專利名稱：熱分解爐的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用以對包含在氣體中，例如煙道氣中的流態(tài)有毒物質(zhì)，特別是dioxins和呋喃等有毒物質(zhì)進行熱分解的設備，該設備包括一大體上呈圓柱形的主燃燒室，一安裝在主燃燒室上方的副燃燒室，一最好相對于切向平面呈一定角度的、通向主燃燒室的進口(輸入口)，該進口用于將含有有毒物質(zhì)的氣流以一定的角動量引入主燃燒室，和將火焰引入主燃燒室從而燃燒含有有毒物質(zhì)的氣體的燃燒器。一環(huán)形氣流保持裝置安裝在該燃燒器上方，該保持裝置有一中央開口，該中央開口允許氣流從主燃燒室進入副燃燒室，該中央開口的直徑比圓柱形主燃燒室的直徑小，保持裝置包括朝下傾斜的噴嘴裝置。
某些高毒性有機物質(zhì)，例如dioxins和呋喃，只能通過以高溫將它們熱分解成危害較小的混合物而將它們較為經(jīng)濟地處理掉。例如已公布的德國專利，申請?zhí)枮镹O.2，357，804，揭示了一種包括用例如天然氣體或類似物作燃料的燃燒器用以對這些有毒物質(zhì)進行熱分解的燃燒設備。為了確保足夠長的停頓時間，使有毒物質(zhì)得以在高溫區(qū)域燃燒需要一個大體積的燃燒室。那樣的爐子自然是昂貴的，此外，也難以在燃燒室內(nèi)獲得合適的混合和氣流的紊流以確保所需要的熱分解。如果該燃燒室的體積縮小，有毒物質(zhì)在高溫區(qū)的停頓時間就太短，以致分解反應不能充分完成。
本發(fā)明的主要目的是為了避免這些缺點并提供一種使包含在氣體內(nèi)的流態(tài)有毒物質(zhì)熱分解的設備，它是緊湊的但仍能確保包含在氣體中的有毒物質(zhì)在燃燒室中保持足夠長的停頓時間，從而使熱分解反應充分完成。
按照本發(fā)明的一個方面，上述的和其他的目的用本發(fā)明的設備而得以實現(xiàn)。其中，在進口(輸入口)的上方，將燃燒器的火焰引入主燃燒室，而朝下傾斜的噴嘴裝置則將輔助空氣送入主燃燒室，環(huán)形保持裝置在中央開口周圍形成一通道裝置。
在這樣的一個設備中，含有待分解的有毒物質(zhì)的氣體通過進口或開口被引入主燃燒室的底部，并作為燃燒器工作的主要空氣。分解的第一階段燃燒按化學計算量或略低于化學計算量進行。該燃燒產(chǎn)生的800℃到1400℃的高溫促使復雜有機物分子例如dioxins和呋喃發(fā)生熱分解。保持裝置防止氣流過快地流出主燃燒室，保持裝置中的朝下的噴嘴將輔助空氣送入主燃燒室。其主要目的在于使燃燒氣體在主燃燒室中保持較長時間，此外，將輔助空氣送入主燃燒室，會造成主燃燒室中有過量的空氣，這樣能確保將所有可燃燒的組分充分燃燒，從而將碳氫化合物和CO(一氧化碳)降到極低。進一步的試驗表明不僅僅在保持裝置上提供一個中央開口使煙道氣由主燃燒室向煙囪方向逸出，而是在燃燒室壁的區(qū)域內(nèi)還進一步提供圍繞中央開口的通道裝置是非常有利的。由于對氣流施加了角動量，較重的氣體組分趨于留在燃燒室壁的區(qū)域內(nèi)而較輕的氣體組分趨于積聚于燃燒室軸線的區(qū)域。由于在保持裝置上提供了中央開口和圍繞它的通道裝置，防止了不希望的輕質(zhì)氣體組分的選擇去除。