CN101560401A - 一种垃圾生物质气化炉 - Google Patents

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Abstract

一种垃圾生物质气化炉，涉及一种垃圾生物质的气化处理设备。其特征是气化炉为双气化炉膛结构，由第一气化炉膛和第二气化炉膛构成，其中：在第一气化炉膛内设置烘干区、热解区、氧化区和还原区；在第二气化炉膛内设置等离子体气化区、滞留区和燃烬区；在第二气化炉膛的耐火炉衬中设置过热腔；第一气化炉膛的底部与第二气化炉膛的底部直接相通。本设备采用双气化炉膛把垃圾、生物质进行气化处理，有利于提高气化炉的效率和合成气的品质，同时有效消除焦油及瓦解剧毒物二恶英，减少合成气中的污染物，有利于后级净化处理。本设备用于把垃圾生物质转化为有利用价值的合成气，包括城市煤气产品及作为生产氢气、甲醇、二甲醚的原料气利用。

Description

一种垃圾生物质气化炉
所属技术领域
本发明涉及垃圾、生物质的处理设备，特别涉及到垃圾、生物质的气化设备。
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；采用焚烧法来处理城市生活垃圾，余热用来发电或供热，可以做到减量化、资源化处理生活垃圾，但由于生活垃圾含水量高、热值低，一般的垃圾焚烧设备在运行时需用煤或燃油之类的常规燃料助燃，同时存在烟气中污染物含量高、不能有效消除致癌剧毒物二恶英和呋喃、烟气净化系统复杂等缺点；现有的垃圾焚烧设备只适应处理城市生活垃圾，而不能普及到村镇，不能实现低成本并且达到环保要求的处理水分更高、热值更低的村镇生活垃圾。
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。但由于生活垃圾的特点是含水量高、热值低、含氯物多，焚烧时易生成剧毒物二恶英，用常规的设备转化成的合成气热值低，品质达不到应用的要求，因此，至今未见有把生活垃圾转化为二次清洁能源的商业化应用报道。
发明内容
本发明的目的是要克服现有技术和设备的缺点，实现垃圾、生物质的综合利用，把垃圾、生物质转化为有利用价值的合成气，所产合成气用于生产包括城市煤气、氢气、甲醇、二甲醚液化气的二次清洁能源产品，从而使垃圾、生物质转化项目能得到商业化的应用。所述的垃圾包括生活垃圾、食品类加工废弃物、有机质建筑装潢垃圾、医疗垃圾和工业高分子废弃物，所述的生物质包括秸杆、稻草、麦草类的农业废弃物及竹木类的林业废弃物、木材加工下脚料、能源植物、水生植物、野生植物等。
本发明的一种把垃圾生物质原料转化为合成气的气化炉，包括炉膛设置，其特征是气化炉为双气化炉膛结构，由第一气化炉膛和第二气化炉膛构成，其中：第一气化炉膛由耐火炉衬(35)围护而成，第二气化炉膛由耐火炉衬(5)围护而成，在第二气化炉膛的耐火炉衬(5)中设置过热腔(4)；第一气化炉膛内设置烘干区(VII)、热解区(VI)、氧化区(V)和还原区(IV)，烘干区(VII)、热解区(VI)、氧化区(V)和还原区(IV)依次自上而下同轴设置，或烘干区(VII)、热解区(VI)、还原区(IV)和氧化区(V)依次自上而下同轴设置；第二气化炉膛内设置等离子体气化区(III)、滞留区(I)和燃烬区(II)，等离子体气化区(III)在底部，等离子体气化区(III)的上方是滞留区(I)，燃烬区(II)在等离子体气化区(III)的一侧下游；第一气化炉膛的底部与第二气化炉膛的底部直接相通。气化炉本体主要由炉顶接合器(45)、进料口(38)、合成气出口(1)、分气室(2)、过热腔(4)、炉底板(24)、耐火炉衬(5)(35)、隔热保温层(6)和外壳(7)组成，其中：炉顶接合器(45)在第一气化炉膛的顶部；进料口(38)在第一气化炉膛的上部；合成气出口(1)在第二气化炉膛的顶部；分气室(2)和过热腔(4)同在第二气化炉膛的耐火炉衬(5)内，过热腔(4)和分气室(2)连通；炉底板(24)在第一气化炉膛和第二气化炉膛的底部，炉底板(24)自第一气化炉膛沿第二气化炉膛的等离子体气化区(III)向燃烬区(II)方向倾斜，燃烬区(II)的末端连通出渣口(18)；耐火炉衬(35)、隔热保温层(6)和外壳(7)构成第一气化炉膛的炉墙；耐火炉衬(5)、隔热保温层(6)和外壳(7)构成第二气化炉膛的炉墙。
上述的气化炉中，第一气化炉膛的上部与分气室(2)之间有热解气通道(46)；所述的过热腔(4)为一个以上至少一个，多个过热腔(4)环绕布局在耐火炉衬(5)中，过热腔(4)的进气口连通在分气室(2)，过热腔(4)的出气口在第二气化炉膛的等离子体气化区(III)，或过热腔(4)的出气口连通在集气室(12)，设备运行时，第一气化炉膛生成的热解气由通道(46)进入到分气室(2)，再由分气室(2)分配进入各个过热腔(4)，过热腔(4)的功能是利用第二气化炉膛的余热来间接加热在第一气化炉膛生成的热解气，使第一气化炉膛生成的热解气接近第二气化炉膛的炉温，然后进入到第二气化炉膛进一步完成气化，或作为循环热载体返回第一气化炉膛，为第一气化炉膛循环提供原料烘干和热解所需的热量；当把第一气化炉膛生成的热解气作为循环热载体时，在耐火炉衬(5)中设置集气室(12)，过热腔(4)的出气口连通到集气室(12)，集气室(12)通过过热气出口(9)与第一气化炉膛连通；当要利用尾气作为循环热载体时，尾气通过输入接口(13)进入分气室(2)，再由分气室(2)分配进入各个过热腔(4)，然后进入集气室(12)，集气室(12)通过过热气通道(46)与第一气化炉膛连通。
