CN103275766B - 一种气化气处理设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种简单、可靠、高效且具有明显环境效益的环保型气化气处理设备及方法。该气化气处理设备包括气化气精制重整装置和等离子炬装置；所述气化气精制重整装置包括炉体、气化气进口、文丘里喉口、气化气精制重整区、精合成气出口，该气化气进口、文丘里喉口、气化气精制重整区以及精合成气出口位于该炉体内，该气化气进口设置在该气化气精制重整装置的底部，该文丘里喉口的下端与气化气进口相连，该文丘里喉口的上端连接该气化气精制重整区的下端，该气化气精制重整区的上端连接精合成气出口；在所述气化气精制重整装置上设置有等离子炬接口，该等离子炬接口中接入所述等离子炬装置的等离子炬单元。

Description

一种气化气处理设备及方法

技术领域

本发明涉及固体废弃物处理技术，具体涉及一种气化气处理设备及方法。

背景技术

资源与环境是二十一世纪的两大主题，城市生活垃圾处理是这两大主题中的重要课题。随着人们对环境资源意识的增强，各国政府对垃圾处理技术标准的提高，传统的垃圾处理方法——填埋、堆肥、焚烧三种技术日益显示出其缺陷，如垃圾填埋占用大片土地，堆肥法处理量小、效率低，焚烧法容易产生二次污染，特别是二噁英的污染问题，使其在工业应用方面受到阻碍。垃圾热解气化技术具有二次污染小，无害化彻底，资源化程度高的特点，是处理垃圾的重要技术之一，正引起世界各国研究者的广泛重视。

原生生活垃圾经前处理后，进入生活垃圾气化炉反应，产生气化气。与煤等矿物燃料的气化不同，由于生活垃圾挥发分含量高、固定碳含量少、热值低的特点，一般采用空气作为气化剂，并且气化温度在500℃～700℃的范围内。在这一温度区间内，挥发分可以迅速析出，形成可燃气，并且固定碳可以与气化剂中的氧反应，生成CO、H₂、CH₄、C_nH_m、焦油、污染物（二噁英、重金属、HCl、H₂S）以及碱性物质等。

二噁英的化学名叫2，3，7，8-四氯二苯并对二噁英（TCDD）。其名称“二噁英”通常用来指结构和化学性质相关的多氯二苯二噁英（PCDDs）和多氯二苯并呋喃（PCDFs)。二噁英之所以引起关注是因其具有非常大的潜在毒性。某些类二噁英多氯联苯(PCBs)具有相似毒性，归在“二噁英”名下。大约有419种类似二噁英的化合物被确定，但其中只有近30种被认为具有相当的毒性。实验证明它们可以损害多种器官和系统。二噁英一旦进入人体，就会长久驻留，因为其本身具有化学稳定性并易于被脂肪组织吸收，并从此长期积蓄在体内。它们在体内的半衰期估计为7至11年。

在气化过程中焦油是不可避免的副产物。焦油在高温下可以发生裂解，与气化气一起呈气体状态，但在低于200℃的情况下，就开始凝结为液体，成为黑色黏稠油状物，影响气化设备稳定、安全运行，造成能量浪费，降低气化效率；而且焦油成分中的多核芳香族在净化及燃烧时对环境及人类健康构成严重危害。

由于垃圾气化气成分中含有上述有毒、有害物质，故在合成气综合利用前需对垃圾气化炉产生的气化气进行净化处理。传统的气化气净化方法有水洗法、镍基催化剂法、热裂解法等，但是每种方法都有其自身难以克服的缺点，尤其是难以去除合成气中的二噁英等有毒物质。如何能创设一种简单、可靠、高效，而且具有明显经济效益、环境效益的环保型气化气精制重整装置及方法，实属当前本领域极需改进创新的目标。

