CN109974007B - 一种有机固废物热解气处理装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种有机固废物热解气处理装置及其工作方法，属于环保与资源化利用技术领域。该装置主要包括配风管、蓄热体和脱除剂供给系统。脱除剂供给系统包含脱除剂储罐、液体计量泵和脱除剂喷嘴，在壳体内依次设有一次配风混合区、一次燃烧区、第一蓄热体、二次配风混合区、二次燃烧区和第二蓄热体，在二次燃烧区由脱除剂喷嘴喷入脱除剂。该装置用于处理工业有机固废物、城乡生活垃圾等，经热解与热解气化后的混合气态物中，重碳物和有毒有害物质进行在线、高温、连续重裂解，使重碳物完全裂解转化为可燃气体并加以富氧燃烧产生更高的热能输出；其它有毒有害物质采用适量的脱除剂，使其在高温环境下进行化学反应，从而将其转化为固体颗粒和无害气体。

Description

一种有机固废物热解气处理装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种有机固废物热解气处理装置及其工作方法，属于环保与资源化利用技术领域。

背景技术

目前，在处理工业有机固废物、民用有机废弃物、医疗废弃物、材业、农业废弃生物质的减量化、无害化和资源化（以下简称：“三化处理”）处理上，采用热解与热解气化技术的处理方式，有很多优于焚烧处理的特点；如：无害化彻底、减量化显著、资源化利用效率高、尾气中有毒有害物质含量少，尤其是避免产生二噁英、呋喃等剧毒物质。但实际应用中在产生氢气、一氧化碳、甲烷等一次可燃气体外，不可避免地会产生大量的焦油、焦油冷凝水和其它多种复杂组分的重碳物气态物质以及有毒物质；而且随着废弃物中有机物含量的增加其产生量也增多。重碳物它不仅堵塞设备管道阀门，腐蚀设备装置，而且需要投入大量的水洗、净化处理等相关设备来清除，不然会产生二次污染；其它有害物质也需要投入大量的脱酸、脱硫、脱销等相关设备进行处理，给以热解与热解气化处理固废物方式的“三化处理”技术应用，带来“瓶颈”难题。

发明内容

为了解决上述难题，本发明提供一种有机固废物热解气处理装置及其工作方法，该装置用于处理工业有机固废物、城乡生活垃圾、农、林业废弃生物质等，经热解与热解气化后的混合气态物中，重碳物和有毒有害物质进行在线、高温、连续重裂解，使重碳物完全裂解转化为单分子可燃气体并加以富氧燃烧产生更高的热能输出；其它有毒有害物质采用适量的脱除剂，使其在高温环境下进行化学反应，从而将其转化为固体颗粒和无害气体。

本发明采用的技术方案是：一种有机固废物热解气处理装置，它包括壳体、配风管、待处理混合气的进口、点火口、高温气体出口和灰渣室，它还包括第一蓄热体、第二蓄热体和脱除剂供给系统；所述脱除剂供给系统包含脱除剂储罐、液体计量泵和脱除剂喷嘴，在液体计量泵的两端各设有一个阀门，通过管道分别连接脱除剂储罐和脱除剂喷嘴；所述壳体采用金属管、第一金属外壳、金属锥壳、第二金属外壳依次固定连接在一起，在壳体内侧设有耐火层；在与金属管连接的第一金属外壳处内侧设有连通旋流空气喷口的一次配风管，在第一金属外壳上设有点火口；在与金属锥壳连接的第二金属外壳处内侧设有第一蓄热体，在第二金属外壳的另一端内侧设有第二蓄热体，在第一蓄热体与第二蓄热体之间设有连通二次空气喷管的二次配风管和脱除剂喷嘴；在第二蓄热体与高温气体出口之间设有固定连接壳体的折流板，在折流板的两侧设有耐火层，与壳体连接成一体和带出渣门的灰渣室位于折流板的下方。

