煙氣干法急冷系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】煙氣干法急冷系統(tǒng)，包括重力沉降室(1)，旋風(fēng)除塵器(2)，高溫四通閥(3)，低溫四通閥(4)和成對布置的立式蓄熱室(5)，兩個(gè)蓄熱室(5)底部接管分別聯(lián)接低溫四通閥(4)一個(gè)出口和一個(gè)進(jìn)口，頂部接管分別聯(lián)接高溫四通閥(3)一個(gè)出口和一個(gè)進(jìn)口，兩個(gè)四通閥同時(shí)90°轉(zhuǎn)換閥板位置，兩個(gè)蓄熱室(5)內(nèi)陶瓷球堆積高度相等且在600mm～800mm范圍，球徑相同且在17mm～25mm范圍，總裝入量相等，切換周期相同且在121秒～180秒范圍。危廢焚燒煙氣凈化抑制二噁英低溫再合成場所可以使用本發(fā)明。工業(yè)應(yīng)用表明：危廢焚燒尾氣二噁英排放滿足GB18484-2001要求，無額外衍生廢液產(chǎn)生，煙氣余熱回收效率超過60％。
【專利說明】煙氣干法急冷系統(tǒng)
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】本發(fā)明涉及一種基于快速切換式高比表面積陶瓷蓄熱傳熱原理的煙氣干法急冷系統(tǒng)。適用于廢舊線路板、電子垃圾、醫(yī)療垃圾、城市生活垃圾焚燒煙氣凈化過程抑制二噁英低溫再合成場所使用。
[0002]【背景技術(shù)】危險(xiǎn)廢棄物焚燒煙氣進(jìn)入煙道后抑制二噁英低溫再合成，是當(dāng)今循環(huán)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、環(huán)境保護(hù)和城市礦產(chǎn)資源開發(fā)的熱點(diǎn)和難點(diǎn)技術(shù)。
[0003]危廢焚燒煙氣凈化過程需抑制二噁英低溫再次合成反應(yīng)的發(fā)生。煙氣急冷是避免二噁英低溫再合成的有效方法。研究表明:煙氣800°C— 250°C過程耗時(shí)超過2秒會促使二噁英低溫合成反應(yīng)發(fā)生。傳統(tǒng)煙氣急冷方法是在煙氣中直噴空氣/水，使煙氣溫度迅速跨過二噁英合成溫度區(qū)間。煙氣中直接噴水，可以吸收部分酸性物質(zhì)以防止后續(xù)處理裝置被腐蝕，然而會增加廢液二次污染和廢液處理成本。煙氣中摻入大量冷空氣，會增大煙氣體積和后續(xù)設(shè)備煙氣凈化負(fù)荷，降低工藝經(jīng)濟(jì)性。煙氣急冷同時(shí)回收煙氣余熱可提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。通常利用余熱鍋爐或熱交換器來回收煙氣余熱產(chǎn)生蒸汽/熱水或預(yù)熱空氣，但是換熱系數(shù)小，冷卻面積大，煙氣降溫時(shí)間>> 2秒，無煙氣急冷效果。既急冷煙氣又回收煙氣余熱的煙氣凈化技術(shù)裝置報(bào)道，目前極其少見。
[0004]專利CN102350160 A公開了一種廢線路板焚燒煙氣凈化系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括兩個(gè)臥式圓柱筒狀蓄熱室，蓄熱室內(nèi)套裝一個(gè)由減速電機(jī)驅(qū)動可繞自身軸線旋轉(zhuǎn)的鋼制圓柱筒，圓柱筒內(nèi)盛有比表面積800m2/m3以上的陶瓷球，筒內(nèi)陶瓷球堆積高度Im左右，煙/空氣以5?6m/s(空床標(biāo)態(tài))速度流過球?qū)?，兩?nèi)筒轉(zhuǎn)動周期60?120秒。經(jīng)重力沉降和旋風(fēng)除塵后的800°C煙氣流入臥式蓄熱室，在不到I秒時(shí)間內(nèi)從800°C降溫到150°C，同時(shí)空氣流過另一臥式蓄熱室迅速吸熱升到600?700°C。顯然，內(nèi)筒軸線區(qū)域陶瓷球不轉(zhuǎn)動導(dǎo)致微塵易積累并影響氣粒換熱均勻性和熱回收效率，盛球圓柱筒受耐溫性能限制煙溫不能超過400 ?500。。。
