CN103320168A - 一种垃圾热解煤气净化燃气发电工艺 - Google Patents

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Abstract

一种垃圾热解煤气净化燃气发电工艺。生活垃圾进生活垃圾造粒机，经过破碎、干燥、挤压造粒制成垃圾颗粒；垃圾颗粒在热解炉内600℃左右缺氧热分解粗煤气；高温粗煤气进换热器回收热能综合利用，粗煤气冷却至较低温去烟气净化；冷却粗煤气用引风机引力导入电除尘塔精细除尘、脱除焦油；将除尘除焦油后的煤气导入脱硫脱酸除雾塔进行脱除酸性气体物质；然后导入除二恶英除臭塔除去有毒有害气体物质；洁净的煤气在引风机的推动下进入燃气发动机进行直燃发电；发电机组产生380伏动力电并网或垃圾发电站设备自用。该发明有效了解决广大乡镇生活垃圾没有处理技术设备，垃圾处理难的问题，而且可以回收能源。

Description

一种垃圾热解煤气净化燃气发电工艺
技术领域
本发明涉及一种垃圾热解煤气净化燃气发电工艺。
背景技术
在城市化进程中，垃圾作为城市代谢的产物曾经是城市发展的负担，世界上许多城市均有过垃圾围城的局面。因此，妥善解决和处理垃圾问题城市发展的必然要求。
韩国汉拿RDF技术属于生活垃圾资源化的技术。该技术的特点就是在生活垃圾产生源处生活垃圾燃料化—垃圾造粒，根本改善生活垃圾的感观和清洁运输、存放生活垃圾，是国内外今后垃圾焚烧的发展方向。
垃圾焚烧预处理设备属于非标设备，而目前国内绝大多数垃圾焚烧项目属于直燃式（生活垃圾没有细致分选、造粒），生活垃圾从各个小区、学校、单位堆放场内直接拉到垃圾焚烧厂进炉焚烧。而市场上存在垃圾加工造粒清洁卫生的垃圾存放、运输、焚烧的需求。随着人们生活水平的提高和垃圾收费的进程，清洁垃圾处理必然会得到市场的推崇。
针对生活垃圾焚烧处理的前景，采取城镇小区布点建设“生活垃圾回收造粒站”，分散收集生活垃圾，利用垃圾造粒机制造垃圾焚烧炉使用的燃烧棒，运送到指定地点进行垃圾焚烧发电使用。
为此目的我们网上查找了国内生活垃圾制造设备商和查阅了国家专利网上1400多个有关生活垃圾处理的发明、实用新型专利得到以下结论。
国内垃圾焚烧厂以上海江桥1000t/d垃圾焚烧厂为代表，最先进的垃圾焚烧厂（山西大同1000t/d生活垃圾焚烧厂、河南周口500t/d垃圾焚烧厂、浙江诸暨100t/d垃圾焚烧厂）都是生活垃圾直接进炉烘干、燃烧的垃圾处理方式，没有垃圾造粒燃气发电项目。
国内广大乡镇的垃圾由于数量小分布遥远,不可能建有10t/d～50 t/d垃圾焚烧厂，因此垃圾处理难已成为影响城市发展的难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种生活垃圾热解煤气净化燃气发电工艺，该发明可以有效解决广大乡镇生活垃圾没有处理技术设备，垃圾处理难的问题，而且可以回收能源。
本发明的技术方案是：包括以下步骤：
Figure 13958DEST_PATH_IMAGE001
将生活垃圾放入生活垃圾造粒机中，破碎、干燥、挤压造粒制成垃圾颗粒；
垃圾颗粒在热解气化炉内，600℃±50℃缺氧热分解，将垃圾颗粒中的有机物热解成为粗煤气；
Figure 962377DEST_PATH_IMAGE003
粗煤气进入热管换热器，回收热能综合利用，粗煤气冷却至低温去烟气净化；
Figure 229411DEST_PATH_IMAGE004
冷却粗煤气用引风机导入湿式电除尘塔精细除尘，使煤气含尘降至10毫克/标方、脱除焦油使煤气含焦油降至10毫克/标方；
用引风机将除尘除焦油后的煤气导入脱硫脱酸除雾塔进行脱除酸性气体物质；
Figure 159506DEST_PATH_IMAGE006
在引风机吸力引导下将脱除酸性气体后的煤气导入除二恶英除臭塔除去有毒有害气体物质；
Figure 152870DEST_PATH_IMAGE007
洁净的煤气在引风机的推动下进入燃气发动机进行直燃发电。
本发明所述的生活垃圾为热值大于等于5000千焦/公斤的可燃垃圾。
本发明所述垃圾颗粒含水小于10%（重量%）。
