CN105135437A - 生活垃圾乏氧气化、燃烧一体式“三化”处理装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种生活垃圾乏氧气化、燃烧一体式“三化”处理装置与方法。其特征在于:含水达50%的生活垃圾由加料车经水封式加料仓加入上段中心圆桶干燥室内,利用上段外环二燃室燃烧的热量进行烘干,干燥室内烟气引入二燃室助燃使用;干燥室内生活垃圾水分降到10%后,经底部钟罩阀供给下段乏氧气化室热解,热解气化产出热值达5000KJ的气化烟气,烟气经旋风引射喉管引入上段外环二燃室的混合腔燃烧,燃烧产生的高温烟气通过水冷夹套式余热锅炉回收热量,最后经省煤器将烟气急冷到200℃以下除尘排放;供风连锁控制装置调控一次风、二次风与气化剂的供给配比;所产少量炉渣经炉底塔型旋转炉篦挤破后由出灰犁排出;实现生活垃圾减量化、无害化、资源化处理。

Description

生活垃圾乏氧气化、燃烧一体式“三化”处理装置与方法
技术领域
[0001] 本发明涉及固体废弃物热解气化设备技术领域,尤其是一种用于生活垃圾一体式减量化、无害化、资源化处理的生活垃圾乏氧气化、燃烧一体式“三化”处理装置与方法。
背景技术
[0002] 据统计我国年产生活垃圾约3.1亿吨,庞大的生活垃圾对环境的危害日益显现;生活垃圾焚烧是减量化、无害化处理的重要手段,但焚烧产生的二噁英、重金属、酸性气体等容易造成环境二次污染,要消除烟气中这些有毒有害物质必须建设复杂的多种容器管道等处理设施和消耗大量的石灰、活性炭等处理剂,同时烟气处理产生的飞灰属于危险废物,必须经过特殊处理才能达到安全处理要求,特别是现有生活垃圾热值普遍低于lOOOkcal、含水量可达50%、灰份高达20%,从而使得垃圾焚烧处理装置占地大、设备投资昂贵、运行费用高;而生活垃圾乏氧气化是在乏氧的中温还原性气氛条件下进行,避开了二恶英、重金属氧化物、酸性气体生成的条件,从而避免对环境产生二次污染;研究表明,垃圾乏氧气化是减量化、无害化、资源化有效途径;但要使生活垃圾乏氧热解气化达到实用性,必须克服炉体密封性能差、热解气化氛失控、炉内热解气化不砌底、热解烟气热值低于1500KJ很难稳定燃烧、二次燃烧温度普遍处于850°C以下达不到二噁英分解的温度需求850~1150°C、热能资源利用效率低、炉内排渣不顺畅以及处理系统不能连续稳定运行和投资成本高达40万元/吨以上且运行费用昂贵等问题。
[0003] 此外,生活垃圾乏氧气化、燃烧一体式“三化”处理的装置以及工艺技术是将乏氧气化和燃烧两种相辅相存的工艺过程在同一装置中分步实施,既具备了乏氧气化的优点、也避免了直接燃烧的缺点;研究表明,乏氧气化、燃烧一体化工艺具有燃烧充分、热效率高、炉渣热灼减量小、工况运行稳定、操控性可靠、烟气污染控制容易等优势,最值得提起的是其烟气排放量要比传统焚烧工艺烟气排放量少40%,而烟气中的含尘量要减少50%,同等处理规模的设备投资在10万元/吨以下而节省70%、运行成本因不用分选与辅助燃料而节省80% ;因此,一体式“三化”处理的装置以及工艺技术是目前国内外业界普遍看好并且正在进一步深入研究的极具推广价值的垃圾处理经济实用型技术。
[0004] 综上所述,为解决现有技术不足并跟上新技术和新工艺的发展,需要设计一种能为生活垃圾乏氧气化、燃烧一体式“三化”处理工艺提供完善、可靠、可控、高效而又投资省经济、运行费低廉的装置,并研究出基于此装置的操作方法。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的技术问题是:为解决现有技术不足并跟上新技术和新工艺的发展,提供一种完善、可靠、可控、高效而又投资省经济、运行费低廉的生活垃圾乏氧气化、燃烧一体式“三化”处理装置与方法。
[0006] 本发明所采用的技术方案是:提供一种生活垃圾乏氧气化、燃烧一体式“三化”处理装置,所述的生活垃圾乏氧气化、燃烧一体式“三化”处理装置包括自动进料装置、物料干燥装置、乏氧气化装置、二次高温燃烧装置、余热回收及烟气冷却装置、灰渣排出装置和供风联锁控制装置;所述的自动进料装置包括加料车、顶框式拉杆、滑轨支架、卷扬机和滑轮;所述的物料干燥装置包括蓄热式耐火隔墙、加料仓、水封炉盖、环形水封槽、撑杆、撑杆支座、吊杆、液压活塞拉杆、铰链支座、钟罩阀和排烟口一 ;所述的乏氧气化装置包括下料口、耐火炉墙、操作门、均料器、圆锥耐火拱层和灰渣出口 ;所述的二次高温燃烧装置包括气化烟气出口、旋风引射喉管、混合腔、风机管道、枪式燃烧器、夹套水箱、圆锥环状耐火拱顶和镂空通气蓄热砖;所述的余热回收及烟气冷却装置包括夹套水箱、过热器、省煤器、热管式换热器、蒸汽包、水管、蒸汽管和排烟口二;所述的灰渣排出装置包括灰渣出口、旋转水封灰盘、塔型旋转炉蓖、灰盘转动棘轮、棘轮传动装置、出灰犁、排渣口、灰盘支撑座圈和球形滚珠;所述的供风联锁控制装置包括干燥气电动阀、贮坑臭气电动阀、气化蒸汽电动阀、一次鼓风机、一次风电动阀、腰风控制阀、二次风引风鼓风机、二次风电控阀、腰风环管、腰风风嘴、炉底进风箱、伞形布气室、炉篦通气孔和PLC控制柜;自动进料装置与物料干燥装置通过水封炉盖连接,物料干燥装置与乏氧气化装置通过钟罩阀连接,乏氧气化装置与灰渣排出装置通过旋转水封灰盘连接,乏氧气化装置与二次高温燃烧装置通过气化烟气出口连通,余热回收及烟气冷却装置与二次高温燃烧装置通过夹套水箱、省煤器、热管式换热器连接,供风联锁控制装置与物料干燥装置、乏氧气化装置、二次高温燃烧装置通过风机管道、供风连锁电动阀连通控制,所述的物料干燥装置设置在本发明装置上段中心圆部位,所述的二次高温燃烧装置设在本发明装置上段外侧圆环部位,所述的乏氧气化装置设在本发明装置下段。
