流通道32的出口附近，它横过上燃烧室33，使燃烧气流可以被分成大致相等的两股气流。一个废料入口38被设置在下燃烧室31的一个侧壁上，还有热回收装置39，如一个锅炉，安在上燃烧室33的顶部。
第一档板35与图1和2所示焚化炉的第一档板16的结构基本相同，第一档板35可以用外表面涂有耐火材料的水管制成。
第二档板36包括三个集管40，它们之间用水管41和42相连，而且第二档板36的外表面涂有一层耐火材料43，如图4例子所示。
需要注意的是由第一档板35和下燃烧室31的顶壁之间的区域流入节流通道32的主气流，其方向与节流通道32的Y轴的夹角θ取值范围与图1、2所示的焚化炉的相应取值范围相同。还有从第一档板35和下燃烧室31的顶壁之间的区域流入节流通道32的平均气体流速V1，以及流过节流通道32的未燃烧气体的平均流速V2和流出节流通道32后，流过第二档板36和上燃烧室33的下底壁之间的区域的未燃烧气体的平均流速V3也都与图1和2所示焚化炉具有同样的取值范围。
在具有上述结构的焚化炉中，由于在沙流体床12(或炉篦34)上燃烧而产生的气体(含有大量未燃烧气体)流入下燃烧室13(31)，在那儿它与二次空气混合，二次室气以合适的流速从第一档板16(35)吹入。随后，气体被第一档板16(35)分成两股大致相等的气流，它们在第一档板16(35)和下燃烧室13(31)之间的区域被加速到8米/秒至10米/秒的范围，接着在节流通道14(32)入口处气流互相撞击并汇合在一起，从而相互充分混合。因而，迅速进行未燃烧气体与氧的反应。
在节流通道14(32)入口处相互汇合在一起的气流在相互混合并保持6米/秒至10米/秒的流速条件下通过节流通道14(32)，然后撞在出口处的第二档板17(36)上，因而改变了气流的方向。结果是该气流被分成两股大致相等的气流，它们流过第二档板17(36)和上燃烧室15(33)的下底壁之间的相应通道，并且以4米/秒至6米/秒的流速流入上燃烧室15(33)。
在上述工艺过程中已基本相互混合的燃烧气体在上燃烧室15(33)中在保持高温状态下停留一段预定的时间。随后，从排气口排出该气体。该设备设计成使气体从第一档板16(35)至上燃烧室15(33)的燃烧气排气口的平均滞留时间不小于1秒。
图6是本发明只一实施方案的焚化炉的垂直剖视图。在图6中，焚化炉具有一个下燃烧室13，一个节流通道14，一个上燃烧室15和一个热回收装置39，如图1中的焚化炉那样配置。
图6的焚化炉还包括一个沙流化床112，一个带多个二次空气喷射孔16a的第一档板116和一个第二档板117，这些部分的结构与图1所示焚化炉的结构稍有不同。辅助的空气喷入孔52位于下燃烧室13的壁上。
在图6中，沙流化床112由一个循环式流化床组成，其中，有一个流化状态相对较强并且被流化介质向上运动的区域，还有一个流化状态相对较弱并且介质倾向于沉降趋势的区域，在这两个区域的上部和下部，在各自部分的介质倾向于横向运动到其他两个区域中，以实现流化床的完整的循环。这两个不同的区域是由改变风箱18鼓入各区域的空气的流速而形成的。空气由空气管线50供给风箱18。这种循环式流化床本身是已知的，被公开在早先的出版物如US4，452，155和4，823，740号专利中。
第一档板116，其剖面具有一个环形部分，和一个在该环形部分之上的夹角部分。在夹角部分上所形成的表面相对于水平向夹角是这样确定的当灰尘落在该表面上就滑下去，从而防止灰尘积聚。