環(huán)形保持裝置最好在中央開口和通道裝置之間帶有連接件，連接件具有弧形扇面的形狀并同心地圍繞于圓柱形主燃燒室的軸線。采用兩個或多個保持連接件可以將這些連接件連接到環(huán)形保持裝置的外部。組成通道裝置的這些通道，具有環(huán)形扇面的形狀。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于對包含在氣體中的流態(tài)有毒物質(zhì)進行熱分解的爐子，它包括一由組件組合成的爐壁，該爐壁包括多個互相疊置的環(huán)形段，爐壁形成了一大體上為圓柱形的主燃燒室和一位于主燃燒室上方的副燃燒室。在兩個燃燒室之間安裝了一環(huán)形氣流保持裝置，該保持裝置有一直徑比圓柱形主燃燒室的直徑小的中央開口，環(huán)形爐壁段之一構成了保持裝置的外部。
這樣的熱分解爐具有非常簡單的結構。具體說來，爐子可由預制的組件組合而成，這樣爐子在現(xiàn)場的裝配時間可以顯著減少。通過槽榫接合各組件之間可以獲得適當?shù)拿芊庑?。這種結構的另一個優(yōu)點在于采用同一套組件可以安裝成不同尺寸的燃燒室，因此針對具體的工作條件，可以安裝出一個十分合適的爐子。
本發(fā)明的上述的其他的目的，優(yōu)點及特征通過下文結合附圖對本設備的最佳實施例的詳細描述將會更加明了。
圖1是本發(fā)明的爐子的軸向剖視圖;
圖2是沿圖1中Ⅱ-Ⅱ線剖開的水平剖視圖;
圖3是保持裝置中的一連接件的一部分細部的放大圖;
圖4是該連接件的另一部分細部的另一個放大圖。
現(xiàn)在參考


對氣體中的有毒物質(zhì)進行熱分解的設備，圖中表示的一個爐子包括有大體上呈圓柱型的主燃燒室1，主燃燒室1由形成爐壁的環(huán)形段2所組成的外壁部分組成。爐壁段大體上呈環(huán)形，而且包括好幾層，圖1表示一耐火磚內(nèi)層17和圍繞耐火磚內(nèi)層的兩層18，19，這兩層由絕熱磚構成。爐壁段的多層構造使燃燒室壁的所有部位都可以采用最佳材料。正如大家都知道的，可以用石棉絕熱材料和鋼外殼(套)來包圍爐壁段。鋼外殼可以吸收由于磚塊的熱膨脹引起的應力，所以，施于磚塊的壓力為燃燒室提供了第一個密封。鋼外殼本身構成了進一步的密封，所以設備不必在真空下工作。這樣便省去了昂貴的抽氣裝置。
如圖1所示，爐壁段2的接合端面21帶有幾個環(huán)形脊或榫頭22，在它們之間形成了環(huán)形槽，使各接合段通過槽榫接合連接在一起從而確保了各接合段之間適當?shù)拿芊狻８鳡t壁段都是一樣的因此可以互換，這樣，它們可以任意所需的方式結合，構成相同直徑而不同體積的燃燒室。
所述的設備還包括副燃燒室15，它安裝在圓柱體主燃燒室1的上方，和通入主燃燒室1的進口3，用以將含有有毒物質(zhì)的氣流引入主燃燒室1。氣體可以是例如來自垃圾焚燒裝置的煙道氣。因為這種垃圾焚燒裝置通常在燃燒時帶有過量的空氣，所以煙道氣中含有的氧可用作燃燒氣體。如果引入主燃燒室1的氣流中沒有或沒有足夠的氧，它可與周圍的空氣混合。進口3的軸線3a可以對著主燃燒室1的軸線1a，即進口3可以作徑向延伸，但最好使進入主燃燒室1的進口3相對于切向平面呈一銳角，這樣，可以對引入主燃燒室的氣流施加一個角動量。這個角動量可以在氣流中引起紊流，從而確保主燃燒室中的各氣體組分良好地混合，以提高工作的效率。