所述一次配风管连接第一金属外壳上的第一环形腔，在第一环形腔的一侧用斜板分割成多均布的旋流空气喷口。

所述二次配风管连接第二金属外壳上的第二环形腔，在第二环形腔的内侧连接多个倾斜均布的二次空气喷管。

所述第一蓄热体和第二蓄热体采用多孔陶瓷蓄热体。

所述耐火层采用耐火保温材料。

所述的一种有机固废物热解气处理装置的工作方法采用的步骤如下：

一、待处理混合气经金属管进入处理装置内，一次配风经一次配风管、第一环形腔和多个旋流空气喷口进入处理装置内，待处理混合气与一次配风在第一混合区充分混合形成一次可燃混合气，并由伸入点火口的明火点燃；

二、一次可燃混合气中的氢气、一氧化碳和部分低碳烃类在一次燃烧区内燃烧，燃烧火焰对第一蓄热体进行连续加热，使第一蓄热体升温至900℃以上；

三、在高温火焰和高温第一蓄热体的作用下，一次可燃混合气中的焦油、多聚物、重碳烃、烷被分解、裂解为多组分可燃混合气体；

四、二次空气（c）经二次配风管（9）、第二环形腔（9a）和多个二次空气喷管（10）进入处理装置内，多组分可燃混合气体与二次空气（c）在第二混合区（10a）内进行再混合，在二次燃烧区（11）内无需再点火，会直接进行燃烧，使二次燃烧区（11）内的温度进一步升至1200℃；第二蓄热体（16）使多组分可燃混合气体中的二噁英、呋喃在等高温下完全被分解；

五、脱除剂储罐（15）中的脱除剂经液体计量泵（13）、脱除剂喷嘴（12），以扇形喷射将脱除剂均匀地分布在二次燃烧区（11）内，在二次燃烧区（11）内的有毒有害物质与脱除剂在高温下进行化学反应，经化学反应后生成的混合物颗粒被沉降到灰渣室（18）内；

六、经处理装置处理过的高温气体（d）从高温气体出口（17）输送给锅炉或其它换热器。

本发明的有益效果是：这种有机固废物热解气处理装置主要包括配风管、蓄热体和脱除剂供给系统。脱除剂供给系统包含脱除剂储罐、液体计量泵和脱除剂喷嘴，在壳体内依次设有一次配风混合区、一次燃烧区、第一蓄热体、二次配风混合区、二次燃烧区和第二蓄热体，在二次燃烧区由脱除剂喷嘴喷入脱除剂。该装置用于处理工业有机固废物、城乡生活垃圾、农、林业废弃生物质等，经热解与热解气化后的混合气态物中，重碳物和有毒有害物质进行在线、高温、连续重裂解，使重碳物完全裂解转化为可燃气体并加以富氧燃烧产生更高的热能输出；其它有毒有害物质采用适量的脱除剂，使其在高温环境下进行化学反应，从而将其转化为固体颗粒和无害气体。

这种有机固废物热解气处理装置的工作方法有如下特点：

1、无需外加热能去裂解重碳物等物质，采用在控制入炉垃圾含水率和预处理后，本体在线热解气化产生的一次可燃气体配加适量的空气加以燃烧，对蓄热体进行加热；

2、热解与热解气化后的混合气态物需保温（水蒸气凝点以上），进入一燃烧区，使其不产生冷凝物质；

3、蓄热体被加热到一定的温度区间，重碳物的芳烃、烯烃物质被分解产生直接可燃气体直接燃烧，给蓄热体继续升温；温度逐步上升的同时重碳物的低馏分物质被进一步的分解再燃烧，直至蓄热体温度达到900C°以上时重碳物被完全裂解，再适量的配入空气助燃而产生更多的热能；

4、不仅一次性解决了传统工艺由于产生的重碳物冷凝水、有毒有害物质、冷却洗涤净化水等带来的二次污染，极大地减少了相关设备的投入；而且又最大限度地增加了热能的输出，提高了固废物垃圾处理的热能利用效率，并将有毒有害物质尤其是二噁英、呋喃等通过高温氧化被完全分解；

5、利用上述产生的高温环境区域加入有毒有害物质的脱除剂，使其快速与有毒有害气体进行化学反应（气-气、气-微粒等高表面积比的化学反应速度快），从而使其转化成固体颗粒和无害气体与水蒸气；

