CN106224035A - 基于垃圾气化合成气回收的湿空气透平发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于垃圾气化合成气回收的湿空气透平发电系统，包括垃圾气化系统、锅炉系统、发电系统，发电系统包括混合器、低压空气压气机、高压空气压气机、涡轮机、发电机、空气汽气换热器、CO2汽气换热器、CO2风机、再循环风机、混合分离器、CO2分离器以及锅炉系统的给水输入系统。CO2分离器连接于锅炉系统的废气排放口、CO2风机的进气口之间，涡轮机的出气口并联CO2汽气换热器、空气汽气换热器的加热通道，再连接再循环风机、混合分离器。使用本基于垃圾气化合成气回收的湿空气透平发电系统，大规模的垃圾连续气化焚烧处理，垃圾处理量更大，热量的回收效率高，并可提取再生化工原料和合成天然气，能够有效地实现污染物和CO2的近零排放。

Description

基于垃圾气化合成气回收的湿空气透平发电系统
技术领域
本发明属于固体废弃物焚烧处理及资源化处理技术领域，尤其涉及一种基于垃圾气化合成气回收的湿空气透平发电系统。
背景技术
现有的垃圾处理技术主要有焚烧、卫生填埋、堆肥、废品回收等。在垃圾处理常规技术中，焚烧处理具有减量效果明显，无害化彻底，占地量小，余热能得到利用，二次污染少等优点，符合我国可持续发展的战略要求。但随着国内外对环保要求的不断提高，如何增强对二次污染的控制尤为重要。因此，垃圾热解气化焚烧技术被逐渐推到工业化应用的道路上，特别是针对国内垃圾现在主要采用的是各类焚烧技术，气化焚烧技术广泛的工业化将带来国内垃圾处理行业的技术革新换代。
多年来，我国对生物质、垃圾等气化焚烧技术的科学研究，进展颇多，实验室的基础研究很多，也有应用研究，如：回转窑式、立式和流化床式的干馏气化或气化高温熔融技术等。但技术推广应用上还是存在一定限制，原料种类、垃圾处理量、二次污染控制和经济效益等是主要因素。
在现有的焚烧工艺和设备中，炉排型焚烧炉形式多样，其应用占全世界垃圾焚烧市场总量的80％以上，其中有在炉体内采用机械式逆推炉排、顺推炉排或组合炉排，也有采用链板式和滚筒式等炉排。在锅炉设备中，锅炉回收热量方式方法颇多，技术成熟；热源种类也多，如：太阳能、冶炼炉余热、燃煤炉、流化床、固定床、回转窑等热源，利用锅炉回收热量，用于发电、供热、供暖等。
综上所述，典型的气化焚烧和锅炉设备技术成熟，各有其自身优点，但在我国实际应用中需要解决的问题和不足：
1.对于我国生活垃圾含水量高、成分复杂等特性，移动炉床的技术使用，对垃圾的输送能力需要重点考虑。同时焚烧后的烟气中飞灰含量较高，锅炉积灰较重，清灰检修维护周期短。
2.随着垃圾产生量的不断增多，垃圾堆积如山，垃圾处理量必须得到有效的提高，才能适应市场需求。
3.面对严格的污染物排放要求，二次污染控制是技术上需要解决的核心问题。
4.为了有效的提高经济效益，垃圾热处理过程中，热量的回收效率需要提高。现有的垃圾热处理技术通常采用锅炉回收垃圾焚烧后的高温烟气热量，产生蒸汽推到汽轮机发电，整个转换热效率损耗较大，处理相同的垃圾量，相对减少热损耗和提高热交换效率就可以提高热效率。
现有的技术如以下专利：外燃湿空气燃气轮机发电系统(ZL 01120378.1)、燃气轮机发电系统及其运行控制方法(ZL 200880007113.7)、双燃料助燃型燃气-蒸汽联合循环系统(ZL 200610062631.1)、煤粉燃气轮机发电系统以及产生煤粉两相流燃料的工艺方法(ZL200610062055.0)、多列分段驱动复合式生活垃圾焚烧炉(ZL200710092508.9)和两段式垃圾焚烧炉(ZL201010268376.2)中均涉及到的问题：没有结合垃圾热处理方式方法，以及垃圾热处理的二次污染控制、烟气成分复杂等问题；现有垃圾热处理热化学反应以氧化反应为主，还原反应辅助，易产生二次污染物，且燃烧过氧系数大，一次风、二次风供入量大，烟气中粉尘含量较高，对热能回收系统和烟气处理系统影响较大，容易积灰，烟气量较大，相对降低了热转换效率；垃圾气化焚烧后合成烟气的深度净化问题，需要合成烟气清洁度满足燃气轮机要求，以及垃圾气化焚烧-燃气-蒸汽轮机联合循环发电的应用；垃圾热处理方式的革新，减少烟气量，改变烟气组分，化学反应环境变成还原反应，热效率的相对提高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种转换热效率损耗较小，热量的回收效率更高，并可提取再生化工原料和合成天然气，污染物和CO2排放近零的基于垃圾气化合成气回收的湿空气透平发电系统。