CN101880551A - 氧化钙、等离子体协同气化的生活垃圾气化系统及设备 - Google Patents
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Abstract
氧化钙、等离子体协同气化的生活垃圾气化系统及设备，涉及固体有机废物的处置设备，气化系统由等离子体气化炉、气封进料装置、热交换器、引风机和旋风分离器组成，气封进料装置的出料口连接到气化炉的进料口；气化炉的热解气出口连接到热交换器的碳酸化反应室，热交换器的热载体出口连接到气化炉的热载体进口，气化炉的热载体出口连接到旋风分离器，旋风分离器连接到引风机，引风机连接到热交换器的热解气进口，热交换器的热解气出口连接到气化炉的热解气入口；合成气出口在热解区与气化区的接合部位接出。本系统可以实现无排放、无污染的处置生活垃圾，适合城市生活垃圾、农村生活垃圾、医疗垃圾、工业高分子废弃物等的无害化处置。
Description
技术领域
本发明涉及固体有机废物的处置系统及设备，特别是涉及到生活垃圾处置的设备。
背景技术
生活垃圾和有机废物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，致使垃圾泛滥成灾，当前，我国的许多城市都出现了垃圾围城现象，已影响到我国国民经济的可持续发展和制约城市的发展。生活垃圾和有机废物含有许多有害成分，如处理不好，将会污染环境，威胁人民的身体健康。目前，处理生活垃圾主要有垃圾分类综合利用、卫生填埋技术、堆肥(生化)技术和焚烧技术，其中，垃圾分类需要公众参与和配合，目前我国还没有推行，如果能达到垃圾分类收集、综合利用的话，仍还有40～50％的量需要焚烧或填埋处理；我国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资源，还存在排放温室气体的问题，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，其余的60％还需作焚烧处理或填埋处理，同样存在二次污染的问题；采用焚烧法来处理生活垃圾，从表面看是做到了减量化、资源化处理生活垃圾，但实际上是把地面上的固态污染物以烟气的方式转移大气中，这些转移到大气中的污染物随着空气对流、地球引力回到地面上，影响人类的生命健康，有些污染物以制造酸雨的方式回到地面上，排放量最多的二氧化碳则起温室效应破坏人们的生存环境。焚烧法还存在在处置过程中容易生成致癌剧毒物-二噁英污染环境、危害人身体健康的问题，目前还缺乏有效可靠的末端净化工艺技术来消除二噁英。
二噁英是一种含氯的强毒性有机化学物质，已被国际癌症研究中心列为人类一级致癌物。生活垃圾、工业有机废物和医疗垃圾在焚烧过程中都会产生二噁英，垃圾在焚烧过程中二噁英的形成有以下途径：a.在燃烧过程中由含氯塑料、含氯杀虫剂/除草剂/木材防腐剂/漂白剂/食物、多氯联苯等含氯前驱物通过分子重排、自由基缩合、脱氯或其它分子反应而形成二噁英；b.当燃烧不充分时，含氯垃圾不完全燃烧，烟气中产生过多的未燃烬物质，遇强催化性的物质如氯化铜、氯化铁、氧化镍、氧化铝等重金属而合成二噁英；c.燃料中本身含有的二噁英在燃烧中未被破坏，存在于燃烧后的烟气中；d.固体飞灰中残碳、氧、氢、氯等在飞灰表面催化合成中间产物或二噁英，或气相中的前驱物在飞灰表面催化生成二噁英；e.烟气从高温降到低温在250～500℃之间时已分解的二噁英会再合成；f.其它不明原因生成二噁英。生活垃圾中普遍含有氯源、有机质和重金属，因此，在焚烧炉产生的烟气、飞灰和炉渣中常含有二噁英。有研究表明，前驱物浓度、氯的浓度、温度、含氧量、含硫量及重金属作为无意识催化剂的存在对生活垃圾焚烧过程中的二噁英的生成及排放有重要影响。通过采取抑制二恶的措施，相对地会减少二噁英的形成，但垃圾焚烧还是不可避免地会产生二噁英污染环境：原因之一是焚烧法处理生活垃圾其焚烧必须在过氧量超过6％的条件下才能使充分燃烧，否则污染将更严重，而过氧是形成二噁英的条件之一，过氧环境中二噁英的浓度大大增加，缺氧环境中二噁英的浓度会下降，没有氧气则没有二噁英合成；原因之二是焚烧的烟气必定是要和过热器、锅炉、热交换器、空预器等设备的金属受热面接触，这些金属受热面都会成为形成二噁英的催化介质；原因之三是焚烧法很难实现完全除酸，烟气中仍存在有一定量的二噁英前驱物；原因之四是垃圾焚烧的烟气中普遍存在有残碳、氧、氢、氯和飞灰，不可避免的会在炉外低温再合成二噁英；以上四个原因说明在焚烧垃圾的烟气中必定存在一定量的二噁英，从烟气中再把二噁英进行消除是难以达到的，它将随着烟气的排放而污染环境。由于二噁英很难降解，它在人们的生存环境中及人体里的积累会越来越多。我国目前的二噁英污染总量还不是很严重，但近年来我国固体废物和医疗废物的产生量和处理量都在不断增加，各地纷纷建立或筹建集中焚烧设施，发展势头迅猛，将可能带来严重的的二噁英污染问题，应引起足够的重视。
总之，焚烧法处置生活垃圾不是一个好的办法，卫生填埋又存在占用土地、大量排放温室气体及污染隐患，垃圾分类、堆肥法也要面对不能利用部分的出路问题，而令人头痛的“垃圾围城”问题必须得解决，因此，人类迫切希望有一个完美处置生活垃圾的技术方案。
发明内容
本发明的目的是要解决焚烧法带来的污染问题以及克服填埋法排放温室气体的缺点和隐患，为生活垃圾真正无害化、资源化处置提供一种气化设备，使生活垃圾能够实现“气化-液化”处置，有效抑制包括二噁英在内的污染物形成，在整个处置过程中不排放污染物，保护生态环境，同时把生活垃圾、有机废物转化为一种清洁能源。
