CN105423308A - 微波烘干结合等离子气化的石油焦辅助垃圾处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种微波烘干结合等离子气化的石油焦辅助垃圾处理系统，包括：垃圾烘干炉、垃圾气化炉、螺杆输送器以及高温燃烧室。其中，垃圾烘干炉包括烘干炉炉体、垃圾进料口、垃圾出料口、以及微波发生装置。垃圾气化炉包括气化炉炉体、干垃圾入口和辅助燃料入口、燃气出口以及炉排，其中，炉排将气化炉炉体内部分隔为气化室以及等离子室，等离子室的侧壁上间隔设置等离子烧嘴和进风口。螺杆输送器的前端与垃圾烘干炉的垃圾出料口连通，螺杆输送器的后端与垃圾气化炉的干垃圾入口连通。其中，高温燃烧室通过管线与垃圾气化炉的燃气出口连通以将垃圾气化炉内生成的燃气输送至高温燃烧室内进行高温燃烧以去除燃气中的有害成分。

Description

微波烘干结合等离子气化的石油焦辅助垃圾处理系统

技术领域

本发明涉及一种垃圾处理系统，特别涉及一种垃圾气化燃烧系统。

背景技术

随着社会经济的迅速发展和生活水平的不断提高，各类垃圾的产量也急剧的上升。目前垃圾的普遍处理方法有焚烧、填埋和生物法等几种。垃圾填埋法需要建设大面积的填埋场并需要处理渗滤液，投资较大。垃圾生物法是将生活垃圾进行发酵处理，工艺复杂，设备性能要求高，而且具有局限性。垃圾焚烧法是利用垃圾中的可燃成分燃烧气化分解垃圾，是较为高效廉价的处理垃圾方式，被国内外发达国家广泛使用。

由于垃圾的热值较低，因此目前广泛采用的垃圾焚烧炉能够达到的温度往往不超过800摄氏度，处于此温度区段的垃圾燃烧将产生大量的二恶英和呋喃，同时气体燃烧也不完全，焚烧烟气中含有大量的有机物，因此对大气环境造成的污染较为严重。

如中国专利公开第104006389号揭示的一种垃圾热解气化焚烧方法，包括以下步骤：垃圾经过预干燥后进入热解气化炉内；空气从热解气化炉的顶部和底部进入炉内；垃圾在热解气化炉内下降过程中热解、气化，产生的可燃性气体从气化炉中部被引出；残留碳在气化炉内继续下移，并和底部进入的空气发生气化反应，产生的可燃性气体从气化炉中部被引出，产生的炉灰从气化炉底部的排灰口排出；可燃气体与空气换热后进入燃烧室燃烧。然而，该垃圾热解气化焚烧方法存在以下缺点或不足：(1)、垃圾气化后的气化气本来热值就低，在与空气进行换热后温度更低，导致燃烧室内燃烧温度低，这将产生大量的二恶英和呋喃，造成环境污染；(2)、可燃气体燃烧后未经余热回收利用就直接排出，造成了能源的浪费。

又如中国专利公开第204714759U号揭示的一种利用等离子云处理有机垃圾小型气化设备，主要由垃圾料斗、螺旋等比分配器、电磁激发腔、等离子体激发腔、气体净化器、水泵、液固分离器、真空泵和储气罐组成；螺旋等比分配器设置在垃圾料斗的下方出口位置，螺旋等比分配器的出口与等离子体激发腔以管道相连，电磁激发腔安在螺旋等比分配器与等离子体激发腔之间的连接管道上；等离子体激发腔的出口管道上安有气体净化器，同时有一水泵也连接到气体净化器；气体净化器的出气管接入储气罐。然而，该垃圾小型气化设备存在以下缺点或不足：(1)、垃圾气化后的气化气热值较低，难以作为燃气直接使用；(2)、其采用的电磁激发腔和等离子体激发腔成本较高且构造揭示不清楚；(3)、垃圾处理系统的首要功能是对垃圾进行无害化处理，而其并未揭示如何彻底除去生成的气化气中的有害气体以保证最终排出的烟气达到环保要求。

因此，提供一种能够避免造成环境污染、提高能源利用率的垃圾气化燃烧系统成为业内急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种微波烘干结合等离子气化的石油焦辅助垃圾处理系统，其能够增加垃圾气化后燃气的热值、实现高温燃烧除去二恶英和呋喃等有害气体、提高烟气余热回收利用率。

