CN104976622A - 一种回转窑气化、等离子熔融的生活垃圾分级气化系统 - Google Patents

一种回转窑气化、等离子熔融的生活垃圾分级气化系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种回转窑气化、等离子熔融的生活垃圾分级气化系统，包括垃圾给料器、回转窑式热解气化器、金属分选机、破碎机、高温旋风分离器、灰渣料斗、灰渣给料器、等离子熔融炉、空气预热器，分别经过回转窑式热解气化器的热解气化、金属分选、破碎、再经过等离子熔融炉的进一步气化处理，可以有效将低温回转窑气化器和高温等离子熔融炉相结合，并通过利用等离子体炬作为高品质外热源将回转窑气化器热解气化后产生的灰渣熔融；本发明不仅有效利用合成气及熔融炉产生的烟气的热量作为转窑气化器外热源和预热进入等离子熔融炉内的空气，提高了能量的综合利用效率，而且还避免了二噁英及重金属的二次污染问题。

Description

一种回转窑气化、等离子熔融的生活垃圾分级气化系统
技术领域
本发明涉及以城市生活垃圾为主的固态废弃物的熔融气化技术，更具体地说是一种回转窑气化、等离子熔融的生活垃圾分级气化系统。
背景技术
随着我国工业化和城市化进程的加速和物质消费的日趋上升，城市生活垃圾的产量与日俱增、带来的环境问题日益严重。生活垃圾气化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、后处理设备简单等优点。但我国城市生活垃圾具有低热值、高水分、成分波动大的特点，其平均热值在1000kcal/kg左右，不具备采用气化熔融技术以彻底解决灰渣中二噁英和重金属等二次污染物排放的问题。
而气化与等离子熔融处理技术的结合使得在对生活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CN102500607A，公开日为2012年6月20日的中国专利文献，公开了一种针对垃圾筛上物进行热解联合建材利用的方法。首先将粒度小于15mm的垃圾筛下物送入垃圾堆肥厂堆肥或送入垃圾填埋场作为覆盖土，>15mm的垃圾筛上物处理流程顺序是：干燥→筛分、破碎、风选、混合→挤压造粒→热解气化→输出回用。再例如，公开号为CN 104449871A，公开日为2015年3月25日的中国专利文献，公开了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。
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
本发明针对现有生活垃圾等离子气化熔融技术存在的缺陷和不足，提供一种回转窑气化、等离子熔融灰渣的生活垃圾分级气化系统，采用低温回转窑气化器和高温等离子熔融炉相结合的分级气化技术，并通过利用等离子体炬作为高品质外热源将回转窑气化器热解气化后产生的灰渣熔融，不仅有效利用合成气及熔融炉产生的烟气的热量作为转窑气化器外热源和预热进入等离子熔融炉内的空气，提高了能量的综合利用效率，而且还避免了二噁英及重金属的二次污染问题。
本发明的技术方案如下：
一种回转窑气化、等离子熔融的生活垃圾分级气化系统，其特征在于：包括垃圾给料器、回转窑式热解气化器、金属分选机、破碎机、高温旋风分离器、灰渣料斗、灰渣给料器、等离子熔融炉、空气预热器，垃圾给料器的出口连接至回转窑式热解气化器的进口，回转窑式热解气化器的出灰口连接至金属分选机的进料口，金属分选机的出料口连接至破碎机的入料口，破碎机的出料口通过管道连接至灰渣给料器的灰渣料斗，灰渣给料器的出料口接入等离子熔融炉的垃圾进料口；回转窑式热解气化器的气体出口连接至高温旋风分离器的进气口，高温旋风分离器的排灰口通过管道连接至灰渣给料器的灰渣料斗，高温旋风分离器的排气口通过管道与空气预热器的合成气进口相连接；空气预热器的空气出口与等离子熔融炉的空气进口通过管道相连，等离子熔融炉的合成器出口与回转窑式热解气化器的进气口通过管道相接，等离子熔融炉底部为液态排渣口。
