CN103551361A - 利用生活垃圾热分解燃气发电的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用生活垃圾热分解燃气发电的系统，该系统包括垃圾筛选装置、垃圾热分解装置和发电装置，分选后的垃圾通过垃圾传送带送入垃圾热分解装置的垃圾进料口，垃圾热分解装置的高温燃气出口与燃气轮机连接，燃气轮机的排气口与垃圾筛选装置的高速燃气入口相连，热分解产出的中热值燃料气，供垃圾密封热分解炉加热燃烧，利用该热能继续热分解密封热分解炉内的垃圾，实施连续的燃料气自给自用，利用该热能带动燃气轮机做功发电，燃气轮机排出的高温高速尾气用于筛选垃圾，以此重复循环，既解决多数城市生活垃圾处理难题，避免焚烧垃圾向大气排放二恶英污染气体及烟尘，也避免了填埋垃圾产生的沉积污水。

Description

利用生活垃圾热分解燃气发电的系统

技术领域

本发明涉及一种利用垃圾的发电系统，尤其涉及一种利用生活垃圾热分解燃气发电的系统。

背景技术

随着我国城市的扩大以及部分农村转为城镇化政策的逐步实施，由城镇居民丢弃的生活垃圾正在迅速的增加，解决生活垃圾对城市周边环境的污染已经迫在眉睫了。城市生活垃圾的处理多数地方采用填埋和焚烧二种，填埋垃圾不但浪费土地，还伴留坑底层垃圾脏水的渗流问题，它将严重污染土地和地下水资源。而焚烧垃圾如果没有控制好垃圾的燃烧温度以及烟气的排放处理，会向大气排放飞灰、氧化硫、氯化氢、二噁英等有毒气体，对人和生物都会产生严重的危害。

城市生活垃圾是由丢弃的有机物和无机物等组成的，这个庞大的资源如果能得到可行性的筛选分类，然后将有机垃圾进行环保性的热分解，产出的燃料气可进行化工产品的提取及燃烧发电，实现其变废为宝的再利用。垃圾分选，历来是垃圾处理技术的瓶颈，不管是焚烧、填埋处理工艺，还是综合处理工艺，垃圾分选不彻底导致下工序无法处理而使整条生产线都不能正常运行。

常规的热分解炉是在炉底燃烧生物质及垃圾，烘烤炉内上方的垃圾及生物质，燃气由上方的出气口流出，由于是厌氧燃烧烘烤生物质及垃圾，使其发生热分解，伴随很多的氮气掺混燃气中，故为低热值的燃料气，不利于化工提取及燃料气的有效利用，如何将生活垃圾筛选进而分解成较高热值的燃气用于发电，是目前人们研究的方向。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种利用生活垃圾热分解燃气发电的系统，该系统通过热分解产出的中热值燃料气，供垃圾密封热分解炉加热燃烧，利用该热能继续热分解密封热分解炉内的垃圾，实施连续的燃料气自给自用，同时利用该热能带动燃气轮机做功压气和发电，提高了垃圾的利用率。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

利用生活垃圾热分解燃气发电的系统，包括垃圾筛选装置、垃圾热分解装置和发电装置，其特征在于：

所述垃圾热分解装置包括炉体，所述炉体包括内筒和环形罐，所述内筒套接在环形罐内，所述内筒的内部为中空的燃烧室，内筒的外壁与环形罐的内壁之间形成用于热分解垃圾的环形腔体，所述内筒与环形罐相接的两端分别设有燃料气进口和高温燃气出口，且燃料气进口和高温燃气出口与燃烧室相通；所述环形罐上还设置有垃圾进料口和燃料气出口，所述垃圾进料口和燃料气出口与环形腔体相通；

所述垃圾筛选装置包括垃圾粉碎装置和风选装置，所述风选装置包括风选隧道，所述风选隧道的一端为高速燃气入口,另一端连接旋流分离装置，所述风选隧道的下部沿风选隧道的纵深方向设有多级垃圾沉降口；

所述发电装置包括燃气轮机和同步发电机，所述燃气轮机的转轴与同步发电机连接；

所述垃圾筛选装置分选后的垃圾通过垃圾传送带送入垃圾热分解装置的垃圾进料口，所述垃圾热分解装置的高温燃气出口与燃气轮机连接，所述燃气轮机的排气口与垃圾筛选装置的高速燃气入口相连。