发明内容

本发明正是为克服上述缺陷，提供一种简单、可靠、高效且具有明显环境效益的环保型气化气处理设备及方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种气化气处理设备，其包括气化气精制重整装置和等离子炬装置；所述气化气精制重整装置包括炉体、气化气进口、文丘里喉口、气化气精制重整区、精合成气出口，该气化气进口、文丘里喉口、气化气精制重整区以及精合成气出口位于该炉体内，该气化气进口设置在该气化气精制重整装置的底部，该文丘里喉口的下端与气化气进口相连，该文丘里喉口的上端连接该气化气精制重整区的下端，该气化气精制重整区的上端连接精合成气出口；在所述气化气精制重整装置上设置有等离子炬接口，该等离子炬接口中接入所述等离子炬装置的等离子炬单元。

其中，在所述气化气精制重整装置上还设置有多个热电偶/压力传感器接口、视镜接口。

其中，每一个所述热电偶/压力传感器接口分别有两个对称的接口，一个接口安装热电偶，另一个接口安装压力传感器；所述气化气精制重整装置的视镜有两个，一个位于气化气精制重整装置的右下方，另一个位于气化气精制重整装置的左上方。

其中，所述等离子炬装置包括等离子炬单元、直流整流电源、高频起弧单元、PLC控制单元以及冷却水与介质气体供给单元。

其中，所述文丘里喉口具有可以使气化气通过后形成紊流流场的形状。

其中，所述气化气精制重整区具有能够满足气化气在气化气精制重整装置中停留时间超过2s的形状。

其中，设置在所述气化气精制重整装置上的所述等离子炬接口有两个；并且，两个等离子炬接口在横截面上的轴线平行于同一炉体横截面直径，并分别向该直径的两侧偏移。

其中，所述等离子炬装置的冷却水与介质气体供给单元中的供给介质气体为压缩空气。

根据本发明的另一个方面，提供了一种气化气处理方法，该方法使用上述气化气处理设备，且包括以下步骤：S1开启等离子炬接口处的等离子炬装置的冷却水与介质气体供给单元；S2待冷却水及介质气体的压力稳定后开启等离子炬单元，气化气通过气化气进口进入气化气精制重整装置，该气化气依次通过该气化气精制重整装置的文丘里喉口、气化气精制重整区、精合成气出口；S3通过观察气化气精制重整装置上的视镜和热电偶/压力传感器上的示值调整等离子炬单元的功率，保证该气化气精制重整装置中的精合成气出口处的精合成气的温度在规定的范围内。

其中，在该气化气精制重整装置正常运行之后，将该热电偶接口处的热电偶的温度控制在900℃～1100℃范围内。

如上所述，根据本发明上述最优实施例的气化气处理设备能够完全的破除生活垃圾气化合成气中的有毒、有害物质，生成的精合成气具有更高的热值，为后续合成气综合利用工艺奠定了良好的基础。该气化气处理设备及方法简单、可靠、高效，且具有明显的环境效益。

附图说明

图1是根据本发明实施例的气化气精制重整装置的结构示意图；

1-气化气进口；2-文丘里喉口；3-等离子炬接口；4-热电偶接口/压力传感器接口；5-视镜接口；6-热电偶接口/压力传感器接口；7-热电偶接口/压力传感器接口；8-视镜接口；9-气化气精制重整区；10-精合成气出口；

图2是根据本发明实施例的气化气精制重整装置上的等离子炬接口的布置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的气化气处理设备及方法进行详细描述。同时在这里做以说明的是，为了使实施例更加详尽，下面的实施例为最佳、优选实施例，对于一些公知技术本领域技术人员也可采用其他替代方式而进行实施；而且附图部分仅是为了更具体的描述实施例，而并不旨在对本发明进行具体的限定。

