CN106244240A - 一种垃圾、固体废物气化产生燃气的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及垃圾、固体废物气化领域，特别是一种垃圾、固体废物气化产生燃气的方法。本发明提供一种垃圾、固体废物气化产生燃气的方法，包括以下步骤：S1、提高垃圾、固体废物热值到设定热值；S2、将预处理后的送入气化炉内，以浓度高于设定浓度的富氧空气或纯氧为气化剂，使垃圾、固体废物在1200℃‑2000℃的温度发生气化反应。本发明的垃圾、固体废物气化产生燃气的方法中，将预处理后的垃圾、固体废物送入气化炉内，以浓度高于设定浓度的富氧空气或纯氧为气化剂，使垃圾、固体废物在1200℃‑2000℃的温度发生气化反应，气化反应的残渣灰为熔融状态的液态高温渣，并以熔融状态排出。气化反应的连续性好，稳定性高。
Description
技术领域
本发明涉及垃圾、固体废物气化领域，特别是一种垃圾、固体废物气化产生燃气的方法。
背景技术
随着城市化进程的加快和土地资源的日益紧缺，垃圾焚烧技术已经成为大中城市处理生活垃圾的主要手段之一。
目前国内外所采用的焚烧炉主要包括机械炉排炉、流化床焚烧炉和固定床焚烧炉。这些焚烧技术在处理生活垃圾时，均需要采用过量的空气作为助燃剂，空气过剩系统非常高，机械炉排炉为1.5～1.8，流化床焚烧炉为2.0～2.5，固定床焚烧炉更高，达到3.0以上。每千克垃圾经过焚烧处理后产生6～15Nm3废气，需要庞大的尾气净化系统进行烟气净化。
另外，由于我国垃圾含水率高达50％以上，甚至达到70％，垃圾热值低，一般只有800～1000kcal/kg，使得焚烧温度难以达到850℃以上，对于焚烧过程二噁英的控制受到影响。流化床焚烧炉不得不通过补加大量燃煤来满足焚烧热值的需要。
申请公布号为CN104745235A的专利文献公开了一种等离子垃圾气化热解设备，包括等离子垃圾气化炉和垃圾热解炉和垃圾自动进料装置，在气化炉的顶部设有合成气的出口，在气化炉顶部设置有气化炉顶部等离子体炬，在气化炉中下部设有若干个气化炉料仓的进料口，在该进料口的下方设有气化炉布风板，在气化炉的底部设有气化炉底部等离子炬；在热解炉的顶部设有热解气合成气的出口，在热解炉的中下部设有热解炉料仓的进料口，在该进料口的下方设有热解炉布风板。生活垃圾由气化炉料仓经进料口进入气化炉，气化介质经气化炉布风板进入气化炉和垃圾物料发生气化反应生成合成气；从气化炉顶部出来的合成气经热解炉布风板进入热解炉与由热解炉料仓进入的垃圾进行热解反应。该设备中设有等离子体炬能够保证气化所需的温度。但是等离子体炬的使用寿命非常短（几百个小时），等离子体炬需要频繁的更换。
发明内容
本发明的目的是将垃圾、固体废物气化产生燃气，并保证燃气中的二噁英含量符合环保要求。
为达上述优点，本发明提供一种垃圾、固体废物气化产生燃气的方法，包括以下步骤：
S1、提高垃圾、固体废物热值到设定热值；
S2、将预处理后的垃圾、固体废物送入气化炉内，以浓度高于设定浓度的富氧空气或纯氧为气化剂，使垃圾、固体废物气化反应的温度在1200℃-2000℃。
在本发明的垃圾、固体废物气化产生燃气的方法的一个实施例中，所述方法在所述步骤S2之后还包括：S3、燃气冷却，使燃气温度降低到100-200℃之间；S4、燃气净化，在冷却后的燃气内混入活性炭和/或利用除尘设备捕获燃气中的灰尘和/或重金属颗粒。
在本发明的垃圾、固体废物气化产生燃气的方法的一个实施例中，所述提高垃圾、固体废物热值到设定热值的包括：降低垃圾、固体废物的含水率和/或在垃圾、固体废物内混入高热值物料。
在本发明的垃圾、固体废物气化产生燃气的方法的一个实施例中，所述高热值物料为热值高于设定热值的燃料，所述高热值物料包括：煤、生物质、焦炭中的一项或几项。
在本发明的垃圾、固体废物气化产生燃气的方法的一个实施例中，所述步骤S1还包括将垃圾、固体废物粉碎，粉碎后的垃圾、固体最大粒径优选小于或等于100mm，也可以是较大的粒径。
在本发明的垃圾、固体废物气化产生燃气的方法的一个实施例中，所述步骤S1还包括测定垃圾、固体废物热值的步骤。
