一种有机废料处理装置的制作方法

本实用新型涉及一种有机废料处理装置，尤其适用于有机废液和有机废气等有机废料的单相或多相物料的气化处理，为棘手的有机废料环保利用提供一种清洁高效的新途径。

背景技术：

随着我国煤化工、石油化工、冶金、皮革、造纸、制药、纺织、印染等精细化工行业快速发展，有机废料排放量与日俱增，给社会带来巨大的环保压力。大部分有机废料中都含有有毒、有害成分，如果不经处理直接排放，势必会严重污染生态环境，危害公众身心健康。而目前有机废料的处理技术，不仅要配置专业的环保处理设备，而且要消耗额外的生物材料、气体或液体燃料能源等，技术经济成本比较高，而且普遍存在效率不高、处理不净、容易产生二次污染等问题。

作为煤气化系统的核心设备，气化炉气化室可以提供一个高温、高压还原性气氛环境，能够快速、彻底的分解有机废料，将其中的碳、氢、氧等元素转变为清洁的一氧化碳、氢气等合成气成分，实现变废为宝，为企业创造附加经济价值，其余元素通过成熟的后续工艺系统进行回收利用。因此，将气化工艺与有机废料处理工艺有机集成，通过有机废料烧嘴的高效组织，结合精细均布、高效燃烧等技术，充分利用有机废料自身含有的化学能，进行有机污染物的完全有用化转化，真正实现环保清洁生产，具有巨大的社会效益和经济效益。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种新型的有机废料处理装置，该装置可以环保、清洁、高效、节能的方式，解决环保领域棘手的有机废料排放污染问题，并实现有用化利用，创造附加价值。

本实用新型的有机废料烧嘴具有有机废料高效雾化、毒害物彻底焚烧、有机质完全气化功能，在高温高压气化室内有限的反应空间和停留时间内，能够快速、彻底地使有机废料中的有机成分转化为合成气中的有效成分。这种烧嘴调节灵活、运行稳定、操作弹性大、使用寿命长、便于维修，且可适应各类有机废料的成分、浓度、流量等参数变化。

本实用新型是通过以下技术方案实现：

一种有机废料处理装置，包括高温高压气化炉和组合式多元物料气化烧嘴，所述组合式多元物料气化烧嘴包括粉煤烧嘴和有机废料烧嘴；

其中，所述粉煤烧嘴包括由外至内同轴套装的外层管、中层管和内层管；所述外层管与中层管、中层管与内层管通过盖板焊接；所述外层管与中层管之间的环形空间构成粉煤通道，中层管与内层管之间的环形空间构成氧化剂通道，内层管与有机废料烧嘴外壁之间的环形空间构成功能物料通道；所述粉煤烧嘴外层管与中层管之间盖板设有N个沿周向均布的开孔，其中N为大于或等于2的整数，粉煤输送管穿过开孔进入粉煤通道；所述粉煤输送管在烧嘴尾部的一端设有粉煤入口，烧嘴头部的一端设有粉煤喷口；所述中层管侧面，设有氧化剂入口；所述内层管侧面，设有功能物料入口；

所述有机废料烧嘴，包括由外至内同轴套装的外层管、内层管；外层管与内层管通过盖板焊接；所述外层管与内层管之间的环形通道构成有机废料通道，内层管内侧构成雾化剂通道；所述外层管的侧面，设有有机废料入口；所述内层管的尾部，设有雾化剂入口；所述外层管、内层管头部与有机废料均布装置螺纹连接或焊接。

可选地，当有机废料为废液时，所述有机废料均布装置为液体雾化结构，采用压力雾化或速度雾化的方式，内有高效气液两相雾化混合腔。

可选地，当有机废料为废气时，所述有机废料均布装置为气体均布结构。

优选地，所述粉煤烧嘴的粉煤输送管为直管或螺旋管结构；粉煤喷口是具有切向角度的等截面喷口或面积渐缩的喷口。

优选地，所述粉煤烧嘴的氧化剂通道出口设有气体旋流装置。

可选地，所述有机废料烧嘴可同轴套装在粉煤烧嘴内侧，两者相互独立，互不连通，通过法兰连接为整体，且粉煤烧嘴内径大于有机废料烧嘴外径。

进一步地，所述有机废料烧嘴的外层管身部设有安装法兰；所述粉煤烧嘴的外层管身部和内层管尾部设有安装法兰，粉煤烧嘴外层管身部法兰与气化炉炉体连接，粉煤烧嘴内层管尾部法兰与有机废料烧嘴外层管身部法兰连接。

可选地，所述粉煤烧嘴和有机废料烧嘴也可拆分后组合使用，具体连接方式为以粉煤烧嘴为中心，沿周向均布M个有机废料烧嘴，其中M为大于或者等于1的整数，有机废料烧嘴与粉煤烧嘴轴线具有夹角a，a为10°～80°。