所述步骤2）中，热解气化炉采用连续批量进料,采用双辊进料装置变频调节进料量,这种进料方式的特点是一边热解气化一边加料，垃圾颗粒人工或者机械装入热解气化炉中,产生600℃±50℃的高温 ,将垃圾造粒颗粒中的有机物热解成为可燃性的氢气,煤气。
本发明所述缺氧热分解为在控制缺氧比例的条件下热分解，控制缺氧比例即空气中的氧或者纯氧与生活垃圾中燃烧物质炭的摩尔比为O2:C=0～0.5。
本发明所述步骤3）中，来自步骤2）的高温粗煤气在引风机的吸力引导下,从热管换热器的电捕焦油塔进气口进入热管换热器中,通过塔上热水包组成余热换热器，以蒸汽或者热水的形式回收热量;高温粗煤气迅速冷却至80℃以下。
本发明所述垃圾热解煤气净化燃气发电的过程由引风机担负完成。
本发明所述燃气发动机产生380伏动力电并网或垃圾发电站设备自用。
本发明生活垃圾进生活垃圾造粒机，经过破碎、干燥、挤压造成含水小于10%的颗粒；造粒的垃圾在热解炉内600℃左右缺氧热分解粗煤气；高温粗煤气进热管换热器回收热能综合利用，粗煤气冷却至低温90℃左右去烟气净化；冷却粗煤气用引风机引力导入专利湿式电除尘塔精细除尘（煤气含尘降至10毫克/标方）、脱除焦油（煤气含焦油降至10毫克/标方）；用引风机引力将除尘除焦油后的煤气导入脱硫脱酸除雾塔进行脱除酸性气体物质，保证不腐蚀其后发电设备；在引风机吸力引导下煤气导入二恶英除臭塔除去有毒有害气体物质，保证不造成二次污染；垃圾热解煤气净化燃气发电的过程由引风机担负完成；洁净的煤气在引风机的推动下进入燃气发动机进行直燃发电；发电机组产生380伏动力电并网或垃圾发电站设备自用。
本发明垃圾热解煤气净化燃气发电工艺流程示意图见附后图1。
与现有技术相比，本发明的优点是：
本发明采用可在单位、生活小区等产生的生活垃圾无害化造粒预处理，解决了垃圾脏乱差存放运输问题；
本发明改变了我国大中城市生活垃圾焚烧-生产蒸汽-汽轮机发电的主流模式为垃圾造粒-燃气净化-燃气发电的新型垃圾发电，填补了我国中小乡镇生活垃圾发电的空白；
本发明由于采用了较现有垃圾850℃焚烧较低的600℃左右垃圾缺氧热解-燃气净化-燃气发电的路线，生活垃圾的可燃物热值回收率较高、增加了余热回收措施，达到了节能减排的目的；
本发明由于较低温（600℃）热解生活垃圾，固然带来焦油、二恶英的增加，随之新增的几步燃气净化设计，解决了随后的垃圾热解燃气发电设备的腐蚀和保证了岗位清洁文明生产；
本发明适合10t/d～50 t/d垃圾焚烧厂，解决了现有垃圾焚烧发电一次性投资大，特别适应国内广大乡镇的垃圾由于数量小分布遥远,不可能建有现有垃圾焚烧洁净发电的难题。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
本发明包括以下步骤。
造粒：生活垃圾进生活垃圾造粒机破碎、干燥、挤压造成含水小于10%的颗粒，本单元使用湖北品冠化工设备有限公司专用设备“生活垃圾造粒机”，生活垃圾造粒机包括机架，液压缸，液压控制单元，挤压活塞，破碎对辊，生活垃圾料箱，挤压烘干箱，加热装置，切粒刀，造粒盘，生活垃圾燃烧粒棒箱，垃圾液箱，筛板等主要部件组成，还包括机械通用机器具备的动力驱动、线路、开关等常规配件。生活垃圾造粒机专用设备将生活垃圾多级粉碎、挤压、加热烘干、挤压造粒、废液回收等加工步骤，达到变脏臭的生活垃圾为洁净无味的生活垃圾燃烧原料，解决了当前生活垃圾小区堆放、运送、燃烧的脏、乱、臭不文明的现象。
热解气化：连续热解气化炉采用连续批量进料,采用双辊进料装置变频调    节进料量,可控性比较高。这种进料方式的特点是一边热解气化一边加料。通过控制双辊进料的转速来控制进料的速度。生活垃圾造粒机加工制作的含水小于10%的垃圾颗粒人工或者机械装入热解气化炉中,产生600℃±50℃左右的高温,采用动态精确控制缺氧比例即空气中的氧或者纯氧与生活垃圾中燃烧物质炭的摩尔比为(O2:C=0～0.5),将垃圾造粒颗粒中的有机物热解成为可燃性的氢气,煤气等。
为了保证热解气化效果,连续进料连续出渣保持一定的料层高度,预热层、热解层、燃烧层、燃尽层稳定，产生的热解气气量比较安全可靠,粗煤气含量超过45%以上。
由于采用600℃±50℃的热解温度，不产生氮氧化物；由于热解层稳定，热解时间可随意调节，垃圾有机物质分解完全，出渣率小于5%垃圾造粒颗粒。