[0007] 作为改进,所述的物料干燥装置是由蓄热式耐火隔墙构成的圆桶状腔体,所述的圆桶状腔体直径为下段乏氧气化室直径的50%,所述的圆桶状腔体高度与二燃室同高或高于二燃室;所述的撑杆上的支点由撑杆支座固定在加料仓下部外侧,所述的撑杆由液压活塞拉杆控制转动,所述的液压活塞拉杆铰接在炉体外壁铰链支座上,所述水封炉盖的开启由加料车向上爬升时随顶框式拉杆自动抬升、加料车下行时又随顶框式拉杆下移而自动复位。
[0008] 作为改进,所述的乏氧气化装置是一圆柱形腔体且由支撑立柱支撑,所述的圆柱形腔体直径与高度按1:3设定,所述的乏氧气化装置布料高度为直径的2倍;所述的均料器应保证干燥物料落点重心在筒体圆截面的0.6直径圆周上、即不堆积到筒壁边缘又不使中心区空露。
[0009] 作为改进,所述的二次高温燃烧装置由夹套水箱包覆成圆环状腔体且与干燥室呈“回”字形同轴比邻设计,所述二次高温燃烧装置外侧直径与下段可平齐或扩大;所述的二次高温燃烧装置设计为螺旋上升环形烟道,可据处理能力确定烟道长度和环道圈数。
[0010] 作为改进,所述旋转水封灰盘与塔型旋转炉蓖为同轴结构,二者都座落在灰盘转动棘轮上,灰盘转动棘轮由球形滚珠支撑,球形滚珠滚动在灰盘支撑座圈环形槽中;所述灰渣出口是由乏氧气化室壳体下端筒壁与塔型旋转炉蓖围成的环状空腔,由灰渣填充,所述灰渣出口宽度大于10mm ;所述旋转水封灰盘底部与乏氧气化室壳体下缘距离大于100mm,所述出灰犁焊接在乏氧气化室炉壳下端筒壁并与竖直方向成75°夹角。
[0011] 作为改进,所述的一次鼓风机的风机管道内设有流量计Q1、气化剂饱和温度传感器Tl,二次引风鼓风机的风机管道内设有流量计Q2,乏氧气化室的气化烟气出口设有气化烟气含氧量监测仪F、温度传感器T2,二燃室烟道内设有温度传感器T3,热管式换热器后端设有温度传感器T4,干燥室内设有压力传感器P。
[0012] 本发明的另一目的在于提供一种基于生活垃圾乏氧气化、燃烧一体式“三化”处理装置的生活垃圾处理方法,其特征在于,所述的方法包括下述步骤:
含水高达50%的垃圾加入干燥室内,在250°C温度下烘干水分到10%以下,干燥物料热值提高30%,干燥烟气随二次引风鼓风机送入二燃室助燃使用,干燥室负压控制-lOOPa,当乏氧气化室烟气排烟温度超过800°C时由PLC控制柜控制底部钟罩阀开启下料;
干燥物料落到乏氧气化室内气化,气化产出烟气正常排烟温度为600~800°C,气化剂饱和温度控制在200~220°C,当排烟温度低于600°C时由PLC控制柜控制增大混合气化剂饱和温度以提高气化强度;气化烟气含氧量控制在1%以下,当含氧量超过1%时,PLC控制控制柜控制一次鼓风机变频电机降低总供风量来控制;所产热解烟气的热值可达5000KJ以上;二燃室温度燃烧控制850°C ~1150°C,一次鼓风机供风量与二次引风鼓风机供风量的正常配比为4:6,温度低于850°C时降低二次引风鼓风机供风量的分配比例来提高乏氧气化室气化强度、并启动枪式燃烧器助燃,以确保控温在二噁英的分解温度850°C以上;温度超过1150°C时PLC控制柜控制二次风电控阀增大供风量来调节;]通气孔隙率大于60%镂空通气蓄热砖以及螺旋上升环形烟道设计保证烟气流速控制在7~10m/s,并控制高温烟气停留时间达到3秒;
旋转水封灰盘里的水位深高达350_,水位高度控制应高于灰渣出口并低于灰渣层,防止出渣时过量空气进入、破坏炉内密闭和还原状态,当炉渣被塔型旋转炉蓖排出而进入灰渣出口后,先进入密封水隔层进行冷却,再由出灰犁排出,避免了排灰时的灰尘飞杨,塔型旋转炉蓖转速控制在5.5-8.5r/min ;
余热回收及烟气冷却装置控制水蒸气压力在3MPa以下,环形二燃室的高温段通过夹套水箱吸收热量、中温段通过过热器与省煤器吸收热量、低温段通过热管式换热器将烟气温度降到200°C以下后,由二次引风鼓风机引至除尘处理再排放至烟囱。
[0013] 作为改进,所述的干燥物料落到乏氧气化室内从下往上形成约3500mm厚的物料层,从下向上各层厚度及温度分布为:
第一层:燃烬灰火层,温度:〈300°C厚度:450-550mm
第二层:高温氧化放热层,温度:800°C -1250 °C厚度:600-800_
第三层:第一还原吸热层:,温度:800°C -600°C厚度:550-650mm 第四层:第二还原吸热层,温度:600°C -500°C厚度:550-650mm 第五层:干馈层,温度:500~300°C厚度:500_600mm