为了达到上述目的，本发明为“气化-液化”法处置生活垃圾设计的气化系统及设备，采用氧化钙、等离子体协同气化，可以避开二噁英的形成条件，有效地抑制包括二噁英在内的污染物产生，即使有极少量的二噁英产生，也容易通过后续的间接液化在末端的液体产物中得到消除，“气化-液化”法处置生活垃圾的工艺流程是：把生活垃圾、有机废物在等离子体气化炉内进行气化，产生不含氧气的以CO和H2为主要成分的富氢合成气，再把富氢合成气通过降温、除尘、净化后送入二氧化碳吸收塔，用碳酸钾溶液吸收二氧化碳，生成碳酸氢钾，再把碳酸氢钾送入再生塔进行加热分解；把脱去二氧化碳的合成气作为原料气送入甲醇合成反应器，催化合成甲醇产物，再把甲醇产物引出反应器进行末端净化操作，使在前级除尘、净化工序没能消除的包括二噁英在内的污染物及杂质得以清除；然后通过蒸馏把甲醇分离出来，把尾气中积累的氮气通过合成氨技术进行消除，再把未反应的尾气反馈到气化炉内进行回炉处理；碳酸氢钾在再生塔中被加热分解为二氧化碳、碳酸钾和水，把碳酸钾和水组成的溶液返回二氧化碳吸收塔进行循环利用，把二氧化碳送到气化系统的碳酸化反应室，用氧化钙来吸收二氧化碳，利用氧化钙与二氧化碳进行碳酸化反应时的生成热，为生活垃圾气化助热，同时避免向环境排放温室气体；“气化-液化”法通过闭环的生产工艺进行循环操作，可以实现零排放、无污染的处置生活垃圾，同时把生活垃圾转化一种液体清洁能源，可以减排温室气体，同时减少对煤炭、天然气等常规能源的依赖。
为了能使生活垃圾气化的合成气符合生产甲醇的应用要求，本发明的一种氧化钙、等离子体协同气化的生活垃圾气化系统，包括等离子体气化炉设备，其特征是气化系统由等离子体气化炉(1)、二氧化碳气封进料装置、热交换器(6)、引风机(8)和旋风分离器(10)组成，其中：二氧化碳气封进料装置由二氧化碳气封器(3)和螺旋进料器(4)构成，二氧化碳气封器(3)的输料口(307)与螺旋进料器(4)的进料口进行衡接，螺旋进料器(4)的出料口通过S形连接管(2)连接到等离子体气化炉(1)的进料口(103)；等离子体气化炉(1)的热解气出口(107)通过连接管(7)连接到热交换器(6)上的碳酸化反应室(608)，碳酸化反应室(608)与热交换室(614)直接相通，热交换器(6)的热载体出口(616)通过连接管(13)连接到等离子体气化炉(1)的热载体进口(106)，等离子体气化炉(1)的热载体出口(101)通过连接管(12)连接到旋风分离器(10)的气固混合物输入口(1003)，旋风分离器(10)的气态物出口(1004)通过连接管(11)连接到引风机(8)的吸风口，引风机(8)的出风口通过连接管(9)连接到热交换器(6)的热解气进口(618)，热交换器(6)的热解气出口(601)通过连接管(5)连接到等离子体气化炉(1)的热解气输入接口(121)；旋风分离器(10)的固态物出口通过氧化钙输送管(1001)连接氧化钙喷枪(610)，氧化钙喷枪(610)的喷口伸进热交换器(6)上的碳酸化反应室(608)，二氧化碳输入接口(609)相邻氧化钙喷枪(610)安装；等离子体气化炉(1)的合成气出口(109)在热解区(II)与气化区(III)的接合部位接出，合成气出口(109)连接到后级设备；为了能使氧化钙喷枪稳定工作，在氧化钙喷枪(610)的进料口设置氧化钙吹管(611)，旋风分离器(10)的固态物出口通过氧化钙输送管(1001)连接到氧化钙吹管(611)上，氧化钙吹管(611)的进气端连接到吹料风机(612)的出风口，吹料风机(612)的进风口通过连接管(613)连接到连接管(7)上，当采用氧化钙输送管(1001)直接连接氧化钙喷枪(610)的方式时，氧化钙将以自身重力和压力差自动进入碳酸化反应室(608)。紧接合成气出口(109)的后级设备包括空预器、余热锅炉，之后设备依次是干法吸收反应器、布袋除尘器、静电除尘器、二氧化碳吸收反应器、碳酸钾再生反应器、甲醇合成反应器、末端净化装置、分离装置、二氧化碳反馈装置和尾气反馈装置，本发明的氧化钙、等离子体协同气化的生活垃圾气化系统与后续设备组合后，就形成了“气化-液化”法的闭环生产系统，可以实现无排放、无污染的处置生活垃圾。
上述的生活垃圾气化系统中，应用二氧化碳作气封材料，因为二氧化碳的比重是空气的1.5倍，可以有效地阻止空气进入气化系统，对垃圾物料的进料则无阻碍，生活垃圾经过二氧化碳气封器(3)，再由螺旋进料器(4)推送进入到气化炉中，空气不会随垃圾物料进入气化炉，减少炉内合成气中的废气成分，从而减轻尾气处理压力。
上述的气化系统中，采用等离子体气化方式，用水蒸汽作气化剂，水蒸汽通过等离子体喷枪加热到4000℃以上，水分子将全部分解为H*、H2 *、HO*、O*、O2 *的活性化学物，这些4000℃以上的活性化学物直接喷射在垃圾炭上，使垃圾炭成为吸氢、吸氧元件，在等离子体气化区的化学反应式有：
C(烟)+H2O＝CO+H2-131.2kj
CH4+H2O＝CO+3H2-205.8kj
C(s)+4H*＝CH4+75.6kj
C(s)+2O*＝CO2+566kj
C(s)+2H2 *＝CH4+75.6kj
2C(s)+2HO*＝2CO+H2-131.2kj
C(s)+O2 *＝CO2+566kj
C(s)+CO2＝2CO-172.2kj/
CO+H2O＝CO2+H2+42kj
