CN104449871A - 等离子辅助垃圾流化床气化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种等离子辅助垃圾流化床气化系统，包括垃圾上料装置、流化床反应器、等离子重整室、旋风分离器，垃圾上料装置与流化床反应器连接，流化床反应器通过合成气出口一连接等离子重整室，等离子重整室连接旋风分离器；等离子重整室顶部设置有呈一定夹角的两个等离子炬；本发明采用侧部进料、上部排气、重整反应室去除有毒有害物质、合成气作为循环流化风提高垃圾热解气化的热源的结构，利用垃圾自身的热值进行缺氧燃烧热解气化，之后对其产生的合成气和飞灰进行等离子高温处理，避免了等离子高温直接对垃圾进行热解气化，大大降低了耗电功率，同时使得热解气化产生的高温合成气可安全稳定的去除其中的二噁英等有害物质。
Description
技术领域
本发明涉及城市生活垃圾的处理技术，具体地说是一种可以防止二噁英产生的等离子辅助垃圾流化床气化系统。
背景技术
伴随着全球经济的持续增长和城市化进程的加速，生活垃圾的产生已成为一个日益严重的环境问题。城市垃圾产量的不断增加及其造成的环境污染已成为各国所共同面临的问题，城市生活垃圾的无害化处理是促进经济和生态环境达到可持续发展的重要措施之一。
目前，城市生活垃圾无害化处理技术有堆肥技术、填埋技术、焚烧技术和气化技术等。填埋或堆肥都不能完全实现垃圾处理的无害化和减量化，且填埋仍需占用大量土地。由于焚烧处理可以实现城市垃圾热能回收、减容、减重、高温灭菌等目的，在环境保护和资源利用方面具有明显的优势，因而近几年在我国得到较快的发展。然而垃圾焚烧导致的二噁英及重金属等二次污染问题不容忽视，制约了垃圾焚烧技术的大规模应用。
气化技术是一种新型的垃圾处理技术，与常规的垃圾处理方法相比，气化处理技术具有能源回收利用率高、二次污染小、烟气量小、后处理设备简单，而且气化与等离子熔融处理技术的结合使得在对垃圾的有机成分加以利用的同时，可以对无机成分进行稳定化无害化处理和资源化利用，从而根本上解决了二噁英和重金属等二次污染问题，有着广阔的发展前景。
例如公开号为CN103275762A，公开日为20130904的中国发明专利文献，公开了一种等离子体流化床气化装置，涉及等离子体气化炉设备，主要由顶盖、上炉体、绝缘连接件、下炉体、阳极、阴极和基座组成，阴极设置在下炉体上部的内空间，阴极的圆筒体上端呈喇叭口状，喇叭口的外沿有旋流槽，绝缘连接件设置在阳极与下炉体之间，阳极的轴心通孔构成压缩孔道，压缩孔道出口的喇叭口构成阳极弧根区，阳极的体内有冷却水套，上炉体设置在阳极之上，上炉体的内空间构成气化区，顶盖上有合成气输出接口接出。该技术方案就是利用等离子流化床的特点，实现了对垃圾的气化处理工艺。然而现阶段的等离子垃圾气化技术尚有许多不足之处。首先，用等离子体炬直接气化垃圾需要极大地功率，其耗电率可到其产电力的30%～40%，由于耗电过高导致运营成本大大增加，使其不具备商业运行的价值。其二，该方法气化垃圾，后续气体净化过程还需加二噁英处理装置，增加了先期的一次性投入，使其设备成本大幅提高。第三，使用等离子体炬直接气化垃圾，由于其温度场分布不均，使垃圾不能完全被高温处理，排出的废渣中会有大量的二噁英和其他有害物质，致使其废渣的处理又成为一道难题。
发明内容
本发明针对现有等离子气化技术存在的缺陷和不足，提供了一种等离子辅助垃圾流化床气化系统，利用等离子体炬作为高品质外热源将流化床热解气化后的合成气重整，去除掉生活垃圾在热解气化过程中可能产生的所有有害物质，并利用部分高温合成气作为流化风作为垃圾热解气化的热源，降低了垃圾等离子气化的一次性投入成本及运营成本，并使合成气更加纯净。
本发明的技术方案如下：