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于垃圾气化合成气回收的湿空气透平发电系统，包括垃圾气化焚烧系统、锅炉系统、循环发电系统，所述锅炉系统具有汽包、过热器，所述循环发电系统包括混合器、低压空气压气机、高压空气压气机、涡轮机、发电机、空气汽气换热器、CO2汽气换热器、CO2风机、再循环风机、混合分离器、CO2分离器、以及锅炉系统的给水输入系统，所述混合器的侧壁上设有第一入口、第二入口，所述混合器的底部设有出水口，所述混合器的顶部设有出汽口，所述混合器的第一入口连接汽包的饱和蒸汽出口，所述混合器的第二入口连接高压空气压气机的出气口，所述高压空气压气机的进气口连接低压空气压气机的出气口，所述低压空气压气机的进气口与大气连通，所述混合器的出水口连接汽包的进水口，所述混合器的出汽口连接过热器的进汽口，所述过热器的出汽口输出高压过热蒸汽，所述过热器的出汽口连接涡轮机的进气口，所述涡轮机与发电机动力连接，高压过热蒸汽推动涡轮机发电，所述锅炉系统的废气排放口连接CO2风机的进气口，所述CO2分离器连接于锅炉系统的废气排放口、CO2风机的进气口之间，所述CO2风机的出气口输出CO2，所述涡轮机的出气口分别连接CO2汽气换热器的加热通道、空气汽气换热器的加热通道，CO2汽气换热器的加热通道、空气汽气换热器的加热通道并联后再连接再循环风机的进气口，再循环风机的出气口连接混合分离器，所述混合分离器分离出氮气后，剩余气体与CO2风机输出的CO2混合输入垃圾气化焚烧系统作为气化剂，所述CO2风机的出气口与垃圾气化焚烧系统之间连接CO2汽气换热器的受热通道，所述混合器的第二入口与高压空气压气机的出气口之间连接空气汽气换热器的受热通道。
为了提高热回收效率，对高压空气压气机的输入空气进行预加热，进一步地，还包括气水换热器，所述低压空气压气机、高压空气压气机之间连接气水换热器的受热通道，所述给水输入系统的出水口连接气水换热器的加热通道的加热通道后对锅炉系统供水，所述给水输入系统包括通过管道依次串联的除氧器、水泵，所述除氧器的进水口连接水源，所述水泵的出水口为给水输入系统的出水口。本发明利用气水换热器回收给水输入系统的残余热量，利用气水换热器、空气汽气换热器预加热空气，大大提高了热回收效率。
为了对锅炉系统排除的废气进行回收利用，实现零废气排放量，进一步地，所述CO2分离器包括一级膜分离器以及第一二级膜分离器、第二二级膜分离器，所述一级膜分离器分离出H2、CO2排入第一二级膜分离器，其余气体排入第二二级膜分离器，所述第一二级膜分离器分离出CO2输入CO2风机，剩余的H2回收再利用，所述第二二级膜分离器分离出N2回收再利用，其余的气体回收再利用。
进一步地，所述锅炉系统包括锅炉本体，所述锅炉本体具有旋风除尘室、炉室a、炉室b，所述旋风除尘室的下端设置烟气入口，旋风除尘室的烟气入口与垃圾气化焚烧系统连接，旋风除尘室上端为第三烟气出口，旋风除尘室上端的第三烟气出口与炉室a的上端连通，所述炉室a、炉室b的下端连通，所述炉室b的上端设置废气出口，所述旋风除尘室内沿周向设有呈环形的水冷壁，所述炉室a内设置有所述的过热器，炉室b内设置有蒸发器，锅炉本体的顶端设置所述的汽包，所述旋风除尘室、炉室a、炉室b均位于汽包下方，所述汽包上设有汽水进口，汽包内设有汽水分离装置，用于分离汽水混合物，汽包通过第一下降管连接水冷壁的进水口，用于输出汽水分离装置分离出的水，汽包通过第二下降管连接蒸发器的进水口，用于输出汽水分离装置分离出的水，所述水冷壁、蒸发器的出汽口分别通过汽管连接汽包的进汽口，用于回流高温蒸汽。
为了对炉室c排出的烟气进行无害化处理，优选地，所述锅炉本体具有炉室c，所述炉室c的上端与炉室b上端的废气出口连通，炉室c的下端设置废气排放口，所述炉室c的废气排放口与CO2分离器之间连接烟气净化系统，所述烟气净化系统包括依次连接的粗净化系统、增压风机、精洗除尘器，净化后的烟气供入合成烟气压气机。
优选地，所述粗净化系统包括洗气塔和除尘器，所述精洗除尘器采用雷氏文丘里洗涤系统，包括文丘里洗涤器和旋风分离器，所述洗气塔连接炉室c的废气排放口，洗气塔出口连接除尘器，再由增压风机增压后进入精洗除尘器作深度净化。
粗净化系统可以除去大粒径的杂质、粉尘，精洗除尘器可以除去水汽、微粉尘等，满足燃气轮机对燃气清洁度要求。
为了对炉室b排出的烟气进行进一步的余热回收利用，提高热回收效率，进一步地，所述炉室c内设有节热器，所述节热器的进水口与给水输入系统的出水口连通，所述节热器的出水口与汽包的汽水进口连通。
进一步地，所述垃圾气化焚烧系统包括气化焚烧炉、循环供风系统，所述气化焚烧炉包括炉架，以及在炉架上沿进料方向依次设置的给料仓、气化炉和燃烬炉，气化炉的后方为气化炉的落渣口，燃烬炉位于气化炉落渣口的前下方，燃烬炉的后方为燃烬炉的出渣口，所述炉架上设有垃圾推料器，所述垃圾推料器位于给料仓的下方，用于将给料仓内的垃圾推入气化炉内，气化炉移动炉床的下方以及燃烬炉移动炉床的下方分别设有至少一个独立设置的一次风室，所述给料仓、气化炉之间设有堆料密封段，所述气化炉与燃烬炉之间的炉架部分上留有过渡落渣段，所述过渡落渣段设置有残渣推料器，用于将气化炉内落下的垃圾残渣推入燃烬炉内，所述过渡落渣段上设置有可开闭的隔离门，所述隔离门用于将气化炉、燃烬炉隔断；所述气化炉、燃烬炉分别包括炉壳、移动炉床，所述气化炉的前、后方分别通过堆料密封段、过渡落渣段密封，所述过渡落渣段隔离气化炉、燃烬炉，使气化炉、燃烬炉相互独立；所述气化炉、燃烬炉分别呈拱起状，所述气化炉的前拱、后拱上分别设置二次供风口，所述气化炉的拱顶设置第一烟气出口，所述旋风除尘室的烟气入口与第一烟气出口连通，所述燃烬炉的拱顶设置第二烟气出口，所述气化炉、燃烬炉上分别设有点火助燃孔；