根据本发明的方案，提供一种微波烘干结合等离子气化的石油焦辅助垃圾处理系统，包括：垃圾烘干炉、垃圾气化炉、螺杆输送器以及高温燃烧室。其中，垃圾烘干炉包括烘干炉炉体、设置于烘干炉炉体顶壁的垃圾进料口、设置于烘干炉炉体底壁的垃圾出料口、以及设置于烘干炉炉体侧壁中的至少一个微波发生装置。垃圾气化炉包括气化炉炉体、设置于气化炉炉体侧壁上的干垃圾入口和辅助燃料入口、设置于气化炉炉体顶壁的燃气出口、以及设置于气化炉炉体内部的炉排，其中，炉排将气化炉炉体内部分隔为位于中上部的气化室以及位于下部的等离子室，干垃圾入口和辅助燃料入口间隔设置于气化室的侧壁上，等离子室的侧壁上间隔设置等离子烧嘴和进风口。螺杆输送器的前端与垃圾烘干炉的垃圾出料口连通，螺杆输送器的后端与垃圾气化炉的干垃圾入口连通。其中，高温燃烧室通过管线与垃圾气化炉的燃气出口连通以将垃圾气化炉内生成的燃气输送至高温燃烧室内进行高温燃烧以去除燃气中的有害成分。

优选的，烘干炉炉体侧壁从上至下间隔设置至少二个微波发生装置。

可选择地，高温燃烧室包括设置于一端壁的燃气入口、设置于另一端壁的高温烟气出口以及设置于侧壁的至少一个侧旋风入口。

优选地，高温燃烧室包括沿着周向方向等间隔设置于侧壁的至少三个侧旋风入口，侧旋风入口所在的横截面与高温燃烧室的一端壁之间的距离设为燃烧室纵向长度的四分之一至三分之一。

可选择地，高温燃烧室的邻近燃气入口设置有点火器。

可选择地，等离子烧嘴设置于气化炉炉体底部，其中，等离子烧嘴产生的高温使得垃圾和辅助燃料在气化炉内干馏热解产生高热值气化气。

可选择地，进风口与等离子烧嘴相对地设置于等离子室的侧壁上。

可选择地，垃圾处理系统包括余热锅炉，余热锅炉包括锅炉炉体、形成于锅炉炉体内的烟道、以及设置于烟道中的盘管蒸发器，烟道的两端分别形成高温烟气入口和中温烟气出口，盘管蒸发器的两端分别形成温水入口和水蒸汽出口，余热锅炉的高温烟气入口通过烟气管道与高温燃烧室的高温烟气出口连通以将高温烟气引入烟道中将盘管蒸发器内流动的水加热为水蒸汽。

其中，余热锅炉可以为本领域常见的用于产生蒸汽的锅炉，比如热管式锅炉，其包括外壳、将外壳内部空间分隔为逆向平行的烟气流路和水汽流路的中隔板、以及穿设在中隔板中的若干热管，其中，若干热管的蒸发端延伸于烟气流路中，若干热管的冷凝端延伸于水汽流路中，流经热管式锅炉的水汽流路的水与流经热管式锅炉的烟气流路的烟气换热后变成高温水蒸汽。其中，热管内的工质可以为萘。

可选择地，余热锅炉可以采用水火管式锅炉，即，高温烟气从烟气入口进入锅炉内将其中的盘管里流动的水加热成蒸汽后从烟气出口排出。

可选择地，垃圾处理系统包括换热器，换热器包括外壳、将外壳内部空间分隔为逆向平行的烟气流路和流体流路的中隔板、以及穿设在中隔板中的若干热管，其中，热管的蒸发端延伸于烟气流路中，热管的冷凝端延伸于流体流路中，烟气流路的两端分别形成中温烟气入口和低温烟气出口，流体流路的两端分别形成冷水入口和热水出口，换热器通过烟气管道与余热锅炉的中温烟气出口连通以将中温烟气引入烟气流路中将流体流路中的冷水加热成热水，烟气经由低温烟气出口排出至烟囱。

优选地，换热器的热管内的工质为适用于500摄氏度左右工况的萘等工质。

可选择地，垃圾处理系统包括蒸汽压缩机和汽轮发电机，来自余热锅炉的水蒸汽出口的水蒸汽通过管线进入蒸汽压缩机变成高温高压蒸汽后通过管线输送至汽轮发电机发电，水蒸汽发电做功后变成温水从汽轮发电机输送至余热锅炉的温水入口再次加热成水蒸汽从而形成第一发电回路。

