将糊状、半糊状或液态垃圾注入到焚烧炉中的注入系统

摘要

本发明涉及一注入系统，其将糊状、半糊状或液态垃圾注入到一包括至少一个炉床(4)的炉室中，所述系统包括：一注入体(25)，其具有一垃圾供应入口(23)和一垃圾供应室(28)的；一加压气态流体的注入装置；至少一个喷头(33)，其在所述炉床上碎化所述垃圾，；使所述注入体和/或所述喷头指向所述炉床的取向装置；其特征在于，所述加压气态流体的注入装置包括至少一个加压气态流体供应室(26)，该加压气态流体供应室(26)基本设在所述垃圾供应室(28)周围；并且所述喷头(33)在基本中心的位置具有所述垃圾注入流道(33a)，并且具有多个外围流道(27)，该外围流道(27)与位于所述垃圾注入流道(33a)周围的所述加压气态流体供应室(26)连接，所述外围流道(27)相对于所述垃圾注入流道的纵轴(A)以收敛的方式倾斜，所述外围流道(27)喷射的加压气态流体可以使由所述垃圾注入流道(33a)配送的垃圾碎化，并且把它们抛射到所述焚烧炉的炉床(4)上。

说明书

技术领域

[01]本发明涉及在焚烧炉中焚烧垃圾的领域。

[02]更准确地说，本发明涉及糊状、半糊状或液态垃圾的单独焚烧或与其它类型的垃圾一起焚烧。

背景技术

[03]本发明特别在焚烧来自水的生物净化处理的残渣物或来自工业加工残渣物的焚烧炉中得到应用，并且特别用于、但不只是用于这些残渣物与生活垃圾(或其它城市垃圾或工业垃圾)的混合焚烧炉中得到应用。

[04]本发明还在水泥炉的泥浆碎化中得到应用。

[05]本发明还在厩肥与生活垃圾共同焚烧方面得到应用，因此找到用于在某些地区生产的过量厩肥的排出系统。

[06]本发明可以用于燃烧类型非常不同的炉室(例如带有固定或活动焚烧床、炉条、滚筒、液化床等)。

[07]由于水的净化设备数量增加，存在越来越大量要处理的残渣物。

[08]清除残渣物的第一种已知的方法是将它们排出。但这种以前广泛使用的方法在生态方面是不能接受的，因此有取消的趋势。

[09]第二种已知的方法——也就是将这些残渣物重新用于农业——是一种理想的方法。但不幸的是储存、运输和施用的成本太高，并且残渣物的性质本身常常成为实施这种方法的主要障碍。另外，主要由于生态的原因，欧洲的规定有减少这种提高残渣物价值的方法的趋势。

[10]最后，清除残渣物的第三种并且是最后一种方法就是焚烧，这种方法生成纯矿物性垃圾。但是考虑通过一个专门的炉室在净化站的现场进行这种焚烧时，该方法可能成本较高。这就是为什么在净化站的附近预先存在一个焚烧炉时，例如一个原先用于其它目的的炉室，如焚烧生活垃圾或工业垃圾，在这个现有的焚烧炉中焚烧净化站的残渣物可能在经济上是有意义的。

[11]将净化站的残渣物脱水可以更好地控制炉中的燃烧。另外，连续注入残渣物时，它们的燃烧最佳，并且不会产生任何过热或过冷的问题。

[12]但是如果了解这种与其它要焚烧的产物混合的残渣物焚烧的原理，它的使用会产生许多问题。

[13]因此，在现有技术中，一般是以残渣物柱的形式将残渣物连续注入到一个生活垃圾焚烧炉的燃烧室中。

[14]但是，用这种注入方式，注入时残渣物在燃烧室内不分散，因此它们的燃烧不是最佳的。另外，生活垃圾和残渣物的混合物焚烧产生的炉渣的未燃烧物/挥扬的灰份可能会大于法规规定的最大值(例如炉渣中未燃烧物的最大值为5％)。