所述循环供风系统包括除尘装置、第一风机、第二风机，所述除尘装置的进气端通过管道与第二烟气出口连接，所述除尘装置的出气端通过管道与第一风机的进气端连接，所述第一风机的出气端连接第一歧管的总管，所述第一歧管的支管分别与气化炉移动炉床的下方的各一次风室、气化炉上的各二次供风口以及旋风除尘室的烟气入口连通，所述第一歧管的各支管上分别设置第一调节阀，所述第二风机的进气口与大气连通，所述第二风机的出气口连接第二歧管的总管，所述第二歧管的支管分别与燃烬炉移动炉床下方的各一次风室以及除尘装置的进气端、出气端连通，所述第二歧管的各支管上分别设置第二调节阀，所述旋风除尘室上设有若干助燃风供风口，所述若干助燃风供风口位于烟气入口、第三烟气出口之间，还包括第三歧管，所述第三歧管的总管与第二风机的出气口连通，所述第三歧管的各支管分别与若干助燃风供风口连通，第三歧管的各支管上分别设置第三调节阀。
为了排出炉室a、炉室b、旋风除尘室内烟气沉积产生的废渣，且防止废渣逸出产生污染，优选地，所述炉室a、炉室b下方设有共同的出渣口，所述旋风除尘室的下端设有从上到下半径变小的锥状出渣口，该共同的出渣口、锥状出渣口分别与气化炉的炉膛连通。
为了对炉室b排出的烟气进行进一步的余热回收利用，提高热回收效率，优选地，所述炉室c内设有空气预热器，所述第二风机的出气端连接空气预热器的进气口，空气预热器的出气口连接第二歧管的总管。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明采用了混合器对空气压气机输出的高压空气、汽包输出的饱和蒸汽进行混合，经过热器后输出高压过热蒸汽，高压过热蒸汽推动涡轮机发电，本发明还通过空气汽气换热器、CO2汽气换热器回收涡轮机未利用完的热量，空气汽气换热器预加热空气，利用CO2汽气换热器预加热CO2，大大提高了热回收效率；本发明利用混合分离器、CO2分离器回收H2O,CO2,O2等气体作为垃圾气化焚烧系统的气化剂，对垃圾的热解、气化有利，气化剂参与垃圾气化焚烧系统化学反应产生更多的CO,H2，并实现废气回收，转换热效率损耗较小，热量的回收效率更高。
本锅炉系统将环形的水冷壁安装在旋风除尘室上，合成气在旋风除尘室内燃烧更为充分，燃烧产生的温度更高，相对减少了热损耗和提高了热交换效率。本锅炉系统回收的热量来源于垃圾气化炉出口的高温合成气烟气，合成气烟气进入旋风除尘室，同时向旋风除尘室内切向供入空气助燃可燃性合成气，烟气依次经过旋风除尘室、炉室a、炉室b、节热器和空气预热器。再利用节热器预热冷凝水，预热冷凝水进入锅炉部分，冷凝水在水冷壁和蒸发器中加热，形成饱和蒸汽进入汽包，汽水分离后饱和蒸汽进入过热器，再次加热形成过热蒸汽输出，用于发电。本发明构思新颖，利用旋风燃烧方法，减少了烟气中飞灰含量；合成气燃烧温度高，烟气停留时间长，污染物得到有效分解，减少污染物排放，实现了垃圾连续气化后的合成气焚烧处理和热量回收利用。
气化焚烧炉的气化炉、燃烬炉分开设置，气化炉的拱顶设置第一烟气出口，燃烬炉的拱顶设置第二烟气出口，利于根据烟气品质的不同分别处理烟气，同时有利于对烟气除尘，可以提供更高品质的烟气，使烟气的利用率更高，排出的废渣更少。
第二风机鼓入空气为燃烬炉提供一次风和为旋风分离器、第一风机提供调温供风，通过对应管路上的第二调节阀调节供风量，使燃烬炉残渣充分燃烬；然后，第一风机抽取燃烬炉的烟气，经过调温和旋风分离器收集飞灰后，形成一定压力的烟气供给气化炉的一次风和二次风，通过对应管路上的第一调节阀调节供风量，使气化炉内垃圾产生气化，气化炉内含有一定量合成气的烟气，从第一烟气出口排出，进入旋风除尘室处理环节，第一风机抽取的多余的烟气也同时进入旋风除尘室，充分利用了燃烬炉排出的高温烟气，提高能量的利用率，旋风除尘室提供高温烟气。本结构的机械炉排式垃圾气化焚烧炉垃圾处理量大，垃圾料层可以在机械炉排上经历干燥、气化和残渣的燃烬阶段，适应我国生活垃圾含水量高、成分复杂等特性，提高了垃圾处理过程中的能量转化效率和降低烟气中污染物排放量，有效防止二次污染，且能够实现大规模的垃圾连续气化焚烧处理，保证垃圾气化焚烧效果和灰渣热灼减率，相对减少热损耗和提高热交换效率，提高了热效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为循环发电系统的结构示意图；
图3为锅炉系统的结构示意图；
图4为烟气净化系统的结构示意图；
图5为旋风除尘室的结构示意图；
图6为图5的俯视示意图；
图7为气化焚烧炉的结构示意图；
图8为循环供风系统的结构示意图。
附图标记