[0005]研發(fā)煙氣急冷使煙氣二噁英達(dá)標(biāo)排放，高效預(yù)熱空氣以提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，無衍生二次污染發(fā)生的煙氣干法急冷技術(shù)裝置，是危廢高溫資源化處置技術(shù)工業(yè)化推廣應(yīng)用關(guān)鍵。
[0006]
【發(fā)明內(nèi)容】
為了克服煙氣噴水急冷需額外處理廢液及摻入大量冷空氣降低工藝經(jīng)濟(jì)性，傳統(tǒng)余熱鍋爐煙氣冷卻過程長存在煙氣二噁英再合成等缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種基于快速切換式高比表面積陶瓷球蓄熱傳熱原理，煙氣急冷同時(shí)快速預(yù)熱空氣，二噁英排放達(dá)標(biāo)的煙氣干法急冷系統(tǒng)。
[0007]煙氣干法急冷系統(tǒng)，包括重力沉降室，旋風(fēng)除塵器，低溫四通閥和成對布置的蓄熱室，兩個(gè)蓄熱室底部接管分別聯(lián)接低溫四通閥一個(gè)出口和一個(gè)進(jìn)口相連通，低溫四通閥另一個(gè)出口排出低溫?zé)煔?，另一個(gè)進(jìn)口通入常溫空氣，旋風(fēng)除塵器進(jìn)氣口和重力沉降室排煙口通過管道相連通，重力沉降室進(jìn)氣口通入低粉塵濃度的高溫?zé)煔?，旋風(fēng)除塵器和蓄熱室之間設(shè)置閥板兩側(cè)敷設(shè)水冷套的高溫四通閥，高溫四通閥一個(gè)進(jìn)口和旋風(fēng)除塵器排煙口通過管道相連通，一個(gè)出口引出高溫空氣，另一個(gè)出口和另一個(gè)進(jìn)口分別聯(lián)接兩個(gè)蓄熱室頂部接管，高溫四通閥和低溫四通閥同時(shí)90°轉(zhuǎn)換閥板位置，兩個(gè)蓄熱室為立式結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔自然堆積氧化鋁成分含量超過60%的燒結(jié)陶瓷球，陶瓷球堆積高度相等且在600mm?800mm范圍，陶瓷球球徑相同且在17mm?25mm范圍，陶瓷球總裝入量相等，兩個(gè)蓄熱室切換周期相同且在121秒?180秒范圍。
[0008]廢舊線路板、電子垃圾、醫(yī)療垃圾、城市生活垃圾等危險(xiǎn)廢棄物焚燒煙氣凈化過程抑制二噁英低溫再合成場所，都可以使用本發(fā)明。
[0009]發(fā)明加工制作簡單，節(jié)能環(huán)保，經(jīng)濟(jì)社會效益顯著。應(yīng)用本發(fā)明后，危廢焚燒尾氣中二噁英排放滿足《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB18484-2001)要求，無額外廢液處置，無額外能源消耗，尾氣余熱回收效率超過60%。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為右蓄熱室急冷煙氣時(shí)煙氣干法急冷系統(tǒng)工作流程圖，圖2為右蓄熱室快速預(yù)熱空氣時(shí)煙氣干法急冷系統(tǒng)工作流程圖。I為重力沉降室，11為膜式壁，2為旋風(fēng)分離器，3為高溫四通閥，4為低溫四通閥，5為蓄熱室。A為高溫?zé)煔?，B為常溫空氣，C為低溫?zé)煔?，D為高溫空氣。

