CN101468788A - 垃圾、生物质原料生产合成气的系统及设备 - Google Patents

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Abstract

垃圾、生物质原料生产合成气的系统及设备,涉及垃圾、生物质的气化设备。其特征是系统中设置气相循环回路和氧化钙循环回路,利用氧化钙在气化炉内吸收CO2的放热反应来协同热等离子体把垃圾生物质原料进行气化,转化为高热值合成气,用作清洁能源或化工原料。系统主要由多相循环气化炉、等离子体喷枪、气相循环回路、氧化钙循环回路、湿法净化塔和气柜组成,其中,气化炉的循环输出接口连接到气固分离器,气固分离器的气体出口连接到循环风机,循环风机的出风口连接到气化炉的气相循环输入接口;气固分离器的料腿连接到输料阀,输料阀通过固相输送管连接到氧化钙煅烧炉,氧化钙煅烧炉的氧化钙出口通过返料管连接到气化炉的氧化钙喷管。

Description

垃圾、生物质原料生产合成气的系统及设备
所属技术领域
本发明涉及垃圾、生物质的处理技术,特别涉及垃圾、生物质的气化系统设备。
背景技术
当前,能源紧张,环保形势严峻。垃圾随着我国国民经济的发展及城市规模的不断扩大而迅速增加,并且其有害成分的含量也越来越高,如处理不好,将会污染环境,威胁人民的身体健康,这不仅会制约社会的进步,也影响到国民经济的可持续发展。当前,我国处理城市生活垃圾主要有卫生填埋技术、堆肥(生化)技术和焚烧技术,大部分地区采用卫生填埋法处理城市生活垃圾,这不但需占用大量的土地、浪费资源,而且容易污染土地及地下水;采用堆肥法仅利用40%左右的有机物,需建设配套的焚烧工艺设备,还需要有卫生填埋场相配套,堆肥制品中的重金属存在污染土壤和进入食品链作物的可能,同样存在二次污染的隐患;采用焚烧发电法来处理城市生活垃圾,可以做到减量化、资源化处理生活垃圾,但垃圾焚烧发电存在下列缺点:1.以处理垃圾为主要目标,能量利用率仅为20%左右;2.烟气、二氧化碳排放量大,烟气中污染物有粉尘、氯化氢、氟化氢、硫氧化物、氮氧化物、致癌剧毒物(二恶英、呋喃)、重金属(汞、铅、铬等),虽有烟气净化系统,但难以完全消除,特别是二恶英、呋喃超标排放,目前还缺乏技术可靠的NOx和二恶英等的末端净化工艺;3.经济产出/投入比小,经济效益差,需政府财政补助,因而不能普及应用。综上所述,卫生填埋法、堆肥(生化)法或焚烧发电法处理城市生活垃圾都存在资源得不到充分利用、二次污染问题和经济需由政府资助问题。
我国是一个农业大国,生物质资源非常丰富,仅稻草、麦草、芦苇、竹子等非木材纤维就年产超过10亿吨,加上大量木材加工剩余物,都是巨大的能源“仓库”。生物质能在使用过程中几乎不产生污染,没有SO2排放,产生的CO2气体与植物生长过程中需要吸收的CO2在数量上保持平衡,被称之为CO2中性的燃料。用生物质能代替化石燃料,不仅可永续利用,而且环保和生态效果突出,对改善大气酸雨环境、减轻温室效应都有极大的好处。然而,我国目前的农林剩余物质资源浪费惊人,除小部分农村用来发酵生产沼气外,大部分都被直接燃烧、填埋、腐烂掉了。
把垃圾、生物质通过气化的方法转化为清洁的二次能源,可以取得双重的有益效果,一是可以解决环境污染问题,二是可以减少对石油煤炭资源的依赖,为建设资源节约型社会和环境友好型社会起到积极作用。
发明内容
本发明基于本人申请的中国专利申请号为200810087055.5的《垃圾、生物质原料生产合成气的气化工艺》,发明的目的是要克服现有垃圾、生物质处理技术的缺点,提出一种以垃圾、生物质为原料生产合成气的系统及设备,使系统设备生产出高热值的合成气,用来生产清洁能源或化工原料,包括生产城市煤气、氢气、甲醇、二甲醚,实现资源合理使用与环境保护。
为了达到上述目的,本发明设计的一种垃圾、生物质原料生产合成气的系统,包括垃圾、生物质、煤的气化处理装置,其特征是系统主要由多相循环气化炉(5)、等离子体喷枪(43)、气相循环回路、氧化钙循环回路、湿法净化塔(22)和气柜(21)组成,其中:
多相循环气化炉(5)的炉体内按运行工况分为烟气混合物集聚区、烘干区、热解区、气化区和燃烬区,各区域依次相联相通,烟气混合物集聚区在炉内的上部或前端,燃烬区在炉的下部或后端,烟气混合物集聚区的上部有多相循环输出接口(501),炉中腰部位的热解区与气化区结合部有合成气输出接口(507),炉下部的气化区有氧化钙喷管(510)和气相循环输入接口(511),等离子体喷枪(43)安装在气化炉下部的燃烬区侧墙上,原料喂料口(517)在气化炉上部的烘干区与烟气混合物集聚区的结合部位;
系统中设置气相循环回路和氧化钙循环回路,使气化炉(5)以多相循环气化的方式进行运行,在气化炉内,固体原料在炉内以缓慢速度由上而下运动或由前向后运动,氧化钙粉末及其吸收二氧化碳后生成的碳酸钙粉末与炉内的气化物混合,以12~20m/s流速的流化方式在炉内逆固体原料快速运动,为了能提供给氧化钙混合物在气化炉内的流化空间,把原料进行压缩成型处理,压制成蛋型或棒型后送入气化炉,使氧化钙混合物利用成型原料之间的空隙进行流化运动;压制原料的螺旋压缩成型机(2)安装在气化炉的喂料口(517),螺旋压缩成型机(2)上有料斗(1),操作时,经过预处理的垃圾、生物质或煤和添加剂的混合原料由料斗(1)进入螺旋压缩成型机(2),原料压缩成型后进入多相循环气化炉(5)内,在炉内完成烘干、热解、气化、燃烬过程,使固态原料转化为以氢气、一氧化碳为主要成分的富氢合成气,同时把氧化钙粉末、二氧化碳分别送入气化炉内,用氧化钙吸收二氧化碳的放热反应来提供炉内原料进行烘干、热解、气化反应所需的热量,还把水蒸汽送入等离子体喷枪加热到>3100℃,生成H2、O、O2和H2O*喷入气化炉内的燃烬区,与垃圾生物质气化后的残炭进行反应,把残炭燃烬并向炉内提供热量;
气相循环回路由多相循环管(3)、气固分离器(6)、气相循环管(8)和气相循环风机(40)构成,气化炉的多相循环输出接口(501)通过多相循环管(3)连接到气固分离器(6),气固分离器(6)的气体出口通过气相循环管(8)连接到气相循环风机(41),气相循环风机(41)的出风口连接到气化炉的气相循环输入接口(511);炉内生成的水蒸汽、一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷、气态烃、气态焦油与碳酸钙粉料相混合,从气化炉顶的多相循环输出接口(501)被抽出,通过多相循环管(3)进入到旋风式气固分离器(6)进行分离,分离出的气态物通过气相循环管(8)和气相循环风机(40)返回到气化炉内的气化区进行循环处理,其中的水蒸汽与炭进行水煤气反应,生成一氧化碳、二氧化碳和氢气,其中的甲烷、气态烃、气态焦油进行分解或与水蒸汽反应,生成一氧化碳、二氧化碳和氢气,同时在气化区的高温环境中,由含氯有机物生成的二恶英得到彻底瓦解;在气固分离器(6)分离出的碳酸钙同氧化钙循环回路送入氧化钙煅烧炉(16)进行再生处理;
