CN106497586A - 一种蓄热式垃圾热解发电系统及其方法 - Google Patents

一种蓄热式垃圾热解发电系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于垃圾清洁处理技术，具体涉及到一种蓄热式垃圾热解发电系统及其方法。针对现有技术中存在的上述问题，本发明采取一种蓄热式垃圾热解发电系统及其方法，包括：链板式烘干机、料斗和蓄热式热解反应器，所述料斗与所述链板式烘干机相连。本发明区别于其他成本过高或工艺复杂的垃圾处理技术，利用内置式蓄热式辐射管作为加热源，通过对蓄热辐射管的合理布置，实现了反应器温度合理控制，并能够简化辐射管的设计，降低投资成本，无二噁英产生，绿色环保，结合垃圾副产物的综合利用，达到对垃圾清洁和有效的资源化处理。同时，实现了连续的炭化工艺，工艺简单，生产效率更高，降低生产成本。

Description

一种蓄热式垃圾热解发电系统及其方法
技术领域
本发明属于垃圾清洁处理技术，具体涉及到一种蓄热式垃圾热解发电系统及其方法。
背景技术
我国每年垃圾产量巨大，特别是大城市都出现了垃圾围城。垃圾的处理方式主要包括填埋和焚烧处理，由于填埋需要占用大量土地，并给地下水和土壤带来二次污染，因此很多城市选择垃圾焚烧发电处理方式。但垃圾焚烧发电过程中需要花费很大的代价才能控制焚烧过程中二噁英的产生。由于二噁英是一种强致癌物质，所以目前很多城市上垃圾焚烧项目都给周边居民带来了很大的不安，引起居民的游行和抗议。
垃圾热解处理技术被称为第三代垃圾处理技术，因热解过程隔绝空气，在垃圾处理过程中没有氧气参与，从而从机理上抑制了二噁英的产生，是一种先进的、清洁的垃圾处理技术。垃圾热解由于需要消耗较多的能量，目前很多热解处理工艺都存在成本过高或工艺复杂的问题。因此，开发出一种工艺简单、成本低的垃圾处理技术，对实现有效、低投入地处理垃圾具有重要意义。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明采取一种蓄热式垃圾热解发电系统及其方法，区别于其他成本过高或工艺复杂的垃圾处理技术，利用内置式蓄热式辐射管作为加热源，通过对蓄热辐射管的合理布置，实现了反应器温度合理控制，并能够简化辐射管的设计，降低投资成本，无二噁英产生，绿色环保，结合垃圾副产物的综合利用，达到对垃圾清洁和有效的资源化处理。同时，实现了连续的炭化工艺，工艺简单，生产效率更高，降低生产成本。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种蓄热式垃圾热解处理系统，其特征在于，包括：
链板式烘干机；
料斗，所述料斗与所述链板式烘干机相连；
蓄热式热解反应器，包括：热解室、双蓄热式辐射管系统、进料口、焦油入口、出料口和热解气出口系统，其中，
所述双蓄热式辐射管系统包括：辐射管、蓄热体、空气风机、烟气风机、空气管线、烟气管线、燃气管线、燃气烧嘴、换向阀，
所述热解气出口系统包括：设置在所述热解室侧壁上并且位于相邻两层辐射管之间的多个热解气出口、将多个所述热解气出口连接的管路以及位于所述热解反应器下方侧部的热解气导出口，所述管路的下端与所述热解气导出口连接；其中，
所述辐射管沿所述蓄热式热解反应器的高度方向呈多层布置在所述热解室内部，每层具有多根沿水平方向布置的所述辐射管，所述辐射管的两端分别与所述热解室的侧壁固定连接；
所述蓄热体左右对称的设置在所述蓄热式热解反应器的外壁上，所述蓄热体中心设有所述燃气烧嘴，用于使通入的燃气和空气燃烧，产生烟气；
所述蓄热式热解反应器外壁与所述热解室的侧壁之间形成密闭通道，所述密闭通道与所述辐射管和所述燃气烧嘴连通，用于将所述燃气烧嘴燃烧产生的烟气通入所述辐射管中，并使烟气通过热解室侧壁直接加热所述热解室；
所述空气风机、烟气风机分别经所述空气管线、烟气管线与所述换向阀连接，所述换向阀和所述燃气管线分别与所述燃气烧嘴连接，并且，所述烟气风机与所述链板式烘干机连接，用于将所述蓄热式热解反应器排出烟气送入所述链板式烘干机作为烘干热源；