1为气化焚烧炉，101为炉架，102为给料仓，103为气化炉，104为燃烬炉，105为炉床，106为垃圾推料器，107为一次风室，108为堆料密封段，109为过渡落渣段，110为残渣推料器，111为隔离门，112为第一烟气出口，113为第二烟气出口，114为点火助燃孔，115为二次供风口，116为出渣口，117为落渣口；
201为除尘装置，202为第一风机，203为第二风机，204为第一歧管，205为第二歧管，206为第三歧管，207为第一调节阀，208为第二调节阀，209为第三调节阀；
3为旋风除尘室，301为除尘室点火助燃孔，302为锥状出渣口，303为烟气入口，304为第三烟气出口，305为助燃风供风口；
4为锅炉本体，402为炉室a，403为炉室b，404为炉室c，405为水冷壁，406为过热器，407为蒸发器，408为汽包，409为第一下降管，410为第二下降管，412为给水输入系统，414为水泵，415为除氧器，417为补水管道，418为节热器，419为烟气净化系统，420为洗气塔，421为除尘器，422为增压风机，423为精洗除尘器，424为空气预热器。
5为循环发电系统，501为混合器，502为发电机，503为低压空气压气机，504为CO2风机，505为一级膜分离器，506为第一二级膜分离器，507为第二二级膜分离器，510为气水换热器，511为混合分离器，512为空气汽气换热器，513为CO2汽气换热器，514为高压空气压气机，515为再循环风机，516为涡轮机。
具体实施方式
参见图1，为基于垃圾气化合成气回收的湿空气透平发电系统的一种较佳的实施例，包括垃圾气化焚烧系统、锅炉系统、循环发电系统5，所述锅炉系统具有汽包408、过热器406。
参见图2，所述循环发电系统包括混合器501、低压空气压气机503、高压空气压气机514、涡轮机516、发电机502、空气汽气换热器512、CO2汽气换热器513、气水换热器510、CO2风机504、再循环风机515、混合分离器511、CO2分离器、以及锅炉系统的给水输入系统412，所述低压空气压气机503、高压空气压气机514、涡轮机、发电机502依次动力连接，并同步转动，形成燃气轮机。本实施例中，所述混合分离器511采用膜分离器。
所述混合器501的侧壁上设有第一入口、第二入口，所述混合器501的底部设有出水口，所述混合器501的顶部设有出汽口，所述混合器501的第一入口连接汽包的饱和蒸汽出口，所述混合器501的第二入口连接高压空气压气机514的出气口，所述高压空气压气机514的进气口连接低压空气压气机503的出气口，所述低压空气压气机503的进气口与大气连通，所述混合器501的出水口连接汽包的进水口，所述混合器501的出汽口连接过热器的进汽口，所述过热器的出汽口输出高压过热蒸汽，所述过热器的出汽口连接涡轮机的进气口，所述涡轮机与发电机502动力连接，高压过热蒸汽推动涡轮机发电，所述锅炉系统的废气排放口连接CO2风机的进气口，所述CO2分离器连接于锅炉系统的废气排放口、CO2风机的进气口之间，所述CO2风机的出气口输出CO2，所述涡轮机的出气口分别连接CO2汽气换热器的加热通道、空气汽气换热器512的加热通道，CO2汽气换热器的加热通道、空气汽气换热器512的加热通道并联后再连接再循环风机515的进气口，再循环风机515的出气口连接混合分离器511，所述混合分离器511分离出氮气后，剩余气体与CO2风机输出的CO2混合输入垃圾气化焚烧系统作为气化剂，所述CO2风机的出气口与垃圾气化焚烧系统之间连接CO2汽气换热器的受热通道，所述混合器501的第二入口与高压空气压气机514的出气口之间连接空气汽气换热器512的受热通道，所述低压空气压气机503、高压空气压气机514之间连接气水换热器510的受热通道，所述给水输入系统412的出水口连接气水换热器510的加热通道的加热通道后对锅炉系统供水，所述给水输入系统412包括通过管道依次串联的除氧器415、水泵414，所述除氧器415的进水口通过补水管道417连接水源，所述水泵414的出水口为给水输入系统412的出水口。
进一步地，所述CO2分离器包括一级膜分离器505以及第一二级膜分离器506、第二二级膜分离器507，所述一级膜分离器505分离出H2、CO2排入第一二级膜分离器506，其余气体排入第二二级膜分离器507，所述第一二级膜分离器506分离出CO2输入CO2风机，剩余的H2回收再利用，所述第二二级膜分离器507分离出N2回收再利用，其余的气体回收再利用(包括可燃气体：CO、CH4)。
参见图3，本实施例中，锅炉系统包括锅炉本体4，所述锅炉本体4具有旋风除尘室3、炉室a402、炉室b403、炉室c404。