氧化钙循环回路由多相循环管(3)、气固分离器(6)、输料阀(7)、固相输送管(9)、氧化钙煅烧炉(16)和氧化钙返料管(37)构成,气化炉的多相循环输出接口(501)通过多相循环管(3)连接到气固分离器(6),气固分离器(6)的料腿连接到输料阀(7),输料阀(7)通过固相输送管(9)连接到氧化钙煅烧炉(16)的碳酸钙输入接口(1610),氧化钙煅烧炉(16)的氧化钙出口(1629)连接到氧化钙返料管(37),氧化钙返料管(37)连接到气化炉的氧化钙喷管(510);在气化炉内的热解区、氧化区、气化区生成的二氧化碳被喷入炉内的氧化钙粉末吸收,生成碳酸钙并放出热量,碳酸钙粉末和未反应的氧化钙粉末与炉内生成的气态物相混合,从气化炉顶的多相循环输出接口(501)被抽出,通过多相循环管(3)进入到旋风式气固分离器(6)进行分离,分离出的碳酸钙和氧化钙粉末物料由输料阀(7)送入固相输送管(9),固相输送管(9)内的物料通过煅烧炉的接口(1610)进入氧化钙煅烧炉(16)进行煅烧处理,把碳酸钙粉末分解为二氧化碳后和氧化钙粉末,氧化钙粉末从煅烧炉(16)的氧化钙出口(1629)输出,再通过返料管(37)进入到喷管(510),在高压风机(12)吹送作用下喷进气化炉(5)内的气化区,高压风机(12)的气源为气化炉生成的气态物;
多相循环气化炉的合成气输出接口(507)连接到气固分离器(17),气固分离器(17)的气体出口通过输送管(19)连接到引气风机(24)的吸入口,引气风机(24)的出风口连接到湿法净化塔(22)的粗合成气输入接口(2205),湿法净化塔(22)的净化合成气出口(2201)连接到压缩机(20),压缩机(20)连接到气柜(21);气固分离器(17)的料腿连接到输料阀(18),输料阀(18)连接到输送管(15),输送管(15)连接到氧化钙煅烧炉(16)的碳酸钙输入接口(1610);从合成气输出接口(507)引出的合成气中含有碳酸钙粉末、氧化钙粉末和灰尘,进入旋风式气固分离器(17)进行分离,分离出的合成气通过输送管(19)和引气风机(24)进入到湿法净化塔(22),在湿法净化塔内,合成气经过冷却、洗涤、吸收、雾沫分离后从塔顶引出,塔内用的吸收剂为氢氧化钙浆液或氢氧化钠溶液,冷却水和吸收剂液循环利用;从湿法净化塔(22)塔顶引出的净化后合成气通过压缩机(20)送入气柜(21),作为城市煤气利用或通过后级设备生产氢气、甲醇、二甲醚;气固分离器(17)分离出的碳酸钙粉末、氧化钙粉末和灰尘由气固分离器(17)的料腿通过输料阀(18)送入输送管(15),再由输送管(15)送入氧化钙煅烧炉(16)进行煅烧处理;
输入到煅烧炉(16)内的碳酸钙通过加热方式进行再生反应,分解为氧化钙和二氧化碳,把氧化钙和一部分二氧化碳通过循环回路返回气化炉内进行循环利用,把多余的二氧化碳进行排放或通过净化处理后作化工原料利用;氧化钙煅烧炉(16)或(45)通过流化介质间接地向多相循环气化炉(5)提供热能,用生物质燃料做煅烧炉(16)的加热燃料时,不会对环境有污染。
本发明的另一种垃圾、生物质原料生产合成气的系统,是用直流式氧化钙煅烧炉(45)及气固分离器(46)来取代氧化钙煅烧炉(16),把固相输送管(9)、(15)连接到直流式氧化钙煅烧炉(45)的碳酸钙输入接口(4507),直流式氧化钙煅烧炉(45)的氧化钙混合物输出接口(4501)连接到气固分离器(46),气固分离器(46)的料腿通过输料阀连接到氧化钙返料管(37),氧化钙返料管(37)连接到气化炉的氧化钙喷管(510);气固分离器(46)的气体出口连接到引风机(48)。
上述的垃圾、生物质原料生产合成气的系统中,多相循环气化炉(5)的气化区还有二氧化碳补充接口(509),输入二氧化碳与氧化钙进行放热反应,为炉内提供气化所需的热量;氧化钙循环回路的流化物料包括氧化钙粉料、碳酸钙粉末的混合物或氧化钙粉料、碳酸钙粉末和石英砂的混合物,粒径为10~80微米,把石英砂掺入氧化钙粉料中,可以避免氧化钙粉料结团,以增加流化物料的流动性。系统运行时,气化炉进料口利用料斗(1)和螺旋压缩成型机(2)内的原料来隔离空气,出渣口利用水封(514)来隔离空气。
为了利用余热烧制蒸汽、热水及把从气化炉引出的合成气进行降温,在多相循环气化炉(5)的合成气输出接口(507)与气固分离器(17)之间设置余热锅炉(14);在氧化钙煅烧炉(16)的废气出口(1601)设置余热锅炉或在气固分离器(46)的气体出口与引风机(48)之间设置管道式余热锅炉(47)。
本发明的一种垃圾、生物质原料生产合成气的气化炉设备,其特征是多相循环气化炉(5)主要由炉体、多相循环输出接口(501)、气相循环输入接口(511)、氧化钙喷管(510)、合成气输出接口(507)和等离子体喷枪安装口(515)组成,其中:炉体呈45°倾斜,为筒形回旋体结构,下部直径大于上部,可以使炉内成型原料减少压力且又能使原料运行流畅,炉体由筒形耐火层(505)、保温层(504)和外壳(503)构成,耐火层(505)的材料为高铝水泥混凝土,保温层(504)在耐火层(505)与外壳(503)之间,筒形耐火层(505)的内空间按运行工况自然形成燃烬区(5-I)、气化区(5-II)、热解区(5-III)、烘干区(5-IV)和烟气混合物集聚区(5-V),燃烬区(5-I)、气化区(5-II)、热解区(5-III)、烘干区(5-IV)和烟气混合物集聚区(5-V)依次相联相通,燃烬区(5-I)在炉的下部或后端,烟气混合物集聚区(5-V)在炉内的上部或前端,各区域均有温度传感器(506)和视镜(508),在烘干区(5-IV)有料位传感器(516);多相循环输出接口(501)从烟气混合物集聚区(5-V)的顶部接出;气相循环输入接口(511)从燃烬区(5-I)与气化区(5-II)的结合部位接入;氧化钙喷管(510)从气化区(5-II)接入,在气化区(5-II)还有二氧化碳补充接口(509);合成气输出接口(507)从气化区(5-II)与热解区(5-III)的结合部位接出;等离子体喷枪安装口(515)在燃烬区(5-I)的侧墙上;在烘干区(5-IV)与烟气混合物集聚区(5-V)之间有喂料口(517)。