[15]另外，要焚烧的残渣物的质量随着它所含有的干物质的量和它们的热能而变化也可能产生过热或导致锅炉停止运转的过冷的现象。

[16]最后，在残渣物和生活垃圾混合焚烧方面，残渣物与生活垃圾分布不均匀。因此由于焚烧的混合物含有或多或少的残渣物而在燃烧室中产生过冷或过热的现象。这些现象可能会干扰炉室的运行，甚至造成燃烧停止。

[17]为了克服这些不同的缺点，已经提出一个将要焚烧的残渣物注入到一个炉室中的系统，该系统可以使残渣物碎化。在本申请人(Déposante)的法国专利FR-2715327中描述了这种注入系统。

[18]根据这个法国专利中描述的技术，通过压缩空气的作用使残渣物碎化，以便使残渣物分散到炉床上，因此可避免形成燃烧非常困难的团块。在燃烧残渣中形成非常少的未燃烧部分。

[19]这种注入系统特别用于一种由本申请人建立的残渣物焚烧方法中，这种方法建立在残渣物的喷射、干燥和在炉中燃烧的原理上。这种方法可以通过残渣物含有的水的蒸发和它所包含的有机物的燃烧减少残渣物的体积。

[20]专利FR-2715327的注入系统包括一个残渣物到达其中的注入体，该注入体内设有一个高压压缩空气的注入流道，注入流道的端部设有一个可以使残渣物在该注入体内碎化的扩散器，然后通过一个喷头将残渣物喷射到炉床上。

[21]根据一个优选实施变型，该注入体可以安装在一个可以使该喷头扩散的碎化残渣物喷射流定向的球形联轴节上。

[22]这种技术可以在炉床上得到尺寸为10-20mm的碎化垃圾颗粒。

发明内容

[23]本发明的目标之一就是进一步改进该技术达到的性能。

[24]实际上，已发现，得到一个保证均匀碎化的垃圾喷射流以便使垃圾良好燃烧是非常困难的。在焚烧炉炉床的一个预先确定的区域得到垃圾喷射流并避免将垃圾喷射到炉室侧壁上也是很困难的。

[25]因此本发明的一个目的就是提出一种对FR-2715327中描述的技术的改进，这种改进可以进一步减少在炉床上形成垃圾团块的可能性，这些团块具有使焚烧产生的炉渣和回收的挥扬的灰份中未燃烧部分增加的危险。

[26]本发明的目的还在于描述一种可以比较准确地在一个焚烧炉的炉床上形成垃圾喷射区的技术，因此可避免由于垃圾的无序喷射在焚烧炉的侧壁上形成团块。

[27]本发明的另一个目的是提出一种改进的糊状、半糊状或液态垃圾、及因此不只是来自净化站的残渣物的注入系统，其可以准确地定向并调节碎化垃圾的喷射流在炉床上的撞击区域。

[28]本发明的目的还在于描述一种能够适应不同类型炉室的技术。

[29]本发明的另一个目的还在于提出一种液态、半糊状或糊状垃圾的注入系统，这种系统可以很容易地通过简单操作适应这种不同类型的垃圾。

[30]通过本发明达到这些目标和下面显示的其它目标，本发明涉及一注入系统，其将糊状、半糊状或液态垃圾注入到一包括至少一个炉床的炉室中，所述系统包括：

[31]一注入体，其具有一垃圾供应入口和一垃圾供应室的；

[32]一加压气态流体的注入装置；

[33]至少一个喷头，其在所述炉床上碎化所述垃圾，所述喷头具有至少一个将所述垃圾注入到所述炉室中的注入流道，所述注入流道与所述垃圾供应室连通；

[34]使所述注入体和/或所述喷头指向所述炉床的取向装置；

[35]其特征在于，所述加压气态流体的注入装置包括至少一个加压气态流体供应室，该加压气态流体供应室基本设在所述垃圾供应室周围；

[36]并且所述喷头在基本中心的位置具有所述垃圾注入流道，并且具有多个外围流道，该外围流道与所述加压气态流体供应室连接，并位于所述垃圾注入流道周围，所述外围流道相对于所述垃圾注入流道的纵轴(A)以收敛的方式倾斜，所述外围流道配送的加压气态流体可以使由所述垃圾注入流道配送的垃圾碎化，并且把它们抛射到所述焚烧炉的炉床上。因此，根据本发明，上述外围流道的每一个有一个向垃圾注入流道的纵轴收敛的纵轴，即这些轴中的每一个如果延长，则与垃圾注入流道的纵轴相交叉。

