CN105907427A - 大型生活垃圾分级快速热解气化制取燃气装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的大型生活垃圾分级快速热解气化制取燃气装置，由脱铁粉碎机、提升管、旋转裂解器、循环流化床、气体分布器、排灰管、进气管、进料口、第一级气固分离器、粗灰循环管、返料器、第二级气固分离器、细灰循环管、气流床、燃气出口等组成；循环流化床的前端依次设有脱铁粉碎机、提升管和旋转裂解器，循环流化床底部设有气体分布器和排灰管，距底部1000‑2000mm的位置设有气流床，距气流床500‑3000mm的位置设有油气进料口，顶部设有二级气固分离器；第一级气固分离器的粗颗粒灰循环管通入旋转裂解器的入口；旋转裂解器的固体出口通过返料器与循环流化床底部相连，气体出口与油气进料口相连，二级气固分离器的细颗粒灰循环管通过返料器与气流床相连。

Description

大型生活垃圾分级快速热解气化制取燃气装置
1.技术领域
本发明提供大型生活垃圾分级快速热解气化制取燃气装置，属于环境保护设备领域。
2.背景技术
目前世界各国城市垃圾的处理方式主要有分类回收、填埋、堆肥和焚烧、裂解和气化。填埋处理需占用大量土地。同时，垃圾中有害成份对大气、土壤及水源也会造成严重污染，不仅破坏生态环境，还严重危害人体健康；堆肥处理对垃圾要进行分拣、分类，要求垃圾的有机含量较高。而且堆肥处理不能减量化，仍需占用大量土地。
焚烧的实质是将有机垃圾在高温及供氧充足的条件下氧化成惰性气态物和无机不可燃物，以形成稳定的固态残渣。首先将垃圾放在焚烧炉中进行燃烧，释放出热能，然后余热回收可供热或发电。烟气净化后排出，少量剩余残渣排出、填埋或作其它用途。其优点是迅速的减容能力和彻底的高温无害化，占地面积不大，且有热能回收。但由于氧气的存在，垃圾中含氯有机物不可避免要产生难以分解的剧毒物二噁英，成为制约垃圾焚烧应用的瓶颈。
生活垃圾裂解是近年来新开发的技术，对垃圾资源利用率高，无二噁英的生成，但油品成分复杂，利用难度大，且产生难以处理的酚水，另外以固定床技术为主难以实现大规模生产；生活垃圾气化对垃圾资源利用率高，二噁英生成少，但气体热值低，需要除去焦油、利用难度大，目前以固定床技术为主难以实现大规模生产。
本发明人的生活垃圾耦合流化床分级热解气化炉(CN201220525246)既解决了流化床气化的飞灰难题，从源头上消除了二噁英和异味，又合理利用了热能，得到高含甲烷的燃气，同时燃气中不含焦油、不产生酚水，但存在着装置大型化时，进入气化炉中的垃圾不能与热灰快速混合和反应，裂阶段大大加长，致使燃气含有少量焦油而产生二次污染；套管式滚筒烘干机干燥效率较低，无法适应装置大型化等缺陷。
面对垃圾围城现象，急需开发能够消除二噁英、飞灰和异味的二次污染、又能合理利用渗滤液和垃圾资源能量的清洁能源化垃圾处理技术和设备。
3.发明内容
本发明的目的就是为了克服现有垃圾热解气化技术存在的不足而提供大型生活垃圾分级快速热解气化制取燃气装置，既解决了流化床气化的飞灰难题，从源头上消除了二噁英和异味，又合理利用了合理利用渗滤液和热能，得到高含甲烷的燃气，同时燃气中不含焦油、不产生酚水。
本发明的技术方案：
大型生活垃圾分级快速热解气化制取燃气装置，由脱铁粉碎机、提升管、垃圾气固分离器、旋转裂解器、裂解固体出口、裂解气体出口、循环流化床、气体分布器、排灰管、进气管、固体进料口、油气进料口、第一级气固分离器、粗灰循环管、返料器、第二级气固分离器、细灰循环管、气流床、燃气出口、空气换热器等组成；循环流化床的前端依次设有脱铁粉碎机、提升管和旋转裂解器，脱铁粉碎机通过换热空气管线与提升管相连，提升管顶部设置垃圾气固分离器；垃圾气固分离器的气体出口与循环流化床底部的气体分布器相连，固体出口接入旋转裂解器的入口；旋转裂解器的裂解固体出口通过返料器与循环流化床底部的固体进料口相连，裂解气体出口与循环流化床的油气进料口相连；循环流化床底部设有气体分布器和排灰管，距底部300-1000mm的位置设有固体进料口，距固体进料口向上300-3000mm的位置设有气流床，距气流床向上500-3000mm的位置设有油气进料口，顶部设有二级气固分离器；第一级气固分离器的粗灰循环管通入旋转裂解器的入口，第二级气固分离器的细灰循环管通过返料器与气流床相连，第二级气固分离器气体出口通过空气换热器与燃气出口相连接。
