CN102746902A

CN102746902A - 一种有机废弃物的气化方法及专用气化炉

Info

Publication number: CN102746902A
Application number: CN2012102469147A
Authority: CN
Inventors: 张志霄
Original assignee: 张志霄
Current assignee: Hangzhou Ou Yi Ming Sheng Technology Co. Ltd.
Priority date: 2012-07-17
Filing date: 2012-07-17
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2032-07-17
Also published as: CN102746902B

Abstract

本发明涉及一种有机废弃物的气化方法及专用气化炉。现有技术能耗、造价及维护成本高。本发明方法是将气化原料送入气化炉后通过搅拌装置均匀分布，利用间热装置对气化炉上部和中部的气化原料进行加热，使气化原料干燥、部分干馏和气化，由气化炉底部连续供给氧化气体和还原气体，使得气化炉内部分碳氧化放出热量，气化原料实现完全干馏和完全气化，形成的炉渣排出炉外，粗燃气经冷却、除杂，得到净燃气。该方法所使用的气化炉在原有的气化炉基础上，在侧壁设置了间热装置。间热装置包括加热室和燃气辐射管加热器，通过燃气辐射管加热器对炉内进行加热。本发明造价和运行成本低，燃气有效成分高，能提高有机废弃物综合处理的效益。

Description

一种有机废弃物的气化方法及专用气化炉

技术领域

本发明属于有机废弃物气化处理技术领域，涉及一种有机废弃物的气化方法及专用气化炉。

背景技术

固体燃料的气化过程是一个热化学过程。它是以固体燃料（煤或焦炭等）为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸气或氢气等作为气化剂（或称气化介质），在高温条件下通过化学反应将固体燃料转化为气体燃料的过程。气化时所得到的可燃气体称为气化煤气，其有效成分包括一氧化碳、氢气及甲烷等。气化煤气可用作城市燃气、工业燃气和化工原料气。

气化技术以煤气化最为典型，煤的气化过程是在煤气发生炉（又称气化炉）中进行的。气化炉内原料层大致可以分为炉渣层、氧化层、还原层、干馏层和干燥层，其技术原理为将碳氧化时放出的热量作为水蒸气气化的热源，以此实现气化原料的气化。气化过程有逆流操作和顺流操作，前者气化原料由上部加料装置装入炉膛，原料层及炉渣层由下部炉栅支撑，气化剂由下部送风口进入，经炉栅均匀分配，与原料层接触而发生气化反应，产生的气化煤气由原料层上方引出，残存的炉渣由下部灰盘排出；后者气化剂由炉体上部送入，煤气自下部引出。

有机废弃物（城市生活垃圾、有机工业垃圾、污泥和秸秆等）的处置应以资源化、减量化、无害化为原则。将有机废弃物利用焚烧炉焚烧（在燃烧室合理布置换热装置能够得到热风、蒸汽或热水等），虽然能够实现资源化和减量化，但可能会产生少量的二噁英，正是由于二噁英的存在，极大阻碍与限制了焚烧炉的推广与应用；气化技术由于具有还原性气氛而具有显著抑制二噁英的特点，并可产生出高品位燃气产品，特别适合于对有机废弃物的处理，目前正受到业界的普遍青睐。

有机废弃物如城市生活垃圾的组成可能较为复杂、含水率可能较高、热值可能较低，有试验直接依靠气化炉的氧化层燃烧供热，但气化极不稳定、燃气品质极差，在业界未有成功运行报道；有试验先将气化原料造粒烘干后制成垃圾衍生燃料即燃料棒（简称RDF，形状与热值等尽可能接近煤）再应用于气化炉，气化炉的运行得到明显改善，但RDF工艺成本极高且难以稳定运行，使该技术未能得到进一步推广应用；有试验将原料与煤或焦炭一起掺混送往气化炉气化，虽然气化炉能够稳定运行，但首先由于需要添加辅助燃料而造成建厂成本高、运行成本高和维护成本高等，其次由于原料差异性大、排渣含碳量高和热效率低等问题，市场认可度较低，较难推广应用。

有试验在气化炉的氧化段增加辅助燃气或燃油燃烧器（一种直热装置），在炉温低时自动开启燃烧器补充热量，气化炉能够稳定运行，但是大量的烟气混入燃气中，造成燃气热值偏低，甚至无法应用而只能设置二燃室将其燃烧掉，且二燃室需要额外消耗燃油等高品位能源以维持炉温，造成尾气净化工艺复杂庞大，运行成本过高。这样的工艺，产品为在二燃室换热得到的蒸汽或热水，而不能供应合格燃气，造成系统相比较焚烧的优越性极大降低，二噁英的控制也不够理想。