垃圾半焦焚烧炉，所述垃圾半焦焚烧炉与所述热解反应器的出料口连接，用于焚烧从出料口排出的热解炭并产生烟气，以驱动蒸汽发电机组；
蒸汽发电机组，所述蒸汽发电机组与所述垃圾半焦焚烧炉连接，用于利用所述垃圾半焦焚烧炉产生的水蒸汽发电；
冷凝鼓风系统，所述冷凝鼓风系统设置在所述蓄热式热解反应器和净化系统之间，其入口与所述热解气导出口连接，出口分别与所述热解反应器顶部的焦油入口和所述净化系统连接，用于将所述热解反应器产生的热解气进行冷凝鼓风处理得到可燃气和焦油，其中，得到的可燃气送入净化系统，得到的焦油经所述焦油入口进入所述热解反应器进行反应；
净化系统，所述净化系统分别与燃气发电机组、所述冷凝鼓风系统和所述燃气烧嘴连接，用于将所述冷凝鼓风系统产生的可燃气经净化后送入到所述燃气烧嘴和所述燃气发电机组；
燃气发电机组，所述燃气发电机组与所述净化系统连接，用于将所述净化系统产生的净燃气进行发电。
发明人发现，本发明提出了一种蓄热式垃圾热解发电系统及其方法，区别于其他成本过高或工艺复杂的垃圾处理技术，利用内置式蓄热式辐射管作为加热源，通过对蓄热辐射管的合理布置，实现了反应器温度合理控制，并能够简化辐射管的设计，降低投资成本，并且无二噁英产生，绿色环保，结合垃圾副产物的综合利用，达到对垃圾清洁和有效的资源化处理。同时，实现了连续的炭化工艺，工艺简单，生产效率更高，降低生产成本。
根据本发明的具体实施例，所述蓄热式热解反应器为立式炉结构。
根据本发明的具体实施例，所述蓄热体沿所述蓄热式热解反应器的高度方向多层布置，每层包括左右对称的位于所述辐射管两端的两个蓄热体。
根据本发明的具体实施例，所述换向阀通过空气/烟气管线与燃气烧嘴连接；所述燃气管线一端与所述净化系统连接，另一端与所述燃气烧嘴连接。
根据本发明的具体实施例，所述蓄热体为陶瓷蜂窝体材料，每层的蓄热体为4-8层的辐射管提供作为加热源的所述烟气。
根据本发明的具体实施例，所述换向阀根据所述蓄热体温度变化设置换向时间间隔，优选的，为20-150s，以使所述双蓄热式辐射管系统的两侧交替进行燃烧-排烟气。
根据本发明的具体实施例，所述料斗与所述进料口相连，所述出料口与垃圾半焦焚烧炉之间设有半焦输送装置。
根据本发明的具体实施例，燃气和空气在所述燃气烧嘴中燃烧，产生600-1000℃的高温烟气；所述烟气经所述辐射管后，温度下降至500-900℃，并将所述蓄热体加热到500-850℃。
同时，本发明提供了一种利用前面所述的系统进行垃圾蓄热式热解反应的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a. 将垃圾破碎筛分送入链板式烘干机，烟气经烟气风机引入链板式烘干机作为烘干热源，对垃圾原料进行烘干；
b. 燃气和空气在一侧的燃气烧嘴中燃烧产生高温烟气，所述高温烟气通过热解室侧壁直接加热热解室，并把烟气通过辐射管内置在热解室中，为热解反应提供热源；所述高温烟气经所述辐射管后，对另一侧的蓄热体进行加热，最终烟气经所述烟气风机引入链板式烘干机中；
c. 换向阀根据所述蓄热体温度变化设置换向时间间隔，当换向阀换向后，所述一侧的燃气烧嘴停止供燃气，而所述另一侧烧嘴开始供燃气燃烧并产生高温烟气，以使所述双蓄热式辐射管系统的两侧交替进行燃烧-排烟气，为热解反应提供热源；
d. 烘干的垃圾原料进入料斗，通过进料口加入到蓄热式热解反应器中，经布置在所述反应器中的辐射管均布和加热，在所述热解反应器的热解室中完成热解过程，产生热解气和热半焦；产生的热解气通过设置在相邻两层的所述辐射管之间的多个热解气出口汇集，并从热解反应器下部的热解气导出口导出，产生的热半焦通过出料口排出到垃圾半焦焚烧炉中，对所述热半焦进行焚烧并产生烟气，以驱动蒸汽发电机组；蒸汽发电机组利用所述垃圾半焦焚烧炉产生的水蒸汽进行发电；
e．所述热解气进入冷凝鼓风系统，在冷凝鼓风过程中得到焦油和可燃气；产生的焦油回送至所述热解反应器顶部的焦油入口，与原料一起进入热解反应器进行反应，冷却后的可燃气送入净化系统进行净化处理；