所述回转窑式热解气化器的炉内采用合成气及熔融炉产生的烟气的热量作为回转窑式热解气化器外热源，并与进入转窑的垃圾顺流换热，炉内热源来自等离子熔融炉产生的高温气体。
所述回转窑式热解气化器的气体出口设置于回转窑式热解气化器顶部；气体出口的个数至少为两个，沿回转窑式热解气化器的轴向布置。
所述等离子熔融炉的内壁敷设有耐高温的高铝质耐火层。
所述等离子熔融炉上设置有若干个等离子发生器安装口。
所述等离子熔融炉的液态排渣口下端通过管道连接到熔渣池内。
所述回转窑气化、等离子熔融的生活垃圾分级气化系统还设置有送风机、引风机，空气预热器的空气进口通过管道连接至送风机的出气口，空气预热器的合成气出口通过管道连接至与引风机的进气口。
经初步前处理后生活垃圾送入到料斗中，通过垃圾给料器将料斗内的垃圾输送到外热式回转窑式热解气化器中，进入到回转窑式热解气化器中的垃圾在来自等离子熔融炉中产生的800℃的高温烟气作为热源的条件下进行热解、气化反应；热解、气化产生的合成气经高温旋风分离器去除固体颗粒后进入空气预热器与自送风机来的空气进行换热，换热降温后的合成气进入到下一级的合成气净化系统并进行有效利用；垃圾在回转窑式热解气化器中热解气化后产生的废渣经金属分选机分选出其中的金属，其余残留物经破碎机粉碎后与高温旋风分离器分离出的固体颗粒一并进入到灰渣给料器的灰渣料斗中，并通过灰渣给料器送入到等离子熔融炉内，在等离子熔融炉的等离子炬及自空气预热器来的预热后助燃空气的作用下进行熔融燃烧；熔融燃烧的气氛保持为还原性，温度控制在1300℃以上；在熔融炉产生的高温气体返回回转窑式热解气化器作为回转窑内垃圾热解气化的外热源，熔融残渣经水淬冷却后可作为建筑材料。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明采用低温回转窑气化器和高温等离子熔融炉相结合的分级气化技术，降低了烟气量，从而减少了烟气处理费用；等离子熔融炉产生的高温气体作为低温回转窑气化器的外热源，并进一步通过空气预热器回收了低温回转窑气化器生产的合成气的热量，降温的合成气通过燃机或燃气锅炉进行再一步应用。因此，本发明通过分级气化及综合利用合成气及熔融炉产生气体热量，大大降低了等离子熔融炉的能耗，有效的实现了能量的综合利用。
（2）生活垃圾在回转窑气化器低温还原性气氛下进行热解气化反应产生合成气，垃圾成分中的金属成分如铁、铜等尚未氧化，不仅可以通过金属分选机进行资源回收，而且还避免了金属随烟气飞灰进入烟道内导致二噁英的低温再合成。
（3）经金属分选机分离金属后的灰渣及气化合成气中经旋风分离器分离的固体颗粒在等离子熔融内1300℃高温、还原性性气氛下进行进一步反应，形成熔融玻璃化致密性物质，彻底消除了二噁英及及前驱物，所形成的的玻璃态熔渣通过水淬冷的方式来防止二噁英的重新合成。
（4）本发明通过利用等离子体炬作为高品质外热源将回转窑气化器热解气化后产生的灰渣熔融，并有效利用合成气及熔融炉产生的烟气的热量作为转窑气化器外热源和预热进入等离子熔融炉内的空气，提高了能量的综合利用效率。这对我国生活垃圾热值较低的特点有很好的适应性和可操作性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的等离子熔融炉的结构放大示意图；