等离子辅助垃圾流化床气化系统，其特征在于：包括垃圾上料装置、流化床反应器、等离子重整室、旋风分离器，垃圾上料装置与流化床反应器连接，流化床反应器通过流化床反应器顶部的合成气出口一连接等离子重整室，等离子重整室连接旋风分离器；所述等离子重整室的顶部设置有两个等离子炬，两个等离子炬之间呈α角度，α为40°-50°，通过等离子炬可以有效去除掉从流化床反应器出口来的合成气中的有毒有害物质。
所述等离子重整室的室壁为水冷壁或内衬耐火材料。
所述等离子重整室为长方体结构。
所述流化床反应器为圆柱状，流化床反应器的内壁为水冷壁或内衬耐火材料结构；所述流化床反应器的下部设置有垃圾加料口、灰渣返回口，底部通过布风板连接循环风返回口。
所述垃圾上料装置包括垃圾料仓、给料器和防火门，垃圾料仓与给料器连接，给料器与流化床反应器的垃圾加料口相连接，给料器与垃圾加料口之间设置防火门。当进行给料时，通过给料器将落入到垃圾料仓内的垃圾从防火门前推入到流化床气化反应室，并通过防火门与流化床气化反应室隔离；防火门在给料器收回时保持关闭状态，关闭防火门可使炉膛与外界隔开进行充分燃烧。
所述矩形重整反应室与旋风分离器切向连接，旋风分离器的底部与流化床反应器灰渣返回口相连，旋风分离器顶部设置合成气出口二。
本发明的有益效果如下：
本发明采用侧部进料、上部排气、重整反应室去除掉有毒有害物质、合成气作为循环流化风提高垃圾热解气化的热源的结构，利用垃圾自身的热值进行缺氧燃烧热解气化，之后对其产生的合成气和飞灰进行等离子高温处理，这样避免了等离子高温直接对垃圾进行热解气化，大大降低了耗电功率，同时使得热解气化产生的高温合成气 可以安全稳定的去除其中的二噁英等有害物质，无需在后续工艺中增加二噁英处理设备，大大降低了设备的先期投入。
附图说明
图1为本发明离子辅助垃圾流化床气化系统的示意图；
图中附图标记为：1垃圾上料装置、1-1垃圾料仓、1-2给料器、1-3防火门、2流化床反应器、2-1合成气出口一、2-2垃圾加料口、2-3灰渣返回口、2-4布风板、2-5循环风返回口、3等离子重整室、4旋风分离器、4-1合成气出口二。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
如图1所示，等离子辅助垃圾流化床气化系统，包括垃圾上料装置1、流化床反应器2、等离子重整室3、旋风分离器4。
所述流化床反应器2为圆柱状，为水冷壁或内衬耐火材料结构，其顶部设置有合成气出口一2-1，下部设置有垃圾加料口2-2、灰渣返回口2-3，底部连接有布风板2-4和循环风返回口2-5。
所述的垃圾上料装置1包括垃圾料仓1-1、给料器1-2和防火门1-3，上料装置给料器1-2与流化床反应器2的垃圾加料口2-2相连接。给料时通过给料器1-2将落入到垃圾料仓1-1内的垃圾从防火门1-3前推入到流化床气化反应室，并通过防火门1-3与流化床气化反应室隔离。防火门1-3在给料器1-2收回时保持关闭状态，关闭防火门1-3可使炉膛与外界隔开。
所述等离子重整室3与流化床反应器2顶部的合成气出口一2-1相连，为矩形，水冷壁或内衬耐火材料结构，其顶部设置有两互成α角的等离子炬3-1用于去除掉从流化床反应器2出口来的合成气中的有毒有害物质，α可以为40°，也可以为42°，或者45°，或者48°，或者50°。
所述矩形重整反应室3与旋风分离器4切向连接，旋风分离器4底部与流化床反应器2的灰渣返回口2-3相连，旋风分离器4的顶部设置合成气出口二4-1。