图1示出了气化气精制重整装置的结构示意图，在本发明的实施例中，气化气处理设备包括如图1所示的气化气精制重整装置和等离子炬装置（其也可称为等离子体发生装置，等离子枪等）。由图1可以看出，该气化气精制重整装置包括炉体、气化气进口1、文丘里喉口2、气化气精制重整区9以及精合成气出口10，其中，该气化气进口1、文丘里喉口2、气化气精制重整区9以及精合成气出口10位于炉体内，气化气进口1设置在该气化气精制重整装置的底部，文丘里喉口2的下端与气化气进口1相连，其上端连接气化气精制重整区9的下端，该气化气精制重整区9的上端连接精合成气出口10，即在气化气精制重整装置中自下而上在纵向上依次设置气化气进口1、文丘里喉口2、气化气精制重整区9、精合成气出口10。

其中，优选的是，文丘里喉口2具有可以使气化气通过后形成紊流流场的形状。例如，如图1所示，该文丘里喉口2相对的两侧壁分别向内凸起，使得该文丘里喉口2所形成的气化气通道的直径从该文丘里喉口2的前端开始逐渐缩小，并在相对的凸起处减小至最小，随后逐渐增大至该气化气精制重整区9下端的直径。通过设置在该气化气精制重整装置中的文丘里喉口，使气化气进入该气化气精制重整装置中之后形成紊流状态，从而有利于气化气的充分净化。

其中，进一步优选的是，气化气精制重整区9的形状能够满足气化气在气化气精制重整装置中停留时间超过2s。为了确保达到我国焚烧垃圾污染物排放标准，确保二噁英等有毒有害物质高温分解，《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》要求烟气在不低于850℃的条件下滞留时间不应小于2s，为了满足这一要求，我们设计的气化气精制重整区的长度和该气化气精制重整区的平均直径的比值为3:1且该气化气精制重整区设计为渐扩形状，具体见附图1所示。

此外，气化气精制重整装置还设置了等离子炬接口3，该气化气精制重整装置上的等离子炬接口用于接入等离子炬装置中的等离子炬单元。其中优选的是，在气化气精制重整装置上设置两个用于接入等离子炬单元的等离子炬接口。如图2所示，这两个等离子炬接口在其横截面上的轴线平行于同一炉体的横截面直径（即，这两个等离子炬接口在其横截面上的轴线彼此平行），并且这两个等离子炬接口分别向该直径的两侧偏移。通过在该气化气精制重整装置中的以上述方式布置的两个等离子炬接口中插入两个等离子炬单元，可以使生活垃圾气化炉产生的气化气形成旋转，从而在气化气净化过程中，进一步提高等离子炬单元的作用效率。

对于等离子炬装置可采用现有装置，通常而言，该等离子炬装置可包括等离子炬单元、直流整流电源、高频起弧单元、PLC控制单元、冷却水与介质气体供给单元以及其它辅助装置。该等离子炬装置的冷却水与介质气体供给单元中所供给的介质气体为压缩空气。

接通等离子炬装置的电源后，启动冷却水与介质气体供给单元，待冷却水及介质气体供给单元压力稳定后开启等离子炬单元，等离子炬的阴阳电极间形成的高频电火花放电产生电子，电子在电场的加速下击穿等离子炬内的压缩空气，电流迅速增加，最终形成大气压条件下的电弧等离子体。电弧等离子体具有极高的温度，其产生辐射热、对流传热以及电子引起的传热等。在利用等离子炬处理气化气中的有毒、有害物质的过程中，等离子炬产生的电弧等离子体可以把气化气中的二噁英等有毒物质摧毁的更彻底；可以使焦油等大链分子裂解为短链的分子或原子（如H₂、CH₄、CO、C_nH_m、N₂等），故经净化后的生活垃圾气化气较处理前具有更高的热值。同时，在使用等离子炬技术精制重整生活垃圾气化气的过程中，不会产生任何二次污染。而且高温等离子炬装置的体积和尺寸较小，维修费用和时间相对较少，系统可快速启动与停机，等离子炬核心工艺灵活，可根据不同的处理目的搭配不同的配套系统。