f．经净化系统产生的净可燃气，一部分送入燃气发电机组进行发电，另一部分送入燃气烧嘴中作为燃料。
根据本发明的具体实施例，所述垃圾原料的粒径范围小于200mm；所述高温烟气为600-1000℃；所述烟气经所述辐射管后，温度下降至500-900℃，并将所述蓄热体加热到500-850℃。
本发明的有益效果如下：
本发明提出了一种蓄热式垃圾热解发电系统及其方法，区别于其他成本过高或工艺复杂的垃圾处理技术，利用内置式蓄热式辐射管作为加热源，通过对蓄热辐射管的合理布置，实现了反应器温度合理控制，并能够简化辐射管的设计，降低投资成本，并且无二噁英产生，绿色环保，结合垃圾副产物的综合利用，达到对垃圾清洁和有效的资源化处理。同时，实现了连续的炭化工艺，简化热解反应工艺，生产效率更高，降低生产成本。
附图说明
图1为本发明热解发电系统的结构图。
其中，1、链板式烘干机，2、料斗，3、蓄热式热解反应器，301、辐射管，302、蓄热体，303、空气风机，304、烟气风机，305、燃气烧嘴，306、换向阀，307、热解气出口系统，4、垃圾半焦焚烧炉，5、蒸汽发电机组，6、冷凝鼓风系统，7、净化系统，8、燃气发电机组。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种蓄热式垃圾热解处理系统，如图1所示，包括：链板式烘干机1；料斗2，所述料斗与所述链板式烘干机相连；蓄热式热解反应器3，包括：热解室、双蓄热式辐射管系统、进料口、焦油入口、出料口和热解气出口系统307，其中，所述双蓄热式辐射管系统包括：辐射管301、蓄热体302、空气风机303、烟气风机304、空气管线、烟气管线、燃气管线、燃气烧嘴305、换向阀306，所述热解气出口系统包括：设置在所述热解室侧壁上并且位于相邻两层辐射管之间的多个热解气出口、将多个所述热解气出口连接的管路以及位于所述热解反应器下方侧部的热解气导出口，所述管路的下端与所述热解气导出口连接；垃圾半焦焚烧炉4，所述垃圾半焦焚烧炉与所述热解反应器的出料口连接，用于焚烧从出料口排出的热解炭并产生烟气，以驱动蒸汽发电机组；蒸汽发电机组5，所述蒸汽发电机组与所述垃圾半焦焚烧炉连接，用于利用所述垃圾半焦焚烧炉产生的水蒸汽发电；冷凝鼓风系统6，所述冷凝鼓风系统设置在所述蓄热式热解反应器和净化系统之间，其入口与所述热解气导出口连接，出口分别与所述热解反应器顶部的焦油入口和所述净化系统连接；净化系统7，所述净化系统分别与燃气发电机组、所述冷凝鼓风系统和所述燃气烧嘴连接，用于将所述冷凝鼓风系统产生的可燃气经净化后送入到所述燃气烧嘴和所述燃气发电机组；燃气发电机组8，所述燃气发电机组与所述净化系统连接，用于将所述净化系统产生的净燃气进行发电。
发明人发现，本发明提出了一种蓄热式垃圾热解处理系统及其方法，区别于其他成本过高或工艺复杂的垃圾处理技术，利用内置式蓄热式辐射管作为加热源，通过对蓄热辐射管的合理布置，实现了反应器温度合理控制，并能够简化辐射管的设计，降低投资成本，并且无二噁英产生，绿色环保，结合垃圾副产物的综合利用，达到对垃圾清洁和有效的资源化处理。同时，实现了连续的炭化工艺，工艺简单，生产效率更高，降低生产成本。
根据本发明的具体实施例，所述蓄热式热解反应器包括：热解室、双蓄热式辐射管系统、进料口、焦油入口、出料口和热解气出口系统，其中，所述双蓄热式辐射管系统包括：辐射管、蓄热体、空气风机、烟气风机、空气管线、烟气管线、燃气管线、燃气烧嘴、换向阀；所述热解气出口系统包括：设置在所述热解室侧壁上并且位于相邻两层辐射管之间的多个热解气出口、将多个所述热解气出口连接的管路以及位于所述热解反应器下方侧部的热解气导出口，所述管路的下端与所述热解气导出口连接。在本发明的一些具体实施例中，垃圾原料从进料口进入所述蓄热式热解反应器，在原料下行移动过程中进入热解室，经热解反应器中的辐射管的均布和加热后，垃圾原料在隔绝空气的氛围下发生热解反应，产生热解气和热半焦，产生的热解气通过热解气出口系统排出去，产生的热半焦通过出料口排出。在本发明的一些具体实施例中，所述料斗与所述进料口相连，用于将料斗中的垃圾原料加入到所述蓄热式热解反应器中进行处理，所述出料口与垃圾半焦焚烧炉相连，用于将产生的热半焦通过出料口排到所述垃圾半焦焚烧炉中。优选的，所述出料口与垃圾半焦焚烧炉之间设有半焦输送装置，使得热半焦运输更加高效。