有试验在气化炉的氧化段增加等离子发生装置（一种直热装置），依靠等离子加热气化原料，气化强度高而稳定，气化炉能够稳定运行，燃气品质好，但是存在电耗高、气化炉造价高、维护成本高等缺点，难以推广应用于一般原料的处理，而只能作为危废等特殊原料的处置工具，规模小、适应面窄。

发明内容

本发明的目的是针对现有气化技术的不足，提供一种燃气有效成分高、气化原料适应性强、能耗低、维护成本低、二次污染少的有机废弃物的气化方法及专用气化炉，适用于有机废弃物如城市生活垃圾的气化处理。

本发明方法具体是：

步骤(1).将气化原料通过进料机构送入气化炉上部或顶部的进料口；

所述的气化原料包括煤、焦炭、城市生活垃圾、有机工业垃圾、养殖业废弃物、污泥、秸秆中的一种或多种的混合物；

所述的进料机构为密闭进料机构，采用锁气加料斗、液压推杆进料机或螺旋输送机。

步骤(2).通过搅拌装置将送入到气化炉上部的气化原料均匀分布在气化炉的内部；

所述的搅拌装置为气化炉上部竖直设置的搅拌棒、气化炉内水平设置的搅拌棒中的一种或两种的组合；所述的搅拌棒设置在气化炉进料口的下方，气化炉上部竖直设置的搅拌棒的形状为一字形、十字形或伞形，气化炉内水平设置的搅拌棒的形状为螺旋形或耙齿形。

步骤(3).利用设置在气化炉炉体中部的间热装置对气化炉上部和中部的气化原料进行加热，使气化原料干燥、部分干馏和部分气化；

所述的间热装置包括呈盒体形状的加热室，加热室内设置有燃气辐射管加热器，加热室的一个面开放，其他各面封闭，加热室与炉体侧壁固定连接，且加热室与炉体内部连通；燃气辐射管加热器的进气端和出气端穿过加热室的一个封闭面，加热室的开放面设置有格栅，加热室内燃气辐射管加热器产生的热量由开放面进入炉体内，格栅将炉体内的气化原料阻挡在加热室外；燃气经过进气端的烧嘴燃烧，产生800～1200℃的高温烟气，对气化炉上部和中部的气化原料进行间接加热，使气化原料干燥、部分干馏和部分气化，冷却后的烟气由出气端排出；

间热装置可以为一个，也可以为多个，多个间热装置沿气化炉炉体周向均匀分布。

步骤(4).气化原料连续送入气化炉内，加热后的气化原料向下移动至气化炉下部；由气化炉底部送风口连续供给氧化气体和还原气体，使得气化炉内部分碳氧化放出热量，气化原料在气化炉下部实现完全干馏和完全气化，并形成炉渣；

所述的氧化气体为空气或氧气；所述的还原气体为水蒸气、二氧化碳或氢气。

步骤(5).采用湿法排渣或干法排渣方法将炉渣排出气化炉外，粗燃气由气化炉上部或顶部的燃气出口引出；所述的粗燃气为干馏和气化产生的燃气、干燥产生的水蒸气，以及杂质的混合气体。

步骤(6).将粗燃气经过燃气净化系统冷却、除杂，得到净燃气。

利用燃气净化系统将粗燃气进行冷却、除杂采用常规的现有技术。

实现该方法的气化炉的具体结构是：

包括炉体和排渣装置，炉体固定安装在基座上。

进料口开设在炉体侧壁的上部或炉体顶部，燃气出口开设在炉体侧壁的上部或炉体顶部；

炉体内水平设置有水平搅拌棒，水平搅拌棒设置在进料口和燃气出口的下方，水平搅拌棒的转轴穿过炉体侧壁设置，水平搅拌棒为螺旋形或耙齿形；

炉体内的上部竖直设置有竖直搅拌棒，竖直搅拌棒的转轴穿过炉体顶部设置，竖直搅拌棒为一字形、十字形或伞形；

气化炉炉体中部的侧壁设置有间热装置，所述的间热装置包括呈盒体形状的加热室，加热室内设置有燃气辐射管加热器，加热室的一个面开放，其他各面封闭，加热室与炉体侧壁固定连接，且加热室与炉体内部连通；燃气辐射管加热器的进气端和出气端穿过加热室的一个封闭面，加热室的开放面设置有格栅；燃气辐射管加热器为成熟的现有技术；