[37]因此，可以把垃圾喷射到炉床的一个指定地点，消除或至少大大减少垃圾在炉室侧壁上的无序喷射。

[38]与FR-2715327中描述的技术相反，符合本发明的注入技术在残渣物从喷头出来之前不实现残渣物的碎化，而是在刚从喷头出来后实现碎化。

[39]实际上，由于喷射加压气态流体(碎化的流体)的喷头外围流道相对于垃圾注入流道的纵轴以收敛的方式至少部分倾斜，符合本发明的系统可以使糊状、半糊状或液态垃圾从喷头一出来就碎化，并形成一个基本为锥形的喷射流。因此，可以把垃圾喷射到炉床的一个预先确定的区域，避免垃圾在炉室侧壁上的无序喷射。碎化的锥形形状由喷射加压气态流体的外围流道的位置确定。

[40]美国专利文件US 3,861,330提出一种用于使垃圾在一个焚烧炉中碎化的喷头，该喷头具有一些设在垃圾注入流道周围的加压流体注入流道。但是这些注入流道的设计不是为了可以把这些垃圾喷射到炉床的一个准确区域。相反，这些注入流道的设计是为了推动这些垃圾进行一个螺旋运动，这些垃圾后来遇到一个垂直的燃烧空气喷射流，以便使它们受到一个涡旋作用，目的是使它们分散到炉室的整个内体积中。为此，有些流道不向喷头的中心纵轴收敛，而是从中心纵轴发散15°。

[41]符合本发明的垃圾注入系统可以使碎化为2/3mm的滴状垃圾得到更好的均匀性。这些滴状垃圾具有更大的比面积，由此产生更好的燃烧性，并且形成团块的倾向更小。另外，这些滴状垃圾挂在炉壁上的趋势较小。

[42]符合本发明的系统还可以优化加压气态流体的消耗，因为该系统只用于在喷头出口处使垃圾碎化，而不是在喷头出口的上游。

[43]需要注意的是，在通过英国专利GB-1544697公开的已有技术中，一个残渣物注入系统通过一个喷射压缩空气的中心流道在喷头的出口实现碎化，残渣物通过一个位于该中心流道周围的外围流道到达。根据这种技术，引入使残渣物碎化的空气的中心流道应该突出在喷头的端部。这种形状可能导致喷头破裂，因此，为了防止这种破裂，需要使用一个外围压缩空气帘，这种空气不促进碎化，而只是为了防止喷头破裂。这种技术的实现很复杂。另外，这种技术不能按一个具有基本确定和稳定形状的喷射方向实现一均匀的碎化。

[44]根据本发明的一优选特征，喷头的所述外围流道相对于所述垃圾注入流道的纵轴按不同的角度地倾斜。使用这些沿外围流道的不同角度可以使碎化的垃圾喷射流得到确定的形状。涉及的角度将根据希望得到的碎化锥的形状选定。

[45]因此，根据一个优选变型，所述外围流道相对于所述垃圾注入流道的纵轴按至少三个不同的角度倾斜。

[46]另外，所述外围流道的第一部分具有一相对于所述垃圾注入流道的纵轴的小于或等于60°的倾斜度；并且，所述外围流道的第二部分具有一小于或等于60°的倾斜度；并且，所述外围流道的第三部分具有在10°到60°之间的倾斜度。

[47]所述外围流道的第一部分具有一相对于所述垃圾注入流道的纵轴的小于或等于45°的倾斜度，所述外围流道的第二部分具有一小于或等于45°的倾斜度；并且所述外围流道的第三部分具有一在10°到60°之间的倾斜度。

[48]设在喷头上的外围流道的数量可以根据要碎化的垃圾的性质，特别是垃圾的稠度和粘度而变化。根据一个变型，所述喷头具有4至20个外围流道。在一个特别有意义的实施例中，所述喷头具有十二个环冠形分布在所述中心流道周围的外围流道。