所述垃圾筛选装置分选后的垃圾通过垃圾传送带送入垃圾热分解装置的垃圾进料口。

还包括托架，所述炉体竖向斜置于托架上，所述托架上设有齿轮，所述齿轮与环形罐外壁上的环形齿条啮合，所述环形罐的底部还设置有碳化物排出口。

所述的内筒的外壁上设置有高温热管。

还包括增压泵、集气罐和化工装置，所述增压泵的一端与燃料气出口相连，增压泵的另一端与集气罐相连，所述集气罐与燃料气进口相连，所述集气罐还与化工装置相连。

所述燃料气出口、燃料气进口、高温燃气出口和碳化物排出口均设置有控制阀门。

所述风选隧道的上部且靠近高速燃气入口端设有垃圾入口，所述垃圾入口与垃圾粉碎装置的垃圾出口配合，所述靠近高速燃气入口端的垃圾沉降口的下方设置有垃圾储存装置，所述远离高速燃气入口端的垃圾沉降口的下方设置有垃圾传送带。

所述垃圾粉碎装置包括依次设置的用于粉碎垃圾的弹性滚轧碾压机和旋转破碎机，还包括将经弹性滚轧碾压机和旋转破碎机粉碎的垃圾送入垃圾入口的垃圾传输带。

所述旋流分离装置底部设有排出口，所述排出口位于垃圾传送带的上方。

本发明具有以下优点：

1、本发明中包括垃圾筛选装置、垃圾热分解装置和发电装置，垃圾筛选装置分选后的垃圾通过垃圾传送带送入垃圾热分解装置的垃圾进料口，所述垃圾热分解装置的高温燃气出口与燃气轮机连接，所述燃气轮机的排气口与垃圾筛选装置的高速燃气入口相连，三者形成了一个循环系统，热分解产出的中热值燃料气，供垃圾密封热分解炉加热燃烧，利用该热能继续热分解密封热分解炉内的垃圾，实施连续的燃料气自给自用，同时利用该热能带动燃气轮机做功压气和发电，燃气轮机排出的高温高速尾气用于筛选垃圾，以此重复循环，既解决多数城市生活垃圾处理难题，避免焚烧垃圾向大气排放二恶英污染气体及烟尘，也避免了填埋垃圾产生的沉积污水，使地下水受到污染。

2、本发明中包括托架，所述炉体竖向斜置于托架上，所述托架上设有齿轮，所述齿轮与环形罐外壁上的环形齿条啮合，所述环形罐的底部还设置有碳化物排出口，经过齿轮传动，使炉体绕炉体中心慢速转动，迫使炉内的垃圾及生物质循环翻动接触炽热内壁进行热分解，由于环形罐状炉体倾斜地面安装在托架上，也利于炉体内垃圾热分解后的炭化颗粒向罐内底部沉积，并经下部的碳化物排出口及其阀门控制实施间歇式炭化颗粒排出。

3、本发明中内筒的外壁上设置有高温热管，用以提高内筒燃烧室内的热量向环形腔体内传递，热量均匀，以提高热分解的效果。

4、本发明中包括增压泵、集气罐和化工装置，所述增压泵的一端与燃料气出口相连，增压泵的另一端与集气罐相连，所述集气罐与燃料气进口相连，所述集气罐还与化工装置相连，有机垃圾在环形腔体密闭热分解得到的燃料气，经燃料气出口增压至集气罐中，再通过增压泵将集气罐中的燃料气通过燃料气进口压入燃烧室内燃烧，高温燃气经高温燃气出口送入热交换装置，以获得再利用，如通过直通管道进入燃气轮机外部的高压气体总管，然后经连接的周向多路支管一同驱动燃气轮机的涡轮旋转做功。

5、本发明中燃料气出口、燃料气进口、高温燃气出口和碳化物排出口均设置有控制阀门，提高了整个垃圾热分解炉运行稳定、且安全可控。

6、本发明中风选隧道的上部且靠近高速燃气入口端设有垃圾入口，所述垃圾入口与垃圾粉碎装置的垃圾出口配合，经粉碎的垃圾能落入高速燃气入口处，便于风选，所述靠近高速燃气入口端的垃圾沉降口的下方设置有垃圾储存装置，所述远离高速燃气入口端的垃圾沉降口的下方设置有垃圾传送带，风选隧道通入高速燃气，垃圾按自身的重量，分别沿隧道纵深的梯次沉降口落下，使不同比重的垃圾得到筛选，较重的无机垃圾在风选隧道的前段落入垃圾储存装置，较轻的有机垃圾被风吹到风选隧道纵深后段的沉降口落下，并通过垃圾传送带送入垃圾热分解装置的垃圾进料口，进入环形腔体内实施热分解。

