旋转式高温超导管垃圾裂解气化炉的制作方法

本发明涉及一种生活垃圾处理装置，具体讲是一种低能耗高效率的旋转式高温超导管垃圾裂解气化炉。

背景技术：

城市生活垃圾的处理已成为能源、环境与社会协调发展的一项重要工作，成为我国各级政府一件重要而紧迫的任务。

生活垃圾裂解气化是实现垃圾减量化、无害化、资源化的先进技术，在“垃圾围城”成为公害的今天，用裂解气化技术处理垃圾已受到我国政府的高度重视。

垃圾的裂解气化是将生活垃圾放在一个特制的设备里，在一定的温度和压力下，使垃圾中的有机质和气化剂(例如水蒸汽和氧等)发生系列化学反应将垃圾转化为有co、h2、ch、cnhm等可燃性气体和co2、n2等非可燃性气体的过程。标准的垃圾裂解气化必须具备三个条件，即高温恒温裂解气化炉，适量的气化剂，按热负荷要求供给的热量，三者缺一不可。垃圾裂解气化是一个复杂的多项物理及化学过程，是垃圾与气化剂在高温和一定压力下发生化学反应将生活垃圾中的有机物转变成为可燃性气体的复杂过程，因此在气化过程中，对气化炉垃圾的温度、压力、气化剂都有严格的要求，特别是稳定的均衡的反应场高温是垃圾裂解气化的关键。

目前，我国在垃圾处理过程中，有使用立式炉焚烧“气化”垃圾，垃圾基本上是在焚烧炉内焚烧，焚烧排放出大量烟尘、颗粒物、酸性气体、未燃尽废物、重金属及微量有机化合物等，随之产生大量致癌的二噁英，垃圾减化量低，灰渣需后续处理，不能连续作业，运行费用和固定投资都很高。也有使用传统的裂解炉来处理垃圾，但现有的传统的单层炉壁垃圾裂解炉反应区没有温度平衡装置，不能保持反应区相对均衡的高温和压力，使得裂解炉很难连续稳定产生可燃气体，且避免不了烟气的产生，屏蔽不了裂解物释放的有害分子对环境的污染。特别是传统的裂解炉炉体为单管单层结构，加热器设在裂解炉垃圾进口端附近，用燃烧器在炉体外局部高温加热进口端单层炉体，辐射热量通过单层炉体传导给进口端附近的垃圾，因垃圾裂解炉体直径大，轴向长，单层炉体局部受千度火焰高温，其温度场沿炉体轴向和径向的不均匀性导致了炉内的垃圾受热温度不均匀，形成局部过热，产生垃圾裂解副反应，甚至出现在炉内因局部过热出现垃圾炭化结焦的事故。另外炉内垃圾从进口端到到出口端行进中温度始终呈下降状态，大部分垃圾达不到裂解气化的温度条件，严重地影响到垃圾裂解气化的效率，经济性差。

技术实现要素：

维持裂解炉内前后端的温度相对平衡、保持炉内垃圾合适的均衡的高温和压力，是实施生活垃圾高效裂解气化，防止二噁英等有毒物质污染环境的必要条件。

本发明针对上述传统裂解炉的缺陷及裂解炉工作的条件，设计出一种高效、安全、费用低、可连续作业的旋转式高温超导管垃圾裂解气化炉，利用炉体旋转外加热高温超导管的蒸发端，使加热器的辐射热通过高温超导管均衡的传导给裂解炉内的垃圾，从而产生热值较高的可燃气体，再将其回用燃烧，为垃圾裂解气化提供源源不断的热能，从而使传统裂解炉存在的问题得到妥善解决。

该裂解气化炉利用了高温超导管在旋转状态下蒸发段快速相变聚热的特性，高温超导管热屏蔽特性，高温超导管快速热传导特性，快速均热特性及旋转工质动态快速回流原理，用这种高温超导等温回转炉代替常规裂解炉，达到整个裂解炉内裂解温度可以高达800℃左右，在气化剂水蒸汽参与下，可使垃圾反应速度加快，垃圾产气转化率和挥发份逸出率显著提高。