在本发明的垃圾、固体废物气化产生燃气的方法的一个实施例中，所述步骤S2还包括使用等离子体炬点火的步骤。
在本发明的垃圾、固体废物气化产生燃气的方法的一个实施例中，所述步骤S2还包括当气化炉内温度低于设定温度时使用等离子体炬提高气化炉内温度的步骤。
在本发明的垃圾、固体废物气化产生燃气的方法的一个实施例中，所述设定热值大于或等于1200kcal/kg，所述设定浓度（氧气的体积百分比）大于或等于30%。
在本发明的垃圾、固体废物气化产生燃气的方法的一个实施例中，所述步骤S2还包括气化剂进入气化炉前对气化剂加热至100-800℃的步骤。
在本发明的垃圾、固体废物气化产生燃气的方法中，将预处理后的送入气化炉内，以浓度高于设定浓度的富氧空气或纯氧为气化剂，使垃圾、固体废物在1200℃-2000℃的温度发生气化反应，气化反应的残渣灰为熔融状态的液态高温渣，并以熔融状态排出。气化反应的连续性好，稳定性高。
附图说明
图1所示为本发明第一实施例的垃圾、固体废物气化系统的结构示意图。
图2所示为本发明第一实施例的垃圾、固体废物气化产生燃气的方法的流程图。
图3所示为本发明第一实施例的垃圾、固体废物气化产生燃气的方法的实验数据。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
图1所示为本发明第一实施例的垃圾、固体废物气化的结构示意图。请参见图1，本实施例的一种垃圾、固体废物气化系统包括：气化炉1、换热单元2、净化单元3。
气化炉1用于将垃圾、固体废物气化为燃气，燃气与富氧空气或纯氧以及其他介质经换热单元2冷却后进入净化单元3净化，净化后的燃气可以送入用气单元200。
气化炉1连通有供氧单元（图未示），供氧单元用于向气化炉1提供富氧空气或纯氧作为气化剂。供氧单元可以是富氧空气储罐或纯氧储罐、富氧空气制造设备或纯氧制造设备。气化炉1的进料口位于气化炉顶部的中部区域内，这样有利于垃圾、固体废物进入气化炉1内部时较为均匀的分布在气化炉1内，进而保证了气化炉1内气化反应稳定。
气化炉1外设有围绕气化炉炉体呈环形布置的富氧空气进口集箱，化炉炉体周向均匀布置有多个富氧空气进口支管，富氧空气进口支管可以采用一层或多层。气化炉1的炉体采用圆形，上大下小的结构。富氧空气进口支管的朝向可以是气化炉的中心线，富氧空气进口支管的朝向也可以形成假想切圆，目的是使液态的反应物产生旋转，混合更均匀。
气化剂的压力在0-0.7MPa范围内可调，为了提高热量利用效率和提高反应温度，气化剂需要加热到100-800℃左右，氧气浓度（体积百分比）30%-100%。
为了使出口燃气温度保持在设定的温度范围内，在本发明的其他实施例中，在气化炉1上部设有调温富氧空气进口集箱，以及对应的调温富氧空气进口支管，当燃气出口温度低于设定值时，通过调温富氧空气进口集箱、调温富氧空气进口支管加入富氧空气，使部分燃气燃烧，增加出口燃气的温度，使燃气温度达到设定值，使二噁英在高温下彻底分解。
换热单元2用于冷却燃气，将冷却燃气降至300℃以下，优选100-200℃，燃气冷却的目的是防止净化单元3工作温度过高。换热单元2先利用第一换热介质吸收燃气热量提升气化剂的温度，再利用第二换热介质吸收燃气热量使燃气的温度符合净化单元3需求。第一换热介质、第二换热介质可以是水、水蒸气、空气、导热油等。
净化单元3包括活性炭喷洒装置31、除尘装置32、引风机33。活性炭喷洒装置31的工作温度为100-200℃、除尘装置32的工作温度为100-200℃，引风机33的工作温度为100-200℃。
活性炭喷洒装置31用于将活性炭混入燃气中，活性炭31用于吸附燃气中的重金属颗粒。除尘装置32用于去除燃气中的灰尘，除尘装置32可以是布袋除尘器，引风机33用于保证燃气流动所需的气压差。降温后的燃气进入后部的燃气管道，在燃气管道中喷入活性炭，活性炭具有极大的比表面积和极强的吸附能力等优点。即使是少量的活性炭，只要和烟气均匀混合，就能达到很高的吸附净化效率。为在尾部确保Hg等重金属和二噁英类物质的近零排放，采用活性炭喷射吸附的辅助净化技术。本实施例中在燃气进入除尘装置32之前的管道内喷入活性炭，使烟气进入除尘装置32之前就能和活性炭充分混合和接触，将烟气中的有害物质吸附掉，活性炭进入除尘装置32内与其他未被吸附的固体颗粒一起被除尘装置32捕获。除尘装置32分离下来的灰，经固化处理后，运到厂外处理。