根据本发明的具体实施例，所述蓄热式热解反应器，其形状不受具体的限制，只要能够将垃圾进行热解处理即可。在本发明的一些具体实施例中，所述蓄热式热解反应器为炉结构，可以立式炉结构或者卧式炉结构。优选的，所述蓄热式热解反应器为立式炉结构。
根据本发明的具体实施例，所述双蓄热式辐射管系统包括：辐射管、蓄热体、空气风机、烟气风机、空气管线、烟气管线、燃气管线、燃气烧嘴、换向阀，用于对所述蓄热式热解反应器进行加热。在本发明的一些具体实施例中，所述蓄热体设置在蓄热式热解反应器的四周外面，用于将高温烟气通过外壁来直接加热所述蓄热式热解反应器；所述辐射管设置在蓄热式热解反应器的内部，用于将高温烟气通过蓄热式辐射管的管壁来直接加热所述蓄热式热解反应器。由此，所述双蓄热式辐射管系统实现了外热和内热结合的高效率的所述蓄热式热解反应器。
根据本发明的具体实施例，所述辐射管的具体设置方式和数量不受具体限制，只要能够加热所述蓄热式热解反应器即可。在本发明的一些具体实施例中，所述辐射管的设置方式可以是沿所述蓄热式热解反应器的高度方向呈多层布置在所述热解室内部，每层的所述辐射管沿水平方向布置，所述辐射管的两端分别与所述热解室的侧壁固定连接；所述辐射管的数量可以为多根，优选的，所述辐射管可以呈多层布置，每层的所述辐射管可以具有多根沿水平方向布置。由此，所述辐射管实现了从所述蓄热式热解反应器内部对其进行高效加热。
根据本发明的具体实施例，所述蓄热体的具体设置方式、材质和数量不受具体限制，只要能够加热所述蓄热式热解反应器即可。在本发明的一些具体实施例中，所述蓄热体左右对称的设置在所述蓄热式热解反应器的外壁上，所述蓄热体沿所述蓄热式热解反应器的高度方向多层布置，并且，所述蓄热体中心设有所述燃气烧嘴，用于使通入的燃气和空气燃烧，产生烟气；所述蓄热体的材质为陶瓷蜂窝体材料，具有单位体积表面大，热稳定好、耐腐蚀等优点；所述蓄热体呈多层布置，每层包括左右对称的位于所述辐射管两端的两个蓄热体。由此，所述蓄热体实现了从所述蓄热式热解反应器外部对其进行高效加热。
根据本发明的具体实施例，所述辐射管和所述蓄热体的连接关系不受具体限制，只要能够实现高效率的加热所述蓄热式热解反应器即可。在本发明的一些具体实施例中，所述蓄热式热解反应器外壁与所述热解室的侧壁之间形成密闭通道，所述密闭通道与所述辐射管和所述燃气烧嘴连通，用于将所述燃气烧嘴燃烧产生的烟气通入所述辐射管中，并使烟气通过热解室侧壁直接加热所述热解室。优选的，每层的蓄热体为4-8层的辐射管提供作为加热源的所述烟气。由此，实现了外热和内热结合的高效率的所述蓄热式热解反应器。
根据本发明的具体实施例，所述双蓄热式辐射管系统的空气风机的设置方式不受具体限制，只要能够为所述蓄热式热解反应器提供空气即可。在本发明的一些具体实施例中，所述空气风机与所述换向阀连接，优选的，两者之间通过空气管线进行连接。
根据本发明的具体实施例，所述双蓄热式辐射管系统的烟气风机的设置方式不受具体限制，只要能够对所述蓄热式热解反应器进行烟气运输即可。在本发明的一些具体实施例中，所述烟气风机与所述换向阀连接，优选的，两者之间通过烟气管线进行连接；所述烟气风机与所述链板式烘干机连接，用于将所述蓄热式热解反应器排出的烟气送入所述链板式烘干机作为烘干热源。由此，实现了烟气余热的有效利用，降低投资成本。
根据本发明的具体实施例，所述换向阀的设置方式和工作方式不受具体限制，只要能够起到换向的作用即可。在本发明的一些具体实施例中，所述换向阀的设置方式为一端通过空气/烟气管线与燃气烧嘴连接，另一端通过空气/烟气管线分别与相应的空气/烟气风机连接；所述换向阀的工作方式可以根据所述蓄热体温度变化设置换向时间间隔，优选的，为20-150s，以使所述双蓄热式辐射管系统的两侧交替进行燃烧-排烟气。