间热装置可以为一个，也可以为多个，多个间热装置沿气化炉炉体周向均匀分布；

炉体底部设置有送风口和排渣装置。

所述的排渣装置采用湿法排渣装置或干法排渣装置，为成熟的现有技术，如贺永德主编的《现代煤化工技术手册》（化学工业出版社），P362页中介绍了M型炉箅湿式排灰的混合煤气发生炉，采用湿法排渣装置；P365页中介绍了W-G型（威尔曼-格努沙）混合煤气发生炉和TG型混合煤气发生炉，采用干法排渣装置。

本发明方法力求目标产品即燃气的有效成分尽可能高，对气化原料含水率的适应性尽可能高，系统造价尽可能低，运行成本尽可能低，特别是能提高有机废弃物如城市生活垃圾资源化综合处理的效益，与现有技术相比具有以下优点：

1、利用间热装置对气化炉内原料增热，炉温稳定，燃气波动少，气化强度高，特别是间热装置也可以作为调节产气量的一种良好措施。由于燃气为洁净燃料，间热装置的尾气能够做到直接排放，系统简洁。

2、利用间热装置的显著增热效果，允许高含水率的气化原料如城市生活垃圾直接入炉，对原料的水分含量不苛求，节能效果显著，系统造价低，特别是能提高有机废弃物资源化综合处理的效益。

3、间热装置的增热效果提升了气化炉炉温，适当调整氧化气体和还原气体比例即允许更多的还原气体如水蒸气等供给，可使燃气中有效组分如CO、H₂、CH₄、C₂H₄等极大增加，热值显著提升。

4、间热装置的增热效果减少了氧化气体耗量，燃气中氧含量低，燃气使用安全，且燃气中惰性组分如N₂降低，热值显著提升，燃气体积减少，燃气净化与增压、燃气应用系统效率增加，运行成本相对降低。特别是进一步控制减少氧化气体的消耗量，本气化炉也可以作为干馏炉使用。

5、由于增设了间热装置，随时能够启动间热装置对炉温进行调节，允许气化炉有较长的焖炉（临时停炉）时间，而这也是本发明气化炉性能优越性的体现。

6、点火阶段间热装置的增热提升了气化炉炉温，点火迅速且成本降低，产生的燃气组分在较短时间内就能合格使用，减少了放散气体量，环保效果显著。

7、间热装置也可以作为间冷装置运用，利用冷却介质对气化炉进行迅速冷却便于停炉检修，而这也是本发明气化炉性能优越性的又一体现。

附图说明

图1为本发明一实施例的外形结构示意图；

图2为图1的A-A向剖面结构示意图。

具体实施方式

如图1和2所示，一种有机废弃物专用气化炉包括炉体1和排渣装置2，炉体1固定安装在基座3上。

进料口4和燃气出口8开设在炉体1上部。

炉体1内的上部竖直设置有竖直搅拌棒5，竖直搅拌棒5的转轴穿过炉体1顶部设置，竖直搅拌棒5为一字形。

炉体1内水平设置有水平搅拌棒6，水平搅拌棒6设置在进料口4和燃气出口8的下方，水平搅拌棒6的转轴穿过炉体1侧壁设置，水平搅拌棒6为耙齿形。

炉体1侧壁设置有4个沿周向均匀分布的间热装置。

间热装置包括呈盒体形状的加热室7，加热室7内设置有燃气辐射管加热器10，加热室7的一个面开放，其他各面封闭，加热室7与炉体1侧壁固定连接，且加热室7与炉体1内部连通；燃气辐射管加热器10的进气端11和出气端12穿过加热室的一个封闭面，加热室7的开放面设置有格栅13。加热室7内燃气辐射管加热器10产生的热量由开放面进入炉体1内，格栅13将炉体1内的气化原料阻挡在加热室7外；燃气经过进气端11的烧嘴燃烧，产生800～1200℃的高温烟气，对气化炉上部和中部的气化原料进行间接加热，使气化原料干燥、部分干馏和部分气化，冷却后的烟气由出气端12排出。

