CN101705114B - 一种回转窑熔融气化生活垃圾制取可燃气的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种利用回转窑和熔融气流床联合熔融气化原生生活垃圾制取可燃气的方法。原生生活垃圾经高温可燃气余热干燥后输送到回转窑，在600～800℃下热解生成热解气、热解油和半焦，再将半焦破碎成易通过200目筛孔的颗粒，随后将破碎的半焦与热解气、热解油和气化剂并流喷射到熔融气流床气化炉中，半焦和热解气在炉内发生强烈的氧化反应，火焰区温度可高达1500～1600℃，热解油在高温下发生热分解生成H2、CO、CO2等气体，同时碳在火焰区上方气化，整个过程产生H2和CO比例高达70％以上的可燃气。生活垃圾中的重金属和无机成分在高温火焰区被融化，大部分以熔渣的形式由气化炉底部排出，同时气化炉内的高温抑制了二恶英类物质的形成，有效避免了二次污染。
Description
技术领域
本发明涉及资源与环境技术领域，具体地说是一种利用回转窑和熔融气流床联合热解-熔融气化生活垃圾制取可燃气的方法。
背景技术
随着经济的快速发展和城镇数量的不断增加，我国生活垃圾的产量迅速增加。2008年我国城市生活垃圾清运量为1.55亿吨，县城和建制镇生活垃圾产量约为7000万吨，全国城镇生活垃圾产生总量达到2.2亿吨。生活垃圾数量的急剧增加导致的土地占用、环境污染等问题日趋严峻。如何合理有效地处理生活垃圾成为目前人们共同面临的问题。
生活垃圾既是环境的污染源，也是可再生利用的资源。我国城市生活垃圾的基本特点是水分含量高、热值低、成分复杂，但随着人们生活水平的提高，我国生活垃圾中无机物的含量逐渐下降，而有机物、可燃物的含量不断增多，这就为我国生活垃圾的资源化处理提供了方便。
目前，世界范围内生活垃圾资源化处理的主要手段是垃圾焚烧发电。虽然垃圾焚烧发电可最大限度地实现垃圾的减容、减量以及部分回收生活垃圾中蕴含的能量，但是垃圾焚烧过程中的二次污染不容忽视。生活垃圾焚烧二次污染物主要包括剧毒的二恶英类，Cd、Hg、Pb等重金属以及HCl、SO2等酸性气体。如果这些污染物释放到空气和水中，必然会对环境造成直接危害，而治理这些污染物也必然会造成垃圾焚烧厂投资的增加，因此开发新型生活垃圾资源化处理工艺是非常必要的。
生活垃圾气化是对生活垃圾进行热化学处理并得到可燃气体的过程，生活垃圾气化与焚烧相比具有一定的优势。生活垃圾气化后产生富含H2和CO的可燃气体，其热值较高，可用做民用燃料，又可在工业上用做石灰窑、冶金炉、干燥器、蒸汽锅炉或燃料电池的燃料，也可用来合成液体燃料或生产其它化学品。
熔融气流床气化炉在煤气化制可燃气领域得到广泛应用，它具有炉内温度高、气化效果好等优点。熔融气流床气化炉内的高温可将重金属等有害物质熔融固化，抑制二恶英类剧毒物质的形成，同时可获得H2和CO比例高达70％以上的可燃气，若将其用于生活垃圾的气化也必将获得很好的效果；但熔融气流床气化炉对气化原料的粒径要求非常严格，通常要求70～90％的气化原料通过200目筛孔，而要将原生生活垃圾直接破碎成这么小的颗粒是难以实现的，这也就限制了熔融气流床气化炉在生活垃圾气化领域的应用。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在的问题，提供一种利用回转窑和熔融气流床联合熔融气化原生生活垃圾制取可燃气的方法，它不仅可以从根本上解决重金属、二恶英类化合物的二次污染问题，而且能够生产富含H2和CO的可燃气。
本发明是通过以下技术方案实现的：
