CN109705923A - 一种生活垃圾气化装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及湿度调节的技术领域，更具体地，涉及一种生活垃圾气化装置及工艺，包括气化炉；气化炉顶部设有进料口，气化炉底部设有灰渣出口，气化炉侧壁设有气化气出口，生活垃圾依次进入干燥区、热解区、还原区、氧化区处理，得到的灰渣通过灰渣出口排出及得到的气化气由气化气出口排出；氧化区和灰渣区的交界处设有炉排，干燥区和灰渣区之间连通有对气体进行干燥过滤的回燃装置，回燃装置设有与干燥区连通的回燃吸气口及与灰渣区连通的回燃出气口，回燃出气口设于炉排的下方，回燃出气口旁侧设有点火器。本发明抽取气化炉内顶部的混合气体，干燥去除水蒸气，利于气化炉进行连续气化反应；过滤净化后的气化气点燃后再进入炉内，有效避免爆燃现象。
Description
技术领域
本发明涉及湿度调节的技术领域，更具体地，涉及一种生活垃圾气化装置及工艺。
背景技术
我国的生活垃圾大部分含水率较高，常需要对生活垃圾进行干燥，降低含水率后再进行热解气化处理。现阶段，生活垃圾热解气化处理装置主要在气化炉构造形式进行研究，通过创新改造气化炉，以获取更好的处理效果。在不添加燃料辅助的情况下，现有的生活垃圾气化处理系统智能直接处理含水率较低的生活垃圾，而添加燃料辅助处理含水率高的生活垃圾则会增加处理成本，还不能确保反应的顺利进行。
有申请人采用固定床炉型垃圾热解气化资源化处理装置，采用上吸式热解制气，供给一定量的空气和水进入反应器，使废物自燃，生成热量支持热解反应，整个过程可以自动连续运行，而无需外界热量供应。生活垃圾进入气化炉后，在干燥层中，生活垃圾中的水分经高温蒸发形成水蒸气，同时热解气化层产生的气体有部分上升到顶层与水蒸气混合，混合后的气体经过管道送入还原层中，提供反应水及CO2进行充分的气化反应。然而，这种装置炉内可燃气体经过干燥过滤，直接通入炉内，容易造成局部压力急速增大，甚至产生爆炸；同时将高温蒸发出来的大量水蒸气送入还原区，造成还原区水分过大不利于还原反应。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种生活垃圾气化装置及工艺，能够减少热解气化炉内水分含量，同时点燃干燥过滤后的气化气，产生的热量供给气化炉，保持炉内高温，加快反应速率，减少有害气体产生。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
提供一种生活垃圾气化装置，包括自上而下设有干燥区、热解区、还原区、氧化区、灰渣区的气化炉；所述气化炉顶部设有容生活垃圾进入的进料口，所述气化炉底部设有灰渣出口，所述气化炉侧壁设有气化气出口，生活垃圾依次进入干燥区、热解区、还原区、氧化区处理后得到的灰渣经灰渣区通过灰渣出口排出及得到的气化气由气化气出口排出；所述氧化区和灰渣区的交界处设有炉排，所述干燥区和灰渣区之间连通设有可对气体进行干燥过滤的回燃装置，所述回燃装置设有与干燥区连通的回燃吸气口以及与灰渣区连通的回燃出气口，所述回燃出气口设于炉排的侧下方，所述回燃出气口旁侧设有点火器；所述灰渣区连通设有进气口。
本发明的生活垃圾气化装置，生活垃圾从进料口进入气化炉，生活垃圾在干燥区因高温把水分蒸发为水蒸气，水蒸气通过回燃吸气口进入回燃装置进行干燥，降低炉内含水率，有利于后续热解气化反应的顺利进行，且可免去气化炉外预处理干燥环节，消除了炉外干燥时产生的废气。干燥后的生活垃圾在热解区、还原区发生热解气化反应，产生可燃的气化气，经气化气出口排出作为燃料使用；还原区的剩余反应物下沉至氧化区，由进气口鼓入空气至氧化区，在氧化区燃烧，燃烧产生的热气供应上部的还原区、热解区和干燥区的热量，燃烧产生的灰渣经炉排进入灰渣区，灰渣经灰渣出口排出。灰渣中灰尘上升至干燥区内与水蒸气、气化气形成混合气体进入回燃装置，经回燃装置干燥过滤得到的气化气在炉排下方点燃，产生的热气随空气进入气化炉内，既增加了气化炉内的热量，又保证了安全。本发明的回燃装置的设置：经干燥过滤的可燃气体在灰渣区经点火器点燃后进入气化炉，能够避免直接通入气化炉内导致的局部压力增大；使得生活垃圾气化炉在不添加助燃料的情况下处理高含水率的生活垃圾，简化整体工艺，节省处理成本。