气化炉运行时,控制燃烬区(5-I)的温度在1300~1600℃,气化区(5-II)的温度在800~1300℃,热解区(5-III)的温度在300~800℃,烘干区(5-IV)的温度≥120℃,气化炉内的操作压力为常压或接近常压,压力分布气化区(5-II)和燃烬区(5-I)为微正压,烘干区(5-IV)和烟气混合物集聚区(5-V)为负压20~30Pa;等离子体喷枪的工作气体为水蒸汽或系统反馈尾气;入炉原料首先在≥120℃的烘干环境中被烘出水蒸汽,然后在300~800℃的热解环境中受热分解,生成一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷、气态烃、焦油和固体炭;固体炭进入气化区(5-II),在800~1300℃的环境中与水蒸汽进行气化反应,生成一氧化碳、二氧化碳和氢气;气化后的残炭进入燃烬区(5-I),与从等离子体喷枪喷入燃烬区(5-I)的H2、O、O2、H2O*进行氧化反应和气化反应,生成一氧化碳、二氧化碳和氢气,残炭在燃烬区(5-I)得到燃烬,燃烬的灰渣从炉的后部或底部排出;炉内的二氧化碳被氧化钙粉末吸收,生成碳酸钙并放出热量,炉内燃烬区和气化区生成的热量与炉内生成的气态物及碳酸钙粉末,通过固态物料间的空隙与固态原料逆向而行,由燃烬区依次向气化区、热解区、烘干区、烟气混合物集聚区运行,再由烟气混合物集聚区(5-V)顶部的多相循环输出接口(501)引出,然后通过气化炉外的气固分离装置和循环回路返回到炉内的气化区进行循环处理,同时在气化区800~1300℃的环境中彻底瓦解二恶英;炉内反应生成的以一氧化碳和氢气为主要成分的富氢合成气从气化区(5-II)与热解区(5-III)的结合部位引出。上述的运行过程中,还把后级处理工序中分离出来的二氧化碳由补充接口(509)送入气化炉的气化区,与炉内的氧化钙反应,生成碳酸钙并放出热量,采用向炉内喷入氧化钙吸收二氧化碳的放热反应的措施来协同热等离子体把垃圾生物质原料进行气化,不但大大降低了等离子体喷枪的电能消耗,而且使合成气的品质和产量得到提高,容易实现把垃圾生物质转化为清洁能源的目标,同时氧化钙还兼作脱氯/脱硫剂,使合成气中的氯组分和硫组分大大降低,有利于后级净化处理。
本发明的一种垃圾、生物质原料生产合成气的系统设备,氧化钙煅烧炉(16)主要由第一燃烧室(1623)、上炉排(1620)、第二燃烧室(1611)、下炉排(1616)、文丘里煅烧室(1608)、沉降分离室(1603)、废气出口(1601)、碳酸钙输入接口(1610)、氧化钙出口(1629)、耐火炉墙(1630)、保温层(1606)和壳体(1605)组成,其中:第一燃烧室(1623)由高铝水泥混凝土浇筑的耐火烘顶(1628)和耐火侧墙构成;第二燃烧室(1611)的前半部在第一燃烧室(1623)的下面,上炉排(1620)隔在第一燃烧室(1623)与第二燃烧室(1611)的之间,第二燃烧室(1611)的两侧为耐火砖炉墙,下炉排(1616)在第二燃烧室,下炉排(1616)的底下有前风室(1619)和后风室(1615);文丘里煅烧室(1608)在第二燃烧室(1611)的后部上方,文丘里煅烧室由回旋体耐火层(1607)构成,耐火层的材料为高铝水泥混凝土,文丘里煅烧室的吸火口(1609)在第二燃烧室,吸火口(1609)的上部有碳酸钙输入接口(1610),文丘里煅烧室的出口(1604)在沉降分离室(1603);沉降分离室(1603)在第一燃烧室(1623)的烘顶(1628)上方,沉降分离室(1603)由高铝水泥混凝土浇筑的耐火炉墙(1630)和烘顶(1632)构成,烘顶上有废气出口(1601),侧面炉墙的下部有氧化钙出口(1629);所述的上炉排(1620)包括水冷式振动炉排、风冷式摇动炉排,由振动/摇动装置(1622)驱动;所述的下炉排(1616)包括往复炉排、链条炉排,由炉排变速箱(1621)驱动。煅烧炉设备运行时,新入炉的燃料被均匀撒布在上炉排(1620)上,一次助燃风通过拨火门(1626)进入第一燃烧室(1623),第一燃烧室(1623)内燃料干馏产生的水蒸汽、烟气和挥发物穿越上炉排的灼热燃料层进入到第二燃烧室(1611),水蒸汽与烟气反应生成一氧化碳和氢气后被燃烬,完成了消烟的过程,可燃性挥发物在第二燃烧室(1611)内和文丘里煅烧室(1608)内燃烬;第二燃烧室(1611)接受从上炉排(1620)落下的燃料继续燃烧,二次助燃风由风门(1614)、(1618)进入风室(1615)和(1619),然后穿过下炉排(1616)进入第二燃烧室(1611),把固体燃料和挥发的气体燃料燃烬;燃烬的灰渣被下炉排(1616)送入出渣口排入渣池。第一燃烧室(1623)及第二燃烧室(1611)产生的炽热火焰气流由文丘里煅烧室的吸火口(1609)进入文丘里煅烧室(1608),操作温度为800~1100℃,使进入文丘里煅烧室(1608)的碳酸钙粉料分解为氧化钙粉末和二氧化碳,分解的氧化钙粉末、二氧化碳和燃烧产生的废气混合物由煅烧室的出口(1604)进入沉降分离室(1603),氧化钙粉末沉降下行,由出口(1629)进入系统的返料管(37),通过返料管(37)和氧化钙喷管(510)返回气化炉进行循环利用;气态物由炉顶的废气出口(1601)排出。煅烧炉使用的燃料包括散煤、型煤、生物质和生物质成型燃料,把燃料先在第一燃烧室通过干馏后再燃烧,不会产生黑烟,燃料中的硫组分被氧化钙吸收,不会形成二氧化硫和三氧化硫污染物。
本发明的另一种垃圾、生物质原料生产合成气的系统设备,直流式氧化钙煅烧炉(45)主要由第一燃烧室(4520)、上炉排(4518)、第二燃烧室(4508)、下炉排(4513)、文丘里煅烧室(4505)、碳酸钙输入接口(4507)、氧化钙混合物输出接口(4501)、耐火炉墙、保温层(4503)和壳体(4502)组成,其中:第一燃烧室(4520)由耐火炉墙和烘顶(4524)构成,耐火炉墙和烘顶(4524)的材料为高铝水泥混凝土;第二燃烧室(4508)的前半部在第一燃烧室(4520)的下面,上炉排(4518)隔在第一燃烧室与第二燃烧室的之间,第二燃烧室(4508)的两侧耐火砖炉墙,下炉排(4513)在第二燃烧室,下炉排(4513)的下面为前风室(4515)和后风室(4512);文丘里煅烧室(4505)在第二燃烧室(4508)后部的上方,文丘里煅烧室(4505)由高铝水泥混凝土浇筑的回旋体耐火层(4504)构成,文丘里煅烧室的吸火口(4506)在第二燃烧室(4508),吸火口(4506)的上部有碳酸钙输入接口(4507),氧化钙混合物输出接口(4501)在文丘里煅烧室的出口上。所述的上炉排(4518)包括水冷式振动炉排、风冷式摇动炉排,由振动/摇动装置(4519)驱动;下炉排(4513)包括往复炉排、链条炉排,由炉排变速箱(4517)驱动。煅烧炉设备运行时,新入炉的燃料被均匀撒布在上炉排(4518)上,一次助燃风通过拨火门(4523)进入第一燃烧室(4520),第一燃烧室(4520)内燃料挥发的水蒸汽、烟气穿越上炉排的灼热燃料层进入到第二燃烧室(4508),水蒸汽与烟气反应生成一氧化碳和氢气后被燃烬,完成了消烟的过程;第二燃烧室(4508)接受从上炉排(4518)落下的燃料继续燃烧,二次助燃风由风门(4511)、(4514)进入风室(4512)和(4515),然后穿过下炉排(4513)进入第二燃烧室(4508),把固体燃料和挥发的气体燃料燃烬;燃烬的灰渣被下炉排(4513)送入出渣口排入渣池。第一燃烧室(4520)及第二燃烧室(4508)产生的炽热火焰气流由文丘里煅烧室的吸火口(4506)进入文丘里煅烧室(4505),操作温度为800~1100℃,使进入文丘里煅烧室(4505)内的碳酸钙粉料分解为氧化钙粉末和二氧化碳,分解的氧化钙粉末、二氧化碳和燃烧产生的废气混合物直接从文丘里煅烧室(4505)的出口引出,送入气固分离器(46)进行分离,分离的氧化钙粉末通过返料管(37)和氧化钙喷管(510)返回气化炉进行循环利用。