根据本发明的具体实施例，所述燃气烧嘴的设置方式不受具体限制，只要能够产生高温烟气即可。在本发明的一些具体实施例中，所述燃气烧嘴设置在蓄热体中心；所述换向阀通过空气/烟气管线与燃气烧嘴连接，用于为所述燃气烧嘴提供空气来进行燃烧和将低温烟气排放到换向阀；所述燃气烧嘴与所述燃气管线连接，用于将可燃气输送到所述燃气烧嘴中，进一步的，所述燃气烧嘴通过所述燃气管线与所述净化系统连接，用于将所述净化系统中的净可燃气输送到所述燃气烧嘴中提供燃料。
根据本发明的具体实施例，所述净化系统提供的燃气和所述换向阀提供的空气在左边的燃气烧嘴中燃烧产生600-1000℃高温烟气，所述高温烟气经4-8个所述辐射管进入所述蓄热式热解反应器中作为加热源提供热解反应需要的能量，烟气温度下降至500-900摄氏度后经过右边的所述蓄热体材料，把烟气温度降至200℃以下经由所述烟气管道排出到所述换向阀，而右边的所述蓄热体材料被加热到500-850℃；所述换向阀根据所述蓄热体温度变化设置了间隔换向时间，一般为20-150s，当换向阀换向后，左边的燃气烧嘴停止由所述净化系统提供燃气，而右边的燃气烧嘴开始由所述净化系统提供燃气进行燃烧，所述换向阀提供的空气通过原先的烟气管线进入右边的蓄热体材料，经蓄热体加热，常温空气加热至500-750℃后，与燃气混合在右边的燃气烧嘴中燃烧，产生高温烟气通过所述辐射管进入所述蓄热式热解反应器中。
根据本发明的具体实施例，该系统还包括冷凝鼓风系统，所述冷凝鼓风系统设置在所述蓄热式热解反应器和净化系统之间，其入口与所述热解气导出口连接，出口分别与所述热解反应器顶部的焦油入口和所述净化系统连接，用于将所述热解反应器产生的热解气进行冷凝鼓风处理得到可燃气和焦油。进一步的，得到的可燃气送入净化系统，得到的焦油经所述焦油入口进入所述热解反应器进行反应。由此，实现了达到对垃圾清洁和有效的资源化处理。
根据本发明的具体实施例，该系统还包括净化系统，所述净化系统分别与燃气发电机组、所述冷凝鼓风系统和所述燃气烧嘴连接，用于将所述冷凝鼓风系统产生的可燃气经净化后送入到所述燃气烧嘴和所述燃气发电机组。
根据本发明的具体实施例，该系统中的垃圾原料的粒径不受具体限制，只要能够进行热解处理即可。在本发明的一些具体实施例中，所述垃圾原料的粒径范围小于200mm，有利于所述垃圾原料在所述蓄热式热解反应器内进行有效地热解处理。
根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种利用前面所述的系统进行垃圾蓄热式热解反应的方法，包括以下步骤：
a. 将垃圾破碎筛分送入链板式烘干机，烟气经烟气风机引入链板式烘干机作为烘干热源，对垃圾原料进行烘干。
根据本发明的具体实施例，所述垃圾原料为经分选和破碎的粒径范围小于200mm的垃圾，经烟气风机引过来的150-250℃的烟气在链板式烘干机中烘干，直至垃圾水分小于15%，有利于所述垃圾原料在所述蓄热式热解反应器内进行有效地热解处理。
b. 燃气和空气在一侧的燃气烧嘴中燃烧产生高温烟气，所述高温烟气通过热解室侧壁直接加热热解室，并把烟气通过辐射管内置在热解室中，为热解反应提供热源；所述高温烟气经所述辐射管后，对另一侧的蓄热体进行加热，最终烟气经所述烟气风机引入链板式烘干机中。
根据本发明的具体实施例，所述净化系统提供的燃气和所述换向阀提供的空气在左边的燃气烧嘴中燃烧产生600-1000℃高温烟气，所述高温烟气经4-8个所述辐射管进入所述蓄热式热解反应器中作为加热源提供热解反应需要的能量，烟气温度下降至500-900摄氏度后经过右边的所述蓄热体材料，把烟气温度降至200℃以下排出，而右边的所述蓄热体材料被加热到500-850℃，最终排出的200℃以下烟气经所述烟气风机引入链板式烘干机中，对链板式烘干机中的垃圾原料进行烘干处理。
c. 换向阀根据所述蓄热体温度变化设置换向时间间隔，当换向阀换向后，所述一侧的燃气烧嘴停止供燃气，而所述另一侧烧嘴开始供燃气燃烧并产生高温烟气，以使所述双蓄热式辐射管系统的两侧交替进行燃烧-排烟气，为热解反应提供热源。