用气单元200为以燃气为燃料的锅炉，在本发明的其他实施例中，用气单元200存储燃气的储罐或以燃气为原料合成甲烷、甲醇、二甲醚或烯烃的设备。
在其他实施例中，燃气可以与燃煤锅炉耦合发电或产生热介质和蒸汽；可以进入陶瓷窑炉、玻璃窑炉等加热设备；还可以与内燃机或燃气轮机配合进行发电。
在本发明的其他实施例中用气单元200对燃气的要求不高时，气化炉所气化的燃气可以直接送入用气单元200燃烧，在用气单元200可以在燃气燃烧形成的烟气进入烟囱之前附设活性炭吸附塔，对烟气中的有害物质进行进一步的吸附净化处理。
本发明的关键在于保证气化炉内的气化反应温度，
优选的垃圾、固体废物在进入气化炉1前经过晾晒或脱水，使垃圾、固体废物热值提高，进入气化炉的垃圾、固体废物的热值应高于设定热值，设定的热值为1200kcal/kg。
富氧空气或纯氧与垃圾、固体废物在1200℃-2000℃的温度高温下发生气化反应，优选1500℃-2000℃的高温下发生气化反应。
在气化炉1内的气化反应温度达到1200℃-2000℃以上时的气化反应的残渣灰为熔融状态的液态高温渣，并以熔融状态排出。液态高温渣直接冷却下来后，将会凝固成为体积很大的固体物质。采用水淬处理后，由于是急冷，渣子急冷，崩裂下来，成为小颗粒渣子，不必破碎即可直接当做建筑材料来用。熔融状态的灰变成玻璃体，使垃圾、固体废物中有害物质，如重金属等固化在玻璃体中，达到无害化处理的目的。
气化炉1内垃圾和固体废物在富氧空气或纯氧的作用下发生气化反应，在气化炉1的燃气出口处燃气温度达到1000℃以上，并使燃气在高温下的停留时间大于2秒，彻底使二噁英分解。即冷却单元2与气化炉1之间应有足够的距离以保证燃气在高温状态的时间。
二噁英随温度变化的分解过程如下：
随着温度的升高，到750℃左右，其中分子量较大的二噁英类物质开始分解，但热稳定性好的氯苯类（如C6H5Cl）不易分解。随着温度的升高，这类物质会进行激烈的游离基反应而生成（C6H4ClOH）等物质。在二噁英类物质中主要有C-C、C-Cl、C-O、C-H等几种化学键，其键能如下表：
| 化学键 | C-C | C-O | C-Cl | C-H | C=C |
| 键能（kJ/mol） | 347 | 360 | 326 | 414 | 611 |
二噁英的热分解可能分为以下三步：
（1）、由于C-Cl键的键能是最低的，所以最先断裂，一般温度在750℃左右。
（2）、其次轮到C-O键的断裂，一般温度在800℃左右。
步骤（1）和（2）只是减少了实际上的二噁英类物质，但是大大增加了二噁英前体物的浓度，即增加了后期合成几率。
（3）、完全分解，这一步要求比较高，一般温度要在1000℃左右。二噁英分解在850℃左右在炉膛中停留时间到达2秒，或是1000℃左右在炉膛里停留1秒，或是1200℃左右停留几微秒二噁英可以完全分解。
在垃圾、固体废物富氧液态排渣的气化炉1内发生的是气化反应，垃圾气化是将含有机可燃物的垃圾在缺氧的条件下利用热能使化合物的化合键断裂，由大分子量的有机物转变为小分子量的CO,H2,CH4等燃气。其抑制二噁英的主要途径有：①减少了二噁英前体物的生成；②垃圾中的有价金属没有被氧化，垃圾中的Cu、Fe等金属不易生成促进二噁英生成的催化剂。同时，垃圾的热解气化还有其优点：①制备出燃气；②热解气体燃烧时空气系数较低，能大大降低排烟量、提高能量利用率、降低NOx排量、减少烟气处理设备的投资和运行费。
此外，带有孤对电子的分子，如含有氮或硫的分子，也可与Cu、Fe及其它过渡金属反应形成稳定的化合物，从而降低催化形成二噁英的可能性。
此外在高温条件下的气化反应，燃气中不含焦油。
图2所示为本发明第一实施例的垃圾、固体废物气化产生燃气的方法的流程图。请参见图2，本发明中垃圾、固体废物气化产生燃气的方法，可以按照以下步骤产生燃气：
S1、预处理，包括提高垃圾、固体废物热值到设定热值；