在所述的實施例中，畫出了三只示意性的燃燒器4，它們在進口3上方將火焰4b引入主燃燒室1，燃燒有毒物質(zhì)。該三個燃燒器沿主燃燒室圓周均勻分布，但是應該理解，采用一個或三個以上燃燒器也是可以的。燃燒器的軸線4a略微朝上傾斜，相對于切向平面呈一銳角延伸，以增強施加于氣流的角動量。燃燒器安裝在進口的上方，以確保全部氣流可以流過火焰4b得以被火焰所燃燒。
如圖1所示，環(huán)形氣流保持裝置20安裝在燃燒器4上方，位于主燃燒室1和副燃燒室15之間，從而將兩個燃燒室互相分開。該保持裝置中央有一開口7，共直徑比圓柱形主燃燒室1的直徑小，并允許氣流從主燃燒室1進入副燃燒室。通道裝置由分布于中央開口7周圍的各通道9組成。在所述的爐子中，環(huán)形爐壁段5構成了保持裝置的外側部分，保持裝置的內(nèi)側部分由多個連接件組成，每一連接件均呈弧形扇面狀，它們裝配成一帶有中央開口7的環(huán)形的保持裝置的本體。中央開口7和周圍通道9之間的各連接件的橫截面呈兩側向下縮小的不規(guī)則四邊形。這種形狀為輔助空氣噴嘴10a，10b提供了最佳的支架，因為這樣能防止朝下的噴嘴與連接件的側面之間的夾角過于平坦。通道裝置分布在保持裝置內(nèi)中央開口周圍，在本實施例中它由燃燒室的各連接件6和內(nèi)壁8之間的通道9形成。
保持裝置20還包括朝下傾斜的噴嘴裝置10a，10b，用于將輔助空氣以最好為15°的α角送入主燃燒室。在所述的實施例中(見圖3)，噴嘴10a為切向朝內(nèi)而噴嘴10b則切向朝外，使通過它們送入主燃燒室的輔助空氣的角動量得以增強，各噴嘴的角度基本上與進入主燃燒室的氣流的角度相同。各噴嘴不是朝向燃燒室軸1a而是離開它。這樣對燃燒室中的燃燒氣體而言不僅能獲得最佳的停頓時間而且還能使燃燒室中的翻騰的氣體產(chǎn)生所希望的朝下的紊流。通過將輔助空氣朝下傾斜引入，可以防止氣流朝煙囪快速流動。朝向外部的各輔助空氣輸送噴嘴10b，大體上與連接件6中的內(nèi)接中心圓相切，它們推遲了通過各通道9的氣體的流動，而類似地延伸的、向內(nèi)的噴嘴10a則推遲了通過中央開口7的氣體的流動。所有的噴嘴無論是順時針方向還是逆時針方向，相對于燃燒室的軸1a均具有與燃燒器相同的取向。這就進一步增強了燃燒室釁辶鞫慕嵌?，蛹喫渣w恿嘶旌獻饔茫嚶Φ馗納屏巳忌鍘 環(huán)形保持裝置20還包括用于連接件6的夾持件13(見圖2)，夾持件13使通道9互相分開，弧形連接件6在中央開口7和圍繞的通道9之間形成在其內(nèi)部的輔助空氣的通道11。夾持件13也形成將輔助空氣輸送到連接件6內(nèi)的通道12。用這種方法，輔助空氣輸送噴嘴可以沿連接件6的整個周緣分布。
如果需要，輔助空氣中也可以含有另一對環(huán)境有害的物質(zhì)，這種物質(zhì)可以是液體形式或固體微粒形式，這樣就大大擴大了該裝置使用的領域。這對除去比煙道氣具有更高濃度的有毒物質(zhì)的氣體尤其有利，可以將灰分隨輔助空氣送入主燃燒室，然后在其經(jīng)過燃燒室后為惰性玻璃化介質(zhì)從燃燒室底部除去。由于它不包含任何水溶性物質(zhì)，所以惰性玻璃化灰分可以處理而無污染問題。這樣，該設備不僅能用于處理煙道氣也可以用于處理煙灰。