7、本发明中垃圾粉碎装置包括依次设置的用于粉碎垃圾的弹性滚轧碾压机和旋转破碎机，还包括将经弹性滚轧碾压机和旋转破碎机粉碎的垃圾送入垃圾入口的垃圾传输带，垃圾在分选及烘干之前进行多次粉碎，有利于生活垃圾的分筛。

8、本发明中旋流分离装置底部设有排出口，所述排出口位于垃圾传送带的上方，燃气由中心的上方出口排出，轻体的垃圾物及添加的净化燃气石灰粉沉积在底部的排出口，经传送带一同送入垃圾热分解装置的垃圾进料口，并进入环形腔体内实施热分解。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的垃圾热分解炉的炉体内部结构示意图；

图中标记1为炉体，2为内筒，2.1为燃烧室，3为环形罐，3.1环形腔体，4为垃圾进料口，5为燃料气出口，6为燃料气进口，7为高温燃气出口，8为碳化物排出口，9为增压泵，10为集气罐，11为化工装置，12为高温热管，13为托架，14为齿轮，15为控制阀门， 16为弹性滚轧碾压机，17为旋转破碎机，18垃圾传输带，19为风选隧道，20为垃圾入口，21为高速燃气入口，22为垃圾沉降口，23为垃圾传送带，24为旋流分离装置，25为排出口，26为垃圾储存装置，27为燃气轮机，28为发电机。

具体实施方式

实施例1

如图1、图2所示，利用生活垃圾热分解燃气发电的系统，该系统包括垃圾筛选装置、垃圾热分解装置和发电装置。垃圾热分解装置包括炉体1，炉体1包括内筒2和环形罐3，所述内筒1套接在环形罐3内，内筒2与环形罐3不相通，内筒1的内部中空为燃烧室2.1，内筒2的外壁与环形罐3的内壁之间形成用于热分解垃圾的环形腔体3.1，内筒1与环形罐3相接的两端分别设有燃料气进口6和高温燃气出口7，且燃料气进口6和高温燃气出口7与燃烧室2.1相通；环形罐3上还设置有垃圾进料口4和燃料气出口5，垃圾进料口4和燃料气出口5与环形腔体3.1相通；

垃圾筛选装置包括垃圾粉碎装置和风选装置，风选装置包括风选隧道19，风选隧道19的一端为高速燃气入口21,另一端连接旋流分离装置24，风选隧道19的下部沿风选隧道19的纵深方向设有多级垃圾沉降口22；

发电装置包括燃气轮机27和同步发电机28，所述燃气轮机27的转轴与同步发电机28连接；

垃圾筛选装置分选后的垃圾通过垃圾传送带23送入垃圾热分解装置的垃圾进料口4，所述垃圾热分解装置的高温燃气出口7与燃气轮机27连接，所述燃气轮机27的排气口与垃圾筛选装置的高速燃气入口21相接。就使垃圾筛选装置、垃圾热分解装置和发电装置形成了循环一体的设备，通过热分解产出的燃料气可提取化工原料，剩余的中热值燃料气，供垃圾密封热分解炉加热燃烧，利用该热能继续热分解密封热分解炉内的垃圾，实施连续的燃料气自给自用，同时这股热能还带动燃气轮机做功发电，一举三得。

在环形罐3的底部还设置有碳化物排出口8；燃料气经燃料气进口6通入燃烧室2.1燃烧，生活有机垃圾经垃圾进料口4进入环形腔体3.1内，由于环形腔体3.1是一个相对密闭的空间，使燃烧室2.1壁面热能，通过内筒壁向环形罐状腔内的有机垃圾及生物质传递烘烤热量，实施热分解，因避免了空气中的氮气参入，使炉内热分解产出的燃料气达到中热值程度。有机垃圾后的产物碳化颗粒通过碳化物排出口8排出。