提高垃圾、固体废物热值到设定热值的手段为降低垃圾、固体废物的含水率和/或在垃圾、固体废物内混入高热值物料；
S2、气化，将预处理后的垃圾、固体废物送入气化炉内，以浓度高于设定浓度的富氧空气或纯氧为气化剂气化垃圾、固体废物；
S3、燃气冷却
使燃气温度降低到300℃以下，优选100-200℃之间；
S4、燃气净化
包括在冷却后的燃气内混入活性炭和/或利用除尘设备捕获燃气中的灰尘和/或重金属颗粒。
高热值物料为热值高于设定热值的燃料，如煤、生物质、焦炭。高热值物料为块状结构，优选粒径为10mm-50mm，也可是其它粒径，这样高热值物料掺入极大的增加了垃圾、固体废物的透气性或孔隙率，使气化反应时氧气与垃圾、固体废物充分接触，极大的增加气化反应的速度，提高气化反应的温度。
在本发明的其他实施例中，S1、预处理还包括将垃圾、固体废物粉碎的步骤。优选的粉碎后的垃圾、固体最大粒径应小于100mm，也可以是较大的粒径。
在本发明的其他实施例中，S1、预处理还包括测定垃圾、固体废物热值的步骤。
在本发明的其他实施例中，气化炉内设有等离子体炬，等离子体炬用于气化炉的点火，和在气化炉内温度低于设定温度时提高气化炉内的温度。
图3所示为本发明第一实施例的垃圾、固体废物气化产生燃气的方法的实验数据。通过实验数据可以发现在本发明的垃圾、固体废物气化产生燃气的方法中，将预处理后的送入气化炉内，以浓度高于设定浓度的富氧空气或纯氧为气化剂，使垃圾、固体废物气化反应的温度在1200℃-2000℃，气化反应的残渣灰为熔融状态的液态高温渣，并以熔融状态排出。气化反应的连续性好，稳定性高。
以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化和修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种垃圾、固体废物气化产生燃气的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、提高垃圾、固体废物热值到设定热值；
S2、将预处理后的垃圾、固体废物送入气化炉内，以浓度高于设定浓度的富氧空气或纯氧为气化剂，使垃圾、固体废物气化反应的温度在1200℃-2000℃。
2.根据权利要求1所述的垃圾、固体废物气化产生燃气的方法，其特征在于：所述方法在所述步骤S2之后还包括：
S3、燃气冷却，使燃气温度降低到300℃以下；
S4、燃气净化，在冷却后的燃气内混入活性炭和/或利用除尘设备捕获燃气中的灰尘和/或重金属颗粒。
3.根据权利要求1所述的垃圾、固体废物气化产生燃气的方法，其特征在于：所述提高垃圾、固体废物热值到设定热值的包括：降低垃圾、固体废物的含水率和/或在垃圾、固体废物内混入高热值物料。
4.根据权利要求3所述的垃圾、固体废物气化产生燃气的方法，其特征在于：
所述高热值物料为热值高于设定热值的燃料，所述高热值物料包括：煤、生物质、焦炭中的一项或几项。
5.根据权利要求1所述的垃圾、固体废物气化产生燃气的方法，其特征在于：所述步骤S1还包括将垃圾、固体废物粉碎，粉碎后的垃圾、固体最大粒径小于或等于100mm。
6.根据权利要求1所述的垃圾、固体废物气化产生燃气的方法，其特征在于：所述步骤S1还包括测定垃圾、固体废物热值的步骤。
7.根据权利要求1所述的垃圾、固体废物气化产生燃气的方法，其特征在于：所述步骤S2还包括使用等离子体炬点火的步骤。
8.根据权利要求7所述的垃圾、固体废物气化产生燃气的方法，其特征在于：所述步骤S2还包括当气化炉内温度低于设定温度时使用等离子体炬提高气化炉内温度的步骤。
9.根据权利要求1所述的垃圾、固体废物气化产生燃气的方法，其特征在于：所述设定热值大于或等于1200kcal/kg,所述设定浓度（氧气的体积百分比）大于或等于30%。
10.根据权利要求1所述的垃圾、固体废物气化产生燃气的方法，其特征在于：所述步骤S2还包括气化剂进入气化炉前对气化剂加热至100-800℃的步骤。
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