原生生活垃圾经高温可燃气中的余热干燥后输送到回转窑中，在隔绝空气的条件下热解生成热解气、热解油和半焦，再将半焦破碎成易通过200目筛孔的颗粒，随后将破碎的半焦、气化剂(氧气或水蒸汽)以及生活垃圾热解产生的热解气和热解油并流喷入熔融气流床气化炉，半焦和热解气在炉内发生强烈的氧化反应，火焰区温度可高达1500～1600℃，热解油在高温下发生热分解，而生活垃圾中的有害组分和无机成分在高温火焰区被融化，大部分以熔渣的形式由气化炉底部排出，同时气化炉内的高温抑制了二恶英类物质的形成，产生的可燃气则由气化炉顶部输出。
具体工艺如下：
(1)水分含量高、热值低的原生生活垃圾不需破碎直接由料斗输送至外加热式圆筒干燥机，干燥生活垃圾所需热量由可燃气中的余热提供。为避免可燃气受到污染，将圆筒干燥机装在砖室内，筒外通以可燃气，通过圆筒干燥机的金属壁将可燃气的热量传递给原生生活垃圾。选用空气为载热体，空气由风机输送到圆筒干燥机内部，与生活垃圾形成逆流将水分蒸发并带走。圆筒干燥机内部设有抄板，它能提高干燥效率并推动生活垃圾向前运动，干燥后的生活垃圾由出料口排出。
(2)圆筒干燥机出料口排出的干燥生活垃圾由加料斗输送到回转窑，在隔绝空气的条件下进行热解，热解温度控制在600～800℃，最终得到气、液、固三相的比例为(质量比)：热解气24～47％，热解油35～45％，半焦18～31％。
(3)热解气和热解油被直接输送到熔融气流床气化炉中，而半焦在球磨机中磨碎至粉末，粉末粒度要求70～90％通过200目筛孔，合格的半焦输送到贮料仓中备用或直接送入熔融气流床气化炉内。
(4)贮料仓中的成品半焦由皮带输送机送到螺旋喂料机的料斗，再由螺旋喂料机输送到混合器，在混合器中热解气、热解油和气化剂携带半焦经喷嘴喷射入熔融气流床气化炉内。气化炉设有两个处于同一水平线上的喷嘴，而且每个喷嘴都配备有各自的螺旋喂料机。
(5)由喷嘴喷出的半焦、热解气、热解油和气化剂(氧气或水蒸汽)并流进入熔融气流床气化炉的高温炉头，半焦和热解气在炉内发生强烈的氧化反应，火焰区温度可高达1500～1600℃，热解油也在此温度下发生裂解反应生成H2、CO、CO2等小分子气体，同时碳在火焰区上方的悬浮段气化区发生气化反应生成CO和H2。由于碳的气化和热解油的裂解，气化炉内的温度随炉体高度的增加而降低，炉体中部的温度降到1200～1300℃。生活垃圾中的部分无机成分以及重金属等有害物质在高温火焰区被融化，大部分以熔渣的形式沿气化炉炉壁进入水淬槽而成为粒状水淬渣，重金属被固化水淬渣包裹从而避免了二次污染；少部分灰分及重金属成为飞灰被可燃气带走，并最终在旋风除尘器中被捕集。由于气化炉内的高温环境，有效抑制了二恶英类污染物的形成。生活垃圾中85～90％的S以H2S的形式存在。为使气化炉火焰区的温度保持稳定，每个喷嘴的上部都设有辅助燃料烧嘴，一旦火焰区的温度降低，辅助燃料装置自动运行。
(6)熔融气流床气化炉内产生的可燃气中H2和CO的比例很高，一般在70％以上，产物中基本无焦油和烃类气体，甲烷的含量极低。气化炉出口处可燃气的温度约为1100～1200℃，采用两级余热回收的方式对余热资源进行梯级利用。一级余热回收通过换热设备来预热气化剂(氧气或水蒸汽)，预热后的气化剂温度可达500～600℃，可最大限度地避免气化炉火焰区温度的降低。二级余热回收用于原生生活垃圾的干燥，经过一级余热回收换热设备后，可燃气温度降低到450～550℃，在进一步经旋风除尘器除尘后，可燃气被输送到砖室中，通过置于砖室中的圆筒干燥机金属壁的传热来干燥筒内的原生生活垃圾，最终可燃气的温度降低到100～150℃。在整个过程中，可燃气中的余热得到最大限度的利用，有效节约了能源。