进一步地，所述回燃装置包括连接于回燃吸气口的第一管道、连接于回燃出气口的第三管道、连接于第一管道和第三管道之间的第二管道，所述第一管道和第二管道连接处设有干燥过滤器，所述第二管道和第三管道连接处设有功率可调的第一引风机。由气化气、灰尘、水蒸气在干燥区形成的混合气体，在第一引风机的作用下，经回燃吸气口进入回燃装置，经干燥去除水蒸气，经过滤去除灰尘得到气化气，气化气通过回燃出气口后点火器点燃气化气，燃烧产生的热气经炉排回到气化炉内。
进一步地，所述气化气出口设于热解区和还原区的交界处。气化气产生于热解区和还原区进行的热解气化反应，将气化气出口设置在热解区和还原区的交界处，有利于气化气的排出。
进一步地，所述气化气出口连接有功率可调的第二引风机，所述第二引风机与气化气出口之间设有连接管。第二引风机的设置：一方面，便于热解气化反应产生的气化气的排出和收集；一方面，干燥区内的水蒸气会部分被引入到热解区和还原区中，水蒸气作为气化剂参与热解气化反应，改善了气化气的成分，提高了气化气的品质。
进一步地，所述进气口处连接有向气化炉内鼓入空气的鼓风机。还原区的剩余反应物、由进气口鼓入空气，实现剩余反应物的充分燃烧。
本发明还提供了一种生活垃圾气化工艺，包括以下步骤：
S10.生活垃圾由进料口进入气化炉，生活垃圾中水分在干燥区蒸发为水蒸气；
S20.经步骤S10干燥处理的生活垃圾进入热解区和还原区发生热解气化反应，产生可燃气化气；
S30.经步骤S20热解气化反应后的生活垃圾下沉进入氧化区，在氧化区燃烧，燃烧产生的热气上升供应还原区、热解区和干燥区所需的热量，燃烧产生的灰渣进入灰渣区；
S40.步骤S30中灰渣区的灰渣经灰渣出口排出。
本发明的生活垃圾气化工艺：生活垃圾进入干燥区时，在气化炉内高温气流的强传热作用下，生活垃圾被加热到100℃～150℃，表面附着的水分在高温下快速挥发呈水蒸气，完成干燥过程；干燥后的生活垃圾进入热解区，生活垃圾中多种有机可燃物在高温作用下进行分解或聚合的化学反应过程，反应的主要产物包括各种烃类、固定碳和不完全燃烧物；在还原区，主要发生碳与二氧化碳、碳与水蒸气、甲烷与水蒸气、氢气与氧、碳与氢气等反应；在氧化区，主要发生碳与氧、一氧化碳与氧的反应过程；最后，不可燃烧物和反应后的灰渣经炉排间隙落到灰渣区经灰渣出口排出。
优选地，步骤S20中，产生的气化气在第二引风机的作用下经气化气出口抽出并进行收集。同时，第二引风机工作时会将干燥区产生的部分水蒸气引入到热解区和缓解区，水蒸气作为气化剂参与热解气化反应，改善气化气的成分，提高气化气的品质。
优选地，步骤S30中，在氧化区燃烧时，空气在鼓风机的作用下经进气口鼓入至氧化区。氧化区主要发生碳与氧气、一氧化碳与氧气的反应过程，将空气鼓入氧化区，以保证有充足的氧气以保证充分的燃烧，尽量减少一氧化碳气体的产生。
优选地，步骤S30中，灰渣在落入灰渣区过程中形成有随气体上升的灰尘，所述灰尘在干燥区与气化气、水蒸气形成混合气体。氧化区燃烧产生的灰渣，大部分经炉排进入到灰渣区，部分灰尘随气体上升，在干燥区与气化气、水蒸气形成混合气体。