在等离子体气化区的放热反应大于吸热反应，用水蒸汽分解的活性化学物作气化剂，使得垃圾气化后的合成气中有用成分比例高，有用成分可达到90％左右，其中氢气比例可达到60％以上，一氧化碳比例达到30％左右，其余为二氧化碳和少量水蒸汽，合成气中的二氧化碳在后级设备中分离出来送回气化系统作碳酸化反应利用，合成气中少量水蒸汽在后级设备中用氧化钙进行吸收，应用本发明的等离子体气化炉生产的合成气经过吸收净化、除尘后，可以满足后续液化的应用要求。
上述的气化系统中，设置热交换器(6)，用于碳酸化反应和热解气升温，作用之一是消耗二氧化碳，避免向环境排放温室气体，作用之二是把二氧化碳和氧化钙作为放热无件利用，利用每摩尔二氧化碳与氧化钙进行碳酸化反应时放热178.8kj的能量，使热解气升温，成为热载体，通过热解气载热把热量传递到烘干区，热解气在烘干区放热降温后，又进入到热交换器(6)的热交换管(605)中，间接受热升温，热解气通过热交换器受热升温后，再返回气化炉的气化区，可以减少升温幅度，从而降低气化区的能耗，以减少等离子体喷枪的耗电。在碳酸化反应室(608)和热交换室(614)内，氧化钙除吸收二氧化碳进行碳酸化反应外，还兼作脱氯剂和脱硫剂，化学反应式有：
CaO+CO2＝CaCO3+178.8kj
CaO+2HCl＝CaCl2+H2O
CaO+SO2＝CaSO3
上述系统中，等离子体气化炉(1)排出的熔融炉渣经过水封时，成为石英质颗粒，可直接作建材利用。
本发明的另一种氧化钙、等离子体协同气化的生活垃圾气化系统，其特征是气化系统由等离子体气化炉(1)、热交换器(6)、引风机(8)和旋风分离器(10)、氮气封螺旋进料器(14)、除湿器(15)、氮气预热器(16)和引风机(17)组成，其中：氮气封螺旋进料器(14)的出料口(1401)连接到等离子体气化炉(1)的进料口(103)；等离子体气化炉(1)的热解气出口(107)通过连接管(7)连接到热交换器(6)上的碳酸化反应室(608)，碳酸化反应室(608)与热交换室(614)直接相通，热交换器(6)的热载体出口(616)通过连接管(13)连接到等离子体气化炉(1)的热载体进口(106)，等离子体气化炉(1)的热载体出口(101)通过连接管(12)连接到旋风分离器(10)的气固混合物输入口(1003)，旋风分离器(10)的气态物出口(1004)通过连接管(11)连接到引风机(8)的吸风口，引风机(8)的出风口通过连接管(9)连接到热交换器(6)的热解气进口(618)，热交换器(6)的热解气出口(601)通过连接管(5)连接到等离子体气化炉(1)的热解气输入接口(121)；旋风分离器(10)的固态物出口通过氧化钙输送管(1001)连接到氧化钙喷枪(610)，氧化钙喷枪(610)的喷口伸进热交换器(6)上的碳酸化反应室(608)，二氧化碳输入接口(609)相邻氧化钙喷枪(610)安装；等离子体气化炉(1)的合成气出口(109)连接到氮气预热器(16)的合成气输入接口(1605)；氮气预热器(16)的热氮气出口(1601)连接到氮气封螺旋进料器(14)的热氮气进口(1404)，氮气封螺旋进料器(14)的氮气回气出口(1402)连接到除湿器(15)的氮气输入接口(1501)，除湿器(15)的冷氮气出口(1504)连接到引风机(17)的吸风口，引风机(17)的出风口连接到氮气预热器(16)的冷氮气输入接口(1603)；在除湿器(15)上还有冷冻水输入接口(1505)、冷冻水出口(1502)和冷凝水出口(1503)，冷冻水输入接口(1505)和冷冻水出口(1502)的向内接头与冷却盘管连接，冷冻水输入接口(1505)和冷冻水出口(1502)的向外接头与冷却系统管网连接；氮气预热器(16)的合成气输出接口(1602)连接到后级设备；在氮气预热器(16)的下面还有灰室(1604)，灰室(1604)通过排灰阀(1606)和飞灰输送管(1607)连接到等离子体气化炉(1)的飞灰输入接口(115)。
上述系统中，由氮气封螺旋进料器(14)、除湿器(15)、氮气预热器(16)和引风机(17)组成气体隔离进料装置，用氮气作为气封隔离材料，冷氮气通过空气预热器加热后，由螺旋进料器(14)的热氮气进口(1404)送入螺旋进料器内，加热螺旋进料器内的垃圾物料，促使垃圾物料蒸发出水蒸汽，增加螺旋进料器内的气体体积，以阻止空气进入螺旋进料器，随后，氮气混合水蒸汽沿螺旋筒体，由氮气回气出口(1402)引出，进入到除湿器(15)内，在除湿器(15)内冷却盘管的作用下，氮气及混合的水蒸汽得到冷却，其中水蒸汽被凝结成水分离出来，冷氮气由除湿器(15)的冷氮气出口(1504)引出，通过引风机(17)送入氮气预热器(16)进行循环利用，螺旋进料器(14)内筒是氮气循环通道，通道内充满氮气，可以起到隔离空气的作用，不会阻碍物料进入。氮气在运行过程中会有损耗，损耗的氮气通过补充接口(1600)进行补充。
本发明的气化系统中的一种气化炉设备是等离子体气化炉(1)，等离子体气化炉(1)由进料口(103)、热载体进口(106)、热载体出口(101)、热解气出口(107)、热解气输入接口(121)、合成气出口(109)、耐火炉墙(112)、保温层(111)、钢外壳(110)和等离子体喷枪安装口组成，其中：耐火炉墙(112)、保温层(111)和钢外壳(110)构成圆筒形炉体，炉体内有烘干区(I)、热解区(II)和气化区(III)，烘干区(I)、热解区(II)和气化区(III)之间直接相通，烘干区(I)在上部，烘干区(I)的下面为热解区(II)，热解区(II)的下面为气化区(III)；在烘干区(I)的耐火炉墙上有热载体进口(106)接入和热载体出口(101)接出，在热解区(II)的耐火炉墙上有热解气出口(107)接出，在气化区(III)的耐火炉墙上有热解气输入接口(121)接入和等离子体喷枪安装口，在热解区(II)与气化区(III)结合的部位有合成气出口(109)接出；在气化区(III)的耐火炉墙(112)与保温层(111)之间有冷却层(113)，冷却层(113)通过冷却水进口(123)和冷却水出口(124)与循环冷却水系统进行连接；在烘干区(I)的耐火炉墙上有温度传感器(105)，在热解区(II)的耐火炉墙上有温度传感器(108)，在气化区(III)的耐火炉墙上有温度传感器(116)。