垃圾筛选装置的垃圾粉碎装置，包括依次设置的用于粉碎垃圾的弹性滚轧碾压机16和旋转破碎机17，还包括将弹性滚轧碾压机16和旋转破碎机17粉碎的垃圾送入垃圾入口20的垃圾传输带18；风选装置包括风选隧道19，风选隧道19横向放置，风选隧道19的上部且靠近高速燃气入口21端设有垃圾入口20，垃圾入口20与垃圾粉碎装置的垃圾出口配合（即与垃圾粉碎装置的垃圾传输带23配合），风选隧道19的上部且靠近高速燃气入口21端设有垃圾入口20，垃圾入口20与垃圾粉碎装置的垃圾出口配合（即与垃圾粉碎装置的垃圾传输带23配合），靠近高速燃气入口21端的垃圾沉降口22的下方设置有垃圾储存装置26（用于存放较重的无机垃圾，并将其运走），在远离高速燃气入口端的垃圾沉降口22的下方设置有垃圾传送带23，即多级垃圾沉降口22，即其前半部分的垃圾沉降口22的下方设置为垃圾储存装置26，后半部分下方设置垃圾传送带23，较轻的有机垃圾从后半部分的垃圾沉降口22落在垃圾传送带23上，被垃圾传送带23传输到热分解炉中的垃圾进料口4。

在风选隧道4的设有燃气及轻体垃圾颗粒旋流分离装置9，燃气由中心的上方出口排出，轻体的垃圾物及添加的净化燃气石灰粉沉积在底部的排出口10，经垃圾传送带8传输到热分解炉中的垃圾进料口4。

利用生活垃圾热分解燃气发电的系统的运行：

整个生活垃圾热分解燃气发电系统由起动电机带动的轴流压气机、垃圾热分解炉、燃气轮机及同轴的发电机、垃圾粉碎机构、垃圾风选隧道、热分解燃气出口的冷却过滤装置及烟气的排出处理机构组成。

该系统设备的启动运行，开始运行轴流压气机的起动，接通起动电机电源，带动同轴的轴流压气机旋转压气，使输出的空气压力达到0.35MPa,经过输出气阀向垃圾热分解炉的内筒燃烧室连续供气.同时开通外部的具有一定压力的燃料气或燃油供给部件，向内筒燃烧室连续供气或油。内筒燃烧室中的混合燃气经高压电火花点火后，进行连续的喷射燃烧。从垃圾热分解炉的高温燃气出口喷射出来的高温高压燃气，经导管输送到燃气轮机的燃气总管入口，并经总管内环圆周诸多的支管喷入燃气轮机的涡轮机构内，高温高压的燃气驱动涡轮高速旋转，带动同轴的压气机和发电机一同旋转。

燃气轮机的压气机旋转输出的压力空气，经导管汇通与起动用的轴流压气机输出气体管路，一同向垃圾热裂解罐体的内筒燃烧室连续供气。此时由于空气流量增多，需要加大燃料气或燃油供给量，使燃气轮机的涡轮及压气机做功更强。在循序渐进的供气供油燃烧过程中，使燃气轮机逐渐达到额定转速时，关闭起动电机及同轴的轴流压气机，调整供给的燃气或燃油压力，使燃气轮机进入自行循环的额定工作状态。

当燃气轮机进入额定的工作状态后，从涡轮后面出口排出的尾气温度为450℃左右，流速为150m/s左右，流量接近24kg/s。高速气流引射燃机尾部周围的空气一同通过风选装置高速燃气入口进入垃圾风选隧道，由于尾气引射空气，增加气体流量使进入隧道的气体温度降温到200℃后，吹动隧道上方落下的垃圾碎块，在隧道内高速气流牵带不同质量的碎块垃圾贯通流向隧道的深处，也起到烘干垃圾的作用。由于风力的牵引，使垃圾碎块按体积大小和重量的轻重，经隧道下面的梯次出口按重量的大小分别落下，得到了分类和筛选。无机垃圾一般比较重，落入隧道前几排的出口，有机垃圾比较轻落入隧道后几排的出口。

从隧道后几排出口落下的有机垃圾，通过传送带输送到垃圾热分解炉的垃圾进料口内，经垃圾定量输送机构控制，阶段性送入密封的环形罐状腔体进行热分解。有机垃圾经罐内800℃～900℃高温热分解产出的燃料气，通过离心泵加压后，一路送入内筒燃烧室，替代外部的燃气或燃油供给。另一路送入热分解燃气急冷换热过滤器，防止HCl氯化氢气体在低一些温度250℃～300℃中还原。然后该路燃料气体进入收集罐体，对外输出，用于化工提纯合成，制造化工原料。