循环流化床是由下部的湍流流化床和上部的携带反应器、以及携带反应器下部Y型连通的气流床组合而成，湍流流化床当量直径较大，携带反应器当量直径较小，直径比值为2～3：1；携带反应器既可以是当量直径均一的直管反应器，也可以是由直径为不同当量直径倍数的大小直管通过大小头管件连接而成，大小直管的直径比值为1.2～2：1；气流床当量直径仅为湍流流化床当量直径的10％-50％。
湍流流化床的反应温度为800-1200℃，气流床的反应温度为1200-1600℃，旋转裂解器的反应温度为400-800℃，携带反应器的油气进料口处的反应温度为700-1000℃，携带反应器上部的反应温度为600-900℃。
本发明将实施例来详细叙述本发明的特点。
4.附图说明
附图图1为本发明大型生活垃圾分级快速热解气化制取燃气装置的结构示意图。
附图的图面设明如下：
1、循环流化床 2、气体分布器 3、进气管 4、旋转裂解器 5、第一级气固分离器 6、返料器 7、第二级气固分离器 8、气流床 9、燃气出口、10、脱铁粉碎机 11、提升管 12、湍流流化床 13、携带床反应器 14、垃圾固体管线 15.排灰管 16、生活垃圾进料口 17、粗灰循环管 18、细灰循环管 19、空气换热器 20、垃圾气固分离器 21、裂解固体出口 22、裂解气体出口 23、换热空气管线 24、固体进料口 25、油气进料口
下面结合附图和实施例来详述本发明的工艺特点。
5.具体实施方式
大型生活垃圾分级快速热解气化制取燃气装置由脱铁粉碎机(10)、提升管(11)、垃圾气固分离器(20)、旋转裂解器(4)、裂解固体出口(21)、裂解气体出口(22)、循环流化床(1)、气体分布器(2)、排灰管(15)、进气管(3)、固体进料口(24)、油气进料口(25)、第一级气固分离器(5)、粗灰循环管(17)、返料器(6)、第二级气固分离器(7)、细灰循环管(18)、气流床(8)、燃气出口(9)、空气换热器(19)、换热空气管线(23)等组成；循环流化床(1)的前端依次设有脱铁粉碎机(10)、提升管(11)和旋转裂解器(4)，脱铁粉碎机(10)通过换热空气管线(23)与提升管(11)相连，提升管(11)顶部设置垃圾气固分离器(20)；垃圾气固分离器(20)的气体出口与循环流化床(1)底部的气体分布器(2)相连，固体出口通过垃圾固体管线(14)接入旋转裂解器(4)的入口；旋转裂解器(4)的裂解固体出口(21)通过返料器(6)与循环流化床(1)底部的固体进料口(24)相连，裂解气体出口(22)与循环流化床(1)的油气进料口(25)相连；循环流化床(1)底部设有气体分布器(2)和排灰管(15)，距底部300-1000mm的位置设有固体进料口(24)，距固体进料口(24)向上300-3000mm的位置设有气流床(8)，距气流床(8)向上500-3000mm的位置设有油气进料口(25)，顶部设有二级气固分离器；第一级气固分离器(1)的粗灰循环管(17)通入旋转裂解器(4)的入口，第二级气固分离器(7)的细灰循环管(18)通过返料器(6)与气流床(8)相连，第二级气固分离器(7)气体出口通过空气换热器(19)与燃气出口(9)相连接。
循环流化床(1)是由下部的湍流流化床(12)和上部的携带反应器(13)、以及携带反应器(13)下部Y型连通的气流床(8)组合而成，湍流流化床(12)当量直径较大，携带反应器(13)当量直径较小，直径比值为2～3：1；携带反应器(13)既可以是当量直径均一的直管反应器，也可以是由直径为不同当量直径倍数的大小直管通过大小头管件连接而成，大小直管的直径比值为1.2～2：1；气流床(8)当量直径仅为湍流流化床(12)当量直径的10％-50％。
湍流流化床(12)的反应温度为800-1200℃，气流床(8)的反应温度为1200-1600℃，旋转裂解器(4)的反应温度为400-800℃，携带反应器(13)油气进料口(25)处的反应温度为700-1000℃，携带反应器(13)上部的反应温度为600-900℃。
具体运行时，将生活垃圾先通过脱铁粉碎机(10)脱铁粉碎，然后将0～6mm的垃圾颗粒利用燃气换热的空气通过提升管(11)提升干燥，经提升管顶部垃圾气固分离器(14)分离，换热后含有异味水蒸气的空气返回到循环流化床(1)底部作为气化剂，热垃圾颗粒和循环热灰进入旋转混合裂解器(4)，在400-800℃下发生裂解反应，并气固分离；裂解后的含碳热灰通过返料器(6)进入循环流化床(1)底部和换热后含有异味水蒸气的空气发生在800～1100℃下气化反应，生成的气化气与循环灰一起向上流动形成物料循环；裂解油汽进入循环流化床(1)中下部与气化煤气和循环灰混合向上提升进行焦油临氢热解；在循环流化床(1)顶部经过气固分离，第一级气固分离器(5)分离的高温热灰作