由于垃圾里的塑料热解产生硫化物，氢化物等酸性气体以及焦油和少量燃烧粉尘，需要后续净化处理。
热管换热：现有技术中垃圾气化高温气体采用水溅喷雾冷却以后再进行烟气净化处理。本发明本着节能减排的宗旨，采用湖北品冠化工设备有限公司专利产品《一种带有热管换热器的电捕焦油塔》(ZL201020547840.7)回收高温粗煤气的热能综合利用。热管是一个内部抽成真空并充以少量液体的密封管，具有高效的导热性能。在工作时热流体通过热管的一端外表面，冷流体通过热管另一部分，籍助于管内工质的潜热变化而进行冷热流体间的换热。由于是潜热的变化，具有相当高的导热能力，其当量导热系数为铜、银等金属导热系数的几百倍。热管由基管（钢、铜复合管，铬五钼管，碳钢管，铜管）钢翅片（丙酮热管为铝翅片），封头、保护帽、密封环等组成。
本发明利用热管换热器回收高温煤气中的热能-余热利用，这样既可以进行除尘处理，又可以行余热回收利用。为了实现这一目的，600℃的粗煤气在引风机的吸力引导下,从热管换热器的电捕焦油塔进气口进入热管换热器中,通过塔上热水包组成余热换热器，以蒸汽或者热水的形式回收热量;由于热管传热效率极高,传热温差可以达到5℃,高温粗煤气迅速冷却至80℃以下,为下段煤气净化即冷却了温度又回收了热量。
除尘回收焦油：热解气化有机物质产生少量粉尘和焦油,如果不除去会造成随后设备粘接、堵塞，造成不能安全生产的事故。本发明本着节能减排的宗旨，采用湖北品冠化工设备有限公司专利产品《一种用于回收油页岩加工过程产生的烟气烟尘回收焦油塔》(ZL201020547837.5)清除烟尘回收有用的焦油，保证随后发电设备不粘接堵塞、安全生产。
含有烟尘和焦油的80℃的粗煤气在引风机吸力的引导下进入塔进气口，遇到喷淋冲洗水降温至40℃，同时通过气体均分板后进入蜂窝电除尘室，烟尘和焦油以及水雾滴在静电场中荷电，逐渐沉积在阳极蜂窝板壁上，再由喷淋冲洗装置冲灰尘和焦油于塔底污水箱中；污水箱中的尘和焦油因为比重不同上下分层，废水水面上漂有吸油绳，吸油绳连通道塔外的回收油机中；废水底层的污泥层通过塔下排泥口、液封管自行排到塔外沉清池；经过冷却，除尘，除雾，除焦油的净化煤气烟尘含量可以达到10mg/Nm3、焦油含量10mg/Nm3、水雾含量10mg/Nm3，这样的净化精度属于精细除尘、除焦油、除雾，同时，回收的焦油作为炼油资源综合利用。
脱硫脱酸：热解气化有机物质产生少量硫化物和氢化物等酸性气体物质,如果不除去会造成随后设备腐蚀、顺坏，造成不能安全生产的事故。本发明本着安全可靠生产的宗旨，采用湖北品冠化工设备有限公司专有产品《旋流湿法脱硫脱酸塔》清除煤气中酸性物质，二氧化硫50mg/Nm3、氯化氢10mg/Nm3、，保证随后发电设备不腐蚀、安全生产。
含有酸性物质的40℃的净化煤气在引风机吸力的引导下进入旋流湿法脱硫脱酸塔进气口，遇到塔上部进来的碱性液体，在旋流器中充分接触，酸碱中和反应；经过脱硫脱酸后的煤气硫化物含量小于50mg/Nm3、其它酸性物质小于10mg/Nm3，经过两层除雾器除雾达到75 mg/Nm3，从塔上出气口排到下一工序作业；塔下污水箱中的脱硫脱酸盐，通过塔下排泥口、液封管自行排到塔外沉清池；盐渣经过沉积脱水除渣，循环使用吸收水。
除二恶英：在600℃热解气化有机物质可以得到最大收率的粗煤气但是同时也产生少量二恶英和胺类臭味物质,如果不除去会造成随后操作不能安全生产。本发明本着安全可靠生产的宗旨，采用湖北品冠化工设备有限公司专利产品《一种沥青烟气消烟除臭塔》(ZL201020530030.0)清除煤气中二恶英和胺类臭味物质，保证随后发电设备不腐蚀、安全生产。
含有酸性物质的40℃的净化煤气在引风机吸力的引导下进入消烟除臭塔,二恶英和胺类臭味物质遇到催化转化吸附剂，被吸附或转化成为:二恶英含量小于0.05ng/Nm3，胺类物质小于0.1mg/Nm3，消除了剧毒二恶英和臭味胺类物质不安全的隐患，得到了环保部门的认可和推荐。
净化燃气发电：经过科学严密的垃圾热解-燃气净化后的洁净燃气，解决了随后的垃圾热解燃气发电设备的腐蚀和保证了岗位清洁文明生产。
引风机
提供整个垃圾热解煤气净化燃气发电工艺的输送动力,该工艺全程需要0.01MPa的输送动力.