上述的气化炉中，当作为上吸式气化模式运行时或把第一气化炉膛生成的热解气作为循环热载体时，在第一气化炉膛顶部的炉顶接合器(45)上有热解气输出接口(47)接出，在第二气化炉膛上部炉衬内的分气室(2)上有热解气输入接口(50)接入，热解气输出接口(47)与热解气输入接口(50)之间通过风管和高温风机(3)进行连接。
上述的气化炉中，在第一气化炉膛的氧化区(V)部位的耐火炉衬中设置环形布风室(30)，环形布风室(30)上有气化剂输入接口(31)接入和风孔(32)接出，风孔(32)指向氧化区(V)的轴心。
上述的气化炉中，在燃烬区(II)的拱墙上有等离子体喷枪/气化剂喷枪(16)的安装口；在炉底板(24)上有等离子体喷枪/气化剂喷枪(26)(27)的安装口；在还原区(IV)一侧的炉墙上有气化剂喷枪/推料风喷枪(29)的安装口；在第一气化炉膛上部的进料口(38)安装有螺旋进料器(39)，螺旋进料器(39)上有料斗(43)。
上述的气化炉为固定床气化炉，其中的第一气化炉膛可以分别按上吸式、下吸式和上下吸轮转模式运行，同时具有上吸式和下吸式气化炉的优点，既可使新入炉的原料加速烘干和热解，又能使热解时产生的焦油在炭层中进行裂解，从而提高气化炉的效率和合成气的品质。气化炉运行时：垃圾或生物质原料通过螺旋进料器(39)进入到第一气化炉膛内，固态原料在第一气化炉膛内进行烘干、热解和半气化，在第二气化炉膛内完成气化和燃烬，灰渣从排渣口(18)排出；第一气化炉膛中产生气(汽)态物，按上吸式或下吸式运行模式分别为与固态原料逆向运行或同向运行，当气化炉工作在上吸式模式时，气(汽)态物与固态物逆向运行，往上运行的气态物作为载热介质，把在高温氧化区生成的热量带入到热解区和烘干区，提供固态原料热解和烘干的吸热所需；然后，热解混合气通过热腔(4)被加热，由过热气出口(9)进入第二气化炉膛的等离子体气化区(III)，进行进一步气化，裂解焦油，生成以一氧化碳和氢气为主要成分的合成气，同时彻底瓦解二恶英；当气化炉工作在下吸式模式时，气(汽)态物与固态物同向运行，气(汽)态物中的焦油在高温氧化区(V)的炭层上得到裂解，然后与残炭混合经还原区(IV)进入到第二气化炉膛的等离子体气化区(III)，进行进一步气化，生成以一氧化碳和氢气为主要成分的合成气，同时彻底瓦解二恶英。上述过程中：在烘干区(VII)生成的汽态物主要为水蒸汽，在热解区(VI)生成的气态物主要有氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、低分子烃、焦油和煤烟，生成的水蒸汽、焦油和煤烟将运行至等离子体气化区(III)进行水煤气反应，生成一氧化碳和氢气；氧化区(V)和还原区(IV)工作在缺氧环境中，主要反应为氧化反应和还原反应，当把空气或氧气作为气化剂送入氧化区(V)时，氧气与垃圾炭进行氧化反应，生成二氧化碳并放出热量，二氧化碳遇垃圾炭又进行还原反应，生成一氧化碳并吸收热量；等离子体气化区(III)工作在无氧环境中，把水蒸气用等离子体喷枪/气化剂喷枪(26)(27)加热到3100℃以上喷入气化区(III)，与垃圾炭进行反应，生成一氧化碳和氢气；燃烬区(II)的等离子体喷枪/气化剂喷枪(16)使用氢气或二氧化碳或水蒸汽或氧气或空气作气化剂，把残炭燃烬，同时生成甲烷或一氧化碳和氢气。气化炉内生成的高温合成气，在滞留区(I)继续完成气化，以消除焦油和炭微粒(煤烟)，同时把余热传递给耐火炉衬(5)中过热腔(4)；气化炉内生成的合成气由出口(1)被引出气化炉，合成气通过后级除尘、净化处理后，作为城市煤气利用，或用作生产氢气、甲醇、二甲醚的原料气利用。
本发明的另一种把垃圾生物质原料转化为合成气的气化炉，是一种固定床和流化床相结合的气化炉，其特征是气化炉为双气化炉膛结构，由第一气化炉膛和第二气化炉膛构成，第一气化炉膛为固定床气化模式，第二气化炉膛为流化床气化模式，其中：第一气化炉膛由耐火炉衬(35)围护而成，第二气化炉膛由耐火炉衬(5)围护而成，在第二气化炉膛的耐火炉衬(5)中设置过热腔(4)；第一气化炉膛内设置烘干区(VII)、热解区(VI)、氧化区(V)和还原区(IV)，烘干区(VII)、热解区(VI)、氧化区(V)和还原区(IV)呈上下同轴设置，烘干区(VII)在上部，烘干区(VII)的下面是热解区(VI)，热解区(VI)的下面是氧化区(V)，氧化区(V)的下面是还原区(IV)；第二气化炉膛内设置等离子体气化区(III)和吸收区(Ib)，等离子体气化区(III)为流化床的密相区，吸收区(Ib)为流化床的稀相区，等离子体气化区(III)在下部，等离子体气化区(III)的上方是吸收区(Ib)；第一气化炉膛的还原区(IV)与第二气化炉膛的等离子体气化区(III)直接相通。