本发明的气化系统中用于碳酸化反应和热解气升温的一种热交换设备是热交换器(6)，热交换器(6)由碳酸化反应室(608)、热交换室(614)、分气室(617)、集气室(604)和热交换管(605)组成，其中：碳酸化反应室(608)的围护体由保温层(621)、耐火层(619)和钢壳体(620)构成，在碳酸化反应室(608)的围护体上有氧化钙喷枪安装口、二氧化碳输入接口(609)和热解气进口(607)接入，碳酸化反应室(608)与热交换室(614)直接相通；热交换室(614)由下隔板(624)、上隔板(625)、热交换管(605)、钢壳体(622)和保温层(615)构成，热交换室(614)通过上隔板(625)、下隔板(624)分别与分气室(617)、集气室(604)隔开，在热交换室(614)的钢壳体上有热载体出口(616)接出；热交换管(605)把分气室(617)和集气室(604)进行连通，在分气室(617)的钢壳体上有热解气进口(618)接入，在集气室(604)的钢壳体上有热解气出口(601)接出；氧化钙喷枪安装口与二氧化碳输入接口(609)相邻且同方向设置，热解气进口(607)与氧化钙喷枪安装口呈90°设置；在碳酸化反应室(608)的底部有排渣口(606)接出，在热交换室(614)的下部有排渣口(603)接出，在集气室(604)的底部有排灰口(602)接出。
本发明气化系统中具有气封功能的一种气化炉进料装置是二氧化碳气封进料装置，二氧化碳气封进料装置由二氧化碳气封器(3)和螺旋进料器(4)组成，其中：二氧化碳气封器(3)为立式圆筒体，上方开口，二氧化碳气封器(3)上有垃圾进料口(301)、二氧化碳气封(302)、二氧化碳检测端口(303)、二氧化碳补充阀(304)、二氧化碳补充接口(305)和输料口(307)，二氧化碳气封器(3)在螺旋进料器(4)的上面，二氧化碳气封器(3)通过输料口(307)与螺旋进料器(4)的进料口进行衡接；螺旋进料器(4)由螺旋轴(403)、螺旋壳体(404)、变速箱(401)和电机(402)组成，螺旋壳体(404)、变速箱(401)和电机(402)安装在底座上，电机(402)的转轴通过联轴器与变速箱(401)的蜗杆轴进行连接，变速箱(401)的蜗轮轴通过联轴器与螺旋轴(403)进行连接。垃圾物料通过二氧化碳气封进料装置进入气化炉，在进料时不会携入空气，从而保证垃圾物料气化后合成气的品质。
本发明的有益效果是：把生活垃圾、有机废物通过氧化钙、等离子体协同气化，使气化的合成气有用成分高，品质好，可以通过后续的装置生产液体清洁能源，整个处置过程中不排放污染物，本发明与填埋法相比有如下优点：a.“气化-液化”法可以实现全消化处置生活垃圾，不排放温室气体，没有污染物排放；填埋法把污染转移到地下，排放大量温室气体、污染土壤和地下水，有危及下一代的隐患。b.本发明把垃圾废物当作一种资源来利用，生产清洁能源，减轻能源压力，同时产生经济效益；填埋法把可再生资源埋入地下，造成资源浪费，填埋场的费用则是个无底洞，对政府的财政压力很大。本发明与焚烧法相比有如下优点：a.本发明不排放烟气，可以实现无污染、零排放，不会形成二噁英污染环境；焚烧法不可避免地会形成剧毒物二噁英，并且难以消除，随烟气排入大气，危害人类的健康。b.本发明可以变垃圾为清洁能源，资源化利用程度高，产值大大高于焚烧发电的值，可以取得好的经济收益；焚烧发电法的资源化利用程度低，焚烧法的发电产值低，没有经济效益可言，必须依赖政府补贴，增加政府的财政负担。本发明适合城市生活垃圾、农村生活垃圾、医疗垃圾、工业高分子废弃物、农林废弃物、堆肥法剩余物、垃圾分拣场废弃物的无害化处置。
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是本发明的一种进料口用二氧化碳作气封剂的生活垃圾气化系统设备结构图；
图2是本发明的另一种进料口用氮气作气封剂的生活垃圾气化系统设备结构图；
图3是图1和图2的A-A剖面图。
图中：1.等离子体气化炉，2.S形连接管，3.二氧化碳气封器，4.螺旋进料器，5.连接管，6.热交换器，7.连接管，8.引风机，9.连接管，10.旋风分离器，11.连接管，12.连接管，13.连接管，14.氮气封螺旋进料器，15.除湿器，16.氮气预热器，17.引风机；101.热载体出口，102.防爆阀，103.气化炉进料口，104.气化炉顶盖，105.烘干区温度传感器，106.热载体进口，107.热解气出口，108.热解区温度传感器，109.合成气出口，110.气化炉钢外壳，111.保温层，112.耐火炉墙，113.冷却层，114.等离子体喷枪，115.飞灰输入接口，116.气化区温度传感器，117.等离子体喷枪，118.出渣口，119.水封，120.炉基，121.热解气输入接口，122.尾气反馈接口，123.冷却水进口，124.