通过上述设计,使系统设备能够在不使用空气或氧气的条件下,以垃圾、生物质原料生产合成气,所产的合成气中氮气和二氧化碳的含量极低,主要成分为氢气和一氧化碳,是一种高热值的合成气,可直接用作城市煤气,或生产氢气、甲醇、二甲醚液化气等清洁能源,从而使本发明的目的得以实现。
本发明的有益效果是:把垃圾、生物质进行气化处理,生产清洁能源,产出价值高,变废为宝,消除了垃圾的污染,减排CO2,环保和生态效果突出,规模化生产后可以缓解能源紧张的局面。本发明与垃圾焚烧发电相比,具有如下优点:固态原料气化完全,能量转化率高;主产品为清洁能源,资源化利用程度高;废气排放量极低,容易进行净化处理,没有二次污染现象。本发明以把垃圾转化为二次清洁能源为主要目标,真正实现垃圾的无害化、减量化和资源化处理。
附图说明
本发明提供下列附图作进一步的说明,但各附图及以下所述的具体实施方式均不构成对本发明的限制:
图1是本发明的一种垃圾、生物质原料生产合成气的系统图。
图2是本发明的另一种垃圾、生物质原料生产合成气的系统图。
图3是本发明的一种垃圾、生物质原料生产合成气的系统设备中的多相循环气化炉结构图。
图4是本发明的一种垃圾、生物质原料生产合成气的系统设备中的氧化钙煅烧炉结构图。
图5是本发明的另一种垃圾、生物质原料生产合成气的系统设备中的氧化钙煅烧炉结构图。
图中:1.料斗,2.螺旋压缩成型机,3.多相循环管,5.多相循环气化炉,6.气固分离器,7.输料阀,8.气相循环管,9.固相输送管,10.合成气输送管,11.二氧化碳引气风机,12.高压风机,13.石灰石补充仓,14.余热锅炉,15.固相输送管,16.氧化钙煅烧炉,17.气固分离器,18.输料阀,19.合成气输送管,20.压缩机,21.气柜,22.湿法净化塔,23.冷却塔,24.引气风机,25.冷却水增压泵,26.阀门,27.阀门,28.冷却水循环泵,29.阀门,30.冷却水补水管,31.吸收剂控制阀,32.吸收剂输送管,33.吸收剂增压泵,34.吸收剂控制阀,35.吸收剂缓冲水箱,36.吸收剂补充仓,37.氧化钙返料管,38.污水池,39.污水泵,40.污水喷枪,41.气相循环风机,42.等离子体控制电源,43.等离子体喷枪,45.直流式氧化钙煅烧炉,46.气固分离器,47.管道式余热锅炉,48.引风机,501.多相循环输出接口,502.防爆阀,503.外壳,504.保温层,505.筒形耐火层,506.温度传感器,507.合成气输出接口,508.视镜,509.二氧化碳补充接口,510.氧化钙喷管,511.气相循环输入接口,512.污水喷枪安装口,513.出渣口,514.水封,515.等离子体喷枪安装口,516.料位传感器,517.喂料口,1601.废气出口,1602.挡灰装置,1603.沉降分离室,1604.煅烧室出口,1605.壳体,1606.保温层,1607.回旋体耐火层,1608.文丘里煅烧室,1609.煅烧室吸火口,1610.碳酸钙输入接口,1611.第二燃烧室,1612.检修门,1613.出渣口,1614.风门,1615.后风室,1616.下炉排,1617.拨火门,1618.风门,1619.前风室,1620.上炉排,1621.下炉排变速箱,1622.上炉排的振动/摇动装置,1623.第一燃烧室,1624.抛煤机,1625.煤斗,1626.拨火门,1627.水蒸汽喷枪,1628.第一燃烧室的烘顶,1629.氧化钙出口,1630.耐火炉墙,1631.检修门,1632.沉降室的烘顶,2201.净化的合成气出口,2202.吸收剂喷嘴接口,2203.吸收剂回流接口,2204.冷却水喷嘴接口,2205.粗合成气输入接口,2206.冷却回水出口,2207.排污管,3501.排污管,4501.氧化钙混合物输出接口,4502.壳体,4503.保温层,4504.回旋体耐火层,4505.文丘里煅烧室,4506.煅烧室吸火口,4507.碳酸钙输入接口,4508.第二燃烧室,4509.检修门,4510.出渣口,4511.风门,4512.后风室,4513.下炉排,4514.风门,4515.前风室,4516.拨火门,4517.下炉排变速箱,4518.上炉排,4519.上炉排的振动/摇动装置,4520.第一燃烧室,4521.抛煤机,4522.煤斗,4523.拨火门,4524.耐火烘顶,4525.水蒸汽喷枪,5-I.燃烬区,5-II.气化区,5-III.热解区,5-IV.烘干区,5-V.烟气混合物集聚区。
具体实施方式
图1所示的实施例中,垃圾生物质原料生产合成气的系统主要由螺旋压缩成型机(2)、多相循环气化炉(5)、等离子体控制电源(42)、等离子体喷枪(43)、多相循环管(3)、气固分离器(6)、气相循环管(8)、气相循环风机(41)、固相输送管(9)、氧化钙煅烧炉(16)、氧化钙返料管(37)、高压风机(12)、合成气输送管(10)(19)、余热锅炉(14)、气固分离器(17)、引气风机(24)、湿法净化塔(22)、冷却塔(23)、冷却水增压泵(25)、冷却水循环泵(28)、吸收剂增压泵(33)、吸收剂缓冲水箱(35)、吸收剂补充仓(36)、污水池(38)、污水泵(39)、污水喷枪(40)、压缩机(20)和气柜(21)组成,其中:多相循环气化炉(5)的主要功能段为倾斜45°的回旋筒体炉型,炉体内按运行工况分为烟气混合物集聚区、烘干区、热解区、气化区和燃烬区;炉顶有多相循环输出接口(501),炉中腰部位的热解区与气化区结合部有合成气输出接口(507),炉下部的气化区有氧化钙喷管(510)、二氧化碳补充接口(509)和气相循环输入接口(511),等离子体喷枪(43)安装在气化炉下部的燃烬区侧墙上,污水喷枪(40)安装在气化炉尾部的出渣口上方;原料喂料口(517)在气化炉的上部,螺旋压缩成型机(2)安装在气化炉的喂料口(517)上,螺旋压缩成型机(2)上有料斗(1)。