其中，蒸汽压缩机可以为常规的用于对产生的蒸汽通过压缩作用而提高蒸汽汽温度和压力的设备，比如罗茨式压缩机(容积式)、离心式压缩机(速度式)等。

其中，汽轮发电机可以是通用的汽轮机驱动的发电机，由余热锅炉产生的过热蒸汽进入汽轮机内膨胀做功，使叶片转动而带动发电机发电，做功后的废汽可以经水泵送回余热锅炉循环使用。

可选择地，垃圾处理系统包括螺杆发电机，来自换热器的热水出口的热水通过管线输送至螺杆发电机发电，热水发电做功后变成冷水从螺杆发电机输送至换热器的冷水入口再次加热成热水从而形成第二发电回路。

其中，螺杆发电机可以采用螺杆膨胀机发电技术，其工作原理是通过阴阳螺杆槽道中热流体的体积膨胀，推动阴阳螺杆向相反方向旋转，实现将热能转换成机械能的做功过程。

可选择地，汽轮发电机和螺杆发电机生成的电力通过电线输送至电控柜，电控柜根据各自电力需求将电力分配至至少一个微波发生装置和等离子烧嘴。

可选择地，垃圾处理系统还包括补水水泵，补水水泵用于通过管线向第一发电回路和第二发电回路补水。

可选择地，第一发电回路包括设置于汽轮发电机与余热锅炉的温水入口之间的第一循环水泵，第二发电回路包括设置于螺杆发电机与换热器的冷水入口之间的第二循环水泵。

其中，等离子烧嘴可从市面上直接购买，比如可以为电弧等离子体发生器，其将气体吹过电弧，迅速吸收能量，使之离子化，一旦离开电极，气体又极快复合成分子状态而放出能量。发生器本身具有正负两极，直接起弧，这电弧又被等离子气体吹出形成等离子体火炬。

其中，微波发生装置可从市面上直接购买，比如微波发生装置可以包括电源、磁控管和控制电路，磁控管在电源激励下，连续产生微波，再经过波导系统，耦合到烘干炉炉体内。当微波被垃圾吸收时，垃圾内的极性分子(如水、脂肪、蛋白质、糖等)以每秒钟24亿5千万次的速度快速振荡，从而释放大量的热。

优选地，本发明的系统中处理的垃圾可以选为含水量较高的餐余垃圾和/或医疗垃圾。

可选择地，本发明的系统中处理的垃圾也可以选为其它可气化的垃圾，比如轻工业垃圾。

本发明的有益效果是：(1)、通过辅助燃料增加垃圾气化生成的燃气的热值，提高燃烧室中的燃烧效率和燃烧温度，避免产生二恶英和呋喃等有害气体，在不污染环境的条件下提高垃圾处理效率；(2)、采用垃圾燃烧产生高温烟气进行二级做功发电；(3)、利用产生的电来烘干垃圾和气化垃圾，实现系统电力自给自足，节约用电。

附图说明

图1示出了本发明微波烘干结合等离子气化的石油焦辅助垃圾处理系统的构造示意图。

图2示出了图1中高温燃烧室的侧旋风入口的布置示意图。

具体实施方式

请参照图1，根据本发明的一种实施方式，微波烘干结合等离子气化的石油焦辅助垃圾处理系统包括：垃圾烘干炉100、垃圾气化炉200、螺杆输送器300以及高温燃烧室400。

其中，垃圾烘干炉100包括烘干炉炉体110、设置于烘干炉炉体110顶壁的垃圾进料口120、设置于烘干炉炉体110底壁的垃圾出料口130、以及从上至下间隔设置于烘干炉炉体110侧壁的二对微波发生装置150(图未示)。垃圾烘干炉100利用微波发生装置150对垃圾进行干燥除水处理，干燥除水后的垃圾通过垃圾出料口130进入螺杆输送器300。在非限制性实施方式中，该系统中处理的垃圾为含水量较高的餐余垃圾。

其中，垃圾气化炉200包括气化炉炉体210、设置于气化炉炉体侧壁上的干垃圾入口220和辅助燃料入口230、设置于气化炉炉体顶壁的燃气出口240、以及设置于气化炉炉体内部的炉排250，其中，炉排将气化炉炉体210内部分隔为位于中上部的气化室260以及位于下部的等离子室270。干垃圾入口220和辅助燃料入口230相对设置于气化室260的侧壁上。等离子室270的侧壁上相对地设置等离子烧嘴280和进风口290，等离子烧嘴280产生的高温等离子火焰使得垃圾和辅助燃料在气化炉200内干馏热解生产高热值气化气。在该非限制性实施方式中，等离子烧嘴280为电弧等离子体发生器，并且从辅助燃料入口230添加的辅助燃料为石油焦颗粒。