在图6和7中所示的第二档板117带有三个集管40，它们由水管41连接，而且外部涂有耐火材料43。第二档板117与图4中的第二档板36是不同的，因为它具有多个开口部分62，它们在图7所示的平面图中按之字形排列，即，第二档板包括两块各自具有许多开口62的板件，两板件沿水平的分界线64互相连接，开口部分62沿该分界线64呈之字形排列。
在图7里，流过第二档板117的开口部分62的燃烧气体产生许多小湍流，促进了氧和未燃烧气体的混合。
图8是本发明又一焚化炉实施方案的垂直剖视图。在图8中，焚化炉具有一个沙流化床112，它是一个循环式流化床，一个下燃烧室13和一个节流通道14，一个带有许多二次空气喷入孔16a的第一档板116，和一个第二档板217，如图6所示焚化炉那样配置。
图8的焚化炉还包含一个气体冷却塔60，它具有多个喷水嘴66，代替图3和6中的热回收装置39。该气体冷却塔60用来通过喷水嘴66将水喷入气体，冷却废气，以防止通风机或某些其他与焚化炉连接的装置的热损坏。通风机用来将焚化炉的燃烧气体排出到大气中。
在图8中，第二档板217用一种耐火材料制成，并且带有冷却通路77。第二档板217的上端面与图1相似是凸出的，以防止尘灰的积聚。
图8所示的焚化炉适于焚化具有低热量的物质如城市垃圾，也可以建成相对小规模的工厂。
因而，按上面多个实施方案所述，焚化炉的结构使得气流互相撞击，并且还撞击第一、第二档板，所以气流可有效地被搅拌和混合在一起。这样，可以实际上完全防止未燃烧气体没进行燃烧就被排出排气口，如现有技术存在的情况那样。
在本发明中，装在节流通道入口处的第一档板具有这样的功能从第一档板里喷入燃烧室的二次空气同由沙流化床上升的未燃烧气体混合，以便进行反应。第一档板对未燃烧气体的流动具有一个缓冲效应，使未燃烧气体在下燃烧室停留的时间加长。燃烧气体的大部分气体与氧反应、完成燃烧，并在下燃烧室中与部分未燃烧气体混合，它被第一档板分成两股气流。第一档板与节流通道入口一起使两股气流的速度加大，并使它们在节流通道中互相撞在一起。
本发明的节流通道被制成减少燃烧气体上升通过的通道的横截面面积的形式，使得由第一档板分成的两股气流，被加速至每秒8米至10米的速度并且互相撞击。同绕档板产生湍流的简单扩散效应相比，节流通道由于气流互相撞击大大增加了气体的混合效果。与没有节流通道的情况相比，节流通道具有这样的横截面积气流互相撞击之后具有每秒6至8米的速度，并且减少了流过邻近炉壁的未燃烧气体量。
装于节流通道入口处并横过上燃烧室的第二档板最好具有大于节流通道宽度l1的宽度l2，以便使未燃烧气体在节流通道里保持趋向于在炉壁附近通过。大部分气体在通过节流通道后撞击第二档板的下表面，这样促进了混合，第二档板的效果是它隔绝了从节流通道到热回收设备或气体冷却塔的热辐射，并且使节流通道的气体保持在高温下，所以不切断气体的反应，第二档板具有一个用耐火材料制的外表面，可以从该耐火材料的表面上产生到气流上的热辐射，这样进一步促进了气体的反应。
在本发明中，第一档板、节流通道和第二档板互相结合促进了混合，和氧与未燃烧气体的反应，因此，这些部件对本发明来说是必不可少的。
如上所述，本发明提供了下列有益的效果
(1)未燃烧气体与二次空气实质上可以完全混合，混合靠很强的搅拌力实现，该力是通过利用气体所具有的动能而使诸燃烧气流之间的撞击和燃烧气流与诸档板之间的撞击而得到的，所以它可防止未燃烧气体不燃烧就被排出。
(2)因为未燃烧气体和二次空气是有效地相互混合的，这可以减少吹入炉中的二次空气量(即可以降低过剩空气率)和将燃烧气体保持在高温下，因而能促进有害物质的分解，如二噁英。
(3)借助于上述有益的效果，按照本发明，能够使用于处理城市垃圾的焚化炉排出的如CO那样的未燃烧气体量减至最小，而且也减少了如二噁英那样的有害物质的排出。