气化炉的多相循环输出接口(501)通过多相循环管(3)连接到气固分离器(6),气固分离器(6)的气体出口通过气相循环管(8)连接到气相循环风机(41),气相循环风机(41)的出风口连接到气化炉的气相循环输入接口(511);气固分离器(6)的料腿连接到输料阀(7),输料阀(7)通过固相输送管(9)连接到氧化钙煅烧炉(16)的碳酸钙输入接口(1610),氧化钙煅烧炉(16)的氧化钙出口(1629)连接到氧化钙返料管(37),氧化钙返料管(37)连接到气化炉的氧化钙喷管(510),在氧化钙煅烧炉(16)的废气出口(1601)设置余热锅炉(图中未示出),用来回收利用煅烧炉的余热;气化炉的合成气输出接口(507)通过输送管(10)连接到余热锅炉(14),余热锅炉(14)连接到气固分离器(17),气固分离器(17)的气体出口通过输送管(19)连接到引气风机(24),引气风机(24)连接到湿法净化塔(22)的粗合成气输入接口(2205),湿法净化塔(22)的净化合成气出口(2201)连接到压缩机(20),压缩机(20)连接到气柜(21);湿法净化塔(22)的冷却回水出口(2206)连接到循环泵(28)的吸水口,循环泵(28)的出水口连接到冷却塔(23)内的喷淋装置,冷却塔(23)的出水口连接到冷却水增压泵(25)的吸入口,冷却水增压泵(25)的出水口连接到湿法净化塔(22)的冷却喷嘴接口(2204);湿法净化塔(22)的吸收剂回流接口(2203)连接到缓冲水箱(35),缓冲水箱(35)连接到吸收剂增压泵(33)的吸入口,吸收剂增压泵(33)的出口连接到湿法净化塔(22)的吸收剂喷嘴接口(2202);吸收剂补充仓(36)通过输送管(32)分别连接到控制阀(31)、(34),控制阀(34)连接到吸收剂增压泵(33)的输入管路,控制阀(31)连接到循环泵(28)的输入管道;气固分离器(17)的料腿连接到输料阀(18),输料阀(18)连接到输送管(15),余热锅炉(14)的粉尘料腿同时连接到输送管(15),输送管(15)连接到氧化钙煅烧炉(16)的碳酸钙输入接口(1610);污水泵(39)的吸水管伸入到污水池(38),污水泵(39)的出水管连接到气化炉(5)尾部的污水喷枪(40)。本实施例中,氧化钙循环回路的流化物料为氧化钙粉料、碳酸钙粉末和石英砂的混合物,粒径为10~80微米。系统运行时,把经过预处理的垃圾、生物质或煤和添加剂的混合原料由料斗(1)进入螺旋压缩成型机(2),原料压缩成型后进入多相循环气化炉(5)内,在炉内完成烘干、热解、气化、燃烬过程,使固态原料转化为以氢气、一氧化碳为主要成分的富氢合成气,同时把氧化钙粉末、二氧化碳分别送入气化炉内,用氧化钙吸收二氧化碳的放热反应来提供炉内原料进行烘干、热解、气化反应所需的热量,还把水蒸汽送入等离子体喷枪加热到>3100℃,生成H2、O、O2、H2O*喷入气化炉内的燃烬区,与垃圾生物质残炭进行反应,把残炭燃烬并向炉内提供热量;炉内生成的气态物与氧化钙吸收二氧化碳生成的碳酸钙粉料相混合,从气化炉顶的多相循环输出接口(501)被抽出,通过多相循环管(3)进入到旋风式气固分离器(6)进行分离,分离出的气态物通过气相循环管(8)和气相循环风机(40)返回到气化炉内的气化区进行循环处理,生成氢气和一氧化碳为主要成分的富氢合成气,同时彻底瓦解二恶英;把气固分离器(6)分离出的碳酸钙粉末和氧化钙粉末送入氧化钙煅烧炉(16)进行再生处理,碳酸钙粉末分解为氧化钙粉末和二氧化碳后,把氧化钙粉末通过返料管(37)和喷管(510)喷进气化炉(5)内的气化区进行循环利用。本实施例还把后级处理工序中产生的二氧化碳通过补充接口(509)返回多相循环气化炉(5)的气化区,与炉内的氧化钙进行放热反应,为炉内提供气化所需的热量。合成气混合物通过输出接口(507)被引出,通过输送管(10)进入到余热锅炉(14),在余热锅炉(14)中有部分碳酸钙粉末被分离出来进入料腿,然后进入输送管(15);合成气混合物通过余热锅炉降温后,进入旋风式气固分离器(17)进行分离,分离出的合成气通过输送管(19)和引气风机(24)进入到湿法净化塔(22);湿法净化塔(22)的下部为冷却洗涤段,冷却水通过喷嘴在塔内的冷却段喷淋,使合成气降温并洗去灰尘,冷却水在塔内吸收了合成气的热量后温度增高,由循环泵(28)送进冷却塔(23)散热降温,降温后的冷却水通过增压泵(25)送进净化塔(22)内的冷却水喷嘴,喷入塔内循环利用;湿法净化塔(22)的中段为吸收段,吸收段使用的吸收剂为氢氧化钙浆液或氢氧化钠溶液,通过喷嘴使吸收剂在吸收段喷淋,合成气中的含氯化合物与吸收剂反应生成氯化钙或氯化钠,合成气中的硫化合物与吸收剂反应生成硫酸钙或硫酸钠,合成气中的二氧化碳与吸收剂反应生成碳酸钙或碳酸钠,反应生成的钙盐或钠盐与未反应的吸收剂由湿法净化塔(22)的吸收剂回流接口(2203)输送到缓冲水箱(35),其中的钙盐或钠盐沉淀在箱底由排污管(3501)排出,吸收剂通过增压泵(33)送进湿法净化塔(22)的吸收段喷嘴,喷入净化塔内循环利用;湿法净化塔(22)的上部为雾沫分离段,合成气经过雾沫分离段后被除去水沫,然后从湿法净化塔(22)塔顶的出口(2201)引出,通过压缩机(20)送入气柜(21),作为城市煤气利用或通过后级设备生产氢气、甲醇、二甲醚;气固分离器(17)分离出的碳酸钙粉末、氧化钙粉末和灰尘由气固分离器(17)的料腿通过输料阀(18)送入输送管(15),再由输送管(15)送入氧化钙煅烧炉(16)进行再生处理。湿法净化装置在运行中损耗的吸收剂通过吸收剂补充仓(36)进行补充,补充回路为输送管(32)、控制阀(31)到达循环泵(28)的输入管道和通过输送管(32)、控制阀(34)到达吸收剂增压泵(33)的输入管路。本实施例中的输料阀包括气动输料阀和机械输料阀。
图2所示的实施例中,垃圾生物质原料生产合成气的系统主要由螺旋压缩成型机(2)、多相循环气化炉(5)、等离子体控制电源(42)、等离子体喷枪(43)、多相循环管(3)、气固分离器(6)、气相循环管(8)、气相循环风机(41)、固相输送管(9)、直流式氧化钙煅烧炉(45)、气固分离器(46)、管道式余热锅炉(47)、引风机(48)、氧化钙返料管(37)、高压风机(12)、合成气输送管(10)、余热锅炉(14)、气固分离器(17)、合成气输送管(19)、引气风机(24)、湿法净化塔(22)、冷却塔(23)、冷却水增压泵(25)、冷却水循环泵(28)、吸收剂增压泵(33)、吸收剂缓冲水箱(35)、吸收剂补充仓(36)、污水池(38)、污水泵(39)、污水喷枪(40)、压缩机(20)和气柜(21)组成,其中:多相循环气化炉(5)的主要功能段为倾斜45°的回旋筒体炉型,炉顶有多相循环输出接口(501),炉中腰部位的热解区与气化区结合部有合成气输出接口(507),炉下部的气化区有氧化钙喷管(510)、二氧化碳补充接口(509)和气相循环输入接口(511),等离子体喷枪(43)安装在气化炉下部的燃烬区侧墙上,污水喷枪(40)安装在气化炉尾部的出渣口上方;原料喂料口(517)在气化炉的上部,螺旋压缩成型机(2)安装在气化炉的喂料口(517)上,螺旋压缩成型机(2)上有料斗(1)。