冷却水出口；301.垃圾进料口，302.二氧化碳气封，303.二氧化碳检测端口，304.二氧化碳补充阀，305.二氧化碳补充接口，306.垃圾物料，307.输料口；401.进料器变速箱，402.电机，403.螺旋轴，404.螺旋壳体；501.温度传感器，601.热解气出口，602.排灰口，603.排渣口，604.集气室，605.热交换管，606.排渣口，607.热解气进口，608.碳酸化反应室，609.二氧化碳输入接口，610.氧化钙喷枪，611.氧化钙吹管，612.吹料风机，613.连接管，614.热交换室，615.保温层，616.热载体出口，617.分气室，618.热解气进口，619.耐火层，620.钢壳体，621.保温层，622.外壳，623.钢壳体，624.下隔板，625.上隔板；1001.氧化钙输送管，1002.氧化钙补充接口，1003.气固混合物输入口，1004.气态物出口；1201.温度传感器；1301.温度传感器；1401.螺旋进料器的出料口，1402.氮气回气出口，1403.料斗，1404.热氮气进口；1501.氮气输入接口，1502.冷冻水出口，1503.冷凝水出口，1504.冷氮气出口，1505.冷冻水输入接口；1600.氮气补充接口，1601.热氮气出口，1602.合成气输出接口，1603.冷氮气输入接口，1604.氮气预热器灰室，1605.合成气输入接口，1606.排灰阀，1607.飞灰输送管；I.烘干区，II.热解区，III.气化区。
具体实施方式
实施例1：图1所示的实施例中，氧化钙、等离子体协同气化的生活垃圾气化系统主要由等离子体气化炉(1)、二氧化碳气封进料装置、热交换器(6)、引风机(8)和旋风分离器(10)组成，其中：二氧化碳气封进料装置由二氧化碳气封器(3)和螺旋进料器(4)构成，二氧化碳气封器(3)的输料口(307)与螺旋进料器(4)的进料口进行衡接，螺旋进料器(4)的出料口通过S形连接管(2)连接到等离子体气化炉(1)的进料口(103)；等离子体气化炉(1)的热解气出口(107)通过连接管(7)连接到热交换器(6)上的碳酸化反应室(608)，碳酸化反应室(608)与热交换室(614)直接相通，热交换器(6)的热载体出口(616)通过连接管(13)连接到等离子体气化炉(1)的热载体进口(106)，等离子体气化炉(1)的热载体出口(101)通过连接管(12)连接到旋风分离器(10)的气固混合物输入口(1003)，旋风分离器(10)的气态物出口(1004)通过连接管(11)连接到引风机(8)的吸风口，引风机(8)的出风口通过连接管(9)连接到热交换器(6)的热解气进口(618)，热交换器(6)的热解气出口(601)通过连接管(5)连接到等离子体气化炉(1)的热解气输入接口(121)；旋风分离器(10)的固态物出口通过氧化钙输送管(1001)连接氧化钙吹管(611)上，氧化钙吹管(611)上有氧化钙喷枪(610)，氧化钙喷枪(610)的喷口伸进热交换器(6)上的碳酸化反应室(608)，二氧化碳输入接口(609)相邻氧化钙喷枪(610)安装；氧化钙吹管(611)的进气端连接到吹料风机(612)的出风口，吹料风机(612)的进风口通过连接管(613)连接到连接管(7)上；等离子体气化炉(1)的合成气出口(109)在热解区(II)与气化区(III)的接合部位接出，(以下连接图中未示出)合成气出口(109)连接到空气预热器的合成气输入接口，空气预热器的合成气出口连接到管道式余热锅炉的合成气进口，管道式余热锅炉的合成气出口连接到干法吸收反应器的进气口，干法吸收反应器的出气口通过旋风除尘器连接到布袋除尘器的进气口，布袋除尘器的出气口连接到静电除尘器的进气口，静电除尘器的出气口连接到二氧化碳吸收塔的进气口，二氧化碳吸收塔的出气口连接到压缩机的进气口，压缩机的出气口连接到合成气贮罐的进气口，合成气贮罐的输气口连接到甲醇合成反应器的进料口；二氧化碳吸收塔的碳酸氢钾出口连接到碳酸钾再生塔的输入接口，碳酸钾再生塔的碳酸钾出口返接到二氧化碳吸收塔的回液接口，碳酸钾再生塔顶部的二氧化碳出口通过压缩机连接到二氧化碳贮罐的进气口，二氧化碳贮罐的输气口连接到碳酸化反应器(608)的二氧化碳输入接口(609)；甲醇合成反应器的甲醇气出口连接到冷却器的甲醇气进口，冷却器的甲醇气出口连接到石灰水混合器的进口，石灰水出口连接到气液分离器的进口，气液分离器的出液口连接到甲醇分离蒸馏塔的混合液进口，蒸馏塔的甲醇出口连接到甲醇贮罐；气液分离器的出气口分别连接到甲醇合成反应器的压缩机进口和等离子体气化炉(1)的尾气反馈接口(122)。本系统中的等离子体气化炉(1)由进料口(103)、热载体进口(106)、热载体出口(101)、热解气出口(107)、热解气输入接口(121)、合成气出口(109)、耐火炉墙(112)、保温层(111)、钢外壳(110)和等离子体喷枪安装口组成，其中，耐火炉墙(112)、保温层(111)和钢外壳(110)构成圆筒形炉体，耐火炉墙(112)用高铝耐火砖砌筑或矾土水泥混凝土浇筑，保温层(111)选用硅酸铝耐火纤维材料，在炉体内有烘干区(I)、热解区(II)和气化区(III)，烘干区(I)、热解区(II)和气化区(III)之间直接相通，烘干区(I)在上部，烘干区(I)的下面为热解区(II)，热解区(II)的下面为气化区(III)；在烘干区(I)的耐火炉墙上有热载体进口(106)接入和热载体出口(101)接出，在热解区(II)的耐火炉墙上有热解气出口(107)接出，在气化区(III)的耐火炉墙上有热解气输入接口(121)接入和等离子体喷枪安装口，在热解区(II)与气化区(III)结合的部位有合成气出口(109)接出；在气化区(III)的耐火炉墙(112)与保温层(111)之间有冷却层(113)，冷却层(113)通过冷却水进口(123)和冷却水出口(124)与循环冷却水系统进行连接(图中未示出)；在烘干区(I)的耐火炉墙上有温度传感器(105)，在热解区(II)的耐火炉墙上有温度传感器(108)，在气化区(III)的耐火炉墙上有温度传感器(116)。