权利要求
1.一种焚化炉，在炉中一种待焚化物质在一个炉篦部分或一个沙流化床部分上燃烧，产生的燃烧气体被引入直接位于上述炉篦部分或上述沙流化床部分之上并与其相连的燃烧室，而且在上述燃烧室中与二次空气混合，在预定的时间内完成燃烧，包括一个延伸预定长度距离的节流通道，它由上述燃烧室的相对于气流方向在横截面方向上收缩的中间部分限定，以便增加流过的气体流速；一个下燃烧室，是由上述燃烧室的低于上述节流通道的一部分限定，其在横截面方向上是扩大的；一个上燃烧室，是由上述燃烧室的高于上述节流通道的一部分限定，其在横截面方向是扩大的；一个第一档板，位于上述节流通道的入口附近，它横过上述下燃烧室，结果将燃烧气流分成两股大致相等的气流，上述第一档板具有一中空结构，其侧壁具有许多用于喷射二次空气的喷射孔，沿逆着或与燃烧气流正交的方向喷出二次空气；和一个第二档板，位于上述节流通道的出口附近，它横过上燃烧室，结果将燃烧气流分成大致相等的两股气流。
2.按权利要求1所述的焚化炉，其特征在于，上述第一和第二档板的外周面涂有一种耐火材料。
3.按权利要求1所述的焚化炉，其特征在于，所述第一和第二档板分别用外周面涂有一种耐火材料的水管制成。
4.按权利要求1至3中任一权利要求所述的焚化炉，其特征在于，上述的上、下燃烧室和上述节流道是用水管壁形成的，并且水管壁的与高速气体接触的部分涂有耐火材料。
5.按权利要求1所述的焚化炉，其特征在于，燃烧气体通过上述第一档板和上述下燃烧室之间限定的最小横截面进入节流通道的流速范围从8米/秒至10米/秒，同时在节流通道中燃烧气体的流速范围是6米/秒至10米/秒，并且流出上述第二档板和上述上燃烧室之间最小横截面的燃烧气体的流速是4米/秒至6米/秒。
6.按权利要求1所述的焚化炉，其特征在于，上述第二档板的宽度不小于上述节流通道的宽度。
7.按权利要求1所述的焚化炉，其特征在于，流入上述节流通道的燃烧气体主流方向相对于上述节流通道的轴线的角不大于90°并且不小于30°。
8.按权利要求1所述的焚化炉，其特征在于，气体在从上述第一档板的二次空气喷射孔到上述燃烧室的燃烧气出口的区域内停留的平均时间不小于1秒。
9.按权利要求1至3中任一权利要求所述的焚化炉，其特征在于，上述第二档板包含两个板件，每个板件具有许多开口，上述两板件沿水平的分界线互相连接，上述开口沿分界线按之字形排列。
10.按权利要求1至3中任一权利要求所述的焚化炉，其特征在于，所述沙流化床是一个循环式流化床。
11.按权利要求1所述的焚化炉，其特征在于，从上述燃烧室来的燃烧气体通过热回收装置释放进入大气。
12.按权利要求1至3中任一权利要求所述的焚化炉，其特征在于，从上述燃烧室来的燃烧气体通过水喷淋式气体冷却塔和通风机被释放进入大气。
全文摘要
一种能使未燃烧气体与氧迅速反应的焚化炉，它产生的未燃烧气体量最小。一个燃烧室的中间部分相对于气流方向在横截面方向上收缩，因而提供了一个具有预定长度的节流通道14。低于上述节流通道的一部分燃烧室和高于上述节流通道的一部分燃烧室在横截面方向上是扩大的，它们分别称为下燃烧室13和上燃烧室15。第一挡板16安在节流通道14的进口处，它横过下燃烧室13；而且第二挡板17安在节流通道14的出口处，它横过上燃烧室15。
文档编号F23L9/02GK1068642SQ92103378
公开日1993年2月3日 申请日期1992年4月15日 优先权日1991年4月15日
发明者佐藤启一, 山岸幸男, 志水和义, 吉田裕 申请人:株式会社荏原制作所