[49]可以设置不同形状的外围流道。根据一个优选变型，所述外围流道具有基本为圆形的横截面。也可以考虑使用缝隙形的外围流道。

[50]根据本发明的一个优选变型，该系统包括一保护套，其围绕着所述喷头和/或所述注入体的至少一部分地布置，所述保护套限定一冷却室。这个保护套可以保护注入体——特别是喷头不受炉室燃烧室的恶劣状况影响。

[51]另外，所述保护套形成的冷却室与所述低压气态流体引入装置连通。这些低压气态流体由一个专门的系统输送，这种气态流体可以是空气，并且还可以通过持续部分冷却保护注入系统，并保护注入系统不受炉室的辐射影响，炉室的温度可能达到大约1000℃。

[52]根据本发明的一个特别有意义的方面，喷头的至少一部分或整个喷头配设有可以使其迅速拆卸的装置。例如这些装置可以由喷头的一个螺纹构成，该螺纹设计用于与注入体的一个孔口配合，或者相反，该螺纹可以快速拧下喷头，并用另一个具有外围流道或不同中心流道的喷头取代该喷头，以便得到一个不同形状的碎化垃圾的喷射锥形。

[53]因此，当要在炉床上碎化的垃圾质量或性质改变时，可以通过一个简单操作用另一个更适合的喷头代替注入系统的喷头。

[54]还是根据本发明的一个优选变型，该系统包括所述垃圾供应室的一除泥杆，可以在必要时排除可能破坏系统运行的垃圾结块。

[55]优选地，该系统包括使所述除泥杆进行一往复运动的作动装置

[56]为了可以清洁垃圾供应室，符合本发明的系统优选还配设有至少一个清洁流体的入口。另外，所述清洁流体的入口设在所述垃圾供应口相同的高度处。该入口可以使一般具有压力的清洗流体进入，以便在需要的情况下清洗垃圾供应室的内部。

[57]根据本发明的一个优选变型，所述注入体的所述取向装置包括至少一个球形连接装置，这种装置可以在三维方向使它带有的注入体和/或喷头定向。因此，通过注入系统形成的碎化垃圾喷射流可以被引向需要的炉床部分。