旋转式高温超导管垃圾裂解气化炉具体方案如下：

一种旋转式高温超导管垃圾裂解气化炉，由圆筒回转炉体、回转炉体驱动器、加热器及进料机四部分组成。其特征是圆筒回转炉体由圆筒外壳、与圆筒外壳左端头通过密封环连接的出气口、与圆筒外壳右端头通过密封环连接的进料机和装在圆筒外壳中的鼠笼式超导传热器构成。圆筒回转炉体两端装有滚带，滚带放置在各自的滚槽中，圆筒回转炉体以水平态通过滚带、滚槽装配在炉体支架上。圆筒外壳中部焊接有齿环，齿环与回转炉体驱动器的变速器齿轮啮合，回转炉体驱动器工作，通过变速器齿轮和齿环带动圆筒回转炉体旋转。圆筒外壳的内壁面焊接有若干个金属搅拌板，金属搅拌板与圆筒回转炉体内部的垃圾接触，圆筒回转炉体转动，金属搅拌板可翻动炉内的垃圾由圆筒外壳右端头向圆筒外壳左端头移动。所述的装在圆筒外壳中的鼠笼式超导传热器冷凝段置炉体内，蒸发段置炉体外。所述的加热器装在圆筒回转炉体右端头下方，圆筒回转炉体转动，加热器加热场加热旋转中的鼠笼式超导传热器加热区即蒸发段，将加热器的辐射热通过鼠笼式超导传热器迅速均匀地传导给炉体中的垃圾实施裂解气化。

所述的圆筒回转炉体的外围是绝热层，绝热层是耐高温保温材料，它可以防止炉体上的温度向外扩散。所述的绝热层是导热系数在0.05w/(m.k)以下的，耐热温度大于800℃的无机保温材料，如氧化铝多晶纤维棉，稀土保温泥，陶瓷纤维保温棉，或者石棉保温层，石墨保温层等，绝热层厚度15cm～20cm。

所述的与圆筒回转炉体圆筒外壳通过密封环连接的的进料机由圆管外壳、装在圆管外壳内的送料螺旋，与送料螺旋连接的减速器和电动机构成。进料机圆管外壳上部是进料口，进料口侧面装有喷水口。进料口侧面装喷水口的目的是对进入进料机的垃圾喷水，以满足垃圾在裂解气化炉中湿度要求。实验显示在裂解炉炉膛垃圾反应区温度在800℃至900℃时，水蒸汽作为气化剂可使垃圾反应速度加快，垃圾产气转化率和挥发份逸出率明显提高。高温裂解气化炉水蒸汽的加入使物料的产气量随着温度的升高大幅增加，因为炉内反应温度的升高，会使垃圾温度上升速度加快，垃圾层中同时发生反应放出气体的垃圾增加，因此使得气体瞬时产率增加。而水蒸汽的加入，垃圾反应放出的部分气体先与水蒸汽发生反应，进一步分解可产生其它小分子气体，部分小分子气体会继续与水蒸汽反应，这样的一个反应过程使得整个反应持续时间变长，总产气率增加。实验证明在800℃的水蒸汽气氛下，城市生活垃圾、厨余和纸屑的总产气率最大可接近950l/kg。高温下，水蒸汽的加入使得产气热值显著增加。这是因为随着温度的升高，焦油的二次裂解与水蒸汽发生了重整反应，增加了co，h2等可燃气体的含量，尤其是厨余在800℃～900℃的水蒸汽气氛下，热值提高了40％，除了厨余二次裂解与水发生的重整反应使得可燃气含量增加，主要是800℃～900℃有利于厨余的残碳与水发生水煤气反应。水在800℃～900℃有机物充斥的的裂解炉中部分还可以分解成可燃的h2和o2。