本发明的有益效果是：
(1)原生生活垃圾不需破碎、分拣等预处理程序，利用可燃气余热干燥后直接送入回转窑进行热解，省去了垃圾破碎、分拣设施，降低了生活垃圾处理成本。
(2)经球磨机粉碎的半焦与热解气、热解油和气化剂并流进入熔融气流床气化炉的高温炉头，炉内火焰区温度可高达1500～1600℃，生活垃圾中的重金属等有害物质与无机成分在高温火焰区被熔融进而固化成为水淬渣，同时炉内的高温环境抑制了二恶英类污染物的形成，避免了垃圾处理过程中的二次污染。
(3)熔融气流床气化炉内产生的可燃气中H2和CO的比例高达70％以上，而且气体产物中基本无焦油和烃类气体，甲烷的含量极低，可直接用于燃气发动机，这是其它生活垃圾气化工艺无法比拟的。
(4)通过两级余热回收的方式对可燃气中的余热资源进行梯级利用。一级余热回收通过换热设备来预热气化剂(氧气或水蒸汽)，可最大限度地避免气化炉火焰区温度的降低。针对我国原生生活垃圾水分含量高、热值低的特点，二级余热回收用于原生生活垃圾的干燥。在整个过程中，可燃气中的余热得到最大限度的利用，有效节约了能源。
附图说明
图1是本发明提供的回转窑和熔融气流床联合熔融气化原生生活垃圾制可燃气的工艺流程图。
图1中表示部件如下：1-料斗；2-外加热式圆筒干燥机；3-砖室；4-风机；5-圆筒干燥机出料口；6-旋风除尘器；7-回转窑料斗；8-回转窑；9-球磨机；10-半焦贮料仓；11-皮带输送机；12-换热设备；13-熔融气流床气化炉；14-辅助燃料烧嘴；15-混合器；16-螺旋喂料机；17-喷嘴；18-熔融渣水淬槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步详述本发明。
实施例1
含水率为40％的生活垃圾(组成成分为木质废弃物9.2％、废纸8.3％、塑料14.6％、织物1.9％、厨余55.2％及无机成分10.8％)经料斗1输送到置于砖室3中的外加热式圆筒干燥机2中，由温度为450～550℃的可燃气间接进行干燥，为防止生活垃圾中的挥发分释放出来，控制载热体(空气)的温度在100℃以下，干燥后的生活垃圾含水量一般在8～12％，可燃气的温度则降低到100～150℃。干燥后的生活垃圾由圆筒干燥机出料口5经由回转窑料斗7输送至回转窑8中，在600℃下热解得到热解气、热解油和半焦的比例(质量比)分别为24％、45％和31％，半焦经隔绝空气冷却至室温后在球磨机9中被破碎，颗粒粒度要求70～90％通过200目(0.075mm)筛孔，粒度不合格的半焦返回球磨机重新破碎。符合要求的半焦颗粒随后与热解气、热解油和利用换热设备12预热至600℃的氧气一起经混合器15由喷嘴17并流喷入熔融气流床气化炉13内。半焦和热解气在炉内发生强烈的氧化反应，火焰区温度高达1500～1600℃，热解油在高温下发生热分解生成H2、CO、CO2等，生活垃圾中的重金属等有害物质与无机成分在高温火焰区被熔融进而固化成为水淬渣，同时炉内的高温环境抑制了二恶英类污染物的形成。碳在火焰区上方的气化区气化生成CO，气化炉内的温度随炉体高度的增加而降低，炉体中部的温度降低到1300℃左右。熔融气流床气化炉内产生的可燃气由气化炉顶部排出并经旋风除尘器6进行除尘，可燃气的主要成分为H2、CO和CO2，其中H2体积分数为30％，CO的体积分数为47％，CO2的体积分数为22.9％，气体中未检测到高级烃类、焦油和酚类等，CH4的含量低至0.08％。气化炉出口处可燃气的温度约为1150℃，采用两级余热回收的方式对余热资源进行最大限度的梯级利用。