[58]还是根据本发明的一个优选变型，该系统包括注入到所述垃圾供应室中的垃圾流量伺控装置，所述伺制装置与炉室内部温度的控制装置连接。

[59]本发明还包括用于一个如上所述注入系统的碎化喷头。正如已经指出的，该喷头是可拆卸的，因此可以很容易地用一个具有外围流道和/或中心流道特征的喷头所取代。

[60]本发明还包括具有一个上述垃圾注入系统和至少一个炉床的焚烧炉，其中注入系统基本安装在炉床以上或侧向安装在其中的一个炉壁上。

[61]本发明还包括使用上述系统焚烧来自净化站的残渣物、来自工业加工的残渣物或动物的排泄物，如猪的粪便(厩肥)。

附图说明

[62]通过下面参照附图进行的描述将更容易了解本发明以及它所具有的不同优点，附图如下：

[63]-图1表示一个混合焚烧生活垃圾和净化站残渣物的炉室的简化示意图，其中使用了一个符合本发明的残渣物注入系统；

[64]-图2表示符合本发明的注入系统的一个实施例；

[65]-图3表示注入系统喷头的横截面示意图；

[66]-图4、5和6表示符合本发明的注入系统喷头的三个实施例的底视示意图；

[67]-图7表示炉床上与图4、5和6喷头的三个形状对应的三个撞击区域；

[68]-图8表示通过符合本发明的注入系统形成的碎化锥形的透视示意图。

具体实施方式

[69]参照图1，所示焚烧炉实际上是一个加入一个符合本发明的注入系统的传统生活垃圾焚烧炉。

[70]一个固定在一个桥式吊车2上的抓斗1可以把生活垃圾抓到一个储槽(未示出)内，并且将它们倾倒(a)在一个进料斗3内。这些生活垃圾到达(b)一个焚烧床4上。

[71]在这个传统的例子中，焚烧床4包括三个相继的区域(或台阶)，每个区域由滚筒构成：

[72]-一个生活垃圾的干燥区5，以便于它们后来的燃烧；

[73]-一个燃烧区6；和

[74]-一个结束区7。

[75]生活垃圾经过这个焚烧床后得到炉渣13，炉渣13通过一个出料斗8收集在一个料桶9(或其它储存装置)中，以便排出。

[76]也可在焚烧床4的不同区域5、6、7的下面设有其它出料斗10，11，12，以便穿过炉床4回收(d)、(e)、(f)炉渣。

[77]主要在燃烧区6进行的生活垃圾的焚烧不仅产生炉渣13，还产生含有挥扬的灰份的烟气。这些烟气一般穿过(g)一个回收能量的锅炉14。挥扬的灰份的一部分17在锅炉14的出口被回收(h)到一个料桶15中，并且产生的烟气经过(i)一后处理，例如该后处理在一个电子过滤器16中进行。电子过滤器16可以回收(j)挥扬的灰份17，而过滤后的烟气通过一个烟道18排放(k)。

[78]因此本发明在于把残渣物注入到这个炉室中，而不破坏炉室的热平衡，也不破坏炉室使用效果(一个垃圾焚烧炉主要以蒸汽的形式产生能量，甚至产生再出售给用户的电能)。

[79]残渣物一般来自一个污水净化站，并经过脱水处理，例如用带式过滤类型的机械装置或离心滗析器进行脱水。例如这些脱水残渣物的干燥度为含有13％至40％质量的游离水，典型地含20％至30％之间的游离水。此后认为这样的残渣物是脱水的。但是，显然本发明涉及各种类型垃圾的焚烧，液态、半糊状或糊状垃圾的焚烧。

[80]残渣物注入系统包括一喂料斗19、提取装置20、一缓贮仓21和注入装置22。

[81]例如提取装置20由一个活塞式体积泵构成，其为混凝土或稠密材料所用的泵类型。

[82]储存在缓贮仓21中的脱水残渣物被这个活塞式体积泵20取出，并提供给注入装置22，而没有带动空气囊的危险。

[83]注入装置22位于一个炉顶24上，可以把残渣物注入到位于炉床4上的生活垃圾层上。因此残渣物与生活垃圾共同焚烧。

[84]通过碎化使残渣物分散避免由于水而产生结块。这样可以通过增加燃料(即残渣物)与助燃剂(即空气中的氧)之间的热交换面积使残渣物在燃烧室内干燥并完全燃烧。因此，炉室的运行不受干扰(没有过热，也没有过冷)，不会明显影响炉渣13和挥扬的灰份17中的未燃烧物的比例。

[85]在这个例子中，注入装置22垂直位于燃烧区6之上。显然注入装置22也可垂直位于干燥区5之上。

[86]另外，尽管图1中注入装置22包括一个单一的注入器，但是本发明不局限于该实施例，而是也涉及存在多个注入器的情况。在这种情况下专业人员可以根据注入残渣物的流量和性质以及焚烧床的面积等选择所需注入器的数量以及两个相邻注入器之间的间距。

[87]图2表示残渣物注入系统的一个优选实施例的局部简化示意图。

[88]在这个优选实施例中，注入装置22包括一个界定一个垃圾供应室28的注入体25。注入体25包括一个残渣物供应口23，并设有一个将残渣物注入到炉室中的出口喷头33。供应口23设有一个阀门32，并且与残渣物提取装置20连接。设有一个装配有一个阀门38的清洗流体(例如一种冲洗水)入口40，以便在需要时清洗垃圾供应室28。该入口40基本设在残渣物供应口23处，以便可以很容易地清洗整个供应室28。