气化炉本体主要由炉顶接合器(45)、进料口(38)、合成气出口(1)、分气室(2)、过热腔(4)、集气室(12)、风室(19)、布风板(20)、耐火炉衬(5)(35)、隔热保温层(6)和外壳(7)组成，其中：炉顶接合器(45)在第一气化炉膛的顶部；进料口(38)在第一气化炉膛的上部；合成气出口(1)在第二气化炉膛的顶部；分气室(2)、过热腔(4)和集气室(12)同在第二气化炉膛的耐火炉衬(5)中，过热腔(4)设计为多腔方式，分气室(2)与集气室(12)的之间通过过热腔(4)进行连通，分气室(2)在过热腔(4)的上端，集气室(12)在过热腔(4)的下端；风室(19)在第二气化炉膛的等离子体气化区(III)下方，布风板(20)设置在等离子体气化区(III)与风室(19)之间，布风板(20)上有风帽(21)；集气室(12)通过过热气通道(15)连接到风室(19)；耐火炉衬(35)、隔热保温层(6)和外壳(7)构成第一气化炉膛的炉墙；耐火炉衬(5)、隔热保温层(6)和外壳(7)构成第二气化炉膛的炉墙；在第二气化炉膛的吸收区(Ib)下部炉墙上有氧化钙喷枪(10)接入；在等离子体气化区(III)的炉墙上有等离子体喷枪(16)接入；在第一气化炉膛的氧化区(V)部位的耐火炉衬中设置环形布风室(30)，环形布风室(30)上有气化剂输入接口(31)接入和风孔(32)接出，风孔(32)指向氧化区(V)的轴心。
上述的固定床和流化床相结合的气化炉，其中的第一气化炉膛按下吸式固定床模式运行。气化炉运行时：垃圾或生物质原料通过螺旋进料器(39)进入到第一气化炉膛内，固态原料在第一气化炉膛内进行烘干、热解、氧化和还原，残炭在第二气化炉膛内完成气化和燃烬，灰分从溢灰口(11)排出；第一气化炉膛中产生气(汽)态物，与固态物同向运行，气(汽)态物中的焦油在高温氧化区(V)的炭层上得到裂解，同时瓦解二恶英，然后与残炭混合进入到还原区(IV)，用推料风喷枪(29)把残炭送入第二气化炉膛的等离子体气化区(III)，使残炭在鼓泡流化或湍流流化的状态下完成气化，生成以一氧化碳和氢气为主要成分的合成气；气化炉内生成高温合成气，在吸收区(Ib)继续完成气化；把氧化钙通过喷枪(10)送入吸收区(Ib)，以在炉内脱去合成气中的氯组分和硫组分，便于简化后续净化操作；高温合成气把余热传递给耐火炉衬(5)中的过热腔(4)，用来间接加热流化风；利用尾气作为流化风，把尾气通过输入接口(13)鼓入分气室(2)，由分气室(2)分配进入过热腔(4)，被加热后进入集气室(12)，再由通道(15)进入风室(19)，通过布风板(20)上的风帽(21)进入第二气化炉膛底部的等离子体气化区(III)，形成流化风；气化炉内生成的合成气由出口(1)被引出气化炉，合成气通过后级除尘、净化处理后，作为城市煤气利用，或用作生产氢气、甲醇、二甲醚的原料气利用。
本发明的有益效果是：采用双气化炉膛把垃圾、生物质转化为合成气，有利于提高气化炉的效率和合成气的品质，同时有效消除焦油及瓦解剧毒物二恶英，减少合成气中的污染物，有利于后级净化处理。本发明把垃圾生物质转化为清洁能源，变废为宝，不但消除了垃圾废弃物对人们生存环境的污染，而且可以缓解能源紧张的局面。
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是本发明的一种双气化炉膛的固定床气化炉结构图。
图2是本发明的另一种双气化炉膛的固定床气化炉结构图。
图3是本发明的又一种双气化炉膛的固定床气化炉结构图。
图4是本发明的又一种双气化炉膛的固定床气化炉结构图。
图5是本发明的一种固定床和流化床结合的双气化炉膛气化炉结构图。
图6是图1和图4的A1-A1剖视图。
图7是图1和图2的B-B剖面图。
图8是图1、2、3、4的C-C剖视图。
图9是图2和图3的A2-A2剖视图。
图10是图3、4、5的D-D剖面图。
图11是图3的E1-E1剖视图。
图12是图4的E2-E2剖视图。
图13是图5的E3-E3剖视图。
图中：1.合成气出口，2.分气室，3.高温风机，4.过热腔，5.耐火炉衬，6.隔热保温层，7.外壳，8.温度传感器，9.过热气出口，10.氧化钙喷枪，11.溢灰口，12.集气室，13.尾气输入接口，14.冷却板，15.过热气通道，16.等离子体喷枪/气化剂喷枪，17.点火/检修门，18.出渣口，19.风室，20.布风板，21.风帽，22.视镜，23.温度传感器，24.炉底板，25.冷却板，26.等离子体喷枪/气化剂喷枪，27.等离子体喷枪/气化剂喷枪，28.支撑侧墙，29.气化剂喷枪/推料风喷枪，30.环形布风室，31.气化剂输入接口，32.风孔，33.视镜，34.温度传感器，35.耐火炉衬，36.温度传感器，37.料位传感器，38.进料口，39.螺旋进料器，40.温度传感器，41.隔离阀，42.挡灰器，43.料斗，44.防爆阀，45.炉顶接合器，46.热解气通道/过热气通道，47.热解气输出接口，48.放空阀，49.炉盖，50.热解气输入接口，51.氧化钙输入接口，52.水封式渣池，I.滞留区，Ib.吸收区，II.燃烬区，III.等离子体气化区，IV.还原区，V.氧化区，VI.热解区，VII.烘干区。
具体实施方式