6、通过控制一、二次配风（空气）的加入量，来控制一次裂解可燃气与重裂解重碳物产生可燃气的充分燃烧；同时通过在线气体分析仪回传有毒有害气体的含量数据，调整喷入二燃烧区脱除剂的数量与浓度；

7、经本发明技术装置处理后的高温气体，再进入锅炉等各种换热器设备时将会极大的减少对水管和其它金属管道的腐蚀性，延长了设备的使用年限与检修周期。

附图说明

图1是一种有机固废物热解气处理装置的结构图。

图2是图1中的A-A视图。

图3是图1中的B-B视图。

图中：1、金属管，1a、第一金属外壳，1b、金属锥壳，1c、第二金属外壳，2、耐火层，3、一次配风管，3a、第一环形腔，4、旋流空气喷口，5、第一混合区，6、一次燃烧区，7、点火口，8、第一蓄热体，9、二次配风管，9a、第二环形腔，10、二次空气喷管，10a、第二混合区，11、二次燃烧区，12、脱除剂喷嘴，13、液体计量泵，14、阀门，15、脱除剂储罐，16、第二蓄热体，17、高温气体出口，18、灰渣室，19、出渣门，20、折流板，a、待处理混合气，b、一次空气，c、二次空气，d、高温气体。 具体实施方式

图1、2、3示出了一种有机固废物热解气处理装置的结构图。这种有机固废物热解气处理装置包括壳体、配风管、待处理混合气a的进口、点火口7、高温气体出口17、灰渣室18、第一蓄热体8、第二蓄热体16和脱除剂供给系统。脱除剂供给系统包含脱除剂储罐15、液体计量泵13和脱除剂喷嘴12，在液体计量泵13的两端各设有一个阀门14，通过管道分别连接脱除剂储罐15和脱除剂喷嘴12。壳体采用金属管1、第一金属外壳1a、金属锥壳1b、第二金属外壳1c依次固定连接在一起，在壳体内侧设有耐火层2。在与金属管1连接的第一金属外壳1a处内侧设有连通旋流空气喷口4的一次配风管3，在第一金属外壳1a上设有点火口7。在与金属锥壳1b连接的第二金属外壳1c处内侧设有第一蓄热体8，在第二金属外壳1c的另一端内侧设有第二蓄热体16，在第一蓄热体8与第二蓄热体16之间设有连通二次空气喷管10的二次配风管9和脱除剂喷嘴12。在第二蓄热体16与高温气体出口17之间设有固定连接壳体的折流板20，在折流板20的两侧设有耐火层2，与壳体连接成一体和带出渣门19的灰渣室18位于折流板20的下方。

一次配风管3连接第一金属外壳1a上的第一环形腔3a，在第一环形腔3a的一侧用斜板分割成多均布的旋流空气喷口4。二次配风管9连接第二金属外壳1c上的第二环形腔9a，在第二环形腔9a的内侧连接多个倾斜均布的二次空气喷管10。第一蓄热体8和第二蓄热体16采用多孔陶瓷。耐火层2采用耐火保温材料。

所述的一种有机固废物热解气处理装置的工作方法采用的步骤如下：

一、待处理混合气a经金属管1进入处理装置内，一次配风b经一次配风管3、第一环形腔3a和多个旋流空气喷口4进入处理装置内，待处理混合气a与一次配风b在第一混合区5充分混合形成一次可燃混合气，并由伸入点火口7的明火点燃；

二、一次可燃混合气中的氢气、一氧化碳和部分低碳烃类在一次燃烧区6内燃烧，燃烧火焰对第一蓄热体8进行连续加热，使第一蓄热体8升温至900℃以上；

三、在高温火焰和高温第一蓄热体8的作用下，一次可燃混合气中的焦油、多聚物、重碳烃、烷被分解、裂解为多组分可燃混合气体；

四、二次空气c经二次配风管9、第二环形腔9a和多个二次空气喷管10进入处理装置内，多组分可燃混合气体与二次空气c在第二混合区10a内进行再混合，在二次燃烧区11内无需再点火，会直接进行燃烧，让二次燃烧区11、第二蓄热体16内的温度升至1200℃以上，使多组分可燃混合气体中的二噁英、呋喃在高温下完全分解；