所述的圆筒回转炉体右端头呈台阶状，即为大小头，右端头直径与进料机圆管外壳直径一致，台阶状大小头之间由法兰盘连接，法兰盘外圆边界与圆筒回转炉体圆筒外壳焊接在一起，法兰盘内圆边界与炉体右端头焊接在一起。因圆筒回转炉体体积庞大，法兰盘与回转炉体圆筒外壳、密封环、进料机圆管外壳、送料螺旋、及减速器的中心轴线均在同一直线上，以确保旋转式高温超导管垃圾裂解气化炉工作系统的稳定。

所述的连接圆筒回转炉体右端大小头的法兰盘厚度在8mm-12mm之间，法兰盘上圆周等距离开有若干个相同直径圆孔，圆孔上装有紧固件，鼠笼式超导传热器的若干根超导管的蒸发段与法兰盘圆孔一一对应穿过圆孔用紧固件将若干根超导管固紧连接。法兰盘选8mm-12mm厚度可保证若干根超导管在高温状态下工作时不发生形变。

所述的鼠笼式超导传热器由若干根超导管，固定若干根超导管的3～4根固定环，固定环焊接在圆筒外壳的内壁上构成。超导管的冷凝段在圆筒回转炉体中，超导管的蒸发段从法兰盘圆周上等距离圆孔中穿出，紧贴圆筒回转炉体右端头外壁。超导管损坏，可以取出维修。

所述的鼠笼式超导传热器的若干根超导管为高温超导管，高温超导管蒸发段和冷凝段上绕有换热翅片，超导管中加装高温超导相变工质和吸液芯。高温超导相变工质为活化的、工作温度在800℃至900℃的液态金属汞或者液态钠钾合金。

所述的圆筒回转炉体右端头下方安装加热器，加热器与高温超导管蒸发段加热区对应，圆筒回转炉体旋转，加热器燃烧形成的加热场加热高温超导管蒸发段，激活若干根超导管中的高温超导相变工质工作，将加热器的辐射热均匀地传导给炉体中的垃圾。加热器的燃料是裂解炉本身产生的可燃性气体。在加热器加热场环周包裹有聚热罩，聚热罩外表面包裹耐高温保温材料，它可以防止加热区上的温度向外扩散，以便集中加热器产生的热量全部辐射在炉体的加热区间，确保炉膛垃圾反应区的工作温度稳定在800℃至900℃。聚热罩的上方安装有烟道，烟道上面加装有超导余热回收器。超导余热回收器可以把进入加热器的空气预热，然后提供给加热器的燃烧器使用，以提高加热器燃烧自产气的热效率。

所述的圆筒外壳中部焊接有齿环，齿环与回转炉体驱动器的变速器齿轮啮合，回转炉体驱动器工作时，驱动电机通过变速器齿轮和齿环带动圆筒回转炉体旋转，转速每分钟5～8转。

旋转式高温超导管垃圾裂解气化炉工作原理是：生活垃圾通过进料机进料口喷水后经送料螺旋进人旋转式高温超导管垃圾裂解气化炉的炉膛垃圾反应区，驱动电机通过减速器驱动齿环带动旋转式高温超导垃圾裂解气化炉以每分钟5～8转旋转，若干个金属搅拌板随炉体旋转，搅拌垃圾由炉体右端头向左端头移动。加热器的火焰辐射热通过炉体右端头和围绕在右端头环周的若干根超导管的蒸发段，将辐射热传导给超导管中的高温超导相变工质，高温超导相变工质受热在高温热能下即刻相变气化，将潜热快速均匀地传导给炉体中运动的垃圾使其裂解气化，产生的可燃气体通过出气口、除尘器进入储气罐，一部分作为裂解炉的燃烧料，另一部分用于发电或作其它使用。若干根超导管将热量传导给垃圾后，超导工质由气态相变成液态，在吸液芯的作用下又回到超导管的蒸发段继续上述相变传热过程，周而复始将加热器工作的辐射热源源不断供给垃圾裂解。