图1所示的实施例是一种双气化炉膛的固定床气化炉，由第一气化炉膛和第二气化炉膛构成，其中：第一气化炉膛由耐火炉衬(35)围护而成，第二气化炉膛由耐火炉衬(5)围护而成，在第二气化炉膛的耐火炉衬(5)中设置过热腔(4)；第一气化炉膛内设置烘干区(VII)、热解区(VI)、氧化区(V)和还原区(IV)，烘干区(VII)、热解区(VI)、氧化区(V)和还原区(IV)依次自上而下同轴设置，氧化区(V)为喉管型结构；第二气化炉膛内设置等离子体气化区(III)、滞留区(I)和燃烬区(II)，等离子体气化区(III)在底部，等离子体气化区(III)的上方是滞留区(I)，燃烬区(II)在等离子体气化区(III)的一侧下游；第一气化炉膛的底部与第二气化炉膛的底部直接相通。气化炉本体主要由炉顶接合器(45)、进料口(38)、合成气出口(1)、分气室(2)、过热腔(4)、炉底板(24)、耐火炉衬(5)(35)、隔热保温层(6)和外壳(7)组成，其中：炉顶接合器(45)在第一气化炉膛的顶部；进料口(38)在第一气化炉膛的上部；合成气出口(1)在第二气化炉膛的顶部；分气室(2)和过热腔(4)同在第二气化炉膛的耐火炉衬(5)内，过热腔(4)和分气室(2)连通；炉底板(24)在第一气化炉膛和第二气化炉膛的底部，炉底板(24)的外侧有冷却板(25)，炉底板(24)自第一气化炉膛沿第二气化炉膛的等离子体气化区(III)向燃烬区(II)方向倾斜，倾斜角度为25°，燃烬区(II)的末端连通出渣口(18)；耐火炉衬(35)、隔热保温层(6)和外壳(7)构成第一气化炉膛的炉墙；耐火炉衬(5)、隔热保温层(6)和外壳(7)构成第二气化炉膛的炉墙。本实施例中，在第一气化炉膛的上部与分气室(2)之间有热解气通道(46)；多个过热腔(4)环绕布局在耐火炉衬(5)中，过热腔(4)的进气口连通在分气室(2)，过热腔(4)的出气口在第二气化炉膛的等离子体气化区(III)；在第一气化炉膛的氧化区(V)部位的耐火炉衬中设置环形布风室(30)，环形布风室(30)上有气化剂输入接口(31)接入和风孔(32)接出，风孔(32)指向氧化区(V)的轴心，氧化区(V)为喉管型结构，有利于形成高温区域；在燃烬区(II)的拱墙上安装有等离子体喷枪/气化剂喷枪(16)；在炉底板(24)上安装有等离子体喷枪/气化剂喷枪(26)(27)；在还原区(IV)一侧的炉墙上安装有气化剂喷枪/推料风喷枪(29)；在第一气化炉膛上部的进料口(38)安装有螺旋进料器(39)，螺旋进料器(39)上有隔离阀(41)和料斗(43)。还在滞留区(I)的炉墙上安装有温度传感器(8)；在燃烬区(II)的炉墙上安装有冷却板(14)；在出渣口(18)的炉墙上设置点火/检修门(17)；在等离子体气化区(III)的炉墙上安装视镜(22)和温度传感器(23)，在氧化区(V)的炉墙上安装视镜(33)和温度传感器(34)，在热解区(VI)的炉墙上安装温度传感器(36)，在烘干区(VII)上部的炉墙上安装料位传感器(37)和温度传感器(40)，在第一气化炉膛的上部炉墙上设置防爆阀(44)，在炉盖(49)上安装有放空阀(48)。本实施例(包括下述第2、3、4和5实施例)的耐火炉衬(5)(35)采用矾土水泥混凝土浇筑，隔热保温层(6)采用硅酸铝保温毡材料，外壳(7)采用钢壳体材料或石棉耐火抹面。本实施例(包括下述的第2、3、4和5实施例)的气化炉在投入运行时要先进行预燃使炉膛升温，把垃圾或生物质原料由螺旋进料器(39)送入气化炉膛内，通过点火门(17)进行点火起炉操作，使炉膛温度逐渐升高，并且使等离子体气化区(III)、还原区(IV)和氧化区(V)形成炭层，然后转入正常运行。本实施例(包括下述第2、3和4实施例)的气化炉正常运行时，控制烘干区(VII)的操作温度在120～150℃之间，热解区(VI)的操作温度在300～600℃之间，氧化区(V)和还原区(IV)的操作温度在1100～900℃之间，等离子体气化区(III)的操作温度在1200±50℃之间，燃烬区(II)的操作温度在1300～1600℃之间，烘干区(VII)的操作压力为常压或负压20～30Pa。运行时，气化炉内运行数据通过视镜和温度传感器获得，气化炉内操作压力和操作温度的控制通过调节进料速度、气化剂中氧气和水蒸汽的比例、助燃空气或氧气风量、循环气态物的循环量和合成气的引出量来实现。本实施例中：氧化区(V)使用空气或氧气为气化剂，空气或氧气由输入接口(31)送入环形布风室(30)，再通过环形布风室(30)上的风孔(32)进入氧化区(V)，与垃圾生物质炭进行氧化反应；等离子体气化区(III)使用水蒸汽或氢气为气化剂，把水蒸汽或氢气通过等离子体喷枪(26)(27)加热到3100℃以上喷入气化区(III)，与垃圾生物质炭进行气化反应；燃烬区(II)使用氢气或水蒸汽或氧气或空气作气化剂，当用氢气或水蒸汽作气化剂时，燃烬区(II)工作在无氧环境中，当用氧气或空气作气化剂作气化剂时，燃烬区(II)工作在富氧环境中。气化炉运行过程中：垃圾或生物质原料通过螺旋进料器(39)进入到第一气化炉膛内，固态原料在第一气化炉膛内依自身重量由上往下运行，依次进行烘干、热解、氧化和还原，在第二气化炉膛内完成残炭气化和燃烬，灰渣从排渣口(18)排出；第一气化炉膛中氧化区(V)以上部位生成的气(汽)态物按上吸式模式运行，气(汽)态物与固态物逆向运行，往上运行的气态物作为载热介质，把在高温氧化区生成的热量带入热解区和烘干区，提供固态原料热解和烘干的吸热所需；然后，热解混合气通过过热腔(4)被加热，由过热气出口(9)进入第二气化炉膛的等离子体气化区(III)，进行进一步气化，裂解焦油，生成以一氧化碳和氢气为主要成分的合成气，同时彻底瓦解二恶英；氧化区(V)及其以下部位生成的气态物，按下吸式模式运行，气态物与固态物同向运行，气态物中的焦油在高温氧化区(V)的炭层上得到裂解，然后与残炭混合经还原区(IV)进入第二气化炉膛的等离子体气化区(III)，在气化区(III)完成气化，生成以一氧化碳和氢气为主要成分的合成气，同时彻底瓦解二恶英。