优选地，所述混合气体在第一引风机的作用下经回燃吸气口送入干燥过滤器，去除混合气体中的灰尘和水蒸气；经干燥过滤器处理得到的气化气在第一引风机的作用下经回燃出气口旁侧的点火器点燃。利用第一引风机抽取气化炉内顶部含有大量水蒸气的混合气体，能够快速降低因投入高含水率生活垃圾而产生的大量水蒸气，有利于气化炉进行连续气化反应；利用干燥过滤器去除混合气体中的水蒸气和灰尘，成为易燃的气化气，在灰渣区经点火器点燃，没有将气化气直接输入炉内，不会发生爆燃现象；一方面降低了气化炉内水蒸气含量，还将干燥净化后的气化气送回气化炉内燃烧、供热，补充水蒸气带走的热量，稳定气化炉内气化反应所需要的高温。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的生活垃圾气化装置及工艺，干燥区产生的水蒸气、灰渣中灰尘上升至干燥区内与水蒸气、气化气形成的混合气体在第一引风机的作用下进入回燃装置：快速降低因投入高含水率生活垃圾而产生的大量水蒸气，有利于气化炉进行连续气化反应；混合气体经干燥过滤成为易燃的气化气，在灰渣区经点火器点燃，没有将气化气直接输入气化炉内，不会发生爆燃现象；净化后的气化气送回炉内燃烧、供热，补充水蒸气带走的热量，稳定炉内气化反应所需要的高温；
本发明的生活垃圾气化装置及工艺，干燥区的水蒸气、热解区及还原区的气化气在第二引风机的作用下向气化气出口流动：热解气化产生的气化气从气化气出口排出进行收集，同时干燥区的水蒸气会部分被引入到热解区和还原区中，水蒸气作为气化剂参与热解气化反应，改善气化气的成分，提高气化气的品质。
附图说明
图1为本发明的生活垃圾气化装置的结构示意图。
附图中：1-气化炉；11-干燥区；12-热解区；13-还原区；14-氧化区；15-灰渣区；16-进料口；17-灰渣出口；18-气化气出口；19-进气口；2-炉排；3-回燃装置；31-回燃吸气口；32-回燃出气口；33-第一管道；34-第三管道；35-第二管道；36-干燥过滤器；37-第一引风机；4-点火器；5-第二引风机；6-连接管。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，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的具体含义。
实施例一
如图1所示为生活垃圾气化装置的实施例，包括自上而下设有干燥区11、热解区12、还原区13、氧化区14、灰渣区15的气化炉1；气化炉1顶部设有容生活垃圾进入的进料口16，气化炉1底部设有灰渣出口17，气化炉1侧壁设有气化气出口18，生活垃圾依次进入干燥区11、热解区12、还原区13、氧化区14处理后得到的灰渣经灰渣区15通过灰渣出口17排出及得到的气化气由气化气出口18排出；氧化区14和灰渣区15的交界处设有炉排2，干燥区11和灰渣区15之间连通设有可对气体进行干燥过滤的回燃装置3，回燃装置3设有与干燥区11连通的回燃吸气口31以及与灰渣区15连通的回燃出气口32，回燃出气口32设于炉排2的下方，回燃出气口3232旁侧设有点火器4；灰渣区15连通设有进气口19。本实施例为实现剩余反应物的充分燃烧，在进气口19处连接有向气化炉1内鼓入空气的鼓风机。
本实施例在实施时，干燥区11产生的水蒸气、灰渣中灰尘上升至干燥区11内与水蒸气、气化气形成的混合气体在第一引风机37的作用下进入回燃装置3进行干燥过滤：快速降低因投入高含水率生活垃圾而产生的大量水蒸气，有利于气化炉1进行连续气化反应；混合气体经干燥过滤成为易燃的气化气，在灰渣区15经点火器4点燃，没有将气化气直接输入气化炉1内，不会发生爆燃现象；净化后的气化气送回炉内燃烧、供热，补充水蒸气带走的热量，稳定炉内气化反应所需要的高温。本实施例的第一引风机37是可变频调节的，根据生活垃圾的含水率高低调节第一引风机37功率的大小来快速降低气化炉1内含水率，降低能耗。
如图1所示，回燃装置3包括连接于回燃吸气口31的第一管道33、连接于回燃出气口3232的第三管道34、连接于第一管道33和第三管道34之间的第二管道35，第一管道33和第二管道35连接处设有干燥过滤器36，第二管道35和第三管道34连接处设有功率可调的第一引风机37。由气化气、灰尘、水蒸气在干燥区11形成的混合气体，在第一引风机37的作用下，经回燃吸气口31进入回燃装置3，经干燥去除水蒸气，经过滤去除灰尘得到气化气，气化气通过回燃出气口32后点火器4点燃气化气，燃烧产生的热气经炉排2回到气化炉1内。