优选地，所述粉煤烧嘴的外层管、中层管、内层管以及有机废料烧嘴的外层管、内层管，均设有冷却剂夹套；所述冷却剂夹套分别设有冷却剂进口和冷却剂出口；所述冷却剂可以为水或其他合适的冷却介质。

优选地，所述粉煤烧嘴头部和有机废料烧嘴头部及有机废料均布装置采用耐腐蚀、耐高温合金材料加工，或在表面涂覆有耐腐蚀、耐高温的材料。

其中，本实用新型所述的粉煤，为富含碳氢等有机质的气固两相混合物；所述氧化剂，为氧气或空气的一种或其与水蒸气、二氧化碳等组成的混合物；所述功能物料可以为粉煤、氧气、水蒸气、惰性气体等；所述有机废料，为富含有机成分的气态、液态混合物(包括气液、液固两相混合物或气液固三相混合物，如废液、废气等)，也适用于其他任何可燃或不可燃的气态、液态单质或混合物，包括但不限于化工、医药、印染、纺织、皮革等行业的有机废料；所述雾化剂，可为废气、驰放气或其他可燃气体，也可为氮气、二氧化碳或其他不参与气化反应的惰性气体，也可为氧气、空气或其他氧化性气体。

相比现有的废液、废气焚烧技术，将气化工艺与有机废料处理工艺有机集成的新工艺具有许多技术优势，经济性较好。具体如下：

(1)传统焚烧技术仅实现了对废液的部分无害化处理，而本技术实现了对废液的有用化处理；

(2)设备投资低。传统废液焚烧技术需要焚烧炉等一系列相关配套设备，因此投资较高，而本技术只需对现有设备加以改造，大大降低了投资成本；

(3)运行费用低，传统废液焚烧技术需要视废液通入适量助燃燃料气和氧气等物料，消耗较大，而本技术无需辅助燃料气等物料，大大降低了处理废液的运行费用；

(4)废液处理效率高，传统废液焚烧技术的压力温度较低，而本技术压力温度更高，废液可以迅速反应且转化率更高；

(5)环保效果好，传统废液焚烧技术由于温度较低，极易产生二恶英、NOx等二次污染物，而本技术气化反应温度很高，且采用还原性气氛，不会产生二次污染，更环保。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

1)功能性更强。粉煤烧嘴内侧集成有独立的有机废料烧嘴，在不增加额外的设备、原料、能源消耗的情况下，利用粉煤气化炉气化室内的高温、高压环境，使充分雾化的有机废料中有毒有害的可燃有机成分转化为合成气中的有效成分，同时充分利用有机废料中的化学能。粉煤烧嘴及有机废料烧嘴相互独立，通过法兰连接为整体使用时，结构紧凑，安装方便；拆分后组合使用时，有机废料烧嘴数量及布置形式灵活，调节范围大。

2)结构更可靠。粉煤烧嘴的外、中、内三层管之间，有机废料烧嘴外、内两层管之间，相互独立，互不连通，各层管彼此通过盖板焊接或法兰连接，当某一层管上相关零部件出现损坏，仅须将该层管单独拆分进行更换或维修，因此气化烧嘴返修工作量小、返修周期短、返修成本低。

3)设计更灵活。粉煤烧嘴与有机废料烧嘴之间设置有一功能物料通道，可根据具体工程所用煤质和有机废料成分进行具体物料介质参数设计，通入合适的物料或不通物料，相应在通道头部布置粉煤管、旋流器等装置，以满足气化炉产能、气化性能、有机废料充分气化转换的要求。

4)性能更先进。有机废料烧嘴外层管及内层管头部与有机废料均布装置采用螺纹连接，针对不同有机废料，采用不同的均布结构，在均布装置内将其充分离散到设计状态，均布装置为独立零件，可根据不同有机废料进行独立设计，以适应不同有机废料量和雾化剂量的雾化要求；同时雾化装置采用先进合金材料，耐磨耐高温耐腐蚀，工作可靠，更换、维修方便。