参见图5、图6，所述旋风除尘室3的下端设置烟气入口303，所述旋风除尘室3的烟气入口303通过管道与气化炉103的第一烟气出口112连通，旋风除尘室3上端为第三烟气出口304，所述烟气入口303、第三烟气出口304位于旋风除尘室3圆周壁的相反侧，旋风除尘室3的顶部设置除尘室点火助燃孔301。为了使烟气、助燃风在旋风除尘室3内充分混合、燃烧后从第三烟气出口304排出，所述旋风除尘室3上设有若干助燃风供风口305，所述若干助燃风供风口305位于烟气入口303、第三烟气出口304之间。所述烟气入口303、第三烟气出口304、助燃风供风口305沿旋风除尘室3圆周壁径向或切向设置。旋风除尘室3上端的第三烟气出口304与炉室a402的上端连通，所述炉室a402、炉室b403的下端连通，所述炉室b403的上端设置废气出口，所述旋风除尘室3的下端设有从上到下半径变小的锥状出渣口302，该锥状出渣口302与气化炉103的炉膛连通。所述炉室a402、炉室b403下方设有共同的出渣口，该共同的出渣口与气化炉103的炉膛连通。本实施例中，该共同的出渣口以及锥状出渣口302均与气化炉103炉膛的尾部过渡段连通。
所述旋风除尘室3内沿内壁周向设有呈环形的水冷壁405，所述炉室a402内设置有过热器406，炉室b403内设置有蒸发器407，锅炉本体4的顶端设置汽包408，所述旋风除尘室3、炉室a402、炉室b403均位于汽包408下方，所述汽包408上设有汽水进口，用于输入汽水混合物，汽包408内设有汽水分离装置，用于分离汽水混合物，汽包408通过第一下降管409连接水冷壁405的进水口，用于输出汽水分离装置分离出的水，汽包408通过第二下降管410连接蒸发器407的进水口，用于输出汽水分离装置分离出的水，所述水冷壁405、蒸发器407的出汽口分别通过汽管连接汽包408的进汽口，用于回流高温蒸汽，所述汽包408的饱和蒸汽出口通过管道连接过热器406的进汽口，用于将回流的高温蒸汽输入过热器406内，所述过热器406的出汽口输出过热蒸汽。
所述炉室c404的上端与炉室b403上端的废气出口连通，炉室c404的下端设置废气排放口，所述炉室c404内设有节热器418，所述节热器418的进水口与增压水泵416的出水口连通，所述节热器418的出水口与汽包408的汽水进口连通。炉室c404的废气排放口与CO2分离器之间连接烟气净化系统419，参见图4，所述烟气净化系统419包括依次连接的粗净化系统、增压风机422、精洗除尘器423，净化后的烟气供入合成烟气压气机。所述粗净化系统包括洗气塔420和除尘器421，所述精洗除尘器423采用雷氏文丘里洗涤系统，包括文丘里洗涤器和旋风分离器，所述洗气塔420连接炉室c的废气排放口，洗气塔420出口连接除尘器421，再由增压风机422增压后进入精洗除尘器423作深度净化。
参见图7、图8，为垃圾气化焚烧系统包括气化焚烧炉及其循环供风系统，气化焚烧炉包括气化炉103、燃烬炉104，气化炉103和燃烬炉104之间可以密封或连通，气化炉103炉床的下方以及燃烬炉104炉床的下方分别设有两个独立的一次风室107，所述气化炉103的前拱、后拱上分别设置二次供风口115，所述气化炉103的拱顶设置第一烟气出口112，所述燃烬炉104的拱顶设置第二烟气出口113。
气化焚烧炉包括炉架101，以及在炉架101上沿进料方向依次设置的给料仓102、气化炉103和燃烬炉104，燃烬炉104的后方为燃烬炉104的出渣口116，所述燃烬炉104上设有落渣口117，所述燃烬炉104的出渣口116位于燃烬炉落渣口117的正下方，所述落渣口117通过管道与除尘装置201的出渣口连通。本结构密封效果好，可以有效容减少污染物排放量。气化炉103主要是对垃圾的含炭部分进行气化，并排出可燃的气化烟气和垃圾残渣，燃烬炉104主要进行残炭的燃烧处理，并排出无害化的灰渣。气化炉103和燃烬炉104的炉床105均采用分段独立驱动的机械炉排式移动炉床105，机械炉排式移动炉床105的炉排是由活动炉排板与固定炉排板前后重叠，相间排列汇集而成，相邻的多组活动炉排板通过拉杆连接，采用一套驱动装置驱动。机械炉排式移动炉床105作为输送垃圾的载体，其实施方式可以是各类型移动炉床105，如链板式、滚筒式、多段式炉排系统等。
所述炉架101上设有垃圾推料器106，所述垃圾推料器106位于给料仓102的下方，用于将给料仓102内的垃圾推入气化炉103内，气化炉103移动炉床105的下方以及燃烬炉104移动炉床105的下方分别设有至少一个独立设置的一次风室107，本实施例中，与气化炉103前半部的一次风室107对应的炉排、驱动装置，作为气化炉103炉床105的干燥段，与气化炉103后半部的一次风室107对应的炉排、驱动装置作为气化炉103炉床105的气化段。气化炉103炉床105的干燥段、气化段可以分别采用1-2个独立的一次风室107供风，也可以分别采用3-4个独立的一次风室107供风。当然，炉排、驱动装置和一次风室107也可不对应设置，更好的调节移动炉床105上料层移动和配风关系。燃烬炉104可以采用1-4个独立的一次风室107供风，燃烬后灰渣从出渣口排除，进入下一步处理工序。