根据本发明的具体实施例，所述换向阀根据所述蓄热体温度变化设置了间隔换向时间，一般为20-150s，当换向阀换向后，左边的燃气烧嘴停止由所述净化系统提供燃气，而右边的燃气烧嘴开始由所述净化系统提供燃气进行燃烧，所述换向阀提供的空气通过原先的烟气管线进入右边的蓄热体材料，经蓄热体加热，常温空气加热至500-750℃后，与燃气混合在右边的燃气烧嘴中燃烧，产生高温烟气通过所述辐射管进入所述蓄热式热解反应器中。由此，实现了所述双蓄热式辐射管系统的两侧交替进行燃烧-排烟气，为热解反应提供热源。
d. 烘干的垃圾原料进入料斗，通过进料口加入到蓄热式热解反应器中，经布置在所述反应器中的辐射管均布和加热，在所述热解反应器的热解室中完成热解过程，产生热解气和热半焦；产生的热解气通过设置在相邻两层的所述辐射管之间的多个热解气出口汇集，并从热解反应器下部的热解气导出口导出，产生的热解炭通过出料口排出到垃圾半焦焚烧炉中，对所述热解炭进行焚烧并产生烟气，以驱动蒸汽发电机组；蒸汽发电机组利用所述垃圾半焦焚烧炉产生的水蒸汽进行发电。
根据本发明的具体实施例，蓄热式热解反应器，包括：热解室、双蓄热式辐射管系统、进料口、焦油入口、出料口和热解气出口系统，其中，所述双蓄热式辐射管系统包括：辐射管、蓄热体、空气风机、烟气风机、空气管线、烟气管线、燃气管线、燃气烧嘴、换向阀；所述热解气出口系统包括：设置在所述热解室侧壁上并且位于相邻两层辐射管之间的多个热解气出口、将多个所述热解气出口连接的管路以及位于所述热解反应器下方侧部的热解气导出口，所述管路的下端与所述热解气导出口连接。在本发明的一些具体实施例中，垃圾原料从进料口进入所述蓄热式热解反应器，经热解反应器中的辐射管的均布和加热后，垃圾停留时间为30-400分钟后，垃圾移动至所述蓄热式热解反应器下部的出料口排出。在原料下行移动过程中，垃圾原料从进料口进入到热解室，经热解反应器中的辐射管的均布和加热后，垃圾原料在隔绝空气的氛围下发生热解反应，产生热解气和热半焦；其中，产生的热解气的温度为400-700℃，通过热解气出口系统排出去，即，在所述热解室侧壁上并且位于相邻两层辐射管之间设置了多个热解气出口，热解气通过物料和辐射管之间的缝隙进入所述热解气出口，然后经由将多个所述热解气出口连接的管路汇集到位于所述热解反应器下方侧部的热解气导出口导出；产生的热半焦的温度范围为400-750℃，通过出料口排出。在本发明的一些具体实施例中，所述料斗与所述进料口相连，用于将料斗中的垃圾原料加入到所述蓄热式热解反应器中进行处理，所述出料口与垃圾半焦焚烧炉相连，用于将产生的热半焦通过出料口排到所述垃圾半焦焚烧炉中，并配入空气对所述热半焦进行焚烧处理产生烟气，以驱动蒸汽发电机组。进一步的，该系统还包括蒸汽发电机组，所述蒸汽发电机组与所述垃圾半焦焚烧炉连接，用于利用所述垃圾半焦焚烧炉产生的水蒸汽发电。
e．所述热解气进入冷凝鼓风系统，在冷凝鼓风过程中得到焦油和可燃气；产生的焦油回送至所述热解反应器顶部的焦油入口，与原料一起进入热解反应器进行反应，冷却后的可燃气送入净化系统进行净化处理。
根据本发明的具体实施例，所述热解气进入冷凝鼓风系统后温度降至22-30℃，在冷凝鼓风过程中，得到焦油和可燃气。产生的焦油回送至所述热解反应器顶部的焦油入口，与原料一起再次进入热解反应器进行反应，冷却后的可燃气送入净化系统进行净化处理。
f．经净化系统产生的净可燃气，一部分送入燃气发电机组进行发电，另一部分送入燃气烧嘴中作为燃料。
根据本发明的具体实施例，该系统还包括净化系统，所述净化系统分别与燃气发电机组、所述冷凝鼓风系统和所述燃气烧嘴连接，用于将所述冷凝鼓风系统产生的可燃气经净化后送入到所述燃气烧嘴和所述燃气发电机组。在本发明的一些具体实施例中，脱除燃气中的杂质气后得到的净可燃气，约25-45%送入辐射管中作为燃料使用，剩余的净可燃气送入燃气发电机组进行发电。经检测，发电燃气中的二噁英含量低于0.05ng/Nm3，为欧盟垃圾处理二噁英排放标准（0.1ng/Nm3）的二分之一以下。