图2所示的实施例中，气化炉由第一气化炉膛和第二气化炉膛构成，第一气化炉膛工作在一种上吸式和下吸式轮转的气化模式中，其中：第一气化炉膛由耐火炉衬(35)围护而成，第二气化炉膛由耐火炉衬(5)围护而成，在第二气化炉膛的耐火炉衬(5)中设置过热腔(4)；第一气化炉膛内设置烘干区(VII)、热解区(VI)、还原区(IV)和氧化区(V)，烘干区(VII)、热解区(VI)、还原区(IV)和氧化区(V)依次自上而下同轴设置；第二气化炉膛内设置等离子体气化区(III)、滞留区(I)和燃烬区(II)，等离子体气化区(III)在底部，等离子体气化区(III)的上方是滞留区(I)，燃烬区(II)在等离子体气化区(III)的一侧下游；第一气化炉膛的底部与第二气化炉膛的底部直接相通。气化炉本体主要由炉顶接合器(45)、进料口(38)、热解气输出接口(47)、合成气出口(1)、热解气输入接口(50)、分气室(2)、过热腔(4)、炉底板(24)、耐火炉衬(5)(35)、隔热保温层(6)和外壳(7)组成，其中：炉顶接合器(45)在第一气化炉膛的顶部，热解气输出接口(47)从炉顶接合器(45)接出；进料口(38)在第一气化炉膛的上部；合成气出口(1)在第二气化炉膛的顶部；热解气输入接口(50)从分气室(2)接入，分气室(2)和过热腔(4)同在第二气化炉膛的耐火炉衬(5)内，多个过热腔(4)环绕布局在耐火炉衬(5)中，过热腔(4)的进气口和分气室(2)连通，过热腔(4)的出气口(9)在第二气化炉膛的等离子体气化区(III)；炉底板(24)在第一气化炉膛和第二气化炉膛的底部，炉底板(24)的外侧有冷却板(25)，炉底板(24)自第一气化炉膛沿第二气化炉膛的等离子体气化区(III)向燃烬区(II)方向倾斜，倾斜角度为25°，燃烬区(II)的末端连通出渣口(18)；耐火炉衬(35)、隔热保温层(6)和外壳(7)构成第一气化炉膛的炉墙；耐火炉衬(5)、隔热保温层(6)和外壳(7)构成第二气化炉膛的炉墙。在炉体外设置高温风机(3)及其连接风管，高温风机(3)通过风管连接在热解气输出接口(47)和热解气输入接口(50)之间，在临近热解气输入接口(50)的风管上有氧化钙输入接口(51)接入，用来输入脱氯/脱硫剂。在第一气化炉膛的氧化区(V)部位的耐火炉衬中设置环形布风室(30)，环形布风室(30)上有气化剂输入接口(31)接入和风孔(32)接出，风孔(32)指向氧化区(V)的轴心，氧化区(V)为喉管型结构，有利于形成高温区域；在燃烬区(II)的拱墙上安装有等离子体喷枪/气化剂喷枪(16)；在炉底板(24)上安装有等离子体喷枪/气化剂喷枪(26)(27)；在还原区(IV)一侧的炉墙上安装有气化剂喷枪/推料风喷枪(29)；在第一气化炉膛上部的进料口(38)安装有螺旋进料器(39)，螺旋进料器(39)上有隔离阀(41)和料斗(43)。还在滞留区(I)的炉墙上安装有温度传感器(8)；在燃烬区(II)的炉墙上安装有冷却板(14)；在出渣口(18)的炉墙上设置点火/检修门(17)；在等离子体气化区(III)的炉墙上安装视镜(22)和温度传感器(23)，在氧化区(V)的炉墙上安装视镜(33)和温度传感器(34)，在热解区(VI)的炉墙上安装温度传感器(36)，在烘干区(VII)上部的炉墙上安装料位传感器(37)和温度传感器(40)，在第一气化炉膛的上部炉墙上设置防爆阀(44)，在炉顶接合器(45)的入口处设置挡灰器(42)，在炉盖(49)上安装有放空阀(48)。气化炉运行过程中：垃圾或生物质原料通过螺旋进料器(39)进入到第一气化炉膛内，固态原料在第一气化炉膛内依自身重量由上往下运行，依次进行烘干、热解、还原和氧化，在第二气化炉膛内完成残炭气化和燃烬，灰渣从排渣口(18)排出；当第一气化炉膛轮转在上吸式气化模式时，氧化区(V)及其以上部位生成的气(汽)态物与固态物逆向运行，往上运行的气态物作为载热介质，把在高温氧化区生成的热量带入热解区和烘干区，提供固态原料热解和烘干的吸热所需；然后，热解混合气通过外置的风管及高温风机(3)被强制送入过热腔(4)中加热，再由过热气出口(9)进入第二气化炉膛的等离子体气化区(III)，进行进一步气化，裂解焦油，生成以一氧化碳和氢气为主要成分的合成气，同时彻底瓦解二恶英；当第一气化炉膛轮转在下吸式气化模式时，第一气化炉膛生成的气(汽)态物与固态物同向运行，气态物中的焦油在高温氧化区(V)的炭层上得到裂解，然后与残炭混合经还原区(IV)进入第二气化炉膛的等离子体气化区(III)，在气化区(III)完成气化，生成以一氧化碳和氢气为主要成分的合成气，同时彻底瓦解二恶英。