五、脱除剂储罐15中的脱除剂经液体计量泵13、脱除剂喷嘴12，以扇形喷射将脱除剂均匀地分布在二次燃烧区11内，在二次燃烧区11内的有毒有害物质与脱除剂在高温下进行化学反应，经化学反应后生成的混合物颗粒被沉降到灰渣室18内；

六、经处理装置处理过的高温气体d从高温气体出口17输送给锅炉或其它换热器。

实施例一

由经预处理后的各种有机固废物（控制水分15-30%并清除建筑垃圾等不可热解的无机物），投入热解和热解气化炉后，经控制热解与热解气化稳定程序产出的出口混合气态物，在经保温管道连接进入装置的第一混合区，气体中的一次可燃气体（H2、CO、CH4）与一次配风的空气进行旋涡流在第一混合区混合，经点火口被点燃，点燃后的火焰对耐温在1500℃以上的第一蓄热体进行加热，待蓄热体温度上升至900-1000℃时，开始裂解焦油、多聚物和重碳烃类物质，使其分解为多种成分的可燃气体；再经二次配风的空气进行旋涡流混合，无需点燃直接在第二混合区内直接燃烧，产生更高温的气体（1200C°以上）；同时也将有毒、有害的二噁英、呋喃等一并全部分解掉。其它有毒有害物质在此高温环境下，由脱除剂供给系统的脱除剂喷嘴将氨(NH3)基还原剂喷人二次燃烧区与第二蓄热体组成的化学反应区域内；所发生的基本主要化学反应如下：

脱除氯化氢（HCl）:NH3+HCl=NH4Cl

脱除二氧化硫（SO2）:NH3+SO2=(NH4)2SO3

NH3+SO3+H2O=(NH4)2SO4

(NH4)2SO3+SO2+H2O=2NH4HSO3

脱除氮氧化物（NOx）:NH3+4NO+O2=N2+6H2O NH3+N2O=NH4NO3

尿素高温热分解：CO（NH2)2---2NH2+CO

脱氮氧化物(NOx)：NH2+NO=N2+CO2

CO+NO=H2+H2O

上述化学反应后的颗粒物质被沉降在灰渣室，当积累到一定数量时通过除灰渣门清除；相对比较清洁的高温热气流通过高温气体出口接入锅炉或其它换热系统中加以利用。

实施例二

由经预处理后的各种有机固废物（控制水分15-30%并清除建筑垃圾等不可热解的无机物），投入热解和热解气化炉后，经控制热解与热解气化稳定程序产出的出口混合气态物，在经保温管道连接进入装置的第一混合区，气体中的一次可燃气体（H2、CO、CH4）与一次配风的空气进行旋涡流在第一混合区混合，经点火口被点燃，点燃后的火焰对耐温在1500℃以上的第一蓄热体进行加热，待蓄热体温度上升至900-1000℃时，开始裂解焦油、多聚物和重碳烃类物质，使其分解为多种成分的可燃气体；再经二次配风的空气进行旋涡流混合，无需点燃直接可燃烧，产生更高温的气体（1200C°以上）；同时也将有毒、有害的二噁英、呋喃等一并全部分解掉。在此高温环境下，喷入碱金属(氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化镁等），脱除剂所发生的基本主要化学反应如下：

脱除氯化氢（HCl）:NaOH+HCl=NaCl+H2O

脱除二氧化硫（SO2）:NaOH+SO2=NaSO3+H2O

NaSO3+SO2=2NaHSO3

脱除氮氧化物（NOx）:2NaOH+2NO2=NaNO2+NaNO3+H2O

2NaOH+NO+NO2=2NaNO2+H2O

上述化学反应后的颗粒物质被沉降在灰渣室，当积累到一定数量时通过除灰渣门清除；相对比较清洁的高温热气流通过高温气体出口接入锅炉或其它换热系统中加以利用。

Claims (7)