发明人发现，本发明提出了一种蓄热式垃圾热解处理系统及其方法，区别于其他成本过高或工艺复杂的垃圾处理技术，利用内置式蓄热式辐射管作为加热源，通过对蓄热辐射管的合理布置，实现了反应器温度合理控制，并能够简化辐射管的设计，降低投资成本，并且无二噁英产生，绿色环保，结合垃圾副产物的综合利用，达到对垃圾清洁和有效的资源化处理。同时，实现了连续的炭化工艺，工艺简单，生产效率更高，降低生产成本。
实施例1
利用蓄热式垃圾热解反应系统对垃圾进行处理，垃圾经破碎后分选出粒径范围为6mm-200mm，热解停留时间为60分钟，垃圾的分析数据、工艺操作参数和物料平衡见表1-表3。从表3得出的生物炭产率高达45.6%。
表1：垃圾分析数据
表2：工艺操作参数
表3：基本参数表
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面” 可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、 或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。

Claims (10)

1.一种蓄热式垃圾热解处理系统，其特征在于，包括：
链板式烘干机；
料斗，所述料斗与所述链板式烘干机相连；
蓄热式热解反应器，包括：热解室、双蓄热式辐射管系统、进料口、焦油入口、出料口和热解气出口系统，其中，
所述双蓄热式辐射管系统包括：辐射管、蓄热体、空气风机、烟气风机、空气管线、烟气管线、燃气管线、燃气烧嘴、换向阀，
所述热解气出口系统包括：设置在所述热解室侧壁上并且位于相邻两层辐射管之间的多个热解气出口、将多个所述热解气出口连接的管路以及位于所述热解反应器下方侧部的热解气导出口，所述管路的下端与所述热解气导出口连接；其中，
所述辐射管沿所述蓄热式热解反应器的高度方向呈多层布置在所述热解室内部，每层具有多根沿水平方向布置的所述辐射管，所述辐射管的两端分别与所述热解室的侧壁固定连接；
所述蓄热体左右对称的设置在所述蓄热式热解反应器的外壁上，所述蓄热体中心设有所述燃气烧嘴，用于使通入的燃气和空气燃烧，产生烟气；
所述蓄热式热解反应器外壁与所述热解室的侧壁之间形成密闭通道，所述密闭通道与所述辐射管和所述燃气烧嘴连通，用于将所述燃气烧嘴燃烧产生的烟气通入所述辐射管中，并使烟气通过热解室侧壁直接加热所述热解室；
所述空气风机、烟气风机分别经所述空气管线、烟气管线与所述换向阀连接，所述换向阀和所述燃气管线分别与所述燃气烧嘴连接，并且，所述烟气风机与所述链板式烘干机连接，用于将所述蓄热式热解反应器排出烟气送入所述链板式烘干机作为烘干热源；
垃圾半焦焚烧炉，所述垃圾半焦焚烧炉与所述热解反应器的出料口连接，用于焚烧从出料口排出的热解炭并产生烟气，以驱动蒸汽发电机组；
蒸汽发电机组，所述蒸汽发电机组与所述垃圾半焦焚烧炉连接，用于利用所述垃圾半焦焚烧炉产生的水蒸汽发电；
冷凝鼓风系统，所述冷凝鼓风系统设置在所述蓄热式热解反应器和净化系统之间，其入口与所述热解气导出口连接，出口分别与所述热解反应器顶部的焦油入口和所述净化系统连接，用于将所述热解反应器产生的热解气进行冷凝鼓风处理得到可燃气和焦油，其中，得到的可燃气送入净化系统，得到的焦油经所述焦油入口进入所述热解反应器进行反应；
净化系统，所述净化系统分别与燃气发电机组、所述冷凝鼓风系统和所述燃气烧嘴连接，用于将所述冷凝鼓风系统产生的可燃气经净化后送入到所述燃气烧嘴和所述燃气发电机组；
燃气发电机组，所述燃气发电机组与所述净化系统连接，用于将所述净化系统产生的净燃气进行发电。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蓄热式热解反应器为立式炉结构。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述蓄热体沿所述蓄热式热解反应器的高度方向多层布置，每层包括左右对称的位于所述辐射管两端的两个蓄热体。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于，所述换向阀通过空气/烟气管线与燃气烧嘴连接；所述燃气管线一端与所述净化系统连接，另一端与所述燃气烧嘴连接。