本发明的优点在于:1、能有效处理生活垃圾,在自热乏氧的中温还原性条件下将垃圾砌底分解成可燃气体和灰渣;2、可实现连续热解、连续气化、连续燃烧、连续回收余热、连续出渣的连续化运行;3、先自热干燥再乏氧气化产出热解烟气直接进入二燃室燃烧产生850-1150° C的高温烟气,通过高效的余热锅炉系统快速将烟气冷却到200° C以下除尘排放;4、余热锅炉资源化回收热能即满足工艺需求又可对外供给厂区生活使用;5、本系统优化集成了气化室、干燥室、二燃室、除渣系统、动态供风控联锁控制系统、余热回收及烟气急冷系统、管道阀门等设备组成完善的垃圾处理系统;6、该系统仅在点火启炉时需外部提供少量柴禾热源启火,系统正常运行时,只用自身的热解气燃烧作为热源、不需要外部添加任何补充燃料热源就能达到系统自身热平衡,特别是对于生活垃圾热值普遍低于lOOOkcal、含水量可达50%、灰份高达20%的中小城镇生活垃圾将是一套非常有效的装置技术;7、烟气排放量要比传统分体式装置与焚烧工艺烟气排放量少40 %、而烟气中的含尘量要减少50%、相比同等处理规模的设备投资40万元/吨降至10万元/吨以下而节省70%、运行成本因不用分选与添加辅助燃料而节省80% ;8、所产炉渣减量到垃圾量的3%,所产烟气无毒无害;生活垃圾经本装置和方法处理可实现减量化、无害化、资源化的处理目标。
[0014] 附图说明:
图1为本发明的气化燃烧一体式“三化”处理装置整体结构图。
[0015]图2为本发明的二燃室螺旋底层横截面示意图。
[0016]图3为本发明的二燃室螺旋顶层横截面层示意图。
[0017] 图4为本发明的控制器分布示意图。
[0018] 图5为本发明的运转工艺过程简图。
[0019] 图中:1、加料车,2、顶框式拉杆,3、滑轨支架,4、炉底进风箱,5、棘轮传动装置,6、支撑立柱,7、旋转水封灰盘,8、灰渣出口,9、腰风环管,10、塔型旋转炉蓖,11、耐火炉墙,12、乏氧气化室,13、均料器,14、圆锥耐火拱层,15、下料口,16、钟罩阀,17、气化烟气出口,18、二燃室,19、卷扬机,20、铰链支座,21、干燥室,22、液压活塞拉杆,23、蓄热式耐火隔墙,24、撑杆,25、撑杆支座,26、炉盖拉杆,27、环形水封槽,28、加料仓,29、滑轮,30、水封炉盖,31、吊杆,32、排烟口一,33、铰链支座,34、干燥气电动阀,35、贮坑臭气电动阀,36、二次引凤鼓风机,37、排烟口二,38、蒸汽包,39、水管,40、圆锥环状耐火拱顶,41、夹套水箱,42、镂空通气蓄热砖,43、混合腔,44、枪式燃烧器,45、旋风引射喉管,46、二次风电动阀,47、操作门,48、蒸汽管,49、供风连锁电动阀,50、炉蓖通气孔,51、腰风风嘴,52、腰风控制阀,53、伞形布气室,54、出灰犁,55、排渣口,56、灰盘转动棘轮,57、气化蒸汽电动阀,58、pic控制柜,59、一次鼓风机,60、一次风电动阀,61、球形滚珠,62、灰盘支撑座圈,63、过热器,64、省煤气,65、热管式换热器,66、风机管道,67、流量计Ql,68、气化剂饱和温度传感器Tl,69、流量计Q2,70、气化烟气含氧量监测仪F,71、温度传感器T2,72、温度传感器T3,73、温度传感器T4,74、压力传感器P。
[0020] 具体实施方式:
以下结合附图与实施例对本发明技术方案进行详细说明。
[0021] 如图1、图2、图3、图4所示,一种生活垃圾乏氧气化、燃烧一体式“三化”处理装置包括自动进料装置、物料干燥装置、乏氧气化装置、二次高温燃烧装置、余热回收及烟气冷却装置、灰渣排出装置和供风联锁控制装置;自动进料装置包括加料车1、顶框式拉杆2、滑轨支架3、卷扬机19和滑轮29 ;物料干燥装置包括蓄热式耐火隔墙23、加料仓28、水封炉盖30、环形水封槽27、撑杆24、撑杆支座25、吊杆31、液压活塞拉杆22、铰链支座33、钟罩阀16和排烟口一 32 ;乏氧气化装置包括下料口 15、耐火炉墙11、操作门47、均料器13、圆锥耐火拱层14和灰渣出口 8 ;二次高温燃烧装置包括气化烟气出口 17、旋风引射喉管45、混合腔43、风机管道66、枪式燃烧器65、夹套水箱41、圆锥环状耐火拱顶40和镂空通气蓄热砖42 ;余热回收及烟气冷却装置包括过热器63、省煤器64、热管式换热器65、蒸汽包38、水管39、蒸汽管48和排烟口二 37 ;灰渣排出装置包括灰渣出口 8、旋转水封灰盘7、塔型旋转炉蓖10、灰盘转动棘轮56、棘轮传动装置5、出灰犁54、排渣口 55、灰盘支撑座圈62和球形滚珠61 ;供风联锁控制装置包括干燥气电动阀34、贮坑臭气电动阀35、气化蒸汽电动阀57、一次鼓风机59、一次风电动阀60、腰风控制阀52、二次风引风鼓风机36、二次风电控阀46、腰风环管9、腰风风嘴51、炉底进风箱4、伞形布气室53、炉篦通气孔50和PLC控制柜58 ;自动进料装置与物料干燥装置通过水封炉盖30连接,物料干燥装置与乏氧气化装置通过钟罩阀16连接,乏氧气化装置与灰渣排出装置通过旋转水封灰盘7连接,乏氧气化装置与二次高温燃烧装置通过气化烟气出口 