炉体1底部设置有送风口9和排渣装置2，排渣装置2采用湿法排渣装置。

利用该气化炉进行有机废弃物气化的具体方法如下：

步骤(1).将气化原料通过进料机构送入气化炉上部的进料口4；

气化原料包括煤、焦炭、城市生活垃圾、有机工业垃圾、养殖业废弃物、污泥、秸秆中的一种或多种的混合物；

进料机构为密闭进料机构，可以采用锁气加料斗、液压推杆进料机或螺旋输送机；

步骤(2).通过竖直搅拌棒5和水平搅拌棒6将送入到气化炉上部的气化原料均匀分布在气化炉的内部；

步骤(3).开启燃气辐射管加热器10，燃气经过辐射管加热器10的进气端11的烧嘴燃烧，产生800～1200℃的高温烟气，通过辐射管对气化炉上部和中部的气化原料进行间接加热，使气化原料干燥、部分干馏和部分气化，冷却后的烟气由辐射管加热器10的出气端12排出；

步骤(4).气化原料连续送入气化炉内，加热后的气化原料向下移动至气化炉下部；由气化炉底部送风口9连续供给氧化气体和还原气体，使得气化炉内部分碳氧化放出热量，气化原料在气化炉下部实现完全干馏和完全气化，并形成炉渣；

氧化气体为空气或氧气；还原气体为水蒸气、二氧化碳或氢气；

步骤(5).采用湿法排渣装置2将炉渣排出气化炉外，粗燃气由气化炉上部的燃气出口8引出；粗燃气为干馏和气化产生的燃气、干燥产生的水蒸气，以及杂质的混合气体；

Claims

1. 一种有机废弃物的气化方法，其特征在于该方法具体是：

所述的进料机构为密闭进料机构，采用锁气加料斗、液压推杆进料机或螺旋输送机；

所述的搅拌装置为气化炉上部竖直设置的搅拌棒、气化炉内水平设置的搅拌棒中的一种或两种的组合；

所述的氧化气体为空气或氧气；所述的还原气体为水蒸气、二氧化碳或氢气；

步骤(5).采用湿法排渣或干法排渣方法将炉渣排出气化炉外，粗燃气由气化炉上部或顶部的燃气出口引出；所述的粗燃气为干馏和气化产生的燃气、干燥产生的水蒸气，以及杂质的混合气体；

2.如权利要求1所述的一种有机废弃物的气化方法，其特征在于步骤(2)中所述的搅拌棒设置在气化炉进料口的下方，气化炉上部竖直设置的搅拌棒的形状为一字形、十字形或伞形，气化炉内水平设置的搅拌棒的形状为螺旋形或耙齿形。

3.如权利要求1所述的一种有机废弃物的气化方法，其特征在于步骤(3)中所述的间热装置包括呈盒体形状的加热室，加热室内设置有燃气辐射管加热器，加热室的一个面开放，其他各面封闭，加热室与炉体侧壁固定连接，且加热室与炉体内部连通；燃气辐射管加热器的进气端和出气端穿过加热室的一个封闭面，加热室内燃气辐射管加热器产生的热量由开放面进入炉体内；燃气经过进气端的烧嘴燃烧，产生800～1200℃的高温烟气，对气化炉上部和中部的气化原料进行间接加热，使气化原料干燥、部分干馏和部分气化，冷却后的烟气由出气端排出。

4.如权利要求3所述的一种有机废弃物的气化方法，其特征在于所述的加热室的开放面设置有格栅，将炉体内的气化原料阻挡在加热室外。

5.如权利要求1所述的一种有机废弃物的气化方法，其特征在于所述的间热装置为多个，沿气化炉炉体周向均匀分布。

6.实现如权利要求1所述气化方法的气化炉，包括炉体和排渣装置，炉体固定安装在基座上，其特征在于：

炉体侧壁设置有间热装置，炉体底部设置有送风口和排渣装置，所述的排渣装置采用湿法排渣装置或干法排渣装置。

7.如权利要求6所述的气化炉，其特征在于：炉体内的上部竖直设置有竖直搅拌棒，竖直搅拌棒的转轴穿过炉体顶部设置，竖直搅拌棒为一字形、十字形或伞形。

8.如权利要求6所述的气化炉，其特征在于：所述的间热装置包括呈盒体形状的加热室，加热室内设置有燃气辐射管加热器，加热室的一个面开放，其他各面封闭，加热室与炉体侧壁固定连接，且加热室与炉体内部连通；燃气辐射管加热器的进气端和出气端穿过加热室的一个封闭面。

9.如权利要求8所述的气化炉，其特征在于：所述的加热室的开放面设置有格栅。

10.如权利要求6所述的气化炉，其特征在于：所述的间热装置为多个，沿气化炉炉体周向均匀分布。