实施例2
含水率为40％的生活垃圾(组成成分为木质废弃物9.2％、废纸8.3％、塑料14.6％、织物1.9％、厨余55.2％及无机成分10.8％)经料斗1输送到置于砖室3中的外加热式圆筒干燥机2中，由温度为450～550℃的可燃气间接进行干燥，为防止生活垃圾中的挥发分释放出来，控制载热体(空气)的温度在100℃以下，干燥后的生活垃圾含水量一般在8～12％，可燃气的温度则降低到100～150℃。干燥后的生活垃圾由圆筒干燥机出料口5经由回转窑料斗7输送至回转窑8中，在700℃下热解得到热解气、热解油和半焦的比例(质量比)分别为36％、39％和25％，半焦经隔绝空气冷却至室温后在球磨机9中被破碎，颗粒粒度要求70～90％通过200目(0.075mm)筛孔，粒度不合格的半焦返回球磨机重新破碎。符合要求的半焦颗粒随后与热解气、热解油和利用换热设备12预热至600℃的氧气一起经混合器15由喷嘴17并流喷入熔融气流床气化炉13内。半焦和热解气在炉内发生强烈的氧化反应，火焰区温度高达1500～1600℃，热解油在高温下发生热分解生成H2、CO、CO2等，生活垃圾中的重金属等有害物质与无机成分在高温火焰区被熔融进而固化成为水淬渣，同时炉内的高温环境抑制了二恶英类污染物的形成。碳在火焰区上方的气化区气化生成CO，气化炉内的温度随炉体高度的增加而降低，炉体中部的温度降低到1300℃左右。熔融气流床气化炉内产生的可燃气由气化炉顶部排出并经旋风除尘器6进行除尘，可燃气的主要成分为H2、CO和CO2，其中H2体积分数为27％，CO的体积分数为45％，CO2的体积分数为27.9％，气体中未检测到高级烃类、焦油和酚类等，CH4的含量低至0.08％。气化炉出口处可燃气的温度约为1150℃，采用两级余热回收的方式对余热资源进行最大限度的梯级利用。
实施例3
含水率为40％的生活垃圾(组成成分为木质废弃物9.2％、废纸8.3％、塑料14.6％、织物1.9％、厨余55.2％及无机成分10.8％)经料斗1输送到置于砖室3中的外加热式圆筒干燥机2中，由温度为450～550℃的可燃气间接进行干燥，为防止生活垃圾中的挥发分释放出来，控制载热体(空气)的温度在100℃以下，干燥后的生活垃圾含水量一般在8～12％，可燃气的温度则降低到100～150℃。干燥后的生活垃圾由圆筒干燥机出料口5经由回转窑料斗7输送至回转窑8中，在800℃下热解得到热解气、热解油和半焦的比例(质量比)分别为47％、35％和18％，半焦经隔绝空气冷却至室温后在球磨机9中被破碎，颗粒粒度要求70～90％通过200目(0.075mm)筛孔，粒度不合格的半焦返回球磨机重新破碎。符合要求的半焦颗粒随后与热解气、热解油和利用换热设备12预热至500℃的水蒸汽一起经混合器15由喷嘴17并流喷入熔融气流床气化炉13内。半焦和热解气在炉内发生强烈的氧化反应，火焰区温度高达1500～1600℃，热解油在高温下发生热分解生成H2、CO、CO2等，生活垃圾中的重金属等有害物质与无机成分在高温火焰区被熔融进而固化成为水淬渣，同时炉内的高温环境抑制了二恶英类污染物的形成。碳在火焰区上方的气化区气化生成CO，气化炉内的温度随炉体高度的增加而降低，炉体中部的温度降低到1300℃左右。熔融气流床气化炉内产生的可燃气由气化炉顶部排出并经旋风除尘器6进行除尘，可燃气的主要成分为H2、CO和CO2，其中H2体积分数为26％，CO的体积分数为42％，CO2的体积分数为31.9％，气体中未检测到高级烃类、焦油和酚类等，CH4的含量低至0.08％。气化炉出口处可燃气的温度约为1150℃，采用两级余热回收的方式对余热资源进行最大限度的梯级利用。