本发明的优势在于彻底克服传统裂解炉的技术缺陷，把单层回转炉体设计成旋转式高温超导管炉体，回转炉体内的高温超导管以工作液体的汽液相变传热，热阻小，导热力强，可使外部加热器的辐射热量迅速均匀的传导到整个回转炉体内部的垃圾，旋转炉体炉内前后端反应温度相对平衡，利于垃圾在炉内连续裂解气化，垃圾减容量大，裂解气化效率高，其经济性好。高温等温裂解垃圾避免垃圾在炉内局部过热形成粘接、鼓包、起块、焦化的危险，避免了烟气的产生，屏蔽了裂解物质释放的有害分子对环境的二次污染。热解过程是在低氧条件下进行，减少了二噁英前驱物的生成，有效遏止二噁英类有毒物质的产生和排放，对环境更加安全；裂解固体产物中，其成分主要是固定碳，腐植性物质的量很少，从残渣出口流出的固体产物可以用作活性炭制造化工原料。

附图说明

图1是旋转式高温超导管垃圾裂解气化炉的结构示意图

图2是旋转式高温超导管垃圾裂解气化炉炉体内部结构示意图

图3是装在圆筒外壳中的鼠笼式超导传热器的结构示意图

图4是圆筒回转炉体右端头法兰盘的结构示意图

图中，1、圆筒回转炉体2、回转炉体驱动器3、加热器4、进料机5、圆筒外壳6、左端头7、密封环8、出气口9、右端头10、密封环11、鼠笼式超导传热器12、滚带13、滚带14、滚槽15、滚槽16、炉体支架17、齿环18、变速器齿轮19、金属搅拌板20、绝热层21、圆管外壳22、送料螺旋23、减速器24、电动机25、进料口26、喷水口27、法兰盘28、圆孔29、超导管30、蒸发段31、固定环32、冷凝段33、换热翅片34、聚热罩35、耐高温保温材料36、超导余热回收器37、外圆边界38、内圆边界40、驱动电机41、残渣出口

具体实施方案

一种旋转式高温超导管垃圾裂解气化炉，由圆筒回转炉体1、回转炉体驱动器2、加热器3及进料机4四部分组成。其特征是圆筒回转炉体1由圆筒外壳5、与圆筒外壳5左端头6通过密封环7连接的出气口8、与圆筒外壳5右端头9通过密封环10连接的进料机4和装在圆筒外壳5中的鼠笼式超导传热器11构成。圆筒回转炉体1两端装有滚带12和滚带13，滚带放置在各自的滚槽14和滚槽15中，圆筒回转炉体1以水平态通过滚带、滚槽装配在炉体支架16上。圆筒外壳5中部焊接有齿环17，齿环17与回转炉体驱动器2的变速器齿轮18啮合，回转炉体驱动器2工作，通过变速器齿轮18和齿环17带动圆筒回转炉体1旋转。圆筒外壳5的内壁面焊接有若干个金属搅拌板19，金属搅拌板19与圆筒回转炉体1内部的垃圾接触，圆筒回转炉体1转动，金属搅拌板19可翻动炉内的垃圾由圆筒外壳右端头9向圆筒外壳左端头6移动。

所述的装在圆筒外壳5中的鼠笼式超导传热器11冷凝段32置圆筒回转炉体内，蒸发段30置圆筒回转炉体外与炉体右端头9平行紧贴，所述的加热器3装在圆筒回转炉体右端头9下方，加热器3的加热场与鼠笼式超导传热器加热区即蒸发段30部位对应。圆筒回转炉体1转动，加热器3的加热场加热旋转中的鼠笼式超导传热器的加热区，将加热器的辐射热通过鼠笼式超导传热器迅速均匀地传导给炉体中的垃圾实施裂解气化。