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述蓄热体为陶瓷蜂窝体材料，每层的蓄热体为4-8层的辐射管提供作为加热源的所述烟气。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于，所述换向阀根据所述蓄热体温度变化设置换向时间间隔，优选的，为20-150s，以使所述双蓄热式辐射管系统的两侧交替进行燃烧-排烟气。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于，所述料斗与所述进料口相连，所述出料口与垃圾半焦焚烧炉之间设有半焦输送装置。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于，燃气和空气在所述燃气烧嘴中燃烧，产生600-1000℃的高温烟气；所述烟气经所述辐射管后，温度下降至500-900℃，并将所述蓄热体加热到500-850℃。
9.一种利用权利要求1-8中任一项所述的系统进行垃圾蓄热式热解反应的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a. 将垃圾破碎筛分送入链板式烘干机，烟气经烟气风机引入链板式烘干机作为烘干热源，对垃圾原料进行烘干；
b. 燃气和空气在一侧的燃气烧嘴中燃烧产生高温烟气，所述高温烟气通过热解室侧壁直接加热热解室，并把烟气通过辐射管内置在热解室中，为热解反应提供热源；所述高温烟气经所述辐射管后，对另一侧的蓄热体进行加热，最终烟气经所述烟气风机引入链板式烘干机中；
c. 换向阀根据所述蓄热体温度变化设置换向时间间隔，当换向阀换向后，所述一侧的燃气烧嘴停止供燃气，而所述另一侧烧嘴开始供燃气燃烧并产生高温烟气，以使所述双蓄热式辐射管系统的两侧交替进行燃烧-排烟气，为热解反应提供热源；
d. 烘干的垃圾原料进入料斗，通过进料口加入到蓄热式热解反应器中，经布置在所述反应器中的辐射管均布和加热，在所述热解反应器的热解室中完成热解过程，产生热解气和热半焦；产生的热解气通过设置在相邻两层的所述辐射管之间的多个热解气出口汇集，并从热解反应器下部的热解气导出口导出，产生的热半焦通过出料口排出到垃圾半焦焚烧炉中，对所述热半焦进行焚烧并产生烟气，以驱动蒸汽发电机组；蒸汽发电机组利用所述垃圾半焦焚烧炉产生的水蒸汽进行发电；
e．所述热解气进入冷凝鼓风系统，在冷凝鼓风过程中得到焦油和可燃气；产生的焦油回送至所述热解反应器顶部的焦油入口，与原料一起进入热解反应器进行反应，冷却后的可燃气送入净化系统进行净化处理；
f．经净化系统产生的净可燃气，一部分送入燃气发电机组进行发电，另一部分送入燃气烧嘴中作为燃料。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述垃圾原料的粒径范围小于200mm；所述高温烟气为600-1000℃；所述烟气经所述辐射管后，温度下降至500-900℃，并将所述蓄热体加热到500-850℃。
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CN107760346A (zh) * 2017-11-24 2018-03-06 北京神雾电力科技有限公司 一种多段式快速热解反应系统及方法
WO2019178441A1 (en) * 2018-03-15 2019-09-19 Uop Llc Process for removing foulants from reactor internal spaces
CN110925769A (zh) * 2018-09-19 2020-03-27 深圳龙澄高科技环保股份有限公司 超高热值垃圾分程干燥热解气化内燃发电技术

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