图3所示的实施例中，气化炉由第一气化炉膛和第二气化炉膛构成，第一气化炉膛工作在一种下吸式气化模式，其中：第一气化炉膛由耐火炉衬(35)围护而成，第二气化炉膛由耐火炉衬(5)围护而成，在第二气化炉膛的耐火炉衬(5)中设置过热腔(4)；第一气化炉膛内设置烘干区(VII)、热解区(VI)、氧化区(V)和还原区(IV)，烘干区(VII)、热解区(VI)、氧化区(V)和还原区(IV)依次自上而下同轴设置；第二气化炉膛内设置等离子体气化区(III)、滞留区(I)和燃烬区(II)，等离子体气化区(III)在底部，等离子体气化区(III)的上方是滞留区(I)，燃烬区(II)在等离子体气化区(III)的一侧下游；第一气化炉膛的底部与第二气化炉膛的底部直接相通。气化炉本体主要由炉顶接合器(45)、进料口(38)、热解气输出接口(47)、合成气出口(1)、热解气输入接口(50)、分气室(2)、过热腔(4)、集气室(12)、炉底板(24)、耐火炉衬(5)(35)、隔热保温层(6)和外壳(7)组成，其中：炉顶接合器(45)在第一气化炉膛的顶部，热解气输出接口(47)从炉顶接合器(45)接出；进料口(38)在第一气化炉膛的上部；合成气出口(1)在第二气化炉膛的顶部；热解气输入接口(50)从分气室(2)接入，分气室(2)、过热腔(4)和集气室(12)同在第二气化炉膛的耐火炉衬(5)内，多个过热腔(4)环绕布局在耐火炉衬(5)中，过热腔(4)的进气口和分气室(2)连通，过热腔(4)的出气口与集气室(12)连通，集气室(12)的出气口(9)在第一气化炉膛的热解区(VI)下部；炉底板(24)在第一气化炉膛和第二气化炉膛的底部，炉底板(24)的外侧有冷却板(25)，炉底板(24)自第一气化炉膛沿第二气化炉膛的等离子体气化区(III)向燃烬区(II)方向倾斜，倾斜角度为25°，燃烬区(II)的末端连通出渣口(18)；耐火炉衬(35)、隔热保温层(6)和外壳(7)构成第一气化炉膛的炉墙；耐火炉衬(5)、隔热保温层(6)和外壳(7)构成第二气化炉膛的炉墙。在炉体外设置高温风机(3)及其连接风管，高温风机(3)通过风管连接在热解气输出接口(47)和热解气输入接口(50)之间，在临近热解气输入接口(50)的风管上有氧化钙输入接口(51)接入，用来输入脱氯/脱硫剂。在第一气化炉膛的氧化区(V)部位的耐火炉衬中设置环形布风室(30)，环形布风室(30)上有气化剂输入接口(31)接入和风孔(32)接出，风孔(32)指向氧化区(V)的轴心，氧化区(V)为喉管型结构，有利于形成高温区域；在燃烬区(II)的拱墙上安装有等离子体喷枪/气化剂喷枪(16)；在炉底板(24)上安装有等离子体喷枪/气化剂喷枪(26)(27)；在还原区(IV)一侧的炉墙上安装有气化剂喷枪/推料风喷枪(29)；在第一气化炉膛上部的进料口(38)安装有螺旋进料器(39)，螺旋进料器(39)上有隔离阀(41)和料斗(43)。还在滞留区(I)的炉墙上安装有温度传感器(8)；在燃烬区(II)的炉墙上安装有冷却板(14)；在出渣口(18)的炉墙上设置点火/检修门(17)；在等离子体气化区(III)的炉墙上安装视镜(22)和温度传感器(23)，在氧化区(V)的炉墙上安装视镜(33)和温度传感器(34)，在热解区(VI)的炉墙上安装温度传感器(36)，在烘干区(VII)上部的炉墙上安装料位传感器(37)和温度传感器(40)，在第一气化炉膛的上部炉墙上设置防爆阀(44)，在炉顶接合器(45)的入口处设置挡灰器(42)，在炉盖(49)上安装有放空阀(48)。气化炉运行过程中：垃圾或生物质原料通过螺旋进料器(39)进入到第一气化炉膛内，固态原料在第一气化炉膛内依自身重量由上往下运行，依次进行烘干、热解、氧化和还原，在第二气化炉膛内完成残炭气化和燃烬，灰渣从排渣口(18)排出；第一气化炉膛氧化区(V)及其以上部位生成的气(汽)态物作为移热介质，由热解气输出接口(47)引出，通过外置的风管及高温风机(3)被强制送入过热腔(4)被加热，再由过热气出口(9)返回第一气化炉膛，把第二气化炉膛的余热移入第一气化炉膛，提供原料烘干和热解的吸热所需；同时，第一气化炉膛生成的气(汽)态物与固态物同向运行，气态物中的焦油在高温氧化区(V)的炭层上得到裂解，然后与残炭混合经还原区(IV)进入第二气化炉膛的等离子体气化区(III)，在气化区(III)完成气化，生成以一氧化碳和氢气为主要成分的合成气，同时彻底瓦解二恶英。
图4所示的实施例中，第一气化炉膛工作在一种下吸式气化模式，与图3所示实施不同之处为：气化炉本体主要由炉顶接合器(45)、进料口(38)、合成气出口(1)、过热气通道(46)、集气室(12)、过热腔(4)、分气室(2)、尾气输入接口(13)、炉底板(24)、耐火炉衬(5)(35)、隔热保温层(6)和外壳(7)组成，其中：炉顶接合器(45)在第一气化炉膛的顶部；进料口(38)在第一气化炉膛的上部；合成气出口(1)在第二气化炉膛的顶部；过热气通道(46)连接在第一气化炉膛的上部与集气室(12)之间；在炉体外不设置高温风机(3)及其连接风管。本实施例利用尾气作移热载体，尾气通过输入接口(13)进入分气室(2)，然后进入过热腔(4)被间接加热，再由集气室(12)经通道(46)进入第一气化炉膛的上部，把第二气化炉膛的余热移入第一气化炉膛，提供给原料烘干和热解所需。