附图说明

图1为本实用新型的一个实施例的外形示意图，其中，粉煤烧嘴与有机废料烧嘴通过法兰连接为整体使用；

图2为图1所示实施例的结构剖面图；

图3为图2所示结构剖面图的头部放大图；

图4为本实用新型的另一个实施例的外形示意图，该实施例中，粉煤烧嘴与有机废料烧嘴拆分后组对使用；

图中：1为粉煤烧嘴，2为有机废料烧嘴，3为粉煤烧嘴外层管，4为粉煤烧嘴中层管，5为粉煤烧嘴内层管，6为有机废料烧嘴外层管，7为有机废料烧嘴内层管，8为粉煤烧嘴外层管身部法兰，9为粉煤烧嘴外层管冷却水入口，10为粉煤烧嘴粉煤入口，11为粉煤烧嘴内层管尾部法兰，12为有机废料烧嘴内层管尾部雾化剂入口，13为有机废料入口，14为有机废料烧嘴外层管身部法兰，15为功能物料入口，16为氧化剂入口，17为粉煤烧嘴外层管冷却水出口，18为粉煤通道，19为氧化剂通道，20为功能物料通道，21为有机废料通道，22为雾化剂通道，23为粉煤喷口，24为气体旋流装置，25为功能物料布置装置，26为有机废料均布装置。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例对本实用新型做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。

实施例1

图1示出了根据本实用新型的一个实施例的外形图，从图1中可以看出，该组合式多元物料气化烧嘴由外侧的粉煤烧嘴1及内侧的有机废料烧嘴2组成。粉煤烧嘴1内径大于有机废料烧嘴2外径，有机废料烧嘴2同轴套装在粉煤烧嘴1内侧，两者相互独立，互不连通，通过法兰连接为整体。

图2为图1所示实施例的结构剖面图，图3为图2所示结构剖面图的头部放大图。

如图2所示，粉煤烧嘴1包括由外至内同轴套装的外层管3、中层管4、内层管5；所述外层管3与中层管4、中层管4与内层管5通过盖板焊接；所述外层管3身部和内层管5尾部设有安装法兰，外层管3身部法兰8与气化炉炉体连接，内层管尾部法兰11与有机废料烧嘴外层管身部法兰14连接；所述外层管3与中层管4之间的环形空间构成粉煤通道18，中层管4与内层管5之间的环形空间构成氧化剂通道19，内层管5与有机废料烧嘴外壁之间的环形空间构成功能物料通道20；所述粉煤烧嘴外层管3与中层管4之间盖板设有N个沿周向均布的开孔(N为大于或等于2的整数)，粉煤输送管穿过开孔进入粉煤通道18；所述粉煤输送管在烧嘴尾部的一端设有粉煤入口10，烧嘴头部的一端设有粉煤喷口23；所述中层管4侧面，设有氧化剂入口16；所述内层管5侧面，设有功能物料入口15。

所述粉煤通道喷口23处的速度范围为1～40m/s，所述氧化剂通道19喷口处的速度范围为5～200m/s，所述功能物料通道20喷口处的速度范围为1～200m/s。

有机废料烧嘴2包括由外至内同轴套装的外层管6、内层管7；所述外层管身部设有安装法兰14，与粉煤烧嘴1连接；外层管与内层管通过盖板焊接；所述外层管6与内层管7之间的环形通道构成有机废料通道21，内层管7内侧构成雾化剂通道22；所述外层管6侧面，设有有机废料入口13；所述内层管7尾部，设有雾化剂进口12；所述外层管6、内层管7头部与有机废料均布装置26螺纹连接或焊接.

所述有机废料通道21喷口处的速度范围为1～50m/s，所述雾化剂通道22喷口处的速度范围为1～300m/s。

优选地，本实施例中的粉煤输送管为直管或螺旋管结构。

为增加粉煤、氧化剂的切向速度，促进两者的掺混，优选地在所述粉煤输送管烧嘴内的一端设有具有切向角度的等截面或面积渐缩粉煤喷口；

在所述的氧化剂通道19出口设有气体旋流装置24。

为了保证不同有机废料的雾化效果，在有机废料烧嘴头部装有适合的有机废料均布装置26。

当有机废料为废液时，所述有机废料均布装置26为液体雾化结构，采用压力雾化或速度雾化的方式，内有高效气液两相雾化混合腔，其腔体空间可以根据不同有机废料种类和流量进行合理调整，以满足雾化要求；

当有机废料为废气时，所述有机废料均布装置26为气体均布结构，将废气均匀喷入气化炉内，实现废气的快速转化反应。

可选地，为了防止烧嘴头部向火面烧蚀，延长烧嘴使用寿命，本实施例在所述粉煤烧嘴的外层管3、中层管4、内层管5以及有机废料烧嘴的外层管6、内层管7，均设有冷却剂夹套；所述冷却剂夹套分别设有冷却剂进口和冷却剂出口(图2中仅以冷却水进出口9、17简化表示)；所述冷却剂可以为水或其他合适的冷却介质。

可选地，为了防止有机废料烧嘴头部因高温、腐蚀引起损坏，本实施例在所述粉煤烧嘴1头部和有机废料烧嘴2头部及有机废料均布装置涂覆有耐腐蚀、耐高温材料或采用耐腐蚀、耐高温合金材料加工以上零件。