由于气化气产生于热解区12和还原区13进行的热解气化反应，本实施例将气化气出口18设于热解区12和还原区13的交界处，有利于气化气的排出。如图1所示，气化气的出口还连接有功率可调的第二引风机5，第二引风机5与气化气出口18之间设有连接管6。本实施例在实施时，干燥区11的水蒸气、热解区12及还原区13的气化气在第二引风机5的作用下向气化气出口18流动：热解气化产生的气化气从气化气出口18排出进行收集，同时干燥区11的水蒸气会部分被引入到热解区12和还原区13中，水蒸气作为气化剂参与热解气化反应，改善了气化气的成分，提高了气化气的品质。本实施例的第二引风机5是可变频调节的，可根据气化气的产生速率调节第二引风机5功率的大小来快速降低气化炉1内的气化气含量，有利于热解气化反应的正向进行，且能够降低能耗。
实施例二
本实施例为生活垃圾气化工艺的实施例，包括以下步骤：
S10.生活垃圾由进料口16进入气化炉1，生活垃圾中水分在干燥区11蒸发为水蒸气；
S20.经步骤S10干燥处理的生活垃圾进入热解区12和还原区13发生热解气化反应，产生可燃气化气；
S30.经步骤S20热解气化反应后的生活垃圾下沉进入氧化区14，在氧化区14燃烧，燃烧产生的热气上升供应还原区13、热解区12和干燥区11所需的热量，燃烧产生的灰渣进入灰渣区15；
S40.步骤S30中灰渣区15的灰渣经灰渣出口17排出。
本发明的生活垃圾热解气化反应可用下式表示：
CmHnOp+aP2+bH2O→cCO2+dCO+eH2+CxHy+焦油+炭黑+无机灰
在气化炉1进入平稳运行后，生活垃圾经进料口16进入气化炉1。经过干燥区11时，在炉内高温热气流的强传热作用下，生活垃圾被加热到100℃～150℃，表面附着的水分在高温下快速会发成水蒸气，完成干燥过程。干燥后的生活垃圾进入热解区12，生活垃圾中多种有机可燃物在高温作用下进行分解或聚合的化学反应过程，反应的主要产物包括各种烃类、固定碳和不完全燃烧物等；含碳量高的烃类继续分解为低含碳量的烃类，如甲烷、乙烷等。在还原区13，主要发生碳与二氧化碳，碳与水蒸气、甲烷与水蒸气、氢气与氧、碳与氢气等反应，反应式如下：
H2+O2＝2H2O
C+2H2＝CH4
在氧化区14，主要发生碳与氧、一氧化碳与氧的反应过程，反应式有：
C+O2＝CO2
2C+O2＝2CO
2CO+O2＝2CO2
最后，不可燃烧物和反应后的灰渣经炉排2间隙落到灰渣区15。
步骤S20中，产生的气化气在第二引风机5的作用下经气化气出口18抽出并进行收集。同时，第二引风机5工作时会将干燥区11产生的部分水蒸气引入到热解区12和缓解区，水蒸气作为气化剂参与热解气化反应，改善气化气的成分，提高气化气的品质。
步骤S30中，在氧化区14燃烧时，空气在鼓风机的作用下经进气口19鼓入至氧化区14；氧化区14主要发生碳与氧气、一氧化碳与氧气的反应过程，将空气鼓入氧化区14，以保证有充足的氧气以保证充分的燃烧，尽量减少一氧化碳气体的产生。步骤S30中，灰渣在落入灰渣区15过程中形成有随气体上升的灰尘，灰尘在干燥区11与气化气、水蒸气形成混合气体。
其中，混合气体在第一引风机37的作用下经回燃吸气口31送入干燥过滤器36，去除混合气体中的灰尘和水蒸气；经干燥过滤器36处理得到的气化气在第一引风机37的作用下经回燃出气口32旁侧的点火器4点燃。利用第一引风机37抽取气化炉1内顶部含有大量水蒸气的混合气体，快速降低因投入高含水率生活垃圾而产生的大量水蒸气，有利于气化炉1进行连续气化反应；利用干燥过滤器36去除混合气体中的水蒸气和灰尘，成为易燃的气化气，在灰渣区15经点火器4点燃，没有将气化气直接输入炉内，不会发生爆燃现象；一方面降低了气化炉1内水蒸气含量，还将干燥净化后的气化气送回气化炉1内燃烧、供热，补充水蒸气带走的热量，稳定气化炉1内气化反应所需要的高温。