引风机可以使用离心鼓风机也可以采用透平煤气送风机.
由于粗煤气净化、脱硫除酸、消除二恶英和胺类臭味物质之后的洁净煤气完全不腐蚀设备，又由于洁净煤气需要加压送到燃气发动机燃烧发电，所以最合适引风机的位子便于放在煤气净化之后、送燃气发动机之前。
燃气发动机-发电机
燃气净化后的洁净燃气进入燃气发电机组进行生活垃圾热解燃气发电。燃气发动机和发电机组成燃气发电机组，洁净煤气发动机是汽油机替代版，汽油机进入汽缸的是汽油和空气，燃气发动机进入汽缸的是可燃气体和空气，其它部分和汽油机一样；现在节能减排形势下，各类各负荷的燃气发电机组研制出来，产品质量也经过了生产发电的考验。
垃圾热解煤气净化燃气发电产生的电量可以配套本站生产用电生活用电，也可以享受国家优惠政策并网供电。

Claims (8)

1.一种垃圾热解煤气净化燃气发电工艺，其特征在于，包括以下步骤：
Figure 2012102826407100001DEST_PATH_IMAGE001
将生活垃圾放入生活垃圾造粒机中，破碎、干燥、挤压造粒制成垃圾颗粒；
Figure 720203DEST_PATH_IMAGE002
垃圾颗粒在热解气化炉内，600℃±50℃缺氧热分解，将垃圾颗粒中的有机物热解成为粗煤气；
Figure 2012102826407100001DEST_PATH_IMAGE003
粗煤气进入热管换热器，回收热能综合利用，粗煤气冷却至低温去烟气净化；
冷却粗煤气用引风机导入湿式电除尘塔精细除尘，使煤气含尘降至10毫克/标方、脱除焦油使煤气含焦油降至10毫克/标方；
Figure 2012102826407100001DEST_PATH_IMAGE005
用引风机将除尘除焦油后的煤气导入脱硫脱酸除雾塔进行脱除酸性气体物质；
Figure 354502DEST_PATH_IMAGE006
在引风机吸力引导下将脱除酸性气体后的煤气导入除二恶英除臭塔除去有毒有害气体物质；
Figure 2012102826407100001DEST_PATH_IMAGE007
洁净的煤气在引风机的推动下进入燃气发动机进行直燃发电。
2.根据权利要求1所述的垃圾热解煤气净化燃气发电工艺，其特征在于：所述的生活垃圾为热值大于等于5000千焦/公斤的可燃垃圾。
3.根据权利要求1所述的垃圾热解煤气净化燃气发电工艺，其特征在于：所述垃圾颗粒含水小于10%（重量%）。
4.根据权利要求1所述的垃圾热解煤气净化燃气发电工艺，其特征在于：所述步骤2）中，热解气化炉采用连续批量进料,采用双辊进料装置变频调节进料量,这种进料方式的特点是一边热解气化一边加料，垃圾颗粒人工或者机械装入热解气化炉中,产生600℃±50℃的高温 ,将垃圾造粒颗粒中的有机物热解成为可燃性的氢气,煤气。
5.根据权利要求1所述的垃圾热解煤气净化燃气发电工艺，其特征在于：所述缺氧热分解为在控制缺氧比例的条件下热分解，控制缺氧比例即空气中的氧或者纯氧与生活垃圾中燃烧物质炭的摩尔比为O2:C=0～0.5。
6.根据权利要求1所述的垃圾热解煤气净化燃气发电工艺，其特征在于：所述步骤3）中，来自步骤2）的高温粗煤气在引风机的吸力引导下,从热管换热器的电捕焦油塔进气口进入热管换热器中,通过塔上热水包组成余热换热器，以蒸汽或者热水的形式回收热量;高温粗煤气迅速冷却至80℃以下。
7.根据权利要求1所述的垃圾热解煤气净化燃气发电工艺，其特征在于：所述垃圾热解煤气净化燃气发电的过程由引风机担负完成。
8.根据权利要求1所述的垃圾热解煤气净化燃气发电工艺，其特征在于：所述燃气发动机产生380伏动力电并网或垃圾发电站设备自用。
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