其中，附图标记为：1垃圾料斗，2垃圾给料器，3回转窑式热解气化器，4金属分选机，5破碎机，6高温旋风分离器，7灰渣料斗，8灰渣给料器，9等离子熔融炉，9-1垃圾进料口，9-2合成气出口，9-3等离子发生器安装口，9-4空气进口，9-5液态排渣口，9-6高铝质耐火层，10空气预热器，11送风机，12引风机，13熔渣池。
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，一种回转窑气化、等离子熔融的生活垃圾分级气化系统，包括垃圾料斗1、垃圾给料器2、回转窑式热解气化器3、金属分选机4、破碎机5、高温旋风分离器6、灰渣料斗7、灰渣给料器8、等离子熔融炉9、空气预热器10、送风机11、引风机12及熔渣池13。
该生活垃圾分级气化系统中各部件的具体连接关系如下：
垃圾料斗1安装于垃圾给料器2的上端，垃圾给料器2的出口连接至回转窑式热解气化器3的进口，回转窑式热解气化器3的气体出口与高温旋风分离器6的进气口相接，回转窑式热解气化器3底部的出灰口下端连接金属分选机4的进料口；
金属分选机4的出料口连接至破碎机5的入料口，破碎机5的出料口通过管道连接至灰渣给料器8的灰渣料斗7，灰渣给料器8的出料口接入等离子熔融炉9的垃圾进料口9-1；
高温旋风分离器6底部的排灰口的下端通过管道连接至灰渣给料器8的灰渣料斗7，高温旋风分离器6的排气口通过管道连接至空气预热器10的合成气进口；
空气预热器10的空气进口与送风机11的出口通过管道连接，空气预热器11的空气出口与等离子熔融炉9的空气进口9-4通过管道相连，空气预热器10的合成气出口与引风机12通过管道相连；
等离子熔融炉9的合成气出口9-2与回转窑式热解气化器3的进气口通过管道相接，等离子熔融炉9底部的液态排渣口9-5的下端通过管道接入到熔渣池13内。
所述回转窑式热解气化器3的的炉内采用合成气及熔融炉产生的烟气的热量作为转窑气化器外热源，并与进入转窑的垃圾顺流换热，炉内热源来自等离子熔融炉9产生的高温气体。
所述回转窑式热解气化器3的气体出口设置于回转窑式热解气化器3顶部；气体出口的个数至少为两个，沿回转窑式热解气化器3的轴向布置。
所述等离子熔融炉9的炉内壁敷设耐高温的高铝质耐火层9-6。
所述等离子熔融炉9上设置有若干个等离子发生器安装口9-3。
本发明的工作过程如下：
经初步前处理后生活垃圾送入到料斗中，通过垃圾给料器2将垃圾料斗1内的垃圾输送到外热式回转窑式热解气化器3中，进入到回转窑式热解气化器3中的垃圾在来自等离子熔融炉9中产生的800℃的高温烟气作为热源的条件下进行热解、气化反应；热解、气化产生的合成气经高温旋风分离器6去除固体颗粒后进入空气预热器10与自送风机11来的空气进行换热，换热降温后的合成气进入到下一级的合成气净化系统并进行有效利用；垃圾在回转窑式热解气化器3中热解气化后产生的废渣经金属分选机4分选出其中的金属，其余残留物经破碎机5粉碎后与高温旋风分离器6分离出的固体颗粒一并进入到灰渣给料器8的灰渣料斗7中，并通过灰渣给料器8送入到等离子熔融炉9内，在等离子熔融炉9的等离子炬及自空气预热器来的预热后助燃空气的作用下进行熔融燃烧；熔融燃烧的气氛保持为还原性，温度控制在1300℃以上；在熔融炉产生的高温气体返回回转窑式热解气化器3作为回转窑内垃圾热解气化的外热源，熔融残渣经水淬冷却后可作为建筑材料。

Claims (8)