17连通,余热回收及烟气冷却装置与二次高温燃烧装置通过夹套水箱41、省煤器64、热管式换热器65连接,供风联锁控制装置与物料干燥装置、乏氧气化装置、二次高温燃烧装置通过风机管道66、供风连锁电动阀49连通控制,所述的物料干燥装置设置在本发明装置上段中心圆部位,所述的二次高温燃烧装置设在本发明装置上段外侧圆环部位,所述的乏氧气化装置设在本发明装置下段;乏氧气化室12底部设有塔型旋转炉蓖10和旋转水封灰盘7,用以密封乏氧气化室12和排除热解完全的灰渣;塔型旋转炉蓖10下面设有伞形布气室53,用以保证透过炉蓖通气孔50进入乏氧气化室12内横断截面的混合物气化剂的均匀性;伞形布气室53下设有炉底进风箱4,炉底进风箱4的管路中设有气化剂饱和温度传感器T168、气化蒸气电动阀57、一次风电动阀60,一次鼓风机59的电机为变频调节、且与二次引风鼓风机36并联安装,一次鼓风机59额定风压为5000~6000Pao
[0022] 物料干燥装置是由蓄热式耐火隔墙23构成的圆桶状腔体,圆桶状腔体直径为下段乏氧气化室12直径的50%,圆桶状腔体高度与二燃室18同高或高于二燃室18 ;撑杆24上的支点由撑杆支座25固定在加料仓28下部外侧,撑杆24由液压活塞拉杆22控制动作,液压活塞拉杆22铰接在炉体外壁铰链支座20上,水封炉盖30的开启由加料车I向上爬升时随顶框式拉杆2自动抬升、加料车I下行时又随顶框式拉杆2下移而自动复位;干燥室21下部有钟罩阀16控制下料口 15的开闭,钟罩阀16由吊杆31连接控制,吊杆31与撑杆24铰接,撑杆24通过加料仓28下端外侧撑杆支座24旋转连接并受液压活塞拉杆22控制转动,加料仓28上有水封炉盖30,干燥室21的密封性由加料仓28上端外缘环形水封槽27实现,水槽深度应大于10mm ;加料仓28内物料由加料车I自动送入,卷杨机19电机带动钢丝绳经过滑轮29牵引加料车I沿滑轨支架3向上爬升,当爬升到一定高度时,加料车I底部车门上的一对滚轮进入上料架水平岔道,车门自动打开,物料经过进料咀投入加料仓28内;当加料车I爬升至炉盖拉杆26处时,由加料车I上的顶框式拉杆2将炉盖拉杆26顶起而打开水封炉盖30 ;当加料车I将物料倒至加料仓28后回落时、炉盖拉杆26又跟着回落至密封加料仓28原位;钟罩阀16开启将物料加入乏氧气化室12后自动回位处于常闭状态。
[0023] 乏氧气化装置是一圆柱形腔体且由支撑立柱6支撑,圆柱形腔体直径与高度按1:3设定,乏氧气化装置布料高度为直径的2倍;均料器13应保证干燥物料落点重心在筒体圆截面的0.6直径圆周上,即不堆积到筒壁边缘又不使中心区空露;乏氧气化装置圆柱形腔体由下料口 15、耐火炉墙11、操作门47、均料器13、圆锥耐火拱层14、气化烟气出口 17、灰渣出口 8等组成;
如图1、图2、图3、图4所示,二次高温燃烧装置由夹套水箱41包覆成圆环状腔体且与干燥室21呈“回”字形同轴比邻设计,二次高温燃烧装置外侧直径与下段可平齐或扩大;二次高温燃烧装置设计为螺旋上升烟道,可据处理能力确定烟道长度和环道圈数;二燃室18进烟口设有旋风引射喉管45,烟气经旋风引射喉管45后变成旋流状,进入二燃室18的混合腔43,与从二次引风鼓风机36的风机管道66进入的二次助燃混合干燥烟气在混合腔43顶端旋转燃烧;烟道与干燥室21通过蓄热式耐火隔墙23传热;烟道内填有镂空通气蓄热砖42,镂空通气蓄热砖42通气孔隙率大于60% ;枪式燃烧器44在启炉点火时使用,当二燃室18温度低于850°C时由PLC控制系统控制启动助燃。
[0024] 如图1所示,旋转水封灰盘7与塔型旋转炉蓖10为同轴结构,二者都设置在灰盘转动棘轮56上,灰盘转动棘轮56由球形滚珠61支撑,球形滚珠61滚动在灰盘支撑座圈62环形槽中;灰渣出口 8是由乏氧气化室12壳体下端筒壁与塔型旋转炉蓖10围成的环状空腔、由灰渣填充,灰渣出口 8宽度大于100_ ;旋转水封灰盘7底部与乏氧气化室12壳体下缘悬空距离大于100mm,出灰犁54焊接在乏氧气化室12炉壳下端筒壁并与竖直方向成75°夹角。
[0025] 如图4所示,一次鼓风机59的风机管道66内设有流量计Q167、气化剂饱和温度传感器T168,二次引风鼓风机36的风机管道66内设有流量计Q269,乏氧气化室12的气化烟气出口 17设有气化烟气含氧量监测仪F70、温度传感器T271,二燃室18烟道内设有温度传感器T372,热管式换热器65后端设有温度传感器T473,干燥室21内设有压力传感器P74,供风联锁控制装置与乏氧气化室12、干燥室21、二燃室18通过一次鼓风机59、二次引风鼓风机36、风机管道66、电动阀、温度传感器、压力传感器P74、流量计、气化烟气含氧量监测仪F70连通控制。
[0026] 如图1、图2、图3、图4、图5所示,本发明的另一目的在于提供一种基于生活垃圾乏氧气化、燃烧一体式“三化”处理装置的生活垃圾处理方法,其特征在于,所述的方法包括下述步骤:
含水高达50%的垃圾加入干燥室21内,在250°C温度下烘干水分到10%以下,干燥物料热值提高30%,干燥烟气随二次引风鼓风机36送入二燃室18助燃使用,干燥室21负压控制-lOOPa,当乏氧气化室12烟气排烟温度超过800°C由PLC控制柜58控制底部钟罩阀16开启下料;