气化炉的多相循环输出接口(501)通过多相循环管(3)连接到气固分离器(6),气固分离器(6)的气体出口通过气相循环管(8)连接到气相循环风机(41),气相循环风机(41)的出风口连接到气化炉的气相循环输入接口(511);气固分离器(6)的料腿连接到输料阀(7),输料阀(7)通过固相输送管(9)连接到直流式氧化钙煅烧炉(45)的碳酸钙输入接口(4507),直流式氧化钙煅烧炉(45)的氧化钙混合物出口(4501)连接到气固分离器(46),气固分离器(46)的料腿通过输料阀连接到氧化钙返料管(37),氧化钙返料管(37)连接到气化炉的氧化钙喷管(510),气固分离器(46)的气体出口连接到管道式余热锅炉(47),管道式余热锅炉(47)连接到引风机(48)。气化炉的合成气输出接口(507)通过输送管(10)连接到余热锅炉(14),余热锅炉(14)连接到气固分离器(17),气固分离器(17)的气体出口通过输送管(19)连接到引气风机(24),引气风机(24)的出风口连接到湿法净化塔(22)的粗合成气输入接口(2205),湿法净化塔(22)的净化合成气出口(2201)连接到压缩机(20),压缩机(20)连接到气柜(21);湿法净化塔(22)的冷却回水出口(2206)连接到循环泵(28)的吸水口,循环泵(28)的出水口连接到冷却塔(23)内的喷淋装置,冷却塔(23)的出水口连接到冷却水增压泵(25)的吸入口,冷却水增压泵(25)的出水口连接到湿法净化塔(22)的冷却喷嘴接口(2204);湿法净化塔(22)的吸收剂回流接口(2203)连接到缓冲水箱(35),缓冲水箱(35)连接到吸收剂增压泵(33)的吸入口,吸收剂增压泵(33)的出口连接到湿法净化塔(22)的吸收剂喷嘴接口(2202);吸收剂补充仓(36)通过输送管(32)分别连接到控制阀(31)、(34),控制阀(34)连接到吸收剂增压泵(33)的输入管路,控制阀(31)连接到循环泵(28)的输入管道;气固分离器(17)的料腿连接到输料阀(18),输料阀(18)连接到输送管(15),余热锅炉(14)的粉尘料腿同时连接到输送管(15),输送管(15)连接到直流式氧化钙煅烧炉(45)的碳酸钙输入接口(4507);污水泵(39)的吸水管伸入到污水池(38),污水泵(39)的出水管连接到气化炉(5)尾部的污水喷枪(40)。
图3所示的实施例中,多相循环气化炉主要由回旋体筒形耐火层(505)、保温层(504)、外壳(503)、多相循环输出接口(501)、气相循环输入接口(511)、氧化钙喷管(510)、二氧化碳补充接口(509)、合成气输出接口(507)、等离子体喷枪安装口(515)、污水喷枪安装口(512)和喂料口(517)组成,其中:回旋体筒形耐火层(505)、保温层(504)和外壳(503)构成多相循环气化炉的炉体,炉体呈45°倾斜,炉的下部直径大于上部,耐火层(505)的材料为高铝水泥混凝土,保温层(504)在耐火层(505)与外壳(503)之间,回旋体筒形耐火层(505)的内空间按运行工况自然形成燃烬区(5-I)、气化区(5-II)、热解区(5-III)、烘干区(5-IV)和烟气混合物集聚区(5-V),燃烬区(5-I)、气化区(5-II)、热解区(5-III)、烘干区(5-IV)和烟气混合物集聚区(5-V)依次相联相通,燃烬区(5-I)在炉的下部或后端,烟气混合物集聚区(5-V)在炉内的上部或前端,各区域均有温度传感器(506)和视镜(508),在烘干区(5-IV)有料位传感器(516),在烟气混合物集聚区(5-V)的炉墙上有防爆阀(502);多相循环输出接口(501)从烟气混合物集聚区(5-V)的上部接出;气相循环输入接口(511)由燃烬区(5-I)与气化区(5-II)的结合部位接入;氧化钙喷管(510)和二氧化碳补充接口(509)由气化区(5-II)接入;等离子体喷枪安装口(515)在燃烬区(5-I)的侧墙上;污水喷枪安装口(512)在气化炉尾部的出渣口上方;合成气输出接口(507)从气化区(5-II)与热解区(5-III)的结合部位接出;在烘干区(5-IV)与烟气混合物集聚区(5-V)之间有喂料口(517)。气化炉运行时,控制燃烬区(5-I)的温度在1300~1600℃,气化区(5-II)的温度在800~1300℃,热解区(5-III)的温度在300~800℃,烘干区(5-IV)的温度≥120℃,气化炉内的操作压力为常压或接近常压,压力分布气化区(5-II)和燃烬区(5-I)为微正压,烘干区(5-IV)和烟气混合物集聚区(5-V)为负压20~30Pa;等离子体喷枪的工作气体为水蒸汽或系统反馈尾气;入炉原料首先在≥120℃的烘干环境中被烘出水蒸汽,然后在300~800℃的热解环境中受热分解,生成一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷、气态烃、焦油和固体炭;固体炭进入气化区(5-II),在800~1300℃的环境中与水蒸汽进行气化反应,生成一氧化碳、二氧化碳和氢气;气化后的残炭进入燃烬区(5-I),与从等离子体喷枪喷入燃烬区(5-I)的H2、O、O2、H2O*进行氧化反应和气化反应,生成一氧化碳、二氧化碳和氢气,残炭在燃烬区(5-I)得到燃烬,燃烬的灰渣从炉的后部或底部排出;炉内的二氧化碳被氧化钙粉末吸收,生成碳酸钙并放出热量,炉内燃烬区和气化区生成的热量与炉内生成的气态物及碳酸钙粉末,通过固态物料间的空隙与固态原料逆向而行,由燃烬区依次向气化区、热解区、烘干区、烟气混合物集聚区运行,再由烟气混合物集聚区(5-V)顶部的多相循环输出接口(501)引出,然后通过气化炉外的气固分离装置和循环回路返回到炉内的气化区进行循环处理,同时在气化区800~1300℃的环境中彻底瓦解二恶英;炉内反应生成的以一氧化碳和氢气为主要成分的富氢合成气从气化区(5-II)与热解区(5-III)的结合部位引出,通过后级设备处理,用于城市煤气或制氢或生产甲醇或生产二甲醚。上述的运行过程中,还把后级处理工序中分离出来的二氧化碳由补充接口(509)送入气化炉的气化区,与炉内的氧化钙反应,生成碳酸钙并放出热量;把垃圾渗沥水和系统运行过程中产生的污水通过污水喷枪喷入气化炉尾部的出渣口上方空间,由废渣余热把污水汽化,提供给炉内作为气化剂利用。