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种生活垃圾气化装置，包括自上而下设有干燥区(11)、热解区(12)、还原区(13)、氧化区(14)、灰渣区(15)的气化炉(1)；其特征在于，所述气化炉(1)顶部设有容生活垃圾进入的进料口(16)，所述气化炉(1)底部设有灰渣出口(17)，所述气化炉(1)侧壁设有气化气出口(18)，生活垃圾依次进入干燥区(11)、热解区(12)、还原区(13)、氧化区(14)处理后得到的灰渣经灰渣区通过灰渣出口(17)排出及得到的气化气由气化气出口(18)排出；所述氧化区(14)和灰渣区(15)的交界处设有炉排(2)，所述干燥区(11)和灰渣区(15)之间连通设有可对气体进行干燥过滤的回燃装置(3)，所述回燃装置(3)设有与干燥区(11)连通的回燃吸气口(31)以及与灰渣区(15)连通的回燃出气口(32)，所述回燃出气口(32)设于炉排(2)的侧下方，所述回燃出气口(32)旁侧设有点火器(4)；所述灰渣区(15)连通设有进气口(19)。
2.根据权利要求1所述的生活垃圾气化装置，其特征在于，所述回燃装置(3)包括连接于回燃吸气口(31)的第一管道(33)、连接于回燃出气口(32)的第三管道(34)、连接于第一管道(33)和第三管道(34)之间的第二管道(35)，所述第一管道(33)和第二管道(35)连接处设有干燥过滤器(36)，所述第二管道(35)和第三管道(34)连接处设有功率可调的第一引风机(37)。
3.根据权利要求1所述的生活垃圾气化装置，其特征在于，所述气化气出口(18)设于热解区(12)和还原区(13)的交界处。
4.根据权利要求3所述的生活垃圾气化装置，其特征在于，所述气化气出口(18)连接有功率可调的第二引风机(5)，所述第二引风机(5)与气化气出口(18)之间设有连接管(6)。
5.根据权利要求1至4任一项所述的生活垃圾气化装置，其特征在于，所述进气口(19)处连接有向气化炉(1)内鼓入空气的鼓风机。
6.一种生活垃圾气化工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S10.生活垃圾由进料口(16)进入气化炉(1)，生活垃圾中水分在干燥区(11)蒸发为水蒸气；
S20.经步骤S10干燥处理的生活垃圾进入热解区(12)和还原区(13)发生热解气化反应，产生可燃气化气；
S30.经步骤S20热解气化反应后的生活垃圾下沉进入氧化区(14)，在氧化区(14)燃烧，燃烧产生的热气上升供应还原区、热解区和干燥区所需的热量，燃烧产生的灰渣进入灰渣区(15)；
S40.步骤S30中灰渣区(15)的灰渣经灰渣出口(17)排出。
7.根据权利要求6所述的生活垃圾气化工艺，其特征在于，步骤S20中，产生的气化气在第二引风机(5)的作用下经气化气出口(18)抽出并进行收集。
8.根据权利要求6所述的生活垃圾气化工艺，其特征在于，步骤S30中，在氧化区(14)燃烧时，空气在鼓风机的作用下经进气口(19)鼓入至氧化区(14)。
9.根据权利要求6所述的生活垃圾气化工艺，其特征在于，步骤S30中，灰渣在落入灰渣区(15)过程中形成有随气体上升的灰尘，所述灰尘在干燥区(11)与气化气、水蒸气形成混合气体。
10.根据权利要求9所述的生活垃圾气化工艺，其特征在于，所述混合气体在第一引风机(37)的作用下经回燃吸气口(31)送入干燥过滤器(36)，去除混合气体中的灰尘和水蒸气；经干燥过滤器(36)处理得到的气化气在第一引风机(37)的作用下经回燃出气口(32)旁侧的点火器(4)点燃。
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