本系统中的热交换器(6)由碳酸化反应室(608)、热交换室(614)、分气室(617)、集气室(604)和热交换管(605)组成，其中：碳酸化反应室(608)的围护体由硅酸铝耐火纤维保温层(621)、硅酸盐水泥耐火层(619)和钢壳体(620)构成，在碳酸化反应室(608)的围护体上有氧化钙喷枪安装口、二氧化碳输入接口(609)和热解气进口(607)接入，碳酸化反应室(608)与热交换室(614)直接相通；热交换室(614)由下隔板(624)、上隔板(625)、热交换管(605)、钢壳体(622)和保温层(615)构成，热交换室(614)通过上隔板(625)、下隔板(624)分别与分气室(617)、集气室(604)隔开，在热交换室(614)的钢壳体上有热载体出口(616)接出；热交换管(605)把分气室(617)和集气室(604)进行连通，在分气室(617)的钢壳体上有热解气进口(618)接入，在集气室(604)的钢壳体上有热解气出口(601)接出；氧化钙喷枪安装口与二氧化碳输入接口(609)相邻且同方向设置，热解气进口(607)与氧化钙喷枪安装口呈90°设置；在碳酸化反应室(608)的底部有排渣口(606)接出，在热交换室(614)的下部有排渣口(603)接出，在集气室(604)的底部有排灰口(602)接出。本系统中的二氧化碳气封进料装置由二氧化碳气封器(3)和螺旋进料器(4)组成，其中：二氧化碳气封器(3)为立式圆筒体，上方开口，二氧化碳气封器(3)上有垃圾进料口(301)、二氧化碳气封(302)、二氧化碳检测端口(303)、二氧化碳补充阀(304)、二氧化碳补充接口(305)和垃圾输料口(307)，二氧化碳气封器(3)在螺旋进料器(4)的上面，通过输料口(307)与螺旋进料器(4)的进料口进行衡接；螺旋进料器(4)由螺旋轴(403)、螺旋壳体(404)、变速箱(401)和电机(402)组成，螺旋壳体(404)、变速箱(401)和电机(402)安装在底座上，电机(402)的转轴通过联轴器与变速箱(401)的蜗杆轴进行连接，变速箱(401)的蜗轮轴通过联轴器与螺旋轴(403)进行连接。
本实施例运行时，经过预处理的生活垃圾由吊机抓斗送进二氧化碳气封器(3)内，垃圾物料淹没在二氧化碳气封(302)下，垃圾物料由输料口(307)通过螺旋进料器(4)的螺旋轴(403)转入S形连接管(2)，随后被推入等离子体气化炉(1)中，入炉后的垃圾物料依自身重力依次通过烘干区(I)、热解区(II)和气化区(III)，在烘干区(I)被烘出水蒸汽并升温，在热解区(II)继续升温，当升温到300℃以上时，便开始有挥发分逸出，随着温度升高，热解速度加快，直至全部逸出挥发分完成热解，成为固定炭，固定炭进入到气化区(III)，受到高温等离子体的冲刷，进行快速的气化反应，生成以氢气、一氧化碳为主要成分的富氢合成气，灰渣被熔融为液态从出渣口(118)、水封(119)排入渣池；气化区(III)生成合成气的其中一部分，受到炉外引风机(8)的引力作用下，携热量流向热解区(II)，为垃圾物料的热解提供能量，使垃圾物料分解出H2、CO、CH4、CmHn和煤烟等物，然后与热解气混合，由热解区(II)的热解气出口(107)引出，通过连接管(7)进入到热交换器(6)的碳酸化反应室(608)，接受氧化钙进行碳酸化反应生成碳酸钙时放出的热量，并作为氧化钙、碳酸钙产物的流化载体和热载体，携氧化钙、碳酸钙和热量由热载体出口(616)流出，通过连接管(13)被引入到烘干区(I)，把热传递到烘干区(I)，使烘干区(I)内的垃圾物料烘出水蒸汽并升温，然后热解气混合物又和水蒸汽混合从烘干区(I)的出口(101)被引出，通过连接管(12)进入到旋风分离器(10)进行气固分离；热解气和合成气从旋风分离器(10)顶部的出口(1004)引出，通过连接管(11)、引风机(8)和连接管(9)进入到热交换器(6)的分气室(617)，然后通过热交换管(605)进入到集气室(604)，热解气和合成气在通过热交换管(605)时，被间接加热升温，升温后的热解气和合成气的混合物从热解气出口(601)送出热交换器(6)，通过连接管(5)进入到等离子体气化炉(1)的气化区(III)，在气化区，热解气中的CH4、CmHn和煤烟分别与水蒸汽发生化学反应，生成一氧化碳和氢气，完成气化。气化炉运行时，烘干区(I)的压力控制在负压20～30Pa，控制烘干区(I)的操作温度120～300℃，控制热解区(II)的操作温度300～1000℃，控制气化区(III)的操作温度1000～1600℃，垃圾物料在气化炉内的滞留时间为15～30分钟。等离子体气化炉(1)内垃圾物料气化生成的富氢合成气从合成气出口(109)引出，通过空预器、余热锅炉降温后，再经过吸收净化、除尘，送入二氧化碳吸收塔，用碳酸钾溶液吸收二氧化碳，生成碳酸氢钾，再把碳酸氢钾分离出来送入再生反应器进行加热分解，分解为二氧化碳、碳酸钾和水，把碳酸钾和水混溶的溶液返回二氧化碳吸收塔进行循环利用，把二氧化碳送回气化系统的碳酸化反应室(608)，与氧化钙进行碳酸化反应生成碳酸钙，反应时生成热量为垃圾气化助热；从二氧化碳吸收塔分离出来的富氢合成气通过压缩机送入贮罐贮存，可作为生产甲醇的原料气或作气体燃料利用。当合成气作生产甲醇的原料气利用时，将尾气通过反馈回路送回气化系统，通过等离子体气化炉(1)的尾气反馈接口(122)进入气化区(III)，进行回炉处理。本实施例中，碳酸化反应消耗的氧化钙通过氧化钙补充接口(1002)进行补充；二氧化碳气封器(3)内损耗的二氧化碳通过接口(305)进行补充，二氧化碳从生产石灰的石灰窑进行回收利用。