图5所示的实施例，是一种固定床和流化床结合的双气化炉膛气化炉，气化炉由第一气化炉膛和第二气化炉膛构成，第一气化炉膛工作在一种下吸式固定床气化模式，第二气化炉膛为流化床气化模式，其中：第一气化炉膛由耐火炉衬(35)围护而成，第二气化炉膛由耐火炉衬(5)围护而成，在第二气化炉膛的耐火炉衬(5)中设置过热腔(4)；第一气化炉膛内设置烘干区(VII)、热解区(VI)、氧化区(V)和还原区(IV)，烘干区(VII)、热解区(VI)、氧化区(V)和还原区(IV)呈上下同轴设置，烘干区(VII)在上部，烘干区(VII)的下面是热解区(VI)，热解区(VI)的下面是氧化区(V)，氧化区(V)的下面是还原区(IV)；第二气化炉膛内设置等离子体气化区(III)和吸收区(Ib)，等离子体气化区(III)为流化床的密相区，吸收区(Ib)为流化床的稀相区，等离子体气化区(III)在下部，等离子体气化区(III)的上方是吸收区(Ib)；第一气化炉膛的还原区(IV)与第二气化炉膛的等离子体气化区(III)直接相通。本实施例的气化炉本体主要由炉顶接合器(45)、进料口(38)、合成气出口(1)、分气室(2)、过热腔(4)、集气室(12)、风室(19)、布风板(20)、耐火炉衬(5)(35)、隔热保温层(6)和外壳(7)组成，其中：炉顶接合器(45)在第一气化炉膛的顶部；进料口(38)在第一气化炉膛的上部；合成气出口(1)在第二气化炉膛的顶部；分气室(2)、过热腔(4)和集气室(12)同在第二气化炉膛的耐火炉衬(5)中，过热腔(4)设计为多腔方式，分气室(2)与集气室(12)之间通过过热腔(4)进行连通，分气室(2)在过热腔(4)的上端，集气室(12)在过热腔(4)的下端；风室(19)在第二气化炉膛的等离子体气化区(III)下方，布风板(20)设置在等离子体气化区(III)与风室(19)之间，布风板(20)上有风帽(21)；集气室(12)通过过热气通道(15)连接到风室(19)；耐火炉衬(35)、隔热保温层(6)和外壳(7)构成第一气化炉膛的炉墙；耐火炉衬(5)、隔热保温层(6)和外壳(7)构成第二气化炉膛的炉墙；在第二气化炉膛的吸收区(Ib)下部炉墙上有氧化钙喷枪(10)接入；在等离子体气化区(III)的炉墙上有等离子体喷枪(16)接入；在第一气化炉膛的氧化区(V)部位的耐火炉衬中设置环形布风室(30)，环形布风室(30)上有气化剂输入接口(31)接入和风孔(32)接出，风孔(32)指向氧化区(V)的轴心，氧化区(V)为喉管型结构，有利于形成高温区域。还在吸收区(Ib)的炉墙上安装有温度传感器(8)；在等离子体气化区(III)下部的炉墙上设置点火/检修门(17)；在等离子体气化区(III)的炉墙上安装视镜(22)和温度传感器(23)，在氧化区(V)的炉墙上安装视镜(33)和温度传感器(34)；在热解区(VI)的炉墙上安装温度传感器(36)；在烘干区(VII)上部的炉墙上安装料位传感器(37)和温度传感器(40)；在第一气化炉膛的上部炉墙上设置防爆阀(44)；在炉盖(49)上安装有放空阀(48)。本实施例的气化炉在正常运行时，控制烘干区(VII)的操作温度在120～150℃之间，热解区(VI)的操作温度在300～600℃之间，氧化区(V)和还原区(IV)的操作温度在1100～800℃之间，第二气化炉膛内的操作温度在800～1050℃之间，烘干区(2-VI)的操作压力为常压或负压20～30Pa。气化炉的运行流程是：垃圾或生物质原料通过螺旋进料器(39)进入到第一气化炉膛内，固态原料在第一气化炉膛内进行烘干、热解、氧化和还原，残炭在第二气化炉膛内完成气化和燃烬，灰分从溢灰口(11)排出；第一气化炉膛中产生气(汽)态物，与固态物同向运行，气(汽)态物中的焦油在高温氧化区(V)的炭层上得到裂解，同时瓦解二恶英，然后与残炭混合进到还原区(IV)，用推料风喷枪(29)把残炭送入第二气化炉膛的等离子体气化区(III)，使残炭在鼓泡流化或湍流流化的状态下完成气化，生成以一氧化碳和氢气为主要成分的合成气；气化炉内生成的高温合成气，在吸收区(Ib)继续完成气化，高温合成气同时把余热传递给耐火炉衬(5)中过热腔(4)，用来间接加热流化风；把氧化钙通过喷枪(10)送入吸收区(Ib)，以脱去氯组分和硫组分；本实施例利用尾气作流化风，尾气通过输入接口(13)鼓入分气室(2)，由分气室(2)分配进入过热腔(4)，被加热后进入集气室(12)，再由通道(15)进入风室(19)，通过布风板(20)上的风帽(21)进入第二气化炉膛底部的等离子体气化区(III)，形成流化风。气化炉内生成的合成气由出口(1)被引出气化炉，合成气通过后级除尘、净化处理后，作为城市煤气利用，或用作生产氢气、甲醇、二甲醚的原料气利用。

Claims (10)