[89]供应室28还装配有一个除泥杆28’，该除泥杆28’与可以使除泥杆在供应室28内进行往复运动的装置29配合，以便在必要时排出垃圾包塞。

[90]注入系统另外设有可以使注入体25指向炉床4的取向装置30。取向装置30包括一个球形联轴节35和一个调节注入体的倾斜度的伸缩杆36。

[91]只有在这里成型的出口喷头33穿过炉顶24，这样可以避免要注入的残渣物由于热传导在注入体25中受热和干燥。专业人员可以为进料口45设置一个或大或小的角度。

[92]根据本发明，注入系统包括注入一种加压气态流体的装置。例如，对干燥度为13％-40％、典型为20％-30％的脱水残渣物，加压气态流体的压力为4bar-6bar。该装置由一个气态流体供应室26构成，该气态流体供应室26由一个设在垃圾供应室28周围的加压封闭外壳26c界定。

[93]该供应室26与一个引入这种流体的管道26a连接，管道26a装设有一个阀门26b。在该实施例中，这种流体是空气。该加压气态流体供应室26与喷头33连通，喷头33通过外围流道27扩散该加压流体。

[94]正如下面将要详细描述的，这些外围流道27位于与残渣物供应室连通的喷头中心流道33a周围。

[95]另外，根据本发明，注入系统的下部装设有一个包围喷头的保护套34。该保护套34形成一个室34a，通过一个管道34b给室34a提供低压气态流体，这种低压气态流体可以持续冷却喷头33和注入体的下部，以针对炉室的热量保护它们。

[96]注入系统还包括自控装置37——该自控装置37可以伺控注入到垃圾供应室中的垃圾流量，自控装置37与控制炉室内部温度的装置39连接。这些自控装置37可以通过作用在装置20和阀门32上自动管理残渣物的供应。这些装置37还用于作用在除泥杆的作动装置上。

[97]如图3所示，外围流道27相对于中心流道33a的纵轴A倾斜，通过外围流道27引入用于使通过中心流道33a到达喷头33处的垃圾碎化的加压气态流体。对于图3所示的某些外围流道27，该倾斜度为20°，其它的外围流道为45°，这种倾斜度可以使从这些管道出来的加压气态流体的喷射流收敛。

[98]图4、5、6表示带有不同倾斜度的外围流道27的喷头构型的三个非限定性实例。

[99]在图4所示的实施例中，呈环冠状位于中心流道33a周围的外围流道27的数量为十二个。其中六个与中心流道33a的纵轴A的倾斜度为20°，另外三个的倾斜度为35°，最后三个的倾斜度为25°。这些流道的轴线都向轴线A收敛。

[100]在图5所示的布置中，也有十二个呈环冠状位于中心流道33a周围的外围流道27，三个外围流道的倾斜度为30°，另外三个外围流道的倾斜度为20°，再另外三个外围流道的倾斜度为50°，最后三个外围流道的倾斜度为15°。这些流道的轴线都向轴线A收敛。

[101]最后，图6所示的布置中有十二个呈方形分布在中心流道33A周围的外围流道27，其中六个流道的倾斜度为10°，三个流道的倾斜度为30°，最后三个流道的倾斜度为40°。这些流道的轴线都向轴线A收敛。

[102]图7表示通过图4、5和6所示的三种喷头构型在炉床4上得到的碎化残渣物投射区，喷头按轴线A与由炉床形成的平面正交的方式指向炉床。

[103]更准确的是：

[104]-区域51为图4所示喷头构型得到的区域；

[105]-区域52为图5所示喷头构型得到的区域；

[106]-区域53为图6所示喷头构型代表的区域；

[107]因此，可注意到，一给定的喷头构型对应于碎化残渣物在炉床4的一给定投射区域相对应。

[108]如果借助于为此设置的装置30使注入系统以不同的方式指向炉床，这些区域的形状显然是可以改变的。

[109]图7中，中心十字表示炉床4形成的平面与喷头的中心流道33a的纵向轴线A的交点。

[110]根据炉床上要碎化的垃圾的性质和稠度，选择喷头的这种或那种构型。正如前面所指出，借助于一设在喷头上的孔口——该孔口用于与室26的一螺纹配合，该喷头实际上优选为可拆卸的。

[111]图8示意性地表示具有图4所示构型的喷头33形成的碎化锥。这个锥形具有一个与炉床4上的投射区51对应的底，该锥的形状取决于该喷头的外围流道27形成的角度。