实施例2：附图2所示的实施例中，用由氮气封螺旋进料器(14)、除湿器(15)、氮气预热器(16)和引风机(17)组成的进料装置来替换上一实施例中的二氧化碳气封进料装置，其中：氮气封螺旋进料器(14)的上面有料斗(1403)，氮气封螺旋进料器(14)的出料口(1401)连接到等离子体气化炉(1)的进料口(103)；等离子体气化炉(1)的合成气出口(109)连接到氮气预热器(16)的合成气输入接口(1605)；氮气预热器(16)的热氮气出口(1601)连接到氮气封螺旋进料器(14)的热氮气进口(1404)，氮气封螺旋进料器(14)的氮气回气出口(1402)连接到除湿器(15)的氮气输入接口(1501)，除湿器(15)的冷氮气出口(1504)连接到引风机(17)的吸风口，引风机(17)的出风口连接到氮气预热器(16)的冷氮气输入接口(1603)；在除湿器(15)上还有冷冻水输入接口(1505)、冷冻水出口(1502)和冷凝水出口(1503)，冷冻水输入接口(1505)和冷冻水出口(1502)的向内接头与冷却盘管连接，冷冻水输入接口(1505)和冷冻水出口(1502)的向外接头与冷却系统管网连接(图中未显示)；氮气预热器(16)下面的灰室(1604)通过排灰阀(1606)和飞灰输送管(1607)连接到等离子体气化炉(1)的飞灰输入接口(115)；氮气预热器(16)的合成气输出接口(1602)连接到后级设备。本实施例中，用氮气作为气封隔离材料，冷氮气经过空气预热器加热后，通过螺旋进料器(14)的热氮气进口(1404)送入螺旋进料器内，加热螺旋进料器内的垃圾物料，促使垃圾物料蒸发出水蒸汽，增加螺旋进料器内的气体体积，阻止空气进入螺旋进料器，随后，氮气混合水蒸汽穿过螺旋筒体，由氮气回气出口(1402)引出，通过连接管道进入除湿器(15)内，在冷却盘管的作用下，氮气及混合的水蒸汽得到冷却，其中水蒸汽被凝结成水分离出来，冷氮气由除湿器(15)的冷氮气出口(1504)引出，通过引风机(17)送入氮气预热器(16)进行循环利用，螺旋进料器(14)内筒是氮气循环通道，通道内充满氮气，可以起到隔离空气的作用，不会阻碍物料进入。在运行中损耗的氮气通过补充接口(1600)进行补充。
Claims (10)
1.一种氧化钙、等离子体协同气化的生活垃圾气化系统，包括等离子体气化炉设备，其特征是气化系统由等离子体气化炉(1)、二氧化碳气封进料装置、热交换器(6)、引风机(8)和旋风分离器(10)组成，其中：二氧化碳气封进料装置由二氧化碳气封器(3)和螺旋进料器(4)构成，二氧化碳气封器(3)的输料口(307)与螺旋进料器(4)的进料口进行衡接，螺旋进料器(4)的出料口通过S形连接管(2)连接到等离子体气化炉(1)的进料口(103)；等离子体气化炉(1)的热解气出口(107)通过连接管(7)连接到热交换器(6)上的碳酸化反应室(608)，碳酸化反应室(608)与热交换室(614)直接相通，热交换器(6)的热载体出口(616)通过连接管(13)连接到等离子体气化炉(1)的热载体进口(106)，等离子体气化炉(1)的热载体出口(101)通过连接管(12)连接到旋风分离器(10)的气固混合物输入口(1003)，旋风分离器(10)的气态物出口(1004)通过连接管(11)连接到引风机(8)的吸风口，引风机(8)的出风口通过连接管(9)连接到热交换器(6)的热解气进口(618)，热交换器(6)的热解气出口(601)通过连接管(5)连接到等离子体气化炉(1)的热解气输入接口(121)；旋风分离器(10)的固态物出口通过氧化钙输送管(1001)连接氧化钙喷枪(610)，氧化钙喷枪(610)的喷口伸进热交换器(6)上的碳酸化反应室(608)，二氧化碳输入接口(609)相邻氧化钙喷枪(610)安装；等离子体气化炉(1)的合成气出口(109)在热解区(II)与气化区(III)的接合部位接出，合成气出口(109)连接到后级设备。
2.根据权利要求1所述的一种氧化钙、等离子体协同气化的生活垃圾气化系统，其特征是氧化钙喷枪(610)的进料口有氧化钙吹管(611)，旋风分离器(10)的固态物出口通过氧化钙输送管(1001)连接到氧化钙吹管(611)上，氧化钙吹管(611)的进气端连接到吹料风机(612)的出风口，吹料风机(612)的进风口通过连接管(613)连接到连接管(7)上。