1.一种有机固废物热解气处理装置，它包括壳体、配风管、待处理混合气（a）的进口、点火口（7）、高温气体出口（17）和灰渣室（18），其特征是：它还包括第一蓄热体（8）、第二蓄热体（16）和脱除剂供给系统；所述脱除剂供给系统包含脱除剂储罐（15）、液体计量泵（13）和脱除剂喷嘴（12），在液体计量泵（13）的两端各设有一个阀门（14），通过管道分别连接脱除剂储罐（15）和脱除剂喷嘴（12）；所述壳体采用金属管（1）、第一金属外壳（1a）、金属锥壳（1b）、第二金属外壳（1c）依次固定连接在一起，在壳体内侧设有耐火层（2）；在与金属管（1）连接的第一金属外壳（1a）处内侧设有连通旋流空气喷口（4）的一次配风管（3），在第一金属外壳（1a）上设有点火口（7）；在与金属锥壳（1b）连接的第二金属外壳（1c）处内侧设有第一蓄热体（8），在第二金属外壳（1c）的另一端内侧设有第二蓄热体（16），在第一蓄热体（8）与第二蓄热体（16）之间设有连通二次空气喷管（10）的二次配风管（9）和脱除剂喷嘴（12）；在第二蓄热体（16）与高温气体出口（17）之间设有固定连接壳体的折流板（20），在折流板（20）的两侧设有耐火层（2），与壳体连接成一体和带出渣门（19）的灰渣室（18）位于折流板（20）的下方。

2.根据权利要求1所述的一种有机固废物热解气处理装置，其特征是：所述一次配风管（3）连接第一金属外壳（1a）上的第一环形腔（3a），在第一环形腔（3a）的一侧用斜板分割成多均布的旋流空气喷口（4）。

3.根据权利要求1所述的一种有机固废物热解气处理装置，其特征是：所述二次配风管（9）连接第二金属外壳（1c）上的第二环形腔（9a），在第二环形腔（9a）的内侧连接多个倾斜均布的二次空气喷管（10）。

4.根据权利要求1所述的一种有机固废物热解气处理装置，其特征是：所述第一蓄热体（8）和第二蓄热体（16）采用多孔陶瓷蓄热体。

5.根据权利要求1所述的一种有机固废物热解气处理装置，其特征是：所述耐火层（2）采用耐火保温材料。

6.根据权利要求1所述的一种有机固废物热解气处理装置的工作方法，其特征是：采用的步骤如下：

一、待处理混合气（a）经金属管（1）进入处理装置内，一次配风（b）经一次配风管（3）、第一环形腔（3a）和多个旋流空气喷口（4）进入处理装置内，待处理混合气（a）与一次配风（b）在第一混合区（5）充分混合形成一次可燃混合气，并由伸入点火口（7）的明火点燃；

二、一次可燃混合气中的氢气、一氧化碳和部分低碳烃类在一次燃烧区（6）内燃烧，燃烧火焰对第一蓄热体（8）进行连续加热，使第一蓄热体（8）升温至900℃以上；

三、在高温火焰和高温第一蓄热体（8）的作用下，一次可燃混合气中的焦油、多聚物、重碳烃、烷被分解、裂解为多组分可燃混合气体；

四、二次空气（c）经二次配风管（9）、第二环形腔（9a）和多个二次空气喷管（10）进入处理装置内，多组分可燃混合气体与二次空气（c）在第二混合区（10a）内进行再混合，在二次燃烧区（11）内无需再点火，会直接进行燃烧，使二次燃烧区（11）内的温度进一步升至1200℃；第二蓄热体（16）使多组分可燃混合气体中的二噁英、呋喃在等高温下完全被分解；

五、脱除剂储罐（15）中的脱除剂经液体计量泵（13）、脱除剂喷嘴（12），以扇形喷射将脱除剂均匀地分布在二次燃烧区（11）内，在二次燃烧区（11）内的有毒有害物质与脱除剂在高温下进行化学反应，经化学反应后生成的混合物颗粒被沉降到灰渣室（18）内；

六、经处理装置处理过的高温气体（d）从高温气体出口（17）输送给锅炉或其它换热器。

7.根据权利要求1所述的一种有机固废物热解气处理装置的工作方法，其特征是：所述脱除剂选用氨基或碱金属溶液。