其中，优选的是，该气化气精制重整装置还设置了热电偶/压力传感器接口4、6和7、视镜接口5、8。其中，热电偶/压力传感器接口4、6、7分别均有两个对称的接口（在图1中只能看到每个热电偶/压力传感器接口中的一个接口），一个接口安装热电偶，另一个接口安装压力传感器。该视镜接口具有两个，一个视镜接口位于气化气精制重整装置的右下方，另一个视镜接口位于气化气精制重整装置的左上方。在上述两个视镜接口中接入视镜，以便于观察气化气精制重整装置的内部情况，诸如对汽化气的处理情况。

由此，通过上述设置在气化气精制重整装置上的文丘里喉口2、气化气精制重整区9、以及等离子炬单元等，从而能够完全的破除生活垃圾气化合成气中的有毒、有害物质，生成的精合成气具有更高的热值，为后续合成气综合利用工艺奠定了良好的基础。

接下来描述本发明实施例的气化气处理方法，包括以下步骤：

S1开启等离子炬接口处的等离子炬装置的冷却水与介质气体供给单元；

S2待冷却水及介质气体的压力稳定后开启等离子炬单元，气化气通过气化气进口进入气化气精制重整装置，该气化气依次通过该气化气精制重整装置的文丘里喉口、气化气精制重整区、精合成气出口；

S3通过观察气化气精制重整装置上的视镜和热电偶/压力传感器上的示值调整等离子炬单元的功率，保证该气化气精制重整装置中的精合成气出口处的精合成气的温度在规定的范围内。

其中，在气化气处理方法中，在气化气精制重整装置正常运行后，热电偶接口的热电偶温度控制在900～1100℃范围内。

最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。

Claims (1)

1.一种气化气处理设备，包括气化气精制重整装置和等离子炬装置；其特征在于：

所述气化气精制重整装置包括炉体、气化气进口、文丘里喉口、气化气精制重整区以及精合成气出口，该气化气进口、文丘里喉口、气化气精制重整区以及精合成气出口位于该炉体内，该气化气进口设置在该气化气精制重整装置的底部，该文丘里喉口的下端与气化气进口相连，该文丘里喉口的上端连接该气化气精制重整区的下端，该气化气精制重整区的上端连接精合成气出口；

在所述气化气精制重整装置上设置有等离子炬接口，该等离子炬接口中接入所述等离子炬装置的等离子炬单元；

其中，所述文丘里喉口相对的两侧壁分别向内凸起，使得所述文丘里喉口所形成的气化气通道的直径从所述文丘里喉口的前端开始逐渐缩小，并在相对的凸起处减小至最小，随后逐渐增大至该气化气精制重整区下端的直径；

其中，设置在所述气化气精制重整装置上的所述等离子炬接口有两个；并且，这两个等离子炬接口在横截面上的轴线平行于同一炉体横截面直径，并分别向该直径的两侧偏移；

在所述气化气精制重整装置上还设置有多个热电偶/压力传感器接口、视镜接口；

每个所述热电偶/压力传感器接口分别有两个对称的接口，一个接口安装热电偶，另一个接口安装压力传感器；所述气化气精制重整装置的视镜有两个，其中一个位于气化气精制重整装置的右下方，另一个位于气化气精制重整装置的左上方；

所述等离子炬装置包括等离子炬单元、直流整流电源、高频起弧单元、PLC控制单元以及冷却水与介质气体供给单元；

所述文丘里喉口具有可以使气化气通过后形成紊流流场的形状，从而有利于气化气的充分净化；

所述气化气精制重整区的长度和所述气化气精制重整区的平均直径的比值为3:1且所述气化气精制重整区设计为渐扩形状，所述气化气精制重整区具有能够满足气化气在该气化气精制重整装置中停留时间超过2s的形状；

所述等离子炬装置的冷却水与介质气体供给单元中的供给介质气体为压缩空气。