1.一种回转窑气化、等离子熔融的生活垃圾分级气化系统，其特征在于：包括垃圾给料器（2）、回转窑式热解气化器（3）、金属分选机（4）、破碎机（5）、高温旋风分离器（6）、灰渣料斗（7）、灰渣给料器（8）、等离子熔融炉（9）、空气预热器（10），垃圾给料器（2）的出口连接至回转窑式热解气化器（3）的进口，回转窑式热解气化器（3）的出灰口连接至金属分选机（4）的进料口，金属分选机（4）的出料口连接至破碎机（5）的入料口，破碎机（5）的出料口通过管道连接至灰渣给料器（8）的灰渣料斗（7），灰渣给料器（8）的出料口接入等离子熔融炉（9）的垃圾进料口（9-1）；回转窑式热解气化器（3）的气体出口连接至高温旋风分离器（6）的进气口，高温旋风分离器（6）的排灰口通过管道连接至灰渣给料器（8）的灰渣料斗（7），高温旋风分离器（6）的排气口通过管道与空气预热器（10）的合成气进口相连接；空气预热器（10）的空气出口与等离子熔融炉（9）的空气进口（9-4）通过管道相连，等离子熔融炉（9）的合成气出口（9-2）与回转窑式热解气化器（3）的进气口通过管道相接，等离子熔融炉（9）底部为液态排渣口（9-5）。
2.根据权利要求1所述的一种回转窑气化、等离子熔融的生活垃圾分级气化系统，其特征在于：所述回转窑式热解气化器（3）的炉内采用合成气及熔融炉产生的烟气的热量作为回转窑式热解气化器（3）外热源。
3.根据权利要求1所述的一种回转窑气化、等离子熔融的生活垃圾分级气化系统，其特征在于：所述回转窑式热解气化器（3）的气体出口设置于回转窑式热解气化器（3）顶部；气体出口的个数至少为两个，沿回转窑式热解气化器（3）的轴向布置。
4.根据权利要求1所述的一种回转窑气化、等离子熔融的生活垃圾分级气化系统，其特征在于：所述等离子熔融炉（9）的内壁敷设有耐高温的高铝质耐火层（9-6）。
5.根据权利要求1所述的一种回转窑气化、等离子熔融的生活垃圾分级气化系统，其特征在于：所述等离子熔融炉（9）上设置有若干个等离子发生器安装口（9-3）。
6.根据权利要求1所述的一种回转窑气化、等离子熔融的生活垃圾分级气化系统，其特征在于：所述等离子熔融炉（9）的液态排渣口（9-5）的下端通过管道连接到熔渣池（13）内。
7.根据权利要求1所述的一种回转窑气化、等离子熔融的生活垃圾分级气化系统，其特征在于：还设置有送风机（11）、引风机（12），所述空气预热器（10）的空气进口通过管道连接至送风机（11）的出气口，空气预热器（10）的合成气出口通过管道连接至与引风机（12）的进气口。
8.根据权利要求1所述的一种回转窑气化、等离子熔融的生活垃圾分级气化系统，其特征在于其工作流程如下：经初步前处理后的生活垃圾送入到垃圾料斗（1）中，通过垃圾给料器（2）将垃圾料斗（1）内的垃圾输送到外热式的回转窑式热解气化器（3）中，进入到回转窑式热解气化器（3）中的垃圾在来自等离子熔融炉（9）中产生的800℃的高温烟气作为热源的条件下进行热解、气化反应；热解、气化产生的合成气经高温旋风分离器（6）去除固体颗粒后进入空气预热器（10）与自送风机（11）来的空气进行换热，换热降温后的合成气进入到下一级的合成气净化系统并进行有效利用；垃圾在回转窑式热解气化器（3）中热解气化后产生的废渣经金属分选机（4）分选出其中的金属，其余残留物经破碎机粉碎后与高温旋风分离器（6）分离出的固体颗粒一并进入到灰渣给料器（8）的灰渣料斗（7）中，并通过灰渣给料器（8）送入到等离子熔融炉（9）内，在等离子熔融炉（9）的等离子炬及自空气预热器（10）来的预热后助燃空气的作用下进行熔融燃烧；熔融燃烧的气氛保持为还原性，温度控制在1300℃以上；在熔融炉产生的高温气体返回回转窑式热解气化器（3）作为回转窑内垃圾热解气化的外热源，熔融残渣经水淬冷却后可作为建筑材料。
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