干燥物料落到乏氧气化室12内热解气化后,打开一次风供给系统,通入一次风送入需要量的混合物气化剂,控制热解气化室内的温度为600°C — 8000C ;气化产出烟气正常排烟温度为600~800°C,混合物气化剂饱和温度控制在200~220°C,当排烟温度低于600°C由PLC控制柜58控制增大混合物气化剂饱和温度以提高气化强度,气化烟气含氧量控制在1%以下,当含氧量超过1%时,PLC控制柜58控制一次鼓风机59变频电机降低总供风量来控制,所产热解烟气的热值可达5000KJ以上;
二燃室18温度燃烧控制850°C ~1150°C,一次鼓风机59供风量与二次引风鼓风机36供风量的正常配比为4:6,温度低于850°C时降低二次引风鼓风机36供风量的分配比例,提高乏氧气化室12气化强度,并启动枪式燃烧器44助燃,以确保控温在二噁英的分解温度8500C以上;温度超过1150°C时PLC控制柜58控制二次风电控阀46增大供风量来调节,通气孔隙率大于60%镂空通气蓄热砖42以及螺旋上升的环形烟道设计保证烟气流速控制在7~10m/s,并控制尚温烟气停留时间达到3秒;
旋转水封灰盘7里的水位深高达350_,水位高度控制应高于灰渣出口 8并低于灰渣层,防止出渣时过量空气进入、破坏炉内密闭和还原状态,当炉渣被塔型旋转炉蓖10排出而进入灰渣出口 8后,先进入密封水隔层进行冷却,再由出灰犁54排出,避免了排灰时的灰尘飞杨,塔型旋转炉蓖10转速控制在5.5-8.5r/min ;
余热回收及烟气冷却装置控制水蒸气压力在3MPa以下,二燃室18高温燃烧产生的热量在高温段通过夹套水箱41吸收热量,二燃室18高温燃烧产生的热量在中温段通过过热器63与省煤器64吸收热量,环形二燃室18的高温燃烧产生的热量在低温段通过热管式换热器65将烟气温度降到200°C以下后,由二次引风鼓风机36引至除尘处理再排放至烟囱;蒸汽包38所产水汽压力控制在3MPa以下,一部份当作配进一次风的气化剂使用、余下可为厂区生活外送使用。
[0027] 干燥物料落到乏氧气化室12内从下往上形成约3500mm厚的物料层,从下向上各层厚度及温度分布为:
第一层:燃烬灰火层,温度:〈300°C厚度:450-550mm
第二层:高温氧化放热层,温度:800°C -1250 °C厚度:600-800_
第三层:第一还原吸热层:,温度:800°C -600°C厚度:550-650mm 第四层:第二还原吸热层,温度:600°C -500°C厚度:550-650mm 第五层:干馈层,温度:500~300°C厚度:500_600mm 本装置与方法对生活垃圾进行处理涉及的过程和原理如下:
干燥室21因比邻高温二燃室18、借助高蓄热高导热性的蓄热式耐火隔墙23传导辐射受热,将物料水份烘干,一些挥发份在250°C半干馏状态下也进入干燥烟气,因为水封炉盖30为水环密封状态、干燥室21底有钟罩阀16、下面是还原性气氛的乏氧气化室12,所以干燥室21不会有氧燃烧放热反应,不会产生焦油等物堵塞管道的物质;但因密闭状态良好、二燃室18传热高效使得干燥室21内温度可达250°C,物料水分可达10%以下,干燥物热值提高30%,干燥烟气随二次引风鼓风机36送入二燃室18助燃使用,其内负压控制在-lOOPa,通过压力传感器P74调节干燥器电动阀34的开启度,下料周期由乏氧气化室12内气化烟气温度传感器T271及PLC控制柜58控制。
[0028] 乏氧气化室12的工艺方案,在乏氧气化室12的特殊结构条件下,点燃乏氧气化室12底周围的垃圾,在抽风机、引风机的抽力作用下,垃圾坑中含臭气的空气及余热锅炉水蒸气组成的混合物气化剂穿透炉底高温炉渣预热后,进入物理化学反应热力学物料层,再进入乏氧气化室12围栏中的通火道,并沿着通火道,以较高的速度参与燃烧,使水份多、热值高、成分复杂的垃圾,迅速上火,并沿通火道抽力方向流动,使垃圾中的C、H、S、P可燃成份部分燃烧,形成大约600mm厚的氧化燃烧层,温度高达800~1250°C其热能使垃圾中可燃物的化合键断裂,由大分子量转化成小分子量的燃气、油或油脂液状物及焦炭等。化学反应如下:
碳2C+空气02= —氧化碳CO丨+放出热量Q 碳C+空气02= 二氧化碳C02丨+放出热量Q 氢H+空气02=水蒸气H20丨+放出热量Q 硫S+空气02= 二氧化硫S02丨+放出热量Q 磷P+空气02=五氧化二磷P205丨+放热量Q
炽热残碳C与混合气化剂中的空气02、水蒸气H20等进一步发生还原化学反应,形成厚度约600_的第一还原层,产生更多的可燃气体,化学反应如下:
残碳2C+空气02= —氧化碳2C0丨-吸收热量Q 残碳C+ 二氧化碳C02= —氧化碳2C0丨-吸收热量Q 残碳C+水蒸气2H20 =氢气2H2丨+CO丨-吸收热量Q 残碳C+氧气2H2=甲烷CH4丨-吸收热量Q
下部氧化层与第一还原层产生的热量使得上层垃圾继续热分解形成400mm厚的第二还原层:315°C _550°C (自身热量)可燃气体(!12、014、01他1、0)、!123、順3、302等)+燃料油、有机酸C6H80+炭黑(残炭C)-吸收热量Q。化学反应如下:
水蒸气H20 > 600 0C (裂解)氢气H2丨+氧气02丨+吸收热量Q焦油C6H80 > 600 0C (裂解)可燃气体CnHm丨+残炭C-吸收热量Q上述反应放出的热量使乏氧气化室12温度急剧升高,从干燥室21 —来的垃圾在物料上表面直接进干馏形成约600~800_厚的干馏层、持续发生热解。
[0029] 化学反应如下:干燥垃圾干馏彡315°C =水蒸气H20-吸收热量Q
控制乏氧气化室12内温度在600°C ~800°C,确保炉渣热灼减率低于5% ;排烟温度低于800°C时燃烧正常进行,干燥室21内的垃圾料层正常而不用下料,当气化烟气温度传感器T271温度达到800°C时PLC智能控制系统指示干燥室21底部钟罩阀16动作,200°C左右的干燥物料下到乏氧气化室12,覆盖在乏氧气化室12的物料上面,温度下降回落到正常;而当温度低于600°C时,说明热解气化异常,PLC智能控制系统调节气化蒸汽电动阀57增大气化剂中水蒸汽配比,提高气化剂的饱和温度,从而提高气化强度,进而提高气化烟气温度,气化剂饱和温度控制范围是200°C -220°C,一次鼓风机59压力控制在5500~6500Pa,一次鼓风机59与二次引风鼓风机36联锁并联安装,一次风与二次风的配比按4:6进行动态分配,通过一次风、二次风的风机管道66里的流量计与一次风电动阀60、二次风电控阀46动态调节,两台风机的电机为变频调速电机用以调节总风量;总风量按乏氧气化室12的气化烟气出口 17烟气含氧量调节,含氧量控制在1%以下,以保证乏氧气化室12内乏氧还原性气化气氛,超过1%则说明乏氧气化室12内氧(O)量没消耗完、需降低总供风量来控制。乏氧气化室12所产热解烟气的热值可达5000KJ以上,远远高于其他技术所产热解气热值在1500KJ左右。
[0030] 在温度高达600~800°C条件下,乏氧气化室12内的水蒸气、二氧化碳和从一次风口进来的限量气化剂与燃烧的炽热碳、快燃尽的残碳、悬浮的焦油等充分发生还原作用:如水蒸气被还原成一氧化碳和氢气,二氧化碳被还原成一氧化碳,焦油被分解成碳氢化合物等;而混合燃气中的不燃烧物,如二氧化碳、氧化氮等能较长时间地停留在炉膛中,使随燃烧而带走的热量少;其次,混合燃气中的焦油和悬浮碳粒等也因还原反应而大大减少;产生可燃气体在火口燃烧,更使炉温急剧升高,这时水蒸气、燃料油便发生裂解,燃烧主要是通火道周围的垃圾,从而也控制了垃圾燃烧的速度和范围,使先期的燃烧围绕在数个通火道周围,然后再扩展燃烧范围,并使其尽量延长燃烧时间和缺氧还原环境,防止乏氧气化室12围栏周围的垃圾在较短的时间内很快燃尽或扩大燃烧范围,避免出现不利于部分氧化气化的烧穿、烧空、穿孔、塔桥等现象。
[0031] 乏氧气化室12产生的大量混合燃气,在强制抽风、引风的抽力作用下,进入旋风引射喉管45,由于旋风引射喉管45的过流面积远小于二燃室18内混合腔43的过流面积,混合燃气被旋风引射喉管45中的旋风槽扭转引导成为旋转的混合燃气后,进入二燃室18的混合腔43,与从二次进风口进入的二次助燃混合干燥烟气在混合腔43顶端的火口旋转燃烧,成为旋风式火焰。同时,由于旋风引射喉管45 口径小,而混合腔43截面积大,混合燃气在乏氧气化室12内的减速而停留时间较长;再者,在燃烧气中的悬浮碳粒、焦油、重金属蒸气、烟尘及二恶英类微粒等有害成份,被混合燃气的快速旋转而离心分离出来,重新落入二燃室18底部,再次被分解气化或燃烧掉,使总烟尘量比同类技术下降50%,也避免了这些焦油、重金属蒸气、烟尘等微粒聚合,而堵塞、腐蚀下游设备和管道;二燃室18内混合燃气在火口旋转燃烧后,高温烟气在容积较大的圆环形燃烧通道内螺旋上升,穿过通道中的多孔镂空通气蓄热砖42,镂空通气蓄热砖42通气孔隙率大于60%,更增大了高温燃烧烟气在蓄热型环形二燃室18停留时间和接触面积,高温燃烧烟气在螺旋上升的蓄热环形二燃室18经过摩擦燃烧、缝隙燃烧,有害物质被层层氧化分解,使烟气流速控制在7~10m/s,而被短暂停留(大于2秒),再次使上述未根除彻底的焦油、重金属蒸气、烟尘、二恶英类等微粒彻底摧毁烧掉;二燃室18的燃烧工况体现了 “3T ( Temperature& Time and Turbulence)”要素的全部内容:足够高的温度(多850°C)、停留时间(多2s)和较高的湍流度,从而有效地减轻了烟气净化处理负荷。
[0032] 二燃室18温度控制为850°C ~1150°C,含有一定挥发份的半干馏高温干燥气比普通空气更有助于燃烧效果,以干燥烟气及贮坑臭气为来源,降低了 N2含量,避免NOX的产生;温度低于850°C时一方面启动枪式燃烧器44以提高温度到正常范围,另一方面降低二次风的分配比例,提高前端乏氧气化室12产出烟气的气化强度,温度超过1150°C,降低总的供风量调节温度;这样温度一直控制为850 °C ~1150°C,确保二恶英、SOx、NOx、HCl等有毒有害物的彻底分解,而且总的烟气产出量要比同类技术下降40%。