本发明等离子辅助垃圾流化床气化系统的工作过程为：垃圾通过给料器1-2落入到垃圾料仓1-1，垃圾从防火门1-3前推入到流化床反应器2内，防火门1-3将垃圾料仓1-1和流化床反应器2隔离；垃圾在流化床反应器2中在800℃高温下进行分解，分解得到合成气和垃圾飞灰；分解过程中的气化反应生成的合成气包括H2和CO；夹带着垃圾飞灰的合成气从流化床反应器2顶部的合成气出口一2-1进入到等离子重整室3，等离子重整室3内，通过等离子炬加热升温，合成气和垃圾飞灰中的有毒有害物质被分解；经过等离子重整室3的夹带垃圾飞灰的合成气切向进入到旋风分离器4中，在旋风的作用下，将垃圾飞灰去除掉，垃圾飞灰经返料器被送入到灰渣返回口2-3并进入到流化床反应器2的炉膛内以维持主循环回路固体粒子的平衡；经过旋风分离器4除尘后夹带少量飞灰的合成气经旋风分离器4顶部的合成气出口二4-1进入到后续净化工艺中；在旋风分离器4顶部的合成气出口二4-1的连接管线上有一支管线引出作为流化床反应器2的循环流化风，循环流化风经流化床反应器2底部的循环风返回口2-5进入到流化床反应器2内，在布风板2-4的作用下进入到流化床反应器2内提供垃圾热解气化所需要的热源。
Claims (7)
1.等离子辅助垃圾流化床气化系统，其特征在于：包括垃圾上料装置（1）、流化床反应器（2）、等离子重整室（3）、旋风分离器（4），垃圾上料装置（1）与流化床反应器（2）连接，流化床反应器（2）通过流化床反应器（2）顶部的合成气出口一（2-1）连接等离子重整室（3），等离子重整室（3）连接旋风分离器（4）；所述等离子重整室（3）的顶部设置有两个等离子炬，两个等离子炬之间呈α角度，α为40°-50°。
2.根据权利要求1所述的等离子辅助垃圾流化床气化系统，其特征在于：所述等离子重整室（3）的室壁为水冷壁或内衬耐火材料。
3.根据权利要求1所述的等离子辅助垃圾流化床气化系统，其特征在于：所述等离子重整室（3）为长方体结构。
4.根据权利要求1所述的等离子辅助垃圾流化床气化系统，其特征在于：所述流化床反应器（2）为圆柱状，流化床反应器（2）的内壁为水冷壁或内衬耐火材料结构；所述流化床反应器（2）的下部设置有垃圾加料口（2-2）、灰渣返回口（2-3），底部通过布风板（2-4）连接循环风返回口（2-5）。
5.根据权利要求1所述的等离子辅助垃圾流化床气化系统，其特征在于：所述垃圾上料装置（1）包括垃圾料仓（1-1）、给料器（1-2）和防火门（1-3），垃圾料仓（1-1）与给料器（1-2）连接，给料器（1-2）与流化床反应器（2）的垃圾加料口（2-2）相连接，给料器（1-2）与垃圾加料口（2-2）之间设置防火门（1-3）。
6.根据权利要求1所述的等离子辅助垃圾流化床气化系统，其特征在于：所述矩形重整反应室与旋风分离器（4）切向连接，旋风分离器（4）的底部与流化床反应器（2）的灰渣返回口（2-3）相连，旋风分离器（4）顶部设置合成气出口二（4-1）。
7.根据权利要求1-6其中任意一项所述的等离子辅助垃圾流化床气化系统，其特征在于工作过程为：垃圾通过给料器（1-2）落入到垃圾料仓（1-1），垃圾从防火门（1-3）前推入到流化床反应器（2）内，防火门（1-3）将垃圾料仓（1-1）和流化床反应器（2）隔离；垃圾在流化床反应器（2）中在800℃高温下进行分解，分解得到合成气和垃圾飞灰；分解过程中的气化反应生成的合成气包括H2和CO；夹带着垃圾飞灰的合成气从流化床反应器（2）顶部的合成气出口一进入到等离子重整室（3），等离子重整室（3）内，通过等离子炬加热升温，合成气和垃圾飞灰中的有毒有害物质被分解；经过等离子重整室（3）的夹带垃圾飞灰的合成气切向进入到旋风分离器（4）中，在旋风的作用下，将垃圾飞灰去除掉，垃圾飞灰经返料器被送入到灰渣返回口（2-3）并进入到流化床反应器（2）的炉膛内以维持主循环回路固体粒子的平衡；经过旋风分离器（4）除尘后夹带少量飞灰的合成气经旋风分离器（4）顶部的合成气出口二（4-1）进入到后续净化工艺中；在旋风分离器（4）顶部的合成气出口二（4-1）的连接管线上有一支管线引出作为流化床反应器（2）的循环流化风，循环流化风经流化床反应器（2）底部的循环风返回口（2-5）进入到流化床反应器（2）内，在布风板（2-4）的作用下进入到流化床反应器（2）内提供垃圾热解气化所需要的热源。
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