【具體實(shí)施方式】
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[0011]下面結(jié)合二個(gè)附圖對發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0012]如圖1和圖2所示，煙氣干法急冷系統(tǒng)，包括重力沉降室1，旋風(fēng)除塵器2，低溫四通閥4和成對布置的蓄熱室5。蓄熱室5可以呈圓柱狀，也可以呈方體狀。低溫四通閥4有兩個(gè)進(jìn)口和兩個(gè)出口。兩個(gè)蓄熱室5底部接管分別聯(lián)接低溫四通閥4 一個(gè)出口和一個(gè)進(jìn)口，低溫四通閥4另一個(gè)出口排出低溫?zé)煔釩，另一個(gè)進(jìn)口通入常溫空氣B。旋風(fēng)除塵器2進(jìn)氣口和重力沉降室I排煙口通過管道相連通，重力沉降室I進(jìn)氣口通入低粉塵濃度的高溫?zé)煔釧。旋風(fēng)除塵器2和蓄熱室5之間設(shè)置高溫四通閥3，高溫四通閥3殼體外側(cè)和閥板兩側(cè)均敷設(shè)水冷套，可以在800°C左右高溫環(huán)境下穩(wěn)定工作，高溫四通閥3有兩個(gè)進(jìn)口和兩個(gè)出口。高溫四通閥3 —個(gè)進(jìn)口和旋風(fēng)除塵器2排煙口通過管道相連通，一個(gè)出口引出高溫空氣D，另一個(gè)出口和另一個(gè)進(jìn)口分別聯(lián)接兩個(gè)蓄熱室5頂部接管。兩個(gè)蓄熱室5內(nèi)壁和頂部接管內(nèi)壁均敷設(shè)耐火保溫層。兩個(gè)蓄熱室5為立式結(jié)構(gòu)，通過空氣時(shí)常溫空氣B從蓄熱室5底部接管進(jìn)入，高溫空氣D從蓄熱室5頂部接管流出，通過高溫?zé)煔釧時(shí)從蓄熱室5頂部接管進(jìn)入，低溫?zé)煔釩從蓄熱室5底部接管流出。兩個(gè)蓄熱室5內(nèi)腔均自然堆積經(jīng)過燒結(jié)加工的陶瓷球，陶瓷球氧化鋁成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)> 60%，陶瓷球堆積高度相等且控制在600mm?800mm范圍，兩個(gè)蓄熱室5內(nèi)裝的陶瓷球球徑相同且控制在17mm?25mm范圍,兩個(gè)蓄熱室5陶瓷球總裝入量相等。
[0013]本發(fā)明所指的煙氣干法急冷系統(tǒng)，包括重力沉降室1，旋風(fēng)除塵器2，高溫四通閥3，低溫四通閥4和蓄熱室5。蓄熱室5為立式結(jié)構(gòu)且成對布置，兩個(gè)蓄熱室5內(nèi)腔自然堆積氧化鋁成分含量超過60%、同一球徑且經(jīng)過燒結(jié)加工的陶瓷球，陶瓷球比表面積大、兩個(gè)蓄熱室5內(nèi)腔陶瓷球總裝入量相等且堆積高度相等。重力沉降室I進(jìn)氣口通入低粉塵濃度的高溫?zé)煔釧，排煙口和旋風(fēng)除塵器2進(jìn)氣口通過內(nèi)敷耐火保溫層的管道相連通，旋風(fēng)除塵器2排煙口和高溫四通閥3 —個(gè)進(jìn)口通過內(nèi)敷耐火保溫層的管道相連通，高溫四通閥3—個(gè)出口引出高溫空氣D，另一個(gè)出口和另一個(gè)進(jìn)口分別聯(lián)接兩個(gè)蓄熱室5頂部接管。高溫四通閥3殼體外側(cè)和閥板兩側(cè)均敷設(shè)水冷套。低溫四通閥4 一個(gè)出口排出低溫?zé)煔釩，一個(gè)進(jìn)口通入常溫空氣B，另一個(gè)出口和另一個(gè)進(jìn)口分別和兩個(gè)蓄熱室5底部接管相連通。