所述给料仓102、气化炉103之间设有堆料密封段108，垃圾推料器106工进到位处于堆料密封段108内，垃圾原料从给料仓102放入落下，垃圾推料器106后退，再推进，往复多次推料在堆料密封段108形成堆料，使气化炉103入口处于堆料密封状态，增强气化炉103密封效果，解决垃圾推料器106和给料仓102容易漏气问题。需要完全清炉处理掉所有垃圾时，垃圾推料器106再往前推进一半行程，将垃圾完全推入气化炉103内，使气化炉103入口失去堆料密封效果。所述气化炉103与燃烬炉104之间的炉架101部分上留有过渡落渣段109，所述过渡落渣段109设置有残渣推料器110，用于将气化炉103内落下的垃圾残渣推入燃烬炉104内，过渡落渣段109在堆积垃圾残渣时可处于堆料密封状态，增强气化炉103密封效果，解决气化炉103、燃烬炉104之间串风的问题。本实施例中，所述过渡落渣段109上设置有可开闭的隔离门111，所述隔离门111用于将气化炉103、燃烬炉104隔断。在起炉初期或需要控制气化炉103与焚烧炉之间窜风时，关闭隔离门111，当落渣段堆放一定量的残渣形成堆料密封后，可以保持隔离门111打开，与下方设置的残渣推料器110协调使用，以实现垃圾连续气化焚烧处理。
所述气化炉103的上端、燃烬炉104的上端分别呈拱起状，所述气化炉103的前拱为平直结构，或者，气化炉103的前拱为后端向上倾斜结构。所述气化炉103的拱顶设置第一烟气出口112，所述燃烬炉104的拱顶设置第二烟气出口113，所述气化炉103上端的拱起、燃烬炉104上端的拱起上分别设有点火助燃孔114。气化烟气从第一烟气出口112、第二烟气出口113排除，气化炉103炉膛空间与传统的垃圾焚烧炉相比，相对减小；前、后拱与移动炉床105相对位置变小，减少了焚烧炉占用的空间，也更易于保温，减少了热量的泄露量，有利于垃圾充分气化。所述气化炉103的前拱、后拱上分别设置二次供风口115。
所述循环供风系统包括除尘装置201、第一风机202、第二风机203，本实施例中，所述除尘装置201为旋风分离器或者高温除尘器421，所述第一风机202为高温风机，所述第二风机203为鼓风机。所述除尘装置201的进气端通过管道与第二烟气出口113连接，所述除尘装置201的出气端通过管道与第一风机202的进气端连接，所述第一风机202的出气端连接第一歧管204的总管，所述第一歧管204的支管分别与气化炉103移动炉床的下方的各一次风室107、气化炉103上的各二次供风口115以及旋风除尘室3的烟气入口303连通，所述第一歧管204的各支管上分别设置第一调节阀207，所述第二风机203的进气口与储料坑大气连通，可以吸收储料坑内散发的臭气，所述第二风机203的出气口连接第二歧管205的总管，所述第二歧管205的支管分别与燃烬炉104移动炉床下方的各一次风室107以及除尘装置201的进气端、出气端连通，所述第二歧管205的各支管上分别设置第二调节阀208。还包括第三歧管206，所述第三歧管206的总管与第二风机203的出气口连通，所述第三歧管206的各支管分别与若干助燃风供风口305连通，第三歧管206的各支管上分别设置第三调节阀209。所述炉室c404内设有空气预热器424，本实施例中，空气预热器424位于节热器418的下游端，所述第二风机203的出气端连接空气预热器424的进气口，空气预热器424的出气口连接第二歧管206的总管，所述第三歧管206的总管与空气预热器424的出气口连通。
气化炉103一次风是高温风机抽取燃烬炉104的烟气产生一定压力鼓入气化炉103机械炉排式移动炉床105下方对应的一次风室107内，再通过移动炉床105上的一次风孔喷射穿透垃圾，进行气化，通过对应各支管上的第一调节阀207调节供风量。气化炉103二次风是高温风机抽取燃烬炉104的烟气产生一定压力鼓入气化炉103炉膛，其喷射孔设置在气化炉103前拱和后拱上。前、后拱上设置有二次供风口115，提高气化效率，增强烟气中高分子物质分解。后拱上开有点火助燃孔114，起炉、烘炉和稳定气化炉103内温度使用，通过对应各支管上的第一调节阀207调节供风量。所述第二风机203的进气口与储料坑大气连通，第二风机203鼓入的空气可以是冷风或经过加热后的热风。所述第二风机203的出气口连接第二歧管205的总管，所述第二歧管205的支管分别与燃烬炉104移动炉床105下方的各一次风室107以及除尘装置201的进气端、出气端连通，所述第二歧管205的各支管上分别设置第二调节阀208。燃烬炉104一次风是鼓风机将一定压力的空气鼓入机械炉排式移动炉床105下方对应的一次风室107内，再通过移动炉床105上的一次风孔喷射穿透残渣，进行残渣燃烧，通过对应各支管上的第一调节阀207调节供风量。除尘装置201的进气端、出气端的进风为调温供风，调温供风是鼓风机将一定压力的空气鼓入燃烬炉104出口(即旋风分离器入口)进行调温，同时，旋风分离器出口(即高温风机入口)鼓入进一步调温，通过对应各支管上的第一调节阀207调节供风量。
循环供风系统对机械炉排式垃圾气化焚烧炉供风后的垃圾处理方法，该方法按以下步骤进行：