隧道风选垃圾的尾气出口设有旋风分离器，将细碎的有机垃圾收回，送入传送带传到垃圾热裂解罐体上方漏斗内，经垃圾定量输送机构控制送入密封的环形罐状腔体进行热分解。此外，在烟气进入旋风分离器前喷入一些石灰粉，用于控制有害气体的产生。

Claims (8)

1.利用生活垃圾热分解燃气发电的系统，包括垃圾筛选装置、垃圾热分解装置和发电装置，其特征在于：

所述垃圾热分解装置包括炉体(1)，所述炉体(1)包括内筒(2)和环形罐(3)，所述内筒(2) 套接在环形罐(3)内，所述内筒(2)的内部为中空的燃烧室(2.1)，内筒的外壁与环形罐(3)的内壁之间形成用于热分解垃圾的环形腔体(3.1)，所述内筒(2)与环形罐(3)相接的两端分别设有燃料气进口(6)和高温燃气出口(7)，且燃料气进口(6)和高温燃气出口(7)与燃烧室(2.1)相通；所述环形罐(3)上还设置有垃圾进料口(4)和燃料气出口(5)，所述垃圾进料口(4)和燃料气出口(5)与环形腔体(3.1) 相通；

所述垃圾筛选装置包括垃圾粉碎装置和风选装置，所述风选装置包括风选隧道(19)，所述风选隧道(19)的一端为高速燃气入口(21),另一端连接旋流分离装置(24)，所述风选隧道(19)的下部沿风选隧道(19)的纵深方向设有多级垃圾沉降口(22)；

所述发电装置包括燃气轮机(27)和同步发电机(28)，所述燃气轮机(27)的转轴与同步发电机(28)连接；

所述垃圾筛选装置分选后的垃圾通过垃圾传送带(23)送入垃圾热分解装置的垃圾进料口(4)，所述垃圾热分解装置的高温燃气出口(7)与燃气轮机(27)连接，所述燃气轮机(27)的排气口与垃圾筛选装置的高速燃气入口(21)相连。

2.根据权利要求1所述的利用生活垃圾热分解燃气发电的系统，其特征在于：还包括托架(13)，所述炉体(1)竖向斜置于托架(13)上，所述托架(13)上设有齿轮(14)，所述齿轮(14)与环形罐(3)外壁上的环形齿条啮合，所述环形罐(3)的底部还设置有碳化物排出口(8)。

3.根据权利要求2所述的利用生活垃圾热分解燃气发电的系统，其特征在于：所述的内筒(2)的外壁上设置有高温热管(12)。

4.根据权利要求3所述的利用生活垃圾热分解燃气发电的系统，其特征在于：还包括增压泵(9)、集气罐(10)和化工装置(11)，所述增压泵(9)的一端与燃料气出口(5)相连，增压泵(9)的另一端与集气罐(10)相连，所述集气罐(10)与燃料气进口(6)相连，所述集气罐(10)还与化工装置(11)相连。

5.根据权利要求4所述的利用生活垃圾热分解燃气发电的系统，其特征在于：所述燃料气出口(5)、燃料气进口(6)、高温燃气出口(7)和碳化物排出口(8)均设置有控制阀门(15)。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种利用生活垃圾热分解燃气发电的系统，其特征在于：所述风选隧道(19)的上部且靠近高速燃气入口(21)端设有垃圾入口(20)，所述垃圾入口(20)与垃圾粉碎装置的垃圾出口配合，所述靠近高速燃气入口(21)端的垃圾沉降口(22)的下方设置有垃圾储存装置(26)，所述远离高速燃气入口(21)端的垃圾沉降口(22)的下方设置有垃圾传送带(23)。

7.根据权利要求6所述的利用生活垃圾热分解燃气发电的系统，其特征在于：所述垃圾粉碎装置包括依次设置的用于粉碎垃圾的弹性滚轧碾压机(16)和旋转破碎机(17)，还包括将经弹性滚轧碾压机(16)和旋转破碎机(17)粉碎的垃圾送入垃圾入口(20)的垃圾传输带(18)。

8.根据权利要求7所述的利用生活垃圾热分解燃气发电的系统，其特征在于：所述旋流分离装置(24)底部设有排出口(25)，所述排出口(25)位于垃圾传送带(23)的上方。

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