1.一种垃圾生物质气化炉，包括炉膛设置，其特征是气化炉为双气化炉膛结构，由第一气化炉膛和第二气化炉膛构成，其中：第一气化炉膛由耐火炉衬(35)围护而成，第二气化炉膛由耐火炉衬(5)围护而成，在第二气化炉膛的耐火炉衬(5)中设置过热腔(4)；第一气化炉膛内设置烘干区(VII)、热解区(VI)、氧化区(V)和还原区(IV)，烘干区(VII)、热解区(VI)、氧化区(V)和还原区(IV)同轴设置；第二气化炉膛内设置等离子体气化区(III)、滞留区(I)和燃烬区(II)，等离子体气化区(III)在底部，等离子体气化区(III)的上方是滞留区(I)，燃烬区(II)在等离子体气化区(III)的一侧下游；第一气化炉膛的底部与第二气化炉膛的底部直接相通；
气化炉本体主要由炉顶接合器(45)、进料口(38)、合成气出口(1)、分气室(2)、过热腔(4)、炉底板(24)、耐火炉衬(5)(35)、隔热保温层(6)和外壳(7)组成，炉顶接合器(45)在第一气化炉膛的顶部，进料口(38)在第一气化炉膛的上部，合成气出口(1)在第二气化炉膛的顶部，分气室(2)和过热腔(4)同在第二气化炉膛的耐火炉衬(5)内，过热腔(4)和分气室(2)连通，炉底板(24)在第一气化炉膛和第二气化炉膛的底部，耐火炉衬(35)、隔热保温层(6)和外壳(7)构成第一气化炉膛的炉墙，耐火炉衬(5)、隔热保温层(6)和外壳(7)构成第二气化炉膛的炉墙。
2.根据权利要求1所述的一种垃圾生物质气化炉，其特征是第一气化炉膛的上部与分气室(2)之间有热解气通道(46)。
3.根据权利要求1所述的一种垃圾生物质气化炉，其特征是过热腔(4)为一个以上，至少一个。
4.根据权利要求1所述的一种垃圾生物质气化炉，其特征是在耐火炉衬(5)中有集气室(12)，过热腔(4)连通到集气室(12)，集气室(12)通过过热气出口(9)或过热气通道(46)与第一气化炉膛连通。
5.根据权利要求1所述的一种垃圾生物质气化炉，其特征是在第一气化炉膛顶部的炉顶接合器(45)上有热解气输出接口(47)接出，在第二气化炉膛上部炉衬内的分气室(2)上有热解气输入接口(50)接入，热解气输出接口(47)与热解气输入接口(50)之间通过风管和高温风机(3)进行连接。
6.根据权利要求1所述的一种垃圾生物质气化炉，其特征是在第一气化炉膛的氧化区(V)部位的耐火炉衬中设置环形布风室(30)，环形布风室(30)上有气化剂输入接口(31)接入和风孔(32)接出，风孔(32)指向氧化区(V)的轴心。
7.根据权利要求1所述的一种垃圾生物质气化炉，其特征是在燃烬区(II)的拱墙上有等离子体喷枪/气化剂喷枪(16)的安装口；在炉底板(24)上有等离子体喷枪/气化剂喷枪(26)(27)的安装口；在还原区(IV)一侧的炉墙上有气化剂喷枪/推料风喷枪(29)的安装口。
8.一种垃圾生物质气化炉，其特征是气化炉为双气化炉膛结构，由第一气化炉膛和第二气化炉膛构成，其中：第一气化炉膛由耐火炉衬(35)围护而成，第二气化炉膛由耐火炉衬(5)围护而成，在第二气化炉膛的耐火炉衬(5)中设置过热腔(4)；第一气化炉膛内设置烘干区(VII)、热解区(VI)、氧化区(V)和还原区(IV)，烘干区(VII)、热解区(VI)、氧化区(V)和还原区(IV)呈上下同轴设置，烘干区(VII)在上部，烘干区(VII)的下面是热解区(VI)，热解区(VI)的下面是氧化区(V)，氧化区(V)的下面是还原区(IV)；第二气化炉膛内设置等离子体气化区(III)和吸收区(I b)，等离子体气化区(III)在下部，等离子体气化区(III)的上方是吸收区(Ib)；第一气化炉膛的还原区(IV)与第二气化炉膛的等离子体气化区(III)直接相通；
气化炉本体主要由炉顶接合器(45)、进料口(38)、合成气出口(1)、分气室(2)、过热腔(4)、集气室(12)、风室(19)、布风板(20)、耐火炉衬(5)(35)、隔热保温层(6)和外壳(7)组成，炉顶接合器(45)在第一气化炉膛的顶部，进料口(38)在第一气化炉膛的上部，合成气出口(1)在第二气化炉膛的顶部，分气室(2)、过热腔(4)和集气室(12)同在第二气化炉膛的耐火炉衬(5)中，分气室(2)与集气室(12)之间通过过热腔(4)进行连通，分气室(2)在过热腔(4)的上端，集气室(12)在过热腔(4)的下端，风室(19)在第二气化炉膛的等离子体气化区(III)下方，布风板(20)设置在等离子体气化区(III)与风室(19)之间，集气室(12)通过过热气通道(15)连接到风室(19)，耐火炉衬(35)、隔热保温层(6)和外壳(7)构成第一气化炉膛的炉墙，耐火炉衬(5)、隔热保温层(6)和外壳(7)构成第二气化炉膛的炉墙。
9.根据权利要求8所述的一种垃圾生物质气化炉，其特征是在第二气化炉膛的吸收区(Ib)下部炉墙上有氧化钙喷枪(10)接入，在等离子体气化区(III)的炉墙上有等离子体喷枪/气化剂喷枪(16)接入。
10.根据权利要求8所述的一种垃圾生物质气化炉，其特征是在第一气化炉膛的氧化区(V)部位的耐火炉衬中设置环形布风室(30)，环形布风室(30)上有气化剂输入接口(31)接入和风孔(32)接出，风孔(32)指向氧化区(V)的轴心。
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