可选地，为提高烧嘴操作弹性，优选地设置功能物料入口15，并根据具体工程需要而通入合适的功能物料，或者不通物料；功能物料通道出口可根据所通入的不同物料设有粉煤管(直管、螺旋管)或气体旋流装置。

可选地，为了保证气化装置的性能和安全，针对不同的设计物料，对粉煤烧嘴1和有机废料烧嘴2进行流场数值仿真，使整个装置的配合度达到最佳。

实施例2

一种有机废料处理装置，与实施例1相似，所不同的是，所述粉煤烧嘴1和有机废料烧嘴2拆分后组合使用，具体链接方式为以粉煤烧嘴1为中心，沿周向均布M个有机废料烧嘴2(M为大于或者等于1的整数)，有机废料烧嘴2与粉煤烧嘴1轴线具有夹角a，a为10°。

通过调整投入运行的有机废料烧嘴2的数量，可适应有机废料的流量变化；通过调整有机废料烧嘴2轴线与粉煤烧嘴1轴线的夹角，可调整气化室内流场、温度场形态。

如图4所示，粉煤烧嘴1和有机废料烧嘴2拆分后组合使用，以粉煤烧嘴1为中心，沿周向均匀布置M个有机废料烧嘴2(M为大于或等于1的整数，在本实施例中，M等于2)，有机废料烧嘴2与粉煤烧嘴1轴线的夹角为a(a为10°～80°)。通过调整投入运行的有机废料烧嘴2的数量或轴线与粉煤烧嘴1轴线的夹角a，可适应有机废料和雾化剂的流量变化，从而可调整气化室内流场、温度场形态，使设备达到最优布置。

实施例3

一种有机废料处理装置，与实施例1相似，所不同的是，所述粉煤烧嘴1和有机废料烧嘴2拆分后组合使用，具体链接方式为以粉煤烧嘴1为中心，沿周向均布M个有机废料烧嘴2(M为大于或者等于1的整数)，有机废料烧嘴2与粉煤烧嘴1轴线具有夹角a，a为80°。

通过调整投入运行的有机废料烧嘴2的数量，可适应有机废料的流量变化；通过调整有机废料烧嘴2轴线与粉煤烧嘴1轴线的夹角，可调整气化室内流场、温度场形态。

如图4所示，粉煤烧嘴1和有机废料烧嘴2拆分后组合使用，以粉煤烧嘴1为中心，沿周向均匀布置M个有机废料烧嘴2(M为大于或等于1的整数，在本实施例中，M等于2)，有机废料烧嘴2与粉煤烧嘴1轴线的夹角为a(a为10°～80°)。通过调整投入运行的有机废料烧嘴2的数量或轴线与粉煤烧嘴1轴线的夹角a，可适应有机废料和雾化剂的流量变化，从而可调整气化室内流场、温度场形态，使设备达到最优布置。

实施例4

使用所述有机废料处理装置进行有机废料处理的方法，该方法将粉煤气流床气化工艺与有机废料处理有机结合，在气化装置内高温高压还原性环境下，进行有机废料的完全有用化转化利用。具体为将有机废料通入有机废料烧嘴2的有机废料通道21，经过有机废料均布装置26，喷入到高温高压的气化炉内进行快速的气化反应，使有机废料中的有机成分快速彻底地转化为合成气中的有效成分；同时，将粉煤通入粉煤烧嘴1的粉煤通道18，经粉煤喷口23喷入气化炉进行粉煤气化反应，即同时进行粉煤气化和有机废料处理。

并且，将氧化剂经氧化剂通道通入气化炉；可选地，根据不同的物料，通入或不通入功能物料。

所述粉煤通道喷口23处的速度范围为1～40m/s，所述氧化剂通道19喷口处的速度范围为5～200m/s，所述功能物料通道20喷口处的速度范围为1～200m/s。

所述有机废料通道21喷口处的速度范围为1～50m/s，所述雾化剂通道22喷口处的速度范围为1～300m/s。

其中，本实用新型所述的粉煤，为富含碳氢等有机质的气固两相混合物；所述氧化剂，为氧气或空气的一种或其与水蒸气、二氧化碳等组成的混合物；所述功能物料可以为粉煤、氧气、水蒸气、惰性气体等；所述有机废料，为富含有机成分的气态、液态混合物(包括气液、液固两相混合物或气液固三相混合物，如废液、废气等)，也适用于其他任何可燃或不可燃的气态、液态单质或混合物，包括但不限于化工、医药、印染、纺织、皮革等行业的有机废料；所述雾化剂，可为废气、驰放气或其他可燃气体，也可为氮气、二氧化碳或其他不参与气化反应的惰性气体，也可为氧气、空气或其他氧化性气体。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，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，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸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列。