[0014]管道和重力沉降室1、管道和旋風(fēng)除塵器2、管道和高溫四通閥3、管道和蓄熱室5之間均以法蘭方式連接。重力沉降室I布置膜式壁11，煙氣行程呈“S”形以延長煙氣分離時(shí)間。在煙氣溫度超過800°c時(shí)膜式壁11使煙氣溫度降低到800°c左右，使液態(tài)粉塵轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)粉塵以免粘附在閥板或陶瓷球壁面，同時(shí)防止陶瓷球高溫?zé)龘p問題發(fā)生。重力沉降室1、旋風(fēng)除塵室2、蓄熱室5及頂部接管和連接管道等內(nèi)壁均敷設(shè)耐火保溫層。蓄熱室5內(nèi)傾斜設(shè)置“井”字狀鑄鐵支撐架支撐陶瓷球重量，蓄熱室5陶瓷球?qū)訉⑿顭崾?內(nèi)腔空間一分為三，陶瓷球?qū)由喜亢拖虏烤鶠闅庀嗫臻g，陶瓷球?qū)由喜繗庀嗫臻g和下部氣相空間不能繞過陶瓷球?qū)又苯舆B通。蓄熱室5頂部氣相空間和底部氣相空間之間連接壓差控制器，以便及時(shí)調(diào)節(jié)控制蓄熱室5氣流流動阻力損失，做到氣流流動順暢。蓄熱室5成對布置，周期性快速交替吸收煙氣顯熱和預(yù)熱空氣。每一個(gè)周期蓄熱室5內(nèi)只流過空氣或煙氣，避免串氣現(xiàn)象發(fā)生。
[0015]使用本發(fā)明時(shí)，800°C以上且粉塵濃度不到200mg/Nm3的高溫?zé)煔釧從重力沉降室I進(jìn)氣口通入，130°C左右低溫?zé)煔釩從低溫四通閥4出口排出。煙氣水當(dāng)量是0.9倍?1.1倍空氣水當(dāng)量。煙氣和空氣分別以3m/s?4m/s (空床標(biāo)態(tài)速度)均勻穿過陶瓷球?qū)?。低溫四通閥4和高溫四通閥3同時(shí)90°轉(zhuǎn)換閥板位置，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)蓄熱室5周期性快速交替承擔(dān)急冷煙氣和快速預(yù)熱空氣功能。兩個(gè)蓄熱室5切換周期相同且在121秒?180秒范圍。
[0016]如圖1所示，800°C以上低粉塵濃度的高溫?zé)煔釧從重力沉降室I進(jìn)氣口進(jìn)入，在膜式壁11冷卻作用下降溫到800°c左右，然后依次經(jīng)過旋風(fēng)除塵器2、高溫四通閥3和右蓄熱室5，最后從低溫四通閥4出口以130°C左右的低溫?zé)煔釩方式排入大氣，常溫空氣B從低溫四通閥4進(jìn)口進(jìn)入，通過左蓄熱室5，最后以高溫空氣D方式離開高溫四通閥3出口。隨著時(shí)間推移和傳熱進(jìn)行，右蓄熱室5陶瓷球顆粒溫度逐漸升高，煙氣和陶瓷球表面?zhèn)鳠釡夭钪饾u變小，從低溫四通閥4出口排出的低溫?zé)煔釩溫度逐漸升高。121秒?180秒后，低溫四通閥4和高溫四通閥3閥板同時(shí)轉(zhuǎn)動90°，左蓄熱室5吸熱狀態(tài)和右蓄熱室5放熱狀態(tài)分別切換到左蓄熱室5放熱狀態(tài)和右蓄熱室5吸熱狀態(tài)。如圖2所示，常溫空氣B從低溫四通閥4進(jìn)口進(jìn)入，在右蓄熱室5里快速吸熱升溫，最后以高溫空氣D方式離開高溫四通閥3出口，高溫?zé)煔釧從高溫四通閥3進(jìn)口進(jìn)入，在左蓄熱室5里快速釋放顯熱，最后降溫至130°C左右的低溫?zé)煔釩離開低溫四通閥4出口。