螺杆输送器300的前端与垃圾烘干炉100的垃圾出料口130连通，螺杆输送器300的后端与垃圾气化炉200的干垃圾入口220连通。螺杆输送器300除了运送垃圾之外还能够对垃圾进一步挤水。

其中，高温燃烧室400通过管线(未标号)与垃圾气化炉200的燃气出口240连通以将垃圾气化炉200内生成的燃气输送至高温燃烧室400内进行约1100摄氏度的高温燃烧以去除燃气中的有害成分。高温燃烧室400包括设置于一端壁的燃气入口410、设置于另一端壁的高温烟气出口420、沿着周向方向等间隔设置于侧壁的三个侧旋风入口430以及邻近燃气入口410设置的点火器(图未示)，其中，三个侧旋风入口430所在的横截面与高温燃烧室400的一端壁之间的距离设为燃烧室400纵向长度的三分之一。

作为一种可替代实施方式，该垃圾处理系统还包括第一发电回路。第一发电回路包括余热锅炉500、蒸汽压缩机700和汽轮发电机800。

余热锅炉500包括锅炉炉体510、形成于锅炉炉体510内的烟道(图未示)、以及设置于烟道中的盘管蒸发器(图未示)，烟道的两端分别形成高温烟气入口520和中温烟气出口530，盘管蒸发器的两端分别形成温水入口540和水蒸汽出口550，余热锅炉500的高温烟气入口520通过烟气管道与高温燃烧室400的高温烟气出口420连通以将约1000摄氏度的高温烟气引入烟道中将盘管蒸发器内流动的水加热为约250摄氏度水蒸汽。

来自余热锅炉500的水蒸汽出口550的水蒸汽通过管线进入蒸汽压缩机700变成高温高压蒸汽后通过管线输送至汽轮发电机800发电，水蒸汽发电做功后变成约80摄氏度的温水从汽轮发电机800输送至余热锅炉500的温水入口540再次加热成水蒸汽从而形成第一发电回路。

作为又一种可替代实施方式，该垃圾处理系统进一步包括第二发电回路。第二发电回路包括换热器600以及螺杆发电机900。

换热器600包括外壳610、将外壳内部空间分隔为逆向平行的烟气流路和流体流路的中隔板(图未示)、以及穿设在中隔板中的若干热管(图未示)。热管的蒸发端延伸于烟气流路中，热管的冷凝端延伸于流体流路中，烟气流路的两端分别形成中温烟气入口620和低温烟气出口630，流体流路的两端分别形成冷水入口640和热水出口650。换热器600通过烟气管道(未标号)与余热锅炉500的中温烟气出口530连通将约500摄氏度的中温烟气引入烟气流路中将流体流路中的冷水加热成热水，约200摄氏度的低温烟气经由低温烟气出口630排出至烟囱(图未示)。在非限制性实施方式中，换热器的热管内的工质为适用于约500摄氏度工况的萘。

来自换热器600的热水出口650约100摄氏度的热水通过管线输送至螺杆发电机900发电，热水发电做功后变成约60摄氏度的冷水从螺杆发电机900输送至换热器600的冷水入口640再次加热成热水从而形成第二发电回路。

作为再一种可替代实施方式，该垃圾处理系统的汽轮发电机800和螺杆发电机900生成的电力通过电线(图未示)输送至电控柜(图未示)，电控柜根据各自电力需求将电力分配至微波发生装置150和等离子烧嘴280。在非限制性实施方式中，该垃圾处理系统还包括水泵(图未示)，水泵用于通过管线向第一发电回路和第二发电回路补水。

尽管在此已详细描述本发明的优选实施方式，但要理解的是本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体结构，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。例如余热锅炉可以选择其他用于产生蒸汽的锅炉，如热管式锅炉，或者，蒸汽压缩机可以选用其他通过压缩蒸汽而提高蒸汽汽温度和压力的设备。此外，系统各处的温度或压力等参数可以根据具体使用条件在本发明所公开的范围内适当选取。

Claims (10)

1.一种微波烘干结合等离子气化的石油焦辅助垃圾处理系统，其特征在于包括：

垃圾烘干炉，所述垃圾烘干炉包括烘干炉炉体、设置于所述烘干炉炉体顶壁的垃圾进料口、设置于所述烘干炉炉体底壁的垃圾出料口、以及设置于所述烘干炉炉体侧壁中的至少一个微波发生装置；