所述的圆筒回转炉体1的外围是绝热层20，绝热层是耐高温保温材料，它可以防止炉体上的温度向外扩散。所述的绝热层20是导热系数在0.05w/(m.k)以下的，耐热温度大于800℃的无机保温材料，如氧化铝多晶纤维棉，稀土保温泥，陶瓷纤维保温棉，或者石棉保温层，石墨保温层等，绝热层20厚度为15cm～20cm。

所述的与圆筒回转炉体的圆筒外壳5通过密封环10连接的的进料机4由圆管外壳21、装在圆管外壳21内的送料螺旋22，与送料螺旋22连接的减速器23和电动机24构成。进料机圆管外壳21上部是进料口25，进料口25侧面装有喷水口26。进料口25侧面装喷水口26的目的是对进入进料机4的垃圾喷水，以满足垃圾在裂解气化炉中湿度要求。实验显示在裂解炉炉膛垃圾反应区温度在700℃至900℃时，水蒸汽作为气化剂可使垃圾反应速度加快，垃圾产气转化率和挥发份逸出率明显提高。

所述的圆筒回转炉体1右端头9呈台阶状，即为大小头，右端头9直径与进料机圆管外壳21直径大小一致，台阶状大小头之间由法兰盘27连接，法兰盘27外圆边界37与圆筒回转炉体的圆筒外壳5焊接在一起，法兰盘27内圆边界38与炉体右端头9焊接在一起。法兰盘27与回转炉体圆筒外壳5、密封环10、进料机圆管外壳21、送料螺旋22及减速器23轴的中心均在同一直线上，

所述的连接圆筒回转炉体右端大小头的法兰盘27的厚度在8mm-12mm之间，法兰盘上圆周等距离开有若干个相同直径圆孔28，圆孔28上装有紧固件，鼠笼式超导传热器11的若干根超导管29的蒸发段30与若干个相同直径圆孔28一一对应穿过圆孔28用紧固件将若干根超导管固紧连接。

所述的鼠笼式超导传热器11由若干根超导管29，固定若干根超导管的3～4根固定环31，固定环31焊接在圆筒外壳5的内壁上构成。超导管29的冷凝段32在圆筒回转炉体1中，超导管29的蒸发段30从法兰盘27圆周上等距离圆孔28中穿出，紧贴圆筒回转炉体右端头9外壁。超导管损坏，可以取出维修。

所述的鼠笼式超导传热器11的若干根超导管29为高温超导管，高温超导管蒸发段和冷凝段上绕有换热翅片33，超导管29管中加装高温超导相变工质和吸液芯。高温超导相变工质为活化的、工作温度在800℃至900℃的液态金属汞或者液态钠钾合金。

所述的圆筒回转炉体1右端头9下方安装加热器3，加热器3的加热场与高温超导管蒸发段30加热区对应，圆筒回转炉体1旋转，加热器3燃烧形成的加热场加热高温超导管蒸发段30，激活若干根超导管29中的高温超导相变工质工作，将加热器3的辐射热均匀地传导给炉体中的垃圾。加热器3的燃料是裂解炉本身产生的可燃性气体。在加热器3加热场环周包裹有聚热罩34，聚热罩34外表面包裹耐高温保温材料35，它可以防止加热区的温度向外扩散，以便集中加热器3产生的热量全部辐射在炉体的加热区间，确保炉膛垃圾反应区的工作温度稳定在800℃至900℃。聚热罩34的上方安装有烟道，烟道上面加装有超导余热回收器36。超导余热回收器36可以把进入加热器3的空气预热，然后提供给加热器3的燃烧器使用，以提加热器3燃烧自产气的热效率。

圆筒外壳5中部焊接有齿环17，齿环17与回转炉体驱动器2的变速器齿轮18啮合，回转炉体驱动器2工作时，驱动电机40通过变速器齿轮18和齿环17带动圆筒回转炉体1旋转，转速每分钟5～8转。