步骤A、关闭机械炉排式垃圾气化焚烧炉1与大气通风的闸门，启动机械炉排式垃圾气化焚烧炉1，将垃圾原料投入给料仓102，垃圾推料器106往复多次推料，将从给料仓102落下的垃圾原料推入给料仓102、气化炉103之间的堆料密封段108，使堆料密封段108形成堆料密封状态，多余的垃圾落入气化炉103的移动炉床105，气化炉103的移动炉床105工作，将垃圾输送入过渡落渣段109，残渣推料器110往复多次推料，将过渡落渣段109上的垃圾推入燃烬炉104内，燃烬炉104的移动炉床105工作输送垃圾，直到垃圾在气化炉103、燃烬炉104的移动炉床105堆积至所需的厚度：0.6-0.8m，，烘炉时，所堆积的垃圾可以保护移动炉床105，防止烧损炉床105。停止向给料仓102投料，气化炉103和燃烬炉104的移动炉床105停止工作，然后，用点火燃烧器通过气化炉103和燃烬炉104的点火助燃孔114分别与气化炉103和燃烬炉104的炉膛相通，在点火燃烧器的作用下，对气化炉103和燃烬炉104进行起炉、烘炉，待这一过程稳定完成，使气化炉103和燃烬炉104炉膛达到预定温度600-700℃；烘炉的目的是为了脱除衬里中的自然水和结晶水，以免在开工时由于炉温上升太快，水份大量膨胀造成炉体胀裂、鼓泡或变形甚至炉墙倒塌，影响加热炉炉墙的强度和使用寿命。
步骤B、启动调节循环供风系统2，调节气化炉103、燃烬炉104以及循环供风系统2的工艺参数(推料器速度、炉排速度、一次风温、风压和风量、二次风温、风压和风量、炉温、炉内负压、料层厚度等)，向给料仓102投料，气化炉103的移动炉床105工作输送垃圾，垃圾在气化炉103的炉膛内开始进行燃烧，垃圾残渣在过渡落渣段109处堆积形成堆料密封，使气化炉103的炉膛内燃烧状态温度稳定到850℃以上，燃烬炉104的移动炉床105工作输出燃烬后的垃圾残渣。
步骤C、调节气化炉103、燃烬炉104以及循环供风系统2的各工艺参数(推料器速度、炉排速度、一次风温、风压和风量、二次风温、风压和风量、炉温、炉内负压、料层厚度等)，气化炉103逐渐对垃圾进行气化，气化温度稳定在700-800℃之间，使气化炉103稳定产生含10％-20％合成气的高温烟气，气化炉103气化状态稳定进行低温、中温或高温气化均可。使燃烬炉104燃烧状态温度稳定到850℃以上，实现垃圾连续气化焚烧处理；需同时调节旋风除尘室3的各工艺参数，使旋风除尘室3第三烟气出口304温度稳定到850℃以上。
步骤D、需检修或停炉时，停止投料，调节气化炉103、燃烬炉104以及循环供风系统2的工艺参数，使气化炉103逐渐恢复到燃烧状态，待垃圾和垃圾残渣燃烬后，关闭机械炉排式垃圾气化焚烧炉1以及循环供风系统2。需同时调节旋风除尘室3的各工艺参数，使气化炉103逐渐恢复到燃烧状态。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种基于垃圾气化合成气回收的湿空气透平发电系统，包括垃圾气化焚烧系统、锅炉系统、循环发电系统，所述锅炉系统具有汽包、过热器，其特征在于：所述循环发电系统包括混合器、低压空气压气机、高压空气压气机、涡轮机、发电机、空气汽气换热器、CO2汽气换热器、CO2风机、再循环风机、混合分离器、CO2分离器、以及锅炉系统的给水输入系统，所述混合器的侧壁上设有第一入口、第二入口，所述混合器的底部设有出水口，所述混合器的顶部设有出汽口，所述混合器的第一入口连接汽包的饱和蒸汽出口，所述混合器的第二入口连接高压空气压气机的出气口，所述高压空气压气机的进气口连接低压空气压气机的出气口，所述低压空气压气机的进气口与大气连通，所述混合器的出水口连接汽包的进水口，所述混合器的出汽口连接过热器的进汽口，所述过热器的出汽口输出高压过热蒸汽，所述过热器的出汽口连接涡轮机的进气口，所述涡轮机与发电机动力连接，高压过热蒸汽推动涡轮机发电，所述锅炉系统的废气排放口连接CO2风机的进气口，所述CO2分离器连接于锅炉系统的废气排放口、CO2风机的进气口之间，所述CO2风机的出气口输出CO2，所述涡轮机的出气口分别连接CO2汽气换热器的加热通道、空气汽气换热器的加热通道，CO2汽气换热器的加热通道、空气汽气换热器的加热通道并联后再连接再循环风机的进气口，再循环风机的出气口连接混合分离器，所述混合分离器分离出氮气排空或回收利用或输入垃圾气化焚烧系统作为气化剂，剩余气体与CO2风机输出的CO2混合输入垃圾气化焚烧系统作为气化剂，所述CO2风机的出气口与垃圾气化焚烧系统之间连接CO2汽气换热器的受热通道，所述混合器的第二入口与高压空气压气机的出气口之间连接空气汽气换热器的受热通道。
2.根据权利要求1所述的基于垃圾气化合成气回收的湿空气透平发电系统，其特征在于：还包括气水换热器，所述低压空气压气机、高压空气压气机之间连接气水换热器的受热通道，所述给水输入系统的出水口连接气水换热器的加热通道的加热通道后对锅炉系统供水，所述给水输入系统包括通过管道依次串联的除氧器、水泵，所述除氧器的进水口连接水源，所述水泵的出水口为给水输入系统的出水口。