環(huán)形保持裝置20的設計是有利的，因為它把通過那里的氣流的橫截面減少了20%至50%，最好是30%至35%。也就是說，如在視圖中所示，保持裝置20的連接件蓋住其面積的30%-35%，氣流的橫截面限于中央開口7和圍繞的通道9。在保持裝置20的設計中，考慮使包含有毒物質(zhì)的氣流在主燃燒室中有盡可能長的停留時間這一點是很重要的，即保持裝置必須對氣流的流動提供盡可能大的障礙。另一方面，在主燃燒室中壓力損耗應該維持在最小值，以便氣流能在其本身氣流力之下或者只要用很小的通風設備就可以使其離開燃燒室，實驗表明，這些條件在上述百分比范圍時能得到最好的滿足，把氣流的橫截面減少大約三分之一是最有利的。
輔助燃燒室15安置在爐子中的氣流保持裝置20的上方以完成燃燒過程，第三氣流輸送噴嘴16安置在輔助燃燒室的上端(見圖1)以增加可燃燒空氣量和冷卻通過煙囪逸出(未畫出)的氣體，煙囪由使氣流轉(zhuǎn)向的彎管裝在爐子上。噴嘴16進入輔助燃燒室也略向下傾斜以增加氣體在該燃燒室中的停留時間。氣體的冷卻和具有增加供應第三空氣流幫助氣體燃燒將進一步提高離開爐子的煙道氣的凈化程度。
如圖1所示，在輔助燃燒室15的壁上具有人進出孔23，雖然通常不需要吸風機產(chǎn)生風力將氣流從入口(進口)3送到煙囪，如果需要的話也可以加裝吸風機。在工作時，含有有毒物質(zhì)的，例如來自垃圾焚燒廠的氣體通過入口3進入主燃燒室1，在那里氣體盤旋上升流過由燃燒器4產(chǎn)生的火焰，向下流過氣流保持裝置20中噴嘴10a，10b的輔助空氣阻滯氣體向上流動，從而增加了它在主燃燒器內(nèi)的停留時間。最后，氣體流過中央開口7和通道9進入輔助燃燒室15，在那里完成有毒物體的熱分解，然后凈化的氣體通過彎管24及裝在其上的煙囪離開該設備。
上述結構的設備在各種實際工作情況下，都可以將所處理的氣體中的所有有毒物質(zhì)幾乎去除殆盡，包括僅部分進氣的情況在內(nèi)，而且這是通過相當簡單的結構和可以以廉價制造的爐子來完成的。
權利要求
1.一種用于使包含在氣體中的流態(tài)有毒物質(zhì)熱分解的設備，它包括(a)一大致呈圓柱形的主燃燒室，(b)一安置在所述主燃燒室上的輔助燃燒室，(c)一將包含有毒物質(zhì)的氣流引入主燃燒室的輸入口，(d)一在入口上方將火焰射向主燃燒室使包含有毒物質(zhì)的氣體燃燒的燃燒器，和(e)一安置在燃燒器上方的環(huán)形氣流保持裝置，保持裝置中有(1)一允許氣流從主燃燒室進入輔助燃燒室的中央開孔，中央開孔的直徑比圓柱形主燃燒室小，和(2)一圍繞中央開孔安置的氣流通道裝置，且保持裝置包括(3)用于將輔助空氣送入主燃燒的向下傾斜的噴嘴裝置。
2.根據(jù)權利要求1所述的熱分解設備，其特征在于，輸入口以相對于切向平面成一銳角的角度指向主燃燒室以為引入其中的氣流提供一角動量。
3.根據(jù)權利要求1所述的熱分解設備，其特征在于，噴嘴裝置向下傾一角度指向主燃燒室。
4.根據(jù)權利要求3所述的熱分解設備，其特征在于，角度大約是15°。
5.根據(jù)權利要求1所述的熱分解設備，其特征在于，噴嘴裝置包括切向向內(nèi)和切向向外的噴嘴以提高送入主燃燒室的輔助空氣的角動量，噴嘴裝置的方向大致與主燃燒室內(nèi)的氣流方向相同。