图4所示的实施例中,氧化钙煅烧炉主要由第一燃烧室(1623)、抛煤机(1624)、水蒸汽喷枪(1627)、上炉排(1620)、上炉排的振动/摇动装置(1622)、第二燃烧室(1611)、下炉排(1616)、下炉排变速箱(1621)、前风室(1619)、后风室(1615)、文丘里煅烧室(1608)、沉降分离室(1603)、废气出口(1601)、碳酸钙输入接口(1610)、氧化钙出口(1629)、耐火炉墙(1630)、保温层(1606)和壳体(1605)组成,其中:第一燃烧室(1623)由高铝水泥混凝土浇筑的耐火烘顶(1628)和耐火侧墙构成,抛煤机(1624)安装在第一燃烧室(1623)的进料口,水蒸汽喷枪(1627)安装在第一燃烧室(1623)的侧墙上,第一燃烧室(1623)的侧面还有拨火门(1626);第二燃烧室(1611)的前半部在第一燃烧室(1623)的下面,上炉排(1620)隔在第一燃烧室(1623)与第二燃烧室(1611)的之间,第二燃烧室(1611)的两侧为耐火砖炉墙,第二燃烧室(1611)的前部侧面有拨火门(1617),后端有检修门(1612),下炉排(1616)在第二燃烧室(1611),下炉排(1616)的底下有前风室(1619)和后风室(1615);文丘里煅烧室(1608)在第二燃烧室(1611)的后部上方,文丘里煅烧室由回旋体耐火层(1607)构成,耐火层的材料为高铝水泥混凝土,文丘里煅烧室的吸火口(1609)在第二燃烧室,吸火口(1609)的上部有碳酸钙输入接口(1610),文丘里煅烧室的出口(1604)在沉降分离室(1603);沉降分离室(1603)在第一燃烧室(1623)的烘顶(1628)上方,沉降分离室(1603)由高铝水泥混凝土浇筑的耐火炉墙(1630)和烘顶(1632)构成,沉降分离室(1603)侧面炉墙的下部有氧化钙出口(1629),烘顶上有废气出口(1601),废气出口(1601)内有挡灰装置(1602),挡灰装置(1602)阻挡炉内的固态物料从废气出口排出,沉降分离室(1603)的耐火炉墙(1630)上有检修门(1631)。本实施例的上炉排(1620)为水冷式振动炉排或风冷式摇动炉排,由振动/摇动装置(1622)驱动,下炉排(1616)为往复炉排或链条炉排,由炉排变速箱(1621)驱动,抛煤机(1624)为机械-风力抛煤机。煅烧炉设备运行时,燃料被抛煤机(1624)均匀抛撒在上炉排(1620)上,一次助燃风通过抛煤机(1624)或拨火门(1626)进入第一燃烧室(1623),第一燃烧室(1623)内燃料干馏产生的水蒸汽、烟气和挥发物穿越上炉排的燃烧层进入到第二燃烧室(1611),水蒸汽与烟气反应生成一氧化碳和氢气后燃烬,完成了消烟的过程,可燃性气体、挥发物在第二燃烧室(1611)内和文丘里煅烧室(1608)内燃烬;第二燃烧室(1611)接受从上炉排(1620)落下的燃料继续燃烧,二次助燃风由风门(1614)、(1618)进入风室(1615)和(1619),然后穿过下炉排(1616)进入第二燃烧室(1611),把固体燃料燃烬;燃烬的灰渣被下炉排(1616)送入出渣口排入渣池。碳酸钙粉料由输入接口(1610)进入到文丘里煅烧室(1608),第一燃烧室(1623)及第二燃烧室(1611)产生的炽热火焰气流由文丘里煅烧室的吸火口(1609)进入文丘里煅烧室(1608),控制煅烧室炉温800~1100℃,使碳酸钙粉料分解为氧化钙粉末和二氧化碳,分解的氧化钙粉末、二氧化碳和燃烧产生的废气混合物由煅烧室的出口(1604)进入沉降分离室(1603),沉降下来的氧化钙由出口(1629)进入系统的返料管(37),通过返料管(37)和氧化钙喷管(510)返回气化炉进行循环利用,分离的气态物由炉顶的输出接口(1601)排出。本实施例把水蒸汽送入第一燃烧室(1623),用来抑制煤烟的生成并与炽热的炭进行化学反应,生成容易燃烬的气体燃料,实现消烟除尘。
图5所示的实施例中,直流式氧化钙煅烧炉主要由第一燃烧室(4520)、抛煤机(4521)、水蒸汽喷枪(4525)、上炉排(4518)、上炉排的振动/摇动装置(4519)、第二燃烧室(4508)、下炉排(4513)、下炉排变速箱(4517)、前风室(4515)、后风室(4512)、文丘里煅烧室(4505)、碳酸钙输入接口(4507)、氧化钙混合物输出接口(4501)、耐火炉墙、保温层(4503)和壳体(4502)组成,其中:第一燃烧室(4520)由耐火砖炉墙和烘顶(4524)构成,耐火烘顶(4524)的材料为高铝水泥混凝土,抛煤机(4521)安装在第一燃烧室(4520)的进料口,水蒸汽喷枪(4525)安装在第一燃烧室(4520)的侧墙上,第一燃烧室(4520)的侧面有拨火门(4523);第二燃烧室(4508)的前半部在第一燃烧室(4520)的下面,上炉排(4518)隔在第一燃烧室与第二燃烧室的之间,第二燃烧室(4508)的两侧为耐火砖炉墙,第二燃烧室(4508)的前部侧面有拨火门(4516),后端有检修门(4509),下炉排(4513)在第二燃烧室(4508),下炉排(4513)的底下有前风室(4515)和后风室(4512);文丘里煅烧室(4505)在第二燃烧室(4508)后部的上方,文丘里煅烧室(4505)由高铝水泥混凝土浇筑的回旋体耐火层(4504)构成,文丘里煅烧室的吸火口(4506)在第二燃烧室(4508),吸火口(4506)的上部有碳酸钙输入接口(4507),氧化钙混合物输出接口(4501)从文丘里煅烧室的出口上接出。煅烧炉运行时,燃料被抛煤机(4521)均匀抛撒在上炉排(4518)上,一次助燃风通过抛煤机(4521)或拨火门(4523)进入第一燃烧室(4520),如燃料的水分太少,通过水蒸汽喷枪(4525)向第一燃烧室(4520)内喷发水蒸汽,用来抑制煤烟的生成,第一燃烧室(4520)内燃料干馏产生的水蒸汽、烟气和挥发分穿越上炉排的灼热燃料层进入到第二燃烧室(4508),水蒸汽与烟气反应生成一氧化碳和氢气的可燃性气体,完成了消烟的过程,可燃性气体、挥发物在第二燃烧室(4508)和文丘里煅烧室(4505)内被燃烬;第二燃烧室(4508)接受从上炉排(4518)落下的燃料继续燃烧,二次助燃风由风门(4511)、(4514)进入风室(4512)和(4515),然后穿过下炉排(4513)进入第二燃烧室(4508),把固体燃料燃烬,燃烬的灰渣被下炉排(4513)送入出渣口排入渣池;碳酸钙粉末由输入接口(4507)进入到文丘里煅烧室(4505)内,第一燃烧室(4520)及第二燃烧室(4508)产生的炽热火焰气流由文丘里煅烧室的吸火口(4506)进入文丘里煅烧室(4505),控制煅烧室炉温800~1100℃,使碳酸钙粉末分解为氧化钙粉末和二氧化碳,分解的氧化钙粉末、二氧化碳和燃烧产生的废气混合物直接从文丘里煅烧室(4505)的出口排出,送入系统的气固分离器(46)进行分离,分离的氧化钙通过返料管(37)和氧化钙喷管(510)返回气化炉进行循环利用。

Claims (10)

1.一种垃圾、生物质原料生产合成气的系统,包括垃圾、生物质、煤的气化处理装置,其特征是系统主要由多相循环气化炉(5)、等离子体喷枪(43)、气相循环回路、氧化钙循环回路、湿法净化塔(22)和气柜(21)组成,其中:
多相循环气化炉(5)的炉顶有多相循环输出接口(501),炉的中腰部位有合成气输出接口(507),炉下部的气化区有氧化钙喷管(510)和气相循环输入接口(511),等离子体喷枪(43)安装在气化炉下部的燃烬区侧墙上,原料喂料口(517)在气化炉的上部;