高溫?zé)煔釧流過重力沉降室1，旋風(fēng)除塵器2和高溫四通閥3過程中溫度保持不變，煙氣含塵濃度有所下降，進(jìn)一步保證蓄熱室5不發(fā)生粉塵堵塞陶瓷球間隙。重力沉降室I，旋風(fēng)除塵器2和兩個(gè)蓄熱室5沉積粉塵從底部下灰管排出后集中送入危廢焚燒爐進(jìn)行高溫焚燒。蓄熱室5陶瓷球球徑17mm?25mm，氣粒換熱面積大，能在0.15秒?0.30秒內(nèi)完成傳熱過程，快速實(shí)現(xiàn)煙氣溫度從800°C— 130°C的降溫過程，從而迅速跨過煙氣二噁英低溫再合成反應(yīng)溫度區(qū)間。相對于切換周期121秒?180秒而言，高溫四通閥3和低溫四通閥4閥板動作時(shí)間僅為1.5秒左右，對煙氣急冷效果影響可以忽略不計(jì)。
[0017]本發(fā)明主要結(jié)構(gòu)特征、技術(shù)特征及其相應(yīng)的技術(shù)效果描述如下:
[0018]本發(fā)明具有“立式蓄熱室底部和頂部分別設(shè)置四通閥”結(jié)構(gòu)特征。蓄熱室5頂部的高溫四通閥3設(shè)置水冷套冷卻，能在800°C高溫環(huán)境下穩(wěn)定工作。高溫四通閥3進(jìn)口位置固定，可以適應(yīng)大多數(shù)焚燒爐燃燒器及排煙口位置不變條件下使用。蓄熱室5內(nèi)陶瓷球?qū)痈叨认嗟?，可以使得煙氣及空氣均勻流過陶瓷球?qū)?，從而進(jìn)行氣流-陶瓷球之間均勻換熱。本發(fā)明高溫四通閥3和低溫四通閥4閥，兩個(gè)四通閥板位置同時(shí)轉(zhuǎn)動90°，取代了專利CN102350160 A兩臺減速電機(jī)及快速轉(zhuǎn)動設(shè)計(jì)。兩個(gè)立式蓄熱室5位置固定不變，取代了專利CN102350160 A兩臺臥式蓄熱室、兩個(gè)金屬筒體同軸線套裝且內(nèi)筒繞軸線周期性快速轉(zhuǎn)動等設(shè)計(jì)，避免了筒體高溫變形卡死、煙氣溫度限制在400°C?500°C及以下、軸線區(qū)域陶瓷球不轉(zhuǎn)動而影響氣流流動及氣固換熱不均勻等問題。和專利CN102350160 A相比，發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單維護(hù)容易，高溫?zé)煔釧溫度可以高于800°C，而且電機(jī)耗電大幅度降低。
[0019]本發(fā)明具有“立式蓄熱室5內(nèi)腔自然堆積球徑17mm?25mm、層高600mm?800mm陶瓷球”結(jié)構(gòu)特征。本發(fā)明集成了高效陶瓷蓄熱傳熱技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，如兩個(gè)陶瓷球蓄熱體和快速切換等，實(shí)現(xiàn)高效回收煙氣余熱。本發(fā)明在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步限制陶瓷球球徑和堆積高度，氣流以3m/s?4m/s均勻流過陶瓷球?qū)?，煙氣和空氣水?dāng)量近似相等，有效控制了高效回收煙氣余熱所需時(shí)間，實(shí)現(xiàn)煙氣在0.15秒?0.30秒內(nèi)流過陶瓷球?qū)?，完?00°C— 130°C煙氣降溫過程。煙氣和空氣水當(dāng)量近似相等，可以縮短兩個(gè)蓄熱室5熱平衡穩(wěn)定時(shí)間，并使熱回收效率達(dá)到極大。600mm?800_陶瓷球?qū)痈叨刃纬傻臍饬髁鲃幼枇m中，本發(fā)明可以選用目前市場上常見的羅茨風(fēng)機(jī)。
[0020]本發(fā)明具有“快速切換式高比表面積蓄熱傳熱”技術(shù)特征。