6.根據(jù)權利要求1所述的熱分解設備，其特征在于，環(huán)形保持裝置由在中央開孔和通道裝置之間的弧形扇面狀的連接件組成，弧形扇面狀連接件形成一環(huán)。
7.根據(jù)權利要求6所述的熱分解設備，其特征在于，環(huán)形保持裝置的連接件有一大致梯形橫截面，梯形連接件有向下匯聚(收縮)的兩側面。
8.根據(jù)權利要求6所述的熱分解設備，其特征在于，環(huán)形保持裝置還包括用于具有弧形扇狀連接件的夾持件，弧形扇狀連接件在中央開孔7和圍繞通道裝置之間形成其內(nèi)部輔助空氣的通道裝置，夾持連接件安置在通道裝置的各個通道之間且形成將輔助空氣輸送到弧形扇狀連接件內(nèi)的通道。
9.根據(jù)權利要求1所述的熱分解裝置，還包括安置在輔助燃燒室上端的第三空氣輸送噴嘴裝置。
10.根據(jù)權利要求1所述的熱分解裝置，其特征在于，環(huán)形保持裝置設計的目的是把通過它的氣流橫截面減少20%至50%。
11.根據(jù)權利要求10所述的熱分解裝置，其特征在于，環(huán)形保持裝置設計成把氣流橫截面減少30%至35%。
12.一種用于使包含在氣體中的流態(tài)有毒物質(zhì)熱分解的爐子，它包括(a)一由許多疊置的環(huán)形段組成的組件式裝配的爐壁，爐壁中有(1)一大致圓柱形的主燃燒室和(2)一安置在主燃燒室上方的輔助燃燒室，和(c)一安置在主副燃燒室之間的環(huán)形氣流保持裝置，保持裝置具有(1)一具有直徑比圓柱形主燃燒室的直徑為小的中央開孔，和(2)一段環(huán)形爐壁段形成一保持裝置的外部。
13.根據(jù)權利要求12所述的熱分解爐子，其特征在于，爐壁段由多層組成，爐壁段層的內(nèi)層由耐火磚構成，至少有一層圍繞由隔熱磚構成的內(nèi)層。
14.根據(jù)權利要求12所述的熱分解爐子，還包括圍繞爐壁段的一石棉隔熱層和一鋼套(外殼)。
15.用于使包含在氣體中的流態(tài)有毒物質(zhì)熱分解的方法，它包括下述步驟(a)將包含有毒物質(zhì)的氣流引入主燃燒室，(b)將來自燃燒器的火焰引入所述燃燒室，(c)通過向下的輔助空氣流將氣體保持在主燃燒室內(nèi)，氣流從安置在燃燒器上方的環(huán)形氣流保持裝置內(nèi)的入口流出。(d)讓煙道氣通過所述保持裝置的中央開孔，且通過在燃燒室墻的范圍內(nèi)圍繞中央開孔的諸開孔進入輔助燃燒室和并進一步進入煙囪。
16.根據(jù)權利要求15所述的方法，其特征在于，輔助空氣在進入燃燒室以前與其他有毒物質(zhì)混合。
全文摘要
一種用于使氣體中的流態(tài)有毒物質(zhì)熱分解的設備，該設備由圓柱形主燃燒室和安置在主燃燒室上方的輔助燃燒室組成。一輸入口成一角度進入主燃燒室，燃燒器安置在輸入口上方將火焰指向主燃燒室，一環(huán)形氣流保持裝置安置在燃燒器上方。該保持裝置上有一允許氣流從主燃燒室通入輔助燃燒室的中央開口，中央開口的直徑小于圓柱形主燃燒室的直徑，中央開口的四周有通道，保持裝置還包括將輔助空氣送入主燃燒室的向下傾斜的噴嘴。
文檔編號F23M5/00GK1037204SQ8810839
公開日1989年11月15日 申請日期1988年12月5日 優(yōu)先權日1988年4月22日
發(fā)明者布塞茨基·愛德華德 申請人:豪沃卡·弗朗茨