3.一种氧化钙、等离子体协同气化的生活垃圾气化系统，其特征是气化系统由等离子体气化炉(1)、热交换器(6)、引风机(8)和旋风分离器(10)、氮气封螺旋进料器(14)、除湿器(15)、氮气预热器(16)和引风机(17)组成，其中：氮气封螺旋进料器(14)的出料口(1401)连接到等离子体气化炉(1)的进料口(103)；等离子体气化炉(1)的热解气出口(107)通过连接管(7)连接到热交换器(6)上的碳酸化反应室(608)，碳酸化反应室(608)与热交换室(614)直接相通，热交换器(6)的热载体出口(616)通过连接管(13)连接到等离子体气化炉(1)的热载体进口(106)，等离子体气化炉(1)的热载体出口(101)通过连接管(12)连接到旋风分离器(10)的气固混合物输入口(1003)，旋风分离器(10)的气态物出口(1004)通过连接管(11)连接到引风机(8)的吸风口，引风机(8)的出风口通过连接管(9)连接到热交换器(6)的热解气进口(618)，热交换器(6)的热解气出口(601)通过连接管(5)连接到等离子体气化炉(1)的热解气输入接口(121)；旋风分离器(10)的固态物出口通过氧化钙输送管(1001)连接到氧化钙喷枪(610)，氧化钙喷枪(610)的喷口伸进热交换器(6)上的碳酸化反应室(608)，二氧化碳输入接口(609)相邻氧化钙喷枪(610)安装；等离子体气化炉(1)的合成气出口(109)连接到氮气预热器(16)的合成气输入接口(1605)；氮气预热器(16)的热氮气出口(1601)连接到氮气封螺旋进料器(14)的热氮气进口(1404)，氮气封螺旋进料器(14)的氮气回气出口(1402)连接到除湿器(15)的氮气输入接口(1501)，除湿器(15)的冷氮气出口(1504)连接到引风机(17)的吸风口，引风机(17)的出风口连接到氮气预热器(16)的冷氮气输入接口(1603)；氮气预热器(16)的合成气输出接口(1602)连接到后级设备。
4.根据权利要求3所述的一种氧化钙、等离子体协同气化的生活垃圾气化系统，其特征是氮气预热器(16)的下面有灰室(1604)，灰室(1604)通过排灰阀(1606)和飞灰输送管(1607)连接到等离子体气化炉(1)的飞灰输入接口(115)。
5.一种氧化钙、等离子体协同气化的生活垃圾气化设备，其特征是等离子体气化炉(1)由进料口(103)、热载体进口(106)、热载体出口(101)、热解气出口(107)、热解气输入接口(121)、合成气出口(109)、耐火炉墙(112)、保温层(111)、钢外壳(110)和等离子体喷枪安装口组成，其中：耐火炉墙(112)、保温层(111)和钢外壳(110)构成圆筒形炉体，炉体内有烘干区(I)、热解区(II)和气化区(III)，烘干区(I)、热解区(II)和气化区(III)之间直接相通，烘干区(I)在上部，烘干区(I)的下面为热解区(II)，热解区(II)的下面为气化区(III)；在烘干区(I)的耐火炉墙上有热载体进口(106)接入和热载体出口(101)接出，在热解区(II)的耐火炉墙上有热解气出口(107)接出，在气化区(III)的耐火炉墙上有热解气输入接口(121)接入和等离子体喷枪安装口，在热解区(II)与气化区(III)结合的部位有合成气出口(109)接出。
6.根据权利要求5所述的一种氧化钙、等离子体协同气化的生活垃圾气化设备，其特征是在气化区(III)的耐火炉墙(112)与保温层(111)之间有冷却层(113)，冷却层(113)通过冷却水进口(123)和冷却水出口(124)与循环冷却水系统进行连接。
7.根据权利要求5所述的一种氧化钙、等离子体协同气化的生活垃圾气化设备，其特征是在烘干区(I)的耐火炉墙上有温度传感器(105)，在热解区(II)的耐火炉墙上有温度传感器(108)，在气化区(III)的耐火炉墙上有温度传感器(116)。
8.一种氧化钙、等离子体协同气化的生活垃圾气化设备，其特征是热交换器(6)由碳酸化反应室(608)、热交换室(614)、分气室(617)、集气室(604)和热交换管(605)组成，其中：碳酸化反应室(608)的围护体由保温层(621)、耐火层(619)和钢壳体(620)构成，在碳酸化反应室(608)的围护体上有氧化钙喷枪安装口、二氧化碳输入接口(609)和热解气进口(607)接入，碳酸化反应室(608)与热交换室(614)直接相通；热交换室(614)由下隔板(624)、上隔板(625)、热交换管(605)、钢壳体(622)和保温层(615)构成，热交换室(614)通过上隔板(625)、下隔板(624)分别与分气室(617)、集气室(604)隔开，在热交换室(614)的钢壳体上有热载体出口(616)接出；热交换管(605)把分气室(617)和集气室(604)进行连通，在分气室(617)的钢壳体上有热解气进口(618)接入，在集气室(604)的钢壳体上有热解气出口(601)接出。
9.根据权利要求8所述的一种氧化钙、等离子体协同气化的生活垃圾气化设备，其特征是氧化钙喷枪安装口与二氧化碳输入接口(609)相邻且同方向设置，热解气进口(607)与氧化钙喷枪安装口呈90°设置；在碳酸化反应室(608)的底部有排渣口(606)接出，在热交换室(614)的下部有排渣口(603)接出，在集气室(604)的底部有排灰口(602)接出。
10.一种氧化钙、等离子体协同气化的生活垃圾气化设备，其特征是二氧化碳气封进料装置由二氧化碳气封器(3)和螺旋进料器(4)组成，其中：二氧化碳气封器(3)为立式圆筒体，上方开口，二氧化碳气封器(3)上有垃圾进料口(301)、二氧化碳气封(302)、二氧化碳检测端口(303)、二氧化碳补充阀(304)、二氧化碳补充接口(305)和输料口(307)，二氧化碳气封器(3)在螺旋进料器(4)的上面，通过输料口(307)与螺旋进料器(4)的进料口进行衡接。
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