[0033] 一次风为空气与水蒸汽的混合物气化剂,供给由PLC控制柜58智能控制,占总风量的35〜45%,经伞形布气室53通过炉蓖通气孔50向灰渣层吹送,使灰渣层的温度始终保持在300°C以下,将混合物化气剂均匀的送至灰渣层的各个位置,防止灰渣结焦、结块;混合物气化剂饱和温度为200~220°C,以确保热解气化温度正常稳定;刚进入的混合物气化剂逐渐被炽热的渣层加热,在进入碳燃烧层时,混合气化剂的温度和含氧量刚好可完成物料中碳质的快速高温燃烧氧化过程,此处放出的热能又随上升的热烟气流为气化还原层吸热反应提供所需的能量,在碳火燃烧层已将供风中氧含量几乎耗尽的烟气流再进入第一还原热解层,此处物料内温度为500〜800°C。二恶英的再合成前提可概括为:存在有机或无机氯、存在氧、存在重金属阳离子的催化,最佳合成温度为300〜500°C,在此,严格控制一次风供给量目的是确保热解层处在乏氧还原性气氛,因而有效地控制了二恶英有毒有害物合成;而且混合物气化剂为空气与水蒸汽的混合物,最大程度降低了 N2的浓度含量,避免了大量NOX的产生而降低总烟气产出量。
[0034] 灰渣排出装置利用水的不透气性、吸热性及自身压强,用作密封乏氧气化室12和冷却炉渣。
[0035] 上述说明,垃圾气化过程是一个十分复杂的包罗万象的物理与化学反应过程;本发明装置的特殊结构正好为垃圾气化提供了稳定持续的高温,使水分多、热值低的垃圾能连续稳定持续气化下去;当垃圾热值太低,炉温不断下降,热平衡失调时,通过放慢进料速度和减少总的空气量水蒸气量,炉温又上升,热平衡被稳定,气化又恢复正常;随着热解气的大量产生和不断燃烧,炉温将会不断升高;通过调节供风进气量和进料量,将温度控制在所需范围内,维持稳定所需气化温度和热平衡;生活垃圾经本装置和方法处理可达到减量化、无害化、资源化的“三化”处理效果。
[0036] 以上所述仅为本发明较佳实例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、同等替换和改进等,均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种生活垃圾乏氧气化、燃烧一体式“三化”处理装置,其特征在于:所述的生活垃圾乏氧热解气化、燃烧一体式“三化”处理装置包括自动进料装置、物料干燥装置、乏氧气化装置、二次高温燃烧装置、余热回收及烟气冷却装置、灰渣排出装置和供风联锁控制装置;所述的自动进料装置包括加料车(I)、顶框式拉杆(2)、滑轨支架(3)、卷扬机(19)和滑轮(29);所述的物料干燥装置包括蓄热式耐火隔墙(23)、加料仓(28)、水封炉盖(30)、环形水封槽(27)、撑杆(24)、撑杆支座(25)、吊杆(31)、液压活塞拉杆(22)、铰链支座(20)、钟罩阀(16)和排烟口一(32);所述的乏氧气化装置包括下料口(15)、耐火炉墙(11)、操作门(47)、均料器(13)、圆锥耐火拱层(14)和灰渣出口(8);所述的二次高温燃烧装置包括气化烟气出口(17)、旋风引射喉管(45)、混合腔(43)、风机管道(66)、枪式燃烧器(44)、夹套水箱外壳(41)、圆锥环状耐火拱顶(40)和镂空通气蓄热砖(42);所述的余热回收及烟气冷却装置包括夹套水箱外壳(41)、过热器(63)、省煤器(64)、热管式换热器(65)、蒸汽包(38)、水管(39)、蒸汽管(48)和排烟口二(37);所述的灰渣排出装置包括灰渣出口(8)、旋转水封灰盘(7)、塔型旋转炉蓖(10)、灰盘转动棘轮(56)、棘轮传动装置(5)、出灰犁(54)、排渣口(55)、灰盘支撑座圈(62)和球形滚珠(61);所述的供风联锁控制装置包括干燥气电动阀(34)、|£坑臭气电动阀(35)、气化蒸汽电动阀(57)、一次鼓风机(59)、一次风电动阀(60)、腰风控制阀(52)、二次风引风鼓风机(36)、二次风电控阀(46)、腰风环管(9)、腰风风嘴(51)、炉底进风箱(4)、伞形布气室(53)、炉篦通气孔(50)和PLC控制柜(58);自动进料装置与物料干燥装置通过水封炉盖(30)连接,物料干燥装置与乏氧气化装置通过钟罩阀(16)连接,乏氧气化装置与灰渣排出装置通过旋转水封灰盘(7)连接,乏氧气化装置与二次高温燃烧装置通过气化烟气出口(17)连通,余热回收及烟气冷却装置与二次高温燃烧装置通过夹套水箱(41)、省煤器(64)、热管式换热器(65)连接,供风联锁控制装置与物料干燥装置、乏氧气化装置、二次高温燃烧装置通过风机管道(66)、供风连锁电动阀(49)连通控制;所述的物料干燥装置设置在本发明装置上段中心圆部位,所述的二次高温燃烧装置设在本发明装置上段外侧圆环部位,所述的乏氧气化装置设在本发明装置下段。
2.根据权利要求1所述的生活垃圾乏氧气化、燃烧一体式“三化”处理装置,其特征在于:所述的物料干燥装置是由蓄热式耐火隔墙(23)构成的圆桶状腔体,所述的圆桶状腔体直径为下段乏氧气化室(12)直径的50%,所述的圆桶状腔体高度与二燃室(18)同高或高于二燃室(18);所述的撑杆(24)上的支点由撑杆支座(25)固定在加料仓(28)下部外侧,所述的撑杆(24)由液压活塞拉杆(22)控制转动,所述的液压活塞拉杆(22)铰接在炉体外壁铰链支座(20)上,所述水封炉盖(30)的开启由加料车(I)向上爬升时随顶框式拉杆(2)自动抬升、加料车(I)下行时又随顶框式拉杆(2)下移而自动复位。