Claims (6)
1.一种回转窑熔融气化生活垃圾制取可燃气的方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)原生生活垃圾直接送至外加热式圆筒干燥机，干燥生活垃圾所需热量由可燃气中的余热提供；选用空气为载热体，空气由风机输送到圆筒干燥机内部，与生活垃圾形成逆流将水分蒸发并带走；原生生活垃圾的含水率为40％，组成成分为木质废弃物9.2％、废纸8.3％、塑料14.6％、织物1.9％、厨余55.2％及无机成分10.8％;
(2)圆筒干燥机出料口排出的干燥生活垃圾送到回转窑，在隔绝空气的条件下进行热解，热解温度控制在600～800℃，最终得到气、液、固三相的质量比例为热解气24～47％、热解油35～45％、半焦18～31％；
(3)热解气和热解油被直接输送到熔融气流床气化炉中，而半焦在球磨机中磨碎至粉末，粉末粒度要求70～90％通过200目筛孔，合格的半焦输送到贮料仓中备用或直接送入熔融气流床气化炉内；
(4)贮料仓中的成品半焦输送到熔融气流床气化炉的混合器中，在热解气、热解油和气化剂的携带下经喷嘴喷射入熔融气流床气化炉内；
(5)由喷嘴喷出的半焦、热解气、热解油和气化剂并流进入熔融气流床气化炉的高温炉头，火焰区温度1500～1600℃，热解油也在此温度下发生裂解反应生成H2、CO、C02小分子气体，同时碳在火焰区上方的悬浮段气化区发生气化反应生成CO和H2，由于碳的气化和热解油的裂解，气化炉内的温度随炉体高度的增加而降低，炉体中部的温度降到1200～1300℃，生活垃圾中的部分无机成分以及重金属有害物质在高温火焰区被融化，大部分以熔渣的形式沿气化炉炉壁进入水淬槽而成为粒状水淬渣，重金属被固化水淬渣包裹；少部分灰分及重金属成为飞灰被可燃气带走，并最终在旋风除尘器中被捕集；
(6)熔融气流床气化炉内产生的可燃气，可燃气的温度为1100～1200℃，采用两级余热回收的方式对余热资源进行梯级利用。
2.根据权利要求1所述的回转窑熔融气化生活垃圾制取可燃气的方法，其特征在于将圆筒干燥机装在砖室内，筒外通以可燃气，通过圆筒干燥机的金属壁将可燃气的热量传递给原生生活垃圾。
3.根据权利要求1所述的回转窑熔融气化生活垃圾制取可燃气的方法，其特征在于圆筒干燥机内部设有抄板，它能提高干燥效率并推动生活垃圾向前运动。
4.根据权利要求1所述的回转窑熔融气化生活垃圾制取可燃气的方法，其特征在于气 化炉设有两个处于同一水平线上的喷嘴，每个喷嘴都配备有各自的螺旋喂料机。
5.根据权利要求1所述的回转窑熔融气化生活垃圾制取可燃气的方法，其特征在于为使气化炉火焰区的温度保持稳定，每个喷嘴的上部都设有辅助燃料烧嘴，一旦火焰区的温度降低，辅助燃料装置自动运行。
6.根据权利要求1所述的回转窑熔融气化生活垃圾制取可燃气的方法，其特征在于气化炉出口处一级余热回收通过换热设备来预热气化剂，预热后的气化剂温度可达500～600℃；二级余热回收用于原生生活垃圾的干燥，经过一级余热回收换热设备后，可燃气温度降低到450～550℃，在进一步经旋风除尘器除尘后，可燃气被输送到砖室中，通过置于砖室中的圆筒干燥机金属壁的传热来干燥筒内的原生生活垃圾，最终可燃气的温度降低到100～150℃。
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