垃圾气化炉，所述垃圾气化炉包括气化炉炉体、设置于所述气化炉炉体侧壁上的干垃圾入口和辅助燃料入口、设置于所述气化炉炉体顶壁的燃气出口、以及设置于所述气化炉炉体内部的炉排，其中，所述炉排将所述气化炉炉体内部分隔为位于中上部的气化室以及位于下部的等离子室，所述干垃圾入口和所述辅助燃料入口间隔设置于所述气化室的侧壁上，所述等离子室的侧壁上间隔设置等离子烧嘴和进风口；

螺杆输送器，所述螺杆输送器的前端与所述垃圾烘干炉的所述垃圾出料口连通，所述螺杆输送器的后端与所述垃圾气化炉的所述干垃圾入口连通；以及

高温燃烧室，所述高温燃烧室通过管线与所述垃圾气化炉的所述燃气出口连通以将所述垃圾气化炉内生成的燃气输送至所述高温燃烧室内进行高温燃烧以去除所述燃气中的有害成分。

2.如权利要求1所述的微波烘干结合等离子气化的石油焦辅助垃圾处理系统，其特征在于，所述高温燃烧室包括设置于一端壁的燃气入口、设置于另一端壁的高温烟气出口以及设置于侧壁的至少一个侧旋风入口。

3.如权利要求2所述的微波烘干结合等离子气化的石油焦辅助垃圾处理系统，其特征在于，所述高温燃烧室包括沿着周向方向等间隔设置于侧壁的至少三个侧旋风入口。

4.如权利要求3所述的微波烘干结合等离子气化的石油焦辅助垃圾处理系统，其特征在于，所述至少三个侧旋风入口所在的横截面与所述高温燃烧室的所述一端壁之间的距离设为所述燃烧室纵向长度的四分之一至三分之一。

5.如权利要求1～4中任一项所述的微波烘干结合等离子气化的石油焦辅助垃圾处理系统，其特征在于，进一步包括余热锅炉，所述余热锅炉包括锅炉炉体、形成于所述锅炉炉体内的烟道、以及设置于所述烟道中的盘管蒸发器，所述烟道的两端分别形成高温烟气入口和中温烟气出口，所述盘管蒸发器的两端分别形成温水入口和水蒸汽出口，所述余热锅炉的所述高温烟气入口通过烟气管道与所述高温燃烧室的所述高温烟气出口连通以将高温烟气引入所述烟道中将所述盘管蒸发器内流动的水加热为水蒸汽。

6.如权利要求5所述的微波烘干结合等离子气化的石油焦辅助垃圾处理系统，其特征在于，进一步包括换热器，所述换热器包括外壳、将所述外壳内部空间分隔为逆向平行的烟气流路和流体流路的中隔板、以及穿设在中隔板中的若干热管，其中，热管的蒸发端延伸于烟气流路中，热管的冷凝端延伸于流体流路中，所述烟气流路的两端分别形成中温烟气入口和低温烟气出口，所述流体流路的两端分别形成冷水入口和热水出口，所述换热器通过烟气管道与所述余热锅炉的所述中温烟气出口连通以将中温烟气引入所述烟气流路中将所述流体流路中的冷水加热成热水，烟气经由所述低温烟气出口排出至烟囱。

7.如权利要求6所述的微波烘干结合等离子气化的石油焦辅助垃圾处理系统，其特征在于，进一步包括蒸汽压缩机和汽轮发电机，来自所述余热锅炉的所述水蒸汽出口的水蒸汽通过管线进入所述蒸汽压缩机变成高温高压蒸汽后通过管线输送至所述汽轮发电机发电，水蒸汽发电做功后变成温水从所述汽轮发电机输送至所述余热锅炉的所述温水入口再次加热成水蒸汽从而形成第一发电回路。

8.如权利要求7所述的微波烘干结合等离子气化的石油焦辅助垃圾处理系统，其特征在于，进一步包括螺杆发电机，来自所述换热器的所述热水出口的热水通过管线输送至所述螺杆发电机发电，热水发电做功后变成冷水从所述螺杆发电机输送至所述换热器的所述冷水入口再次加热成热水从而形成第二发电回路。

9.如权利要求8所述的微波烘干结合等离子气化的石油焦辅助垃圾处理系统，其特征在于，所述汽轮发电机和所述螺杆发电机生成的电力通过电线输送至电控柜，所述电控柜根据各自电力需求将电力分配至所述至少一个微波发生装置和所述等离子烧嘴。

10.如权利要求8所述的微波烘干结合等离子气化的石油焦辅助垃圾处理系统，其特征在于，进一步包括水泵用于通过管线向所述第一发电回路和所述第二发电回路补水。