为循环热灰返回旋转混合裂解器(4)入口；第二级气固分离器(7)分离的高温细半焦送到与循环流化床(1)中下部Y型连通的气流床(8)，在水蒸气和氧化剂的携带下切线进入气流床(8)在1200～1600℃下反应，生成的高温气和液态灰渣同向旋流斜向下流出气流床(8)，高温气向上升进入循环流化床(1)中下部，为流化床焦油临氢热解提供热量；液态灰渣向下流到循环流化床(1)的循环灰料层，换热凝固为固体灰渣，随循环流化床(1)的固体物料参与循环或排灰排出；第二级气固分离器(7)分出的合成气作为燃气产品外供，既解决了流化床气化的飞灰难题，从源头上消除了二噁英、渗滤液和异味，又得到高含甲烷的燃气。
普通流化床往往尺寸为下小上大结构，上部大、气速低，稍大一些颗粒难以循环，造成流化床中上部携带的热量不足，不能满足焦油裂解的热量需求，难以消除焦油和酚水污染。由于在800～1100℃下，飞灰活性低，流化床内反应难以完全反应，不得不外排，造成了生活垃圾流化床处理的飞灰污染。如果飞灰在1200～1600℃下的气流床(8)中熔融气化，就会使飞灰熔融固化消除污染，但液体排渣需要急冷、能量损失大且排灰过程复杂。垃圾由于组成复杂、软料较多，对于大型垃圾热解气化，直接加入流化床会造成热解不安全和床内流体偏流，采用旋转裂解器(4)能够强化软料传质，使垃圾裂解比较完全，裂解油气和固体再进入流化床，便于混合传质和焦油裂解。另外下大上小结构的循环流化床(1)，底部的湍流流化床(12)能够延长半焦停留时间和增加内回流，从而确保了热载体和高温粗半焦发生气化时达到较高转化效率；上部的携带床反应器(13)，减小了直径、气体流速加大，能够提高热载体的循环量和粒径分布范围，为裂解油汽临氢热解和焦油再裂解提供了充足的热源，彻底消除焦油、避免酚水污染，提高甲烷含量和燃气热值；中下部Y型连通的气流床(8)能够将飞灰和细半焦在1200～1600℃下熔融气化，使飞灰熔融固化消除污染同时充分利用气流床的高温热能。这种特定结构组合是最优的组合，通过这种大型生活垃圾分级快速热解气化制取燃气装置能够实现既合理利用热能和渗滤液、消除气化过程的焦油，解决了流化床气化的飞灰难题，从源头上消除了生活垃圾处理的二噁英，得到高含甲烷的燃气，同时燃气中不含焦油、不产生酚水；氧耗低、气化效率高，气化强度大，设备体积小，钢材耗量低，固定投资大大降低，排灰过程简单。

Claims (3)

1.大型生活垃圾分级快速热解气化制取燃气装置，由脱铁粉碎机、提升管、垃圾气固分离器、旋转裂解器、裂解固体出口、裂解气体出口、循环流化床、气体分布器、排灰管、进气管、固体进料口、油气进料口、第一级气固分离器、粗灰循环管、返料器、第二级气固分离器、细灰循环管、气流床、燃气出口、空气换热器等组成，其技术特征是循环流化床的前端依次设有脱铁粉碎机、提升管和旋转裂解器，脱铁粉碎机通过换热空气管线与提升管相连，提升管顶部设置垃圾气固分离器；垃圾气固分离器的气体出口与循环流化床底部的气体分布器相连，固体出口接入旋转裂解器的入口；旋转裂解器的裂解固体出口通过返料器与循环流化床底部的固体进料口相连，裂解气体出口与循环流化床的油气进料口相连；循环流化床底部设有气体分布器和排灰管，距底部300-1000mm的位置设有固体进料口，距固体进料口向上300-3000mm的位置设有气流床，距气流床向上500-3000mm的位置设有油气进料口，顶部设有二级气固分离器；第一级气固分离器的粗灰循环管通入旋转裂解器的入口，第二级气固分离器的细灰循环管通过返料器与气流床相连，第二级气固分离器气体出口通过空气换热器与燃气出口相连接。
2.根据权利要求1所述的大型生活垃圾分级快速热解气化制取燃气装置，其特征在于循环流化床是由下部的湍流流化床和上部的携带反应器、以及携带反应器下部Y型连通的气流床组合而成，湍流流化床当量直径较大，携带反应器当量直径较小，直径比值为2～3：1；携带反应器既可以是当量直径均一的直管反应器，也可以是由直径为不同当量直径倍数的大小直管通过大小头管件连接而成，大小直管的直径比值为1.2～2：1；气流床当量直径仅为湍流流化床当量直径的10％～50％。
3.根据权利要求1所述的大型生活垃圾分级快速热解气化制取燃气装置，其特征在于湍流流化床的反应温度为800-1200℃，气流床的反应温度为1200-1600℃，旋转裂解器的反应温度为400-800℃，携带反应器的油气进料口处的反应温度为700-1000℃，携带反应器上部的反应温度为600-900℃。
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