气相循环回路由多相循环管(3)、气固分离器(6)、气相循环管(8)和气相循环风机(40)构成,气化炉的多相循环输出接口(501)通过多相循环管(3)连接到气固分离器(6),气固分离器(6)的气体出口通过气相循环管(8)连接到气相循环风机(41),气相循环风机(41)的出风口连接到气化炉的气相循环输入接口(511);
氧化钙循环回路由多相循环管(3)、气固分离器(6)、输料阀(7)、固相输送管(9)、氧化钙煅烧炉(16)和氧化钙返料管(37)构成,气化炉的多相循环输出接口(501)通过多相循环管(3)连接到气固分离器(6),气固分离器(6)的料腿连接到输料阀(7),输料阀(7)通过固相输送管(9)连接到氧化钙煅烧炉(16)的碳酸钙输入接口(1610),氧化钙煅烧炉(16)的氧化钙出口(1629)连接到氧化钙返料管(37),氧化钙返料管(37)连接到气化炉的氧化钙喷管(510);
多相循环气化炉的合成气输出接口(507)连接到气固分离器(17),气固分离器(17)的气体出口通过输送管(19)连接到引气风机(24)的吸入口,引气风机(24)的出口连接到湿法净化塔(22)的粗合成气输入接口(2205),湿法净化塔(22)的净化合成气出口(2201)连接到压缩机(20),压缩机(20)连接到气柜(21);气固分离器(17)的料腿连接到输料阀(18),输料阀(18)连接到输送管(15),输送管(15)连接到氧化钙煅烧炉(16)的碳酸钙输入接口(1610)。
2.根据权利要求1所述的一种垃圾、生物质原料生产合成气的系统,其特征是用直流式氧化钙煅烧炉(45)及气固分离器(46)来取代氧化钙煅烧炉(16),固相输送管(9)(15)连接到直流式氧化钙煅烧炉(45)的碳酸钙输入接口(4507),直流式氧化钙煅烧炉(45)的氧化钙混合物输出接口(4501)连接到气固分离器(46),气固分离器(46)的料腿通过输料阀连接到氧化钙返料管(37),氧化钙返料管(37)连接到气化炉的氧化钙喷管(510)。
3.根据权利要求1所述的一种垃圾、生物质原料生产合成气的系统,其特征是在多相循环气化炉(5)的合成气输出接口(507)与气固分离器(17)之间设置余热锅炉(14)。
4.一种垃圾、生物质原料生产合成气的设备,其特征是多相循环气化炉(5)主要由炉体、多相循环输出接口(501)、气相循环输入接口(511)、氧化钙喷管(510)、合成气输出接口(507)和等离子体喷枪安装口(515)组成,其中:炉体由筒形回旋体耐火层(505)、保温层(504)和外壳(503)构成,保温层(504)在耐火层(505)与外壳(503)之间,回旋筒体耐火层(505)的内空间有燃烬区(5-I)、气化区(5-II)、热解区(5-III)、烘干区(5-IV)和烟气混合物集聚区(5-V),燃烬区(5-I)、气化区(5-II)、热解区(5-III)、烘干区(5-IV)和烟气混合物集聚区(5-V)依次相联相通,燃烬区(5-I)在炉的下部或后端,烟气混合物集聚区(5-V)在炉内的上部或前端;多相循环输出接口(501)从烟气混合物集聚区(5-V)的上部接出;气相循环输入接口(511)从燃烬区(5-I)与气化区(5-II)的结合部位接入;氧化钙喷管(510)从气化区(5-II)接入;合成气输出接口(507)从气化区(5-II)与热解区(5-III)的结合部位接出;等离子体喷枪安装口(515)在燃烬区(5-I)的侧墙上;在烘干区(5-IV)与烟气混合物集聚区(5-V)之间有喂料口(517)。
5.根据权利要求4所述的一种垃圾、生物质原料生产合成气的设备,其特征是多相循环气化炉(5)的各区域均有温度传感器(506)和视镜(508),在烘干区(5-IV)有料位传感器(516)。
6.根据权利要求4所述的一种垃圾、生物质原料生产合成气的设备,其特征是多相循环气化炉(5)的气化区(5-II)有二氧化碳补充接口(509)。
7.一种垃圾、生物质原料生产合成气的设备,其特征是氧化钙煅烧炉(16)主要由第一燃烧室(1623)、上炉排(1620)、第二燃烧室(1611)、下炉排(1616)、文丘里煅烧室(1608)、沉降分离室(1603)、废气出口(1601)、碳酸钙输入接口(1610)、氧化钙出口(1629)、耐火炉墙(1630)、保温层(1606)和壳体(1605)组成,其中:第一燃烧室(1623)由耐火烘顶(1628)和耐火侧墙构成;第二燃烧室(1611)的前半部在第一燃烧室(1623)的下面,上炉排(1620)隔在第一燃烧室(1623)与第二燃烧室(1611)的之间,第二燃烧室(1611)的两侧为耐火炉墙,下炉排(1616)在第二燃烧室,下炉排(1616)的底下有前风室(1619)和后风室(1615);文丘里煅烧室(1608)在第二燃烧室(1611)的后部上方,文丘里煅烧室由回旋体耐火层(1607)构成,文丘里煅烧室的吸火口(1609)在第二燃烧室,吸火口(1609)的上部有碳酸钙输入接口(1610),文丘里煅烧室的出口(1604)在沉降分离室(1603);沉降分离室(1603)由耐火炉墙(1630)和烘顶(1632)构成,烘顶上有废气出口(1601),沉降分离室(1603)侧面炉墙的下部有氧化钙出口(1629)。
8.根据权利要求7所述的一种垃圾、生物质原料生产合成气的设备,其特征是上炉排(1620)包括水冷式振动炉排、风冷式摇动炉排,由振动/摇动装置(1622)驱动;下炉排(1616)包括往复炉排、链条炉排,由炉排变速箱(1621)驱动。
9.一种垃圾、生物质原料生产合成气的设备,其特征是直流式氧化钙煅烧炉(45)主要由第一燃烧室(4520)、上炉排(4518)、第二燃烧室(4508)、下炉排(4513)、文丘里煅烧室(4505)、碳酸钙输入接口(4507)、氧化钙混合物输出接口(4501)、耐火炉墙、保温层(4503)和壳体(4502)组成,其中:第一燃烧室(4520)由耐火炉墙和烘顶(4524)构成;第二燃烧室(4508)的前半部在第一燃烧室(4520)的下面,上炉排(4518)隔在第一燃烧室与第二燃烧室的之间,第二燃烧室(4508)的两侧为耐火炉墙,下炉排(4513)在第二燃烧室,下炉排(4513)的下面为前风室(4515)和后风室(4512);文丘里煅烧室(4505)在第二燃烧室(4508)后部的上方,文丘里煅烧室(4505)由回旋体耐火层(4504)构成,文丘里煅烧室的吸火口(4506)在第二燃烧室(4508),吸火口(4506)的上部有碳酸钙输入接口(4507),氧化钙混合物输出接口(4501)在文丘里煅烧室的出口上。
10.根据权利要求9所述的一种垃圾、生物质原料生产合成气的设备,其特征是上炉排(4518)包括水冷式振动炉排、风冷式摇动炉排,由振动/摇动装置(4519)驱动;下炉排(4513)包括往复炉排、链条炉排,由炉排变速箱(4517)驱动。
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