3.根据权利要求1所述的基于垃圾气化合成气回收的湿空气透平发电系统，其特征在于：所述CO2分离器包括一级膜分离器以及第一二级膜分离器、第二二级膜分离器，所述一级膜分离器分离出H2、CO2排入第一二级膜分离器，其余气体排入第二二级膜分离器，所述第一二级膜分离器分离出CO2输入CO2风机，剩余的H2回收再利用，所述第二二级膜分离器分离出N2回收再利用，其余的气体回收再利用。
4.根据权利要求1所述的基于垃圾气化合成气回收的湿空气透平发电系统，其特征在于：所述锅炉系统包括锅炉本体，所述锅炉本体具有旋风除尘室、炉室a、炉室b，所述旋风除尘室的下端设置烟气入口，旋风除尘室的烟气入口与垃圾气化焚烧系统连接，旋风除尘室上端为第三烟气出口，旋风除尘室上端的第三烟气出口与炉室a的上端连通，所述炉室a、炉室b的下端连通，所述炉室b的上端设置废气出口，所述旋风除尘室内沿周向设有呈环形的水冷壁，所述炉室a内设置有所述的过热器，炉室b内设置有蒸发器，锅炉本体的顶端设置所述的汽包，所述旋风除尘室、炉室a、炉室b均位于汽包下方，所述汽包上设有汽水进口，汽包内设有汽水分离装置，用于分离汽水混合物，汽包通过第一下降管连接水冷壁的进水口，用于输出汽水分离装置分离出的水，汽包通过第二下降管连接蒸发器的进水口，用于输出汽水分离装置分离出的水，所述水冷壁、蒸发器的出汽口分别通过汽管连接汽包的进汽口，用于回流高温蒸汽。
5.根据权利要求4所述的基于垃圾气化合成气回收的湿空气透平发电系统，其特征在于：所述锅炉本体具有炉室c，所述炉室c的上端与炉室b上端的废气出口连通，炉室c的下端设置废气排放口，所述炉室c的废气排放口与CO2分离器之间连接烟气净化系统，所述烟气净化系统包括依次连接的粗净化系统、增压风机、精洗除尘器，净化后的烟气供入合成烟气压气机。
6.根据权利要求5所述的基于垃圾气化合成气回收的湿空气透平发电系统，其特征在于：所述粗净化系统包括洗气塔和除尘器，所述精洗除尘器采用雷氏文丘里洗涤系统，包括文丘里洗涤器和旋风分离器，所述洗气塔连接炉室c的废气排放口，洗气塔出口连接除尘器，再由增压风机增压后进入精洗除尘器作深度净化。
7.根据权利要求5所述的基于垃圾气化合成气回收的湿空气透平发电系统，其特征在于：所述炉室c内设有节热器，所述节热器的进水口与给水输入系统的出水口连通，所述节热器的出水口与汽包的汽水进口连通。
8.根据权利要求5所述的基于垃圾气化合成气回收的湿空气透平发电系统，其特征在于：所述垃圾气化焚烧系统包括气化焚烧炉、循环供风系统，所述气化焚烧炉包括炉架，以及在炉架上沿进料方向依次设置的给料仓、气化炉和燃烬炉，气化炉的后方为气化炉的落渣口，燃烬炉位于气化炉落渣口的前下方，燃烬炉的后方为燃烬炉的出渣口，所述炉架上设有垃圾推料器，所述垃圾推料器位于给料仓的下方，用于将给料仓内的垃圾推入气化炉内，气化炉移动炉床的下方以及燃烬炉移动炉床的下方分别设有至少一个独立设置的一次风室，所述给料仓、气化炉之间设有堆料密封段，所述气化炉与燃烬炉之间的炉架部分上留有过渡落渣段，所述过渡落渣段设置有残渣推料器，用于将气化炉内落下的垃圾残渣推入燃烬炉内，所述过渡落渣段上设置有可开闭的隔离门，所述隔离门用于将气化炉、燃烬炉隔断；所述气化炉、燃烬炉分别包括炉壳、移动炉床，所述气化炉的前、后方分别通过堆料密封段、过渡落渣段密封，所述过渡落渣段隔离气化炉、燃烬炉，使气化炉、燃烬炉相互独立；所述气化炉、燃烬炉分别呈拱起状，所述气化炉的前拱、后拱上分别设置二次供风口，所述气化炉的拱顶设置第一烟气出口，所述旋风除尘室的烟气入口与第一烟气出口连通，所述燃烬炉的拱顶设置第二烟气出口，所述气化炉、燃烬炉上分别设有点火助燃孔；
所述循环供风系统包括除尘装置、第一风机、第二风机，所述除尘装置的进气端通过管道与第二烟气出口连接，所述除尘装置的出气端通过管道与第一风机的进气端连接，所述第一风机的出气端连接第一歧管的总管，所述第一歧管的支管分别与气化炉移动炉床的下方的各一次风室、气化炉上的各二次供风口以及旋风除尘室的烟气入口连通，所述第一歧管的各支管上分别设置第一调节阀，所述第二风机的进气口与大气连通，所述第二风机的出气口连接第二歧管的总管，所述第二歧管的支管分别与燃烬炉移动炉床下方的各一次风室以及除尘装置的进气端、出气端连通，所述第二歧管的各支管上分别设置第二调节阀，所述旋风除尘室上设有若干助燃风供风口，所述若干助燃风供风口位于烟气入口、第三烟气出口之间，还包括第三歧管，所述第三歧管的总管与第二风机的出气口连通，所述第三歧管的各支管分别与若干助燃风供风口连通，第三歧管的各支管上分别设置第三调节阀。
9.根据权利要求8所述的基于垃圾气化合成气回收的湿空气透平发电系统，其特征在于：所述炉室a、炉室b下方设有共同的出渣口，所述旋风除尘室的下端设有从上到下半径变小的锥状出渣口，该共同的出渣口、锥状出渣口分别与气化炉的炉膛连通。
10.根据权利要求8所述的基于垃圾气化合成气回收的湿空气透平发电系统，其特征在于：所述炉室c内设有空气预热器，所述第二风机的出气端连接空气预热器的进气口，空气预热器的出气口连接第二歧管的总管。
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