[0021]本發(fā)明具有“煙氣急速冷卻”技術(shù)特征。
[0022]上述結(jié)構(gòu)特征和技術(shù)特征帶來了多重技術(shù)效果:煙氣二噁英排放達(dá)到GB18484-2001要求。煙氣在二噁英低溫合成溫度區(qū)域250-800°C時(shí)間僅為0.15秒?0.30秒，遠(yuǎn)低于2秒時(shí)間要求，有效避免了煙道系統(tǒng)二噁英合成反應(yīng)物理化學(xué)條件；回收煙氣余熱高效預(yù)熱空氣，組織焚燒爐內(nèi)高溫空氣燃燒，從源頭上避免二噁英低溫再合成所需的前驅(qū)中間物質(zhì)。高效回收了煙氣余熱，提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，避免了額外能源消耗。煙氣降溫過程沒有噴入冷水，無額外水源使用，避免煙氣凈化過程二次廢液污染問題，避免了管道酸腐蝕問題，延長了煙道系統(tǒng)使用壽命。本發(fā)明是避免二噁英低溫合成方法中除傳統(tǒng)煙氣噴水急冷及摻混空氣急冷之外的第三種煙氣急冷新方法。
[0023]本發(fā)明適用于廢舊線路板、電子垃圾、醫(yī)療垃圾、城市生活垃圾等危險(xiǎn)廢棄物焚燒煙氣凈化過程抑制二噁英低溫再合成場所使用。
[0024]本發(fā)明加工制作簡單，節(jié)能環(huán)保，經(jīng)濟(jì)社會效益顯著。應(yīng)用本發(fā)明后，廢舊線路板和城市生活垃圾等危廢焚燒尾氣二噁英排放濃度滿足《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB18484-2001)排放濃度要求，無額外廢液處置，無額外能源消耗，尾氣余熱回收效率超過60%。
【權(quán)利要求】
1.煙氣干法急冷系統(tǒng)，包括重力沉降室(I)，旋風(fēng)除塵器(2)，低溫四通閥(4)和成對布置的蓄熱室(5)，兩個(gè)蓄熱室(5)底部接管分別聯(lián)接低溫四通閥(4) 一個(gè)出口和一個(gè)進(jìn)口相連通，低溫四通閥(4)另一個(gè)出口排出低溫?zé)煔?，另一個(gè)進(jìn)口通入常溫空氣，旋風(fēng)除塵器(2)進(jìn)氣口和重力沉降室(I)排煙口通過管道相連通，重力沉降室(I)進(jìn)氣口通入低粉塵濃度的高溫?zé)煔?，其特征在?旋風(fēng)除塵器(2)和蓄熱室(5)之間設(shè)置閥板兩側(cè)敷設(shè)水冷套的高溫四通閥(3)，高溫四通閥(3) —個(gè)進(jìn)口和旋風(fēng)除塵器(2)排煙口通過管道相連通，一個(gè)出口引出高溫空氣，另一個(gè)出口和另一個(gè)進(jìn)口分別聯(lián)接兩個(gè)蓄熱室(5)頂部接管，高溫四通閥⑶和低溫四通閥⑷同時(shí)90°轉(zhuǎn)換閥板位置，兩個(gè)蓄熱室(5)為立式結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔自然堆積氧化鋁成分含量超過60%的燒結(jié)陶瓷球，陶瓷球堆積高度相等且在600mm?800mm范圍，陶瓷球球徑相同且在17mm?25mm范圍，陶瓷球總裝入量相等，兩個(gè)蓄熱室(5)切換周期相同且在121秒?180秒范圍。
【文檔編號】F23J15/06GK104180382SQ201410459434
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月11日
【發(fā)明者】許文滸, 周睿, 艾元方 申請人:中南大學(xué)