3.根据权利要求1所述的生活垃圾乏氧气化、燃烧一体式“三化”处理装置,其特征在于:所述的乏氧气化装置是一圆柱形腔体且由支撑立柱(6)支撑,所述的圆柱形腔体直径与高度按1:3设定,所述的乏氧气化装置布料高度为直径的2倍;所述的均料器(13)应保证干燥物料落点重心在筒体圆截面的0.6直径圆周上、即不堆积到筒壁边缘又不使中心区空露。
4.根据权利要求1所述的生活垃圾乏氧气化、燃烧一体式“三化”处理装置,其特征在于:所述的二次高温燃烧装置由夹套水箱(41)包覆成圆环状腔体且与干燥室(21)呈“回”字形同轴比邻设计,所述二次高温燃烧装置外侧直径与下段可平齐或扩大;所述的二次高温燃烧装置设计为螺旋上升环形烟道,可据处理能力确定烟道长度和环道圈数。
5.根据权利要求1所述的生活垃圾乏氧气化、燃烧一体式“三化”处理装置,其特征在于:所述旋转水封灰盘(7)与塔型旋转炉蓖(10)为同轴结构,二者都座落在灰盘转动棘轮(56 )上,灰盘转动棘轮(56 )由球形滚珠(61)支撑,球形滚珠(61)滚动在灰盘支撑座圈(62 )环形槽中;所述灰渣出口(8)是由乏氧气化室(12)壳体下端筒壁与塔型旋转炉蓖(10)围成的环状空腔,由灰渣填充,所述灰渣出口(8)宽度大于10mm ;所述旋转水封灰盘(7)底部与乏氧气化室(12)壳体下缘距离大于100mm,所述出灰犁(54)焊接在乏氧气化室(12)壳体下端筒壁并与竖直方向成75°夹角。
6.根据权利要求1所述的生活垃圾乏氧气化、燃烧一体式“三化”处理装置,其特征在于:所述的一次鼓风机(59)的风机管道(66)内设有流量计Ql (69)、气化剂饱和温度传感器Tl (68),二次引风鼓风机(36)的风机管道(66)内设有流量计Q2 (69),乏氧气化室(12)的气化烟气出口( 17)设有气化烟气含氧量监测仪F (70)、温度传感器T2 (71),二燃室(18)烟道内设有温度传感器T3 (72),热管式换热器(65)后端设有温度传感器T4 (73),干燥室(21)内设有压力传感器P (74)。
7.—种基于权利要求1所述的生活垃圾乏氧气化、燃烧一体式“三化”处理装置的生活垃圾处理方法,其特征在于,所述的方法包括下述步骤: 含水高达50%的垃圾加入干燥室(21)内,在250°C温度下烘干水分到10%以下,干燥物料热值提高30%,干燥烟气随二次引风鼓风机(36)送入二燃室(18)助燃使用,干燥室(21)负压控制-lOOPa,当乏氧气化室(12)烟气排烟温度超过800°C由PLC控制柜(58)控制底部钟罩阀(16)开启下料; 干燥物料下到乏氧气化室(12)内热解气化,气化产出烟气正常排烟温度为600~800°C,气化剂饱和温度控制在200~220°C,当排烟温度低于600°C由PLC控制柜(58)控制增大混合气化剂饱和温度以提高气化强度,气化烟气含氧量控制在1%以下,当含氧量超过1%时,PLC控制柜(58)控制一次鼓风机(59)变频电机降低总供风量来控制,所产热解烟气的热值可达5000KJ以上; 二燃室(18)温度燃烧控制850°C~1150°C,一次鼓风机(59)供风量与二次引风鼓风机(36)供风量的正常配比为4:6,温度低于850°C时降低二次引风鼓风机(36)供风量的分配比例,提高乏氧气化室(12)气化强度,并启动枪式燃烧器(44)助燃,以确保控温在二噁英的分解温度850°C以上;温度超过1150°C时PLC控制柜(58)控制二次风电控阀(46)增大供风量来调节,通气孔隙率大于60%镂空通气蓄热砖(42)以及螺旋上升环形烟道设计保证烟气流速控制在7~10m/s,且控制高温烟气停留时间达到3秒; 旋转水封灰盘(7)里的水位深高达350mm,水位高度控制应高于灰渣出口(8)并低于灰渣层,防止出渣时过量空气进入、破坏炉内密闭和还原状态,当炉渣被塔型旋转炉蓖(10)排出而进入灰渣出口(8)后,先进入密封水隔层进行冷却,再由出灰犁(54)排出,避免了排灰时的灰尘飞杨,塔型旋转炉蓖(10)转速控制在5.5-8.5r/min ; 余热回收及烟气冷却装置控制水蒸气压力在3MPa以下,环形二燃室的高温段通过夹套水箱(41)吸收热量、中温段通过过热器(63)与省煤器(64)吸收热量、低温段通过热管式换热器(65)将烟气温度降到200°C以下后,由二次引风鼓风机(36)引至除尘处理再排放至烟囱。
8.根据权利要求7所述的生活垃圾处理方法,其特征在于,所述的干燥物落到乏氧气化室(12)内从下往上形成约3500mm厚的物料层,从下向上各层厚度及温度分布为:第一层:燃烬灰火层,温度:〈300°C厚度:450-550mm ; 第二层:高温氧化放热层,温度:800°C -1250 °C厚度:600-800_ ; 第三层:第一还原吸热层:,温度:800°C -600°C厚度:550-650mm ; 第四层:第二还原吸热层,温度:600°C -500°C厚度:550-650mm ; 第五层:干馈层,温度:500~300°C 厚度:500-600mm。
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