CN110527534A - 一种利用生活垃圾热解制备类煤焦炭的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用生活垃圾热解制备类煤焦炭的方法，生活垃圾进入热解炉加热升温后，发生脱挥发份反应及热解还原反应，固体产物焦炭从下部排出；粗热解气进入旋风分离器进行气固分离，分离出灰渣后进入焦油冷凝器，经冷凝分离出焦油后合成气进入脱水器；热解气干燥、加压后打入燃气锅炉，发生充分燃烧后，加热炉膛水冷壁产生蒸汽用以供热，同时高温烟气携带走大量的热，部分进入余热锅炉，部分烟气循环利用返回热解炉作为热解载气，同时提供热解所需的热量。本发明通过调节热解温度和热解反应时间,使产物焦炭达到目标煤种的燃料品质，节约了煤耗，减少了碳排量。

Description

一种利用生活垃圾热解制备类煤焦炭的方法
技术领域
本发明属于固废处置领域，涉及一种利用生活垃圾热解，生产燃料性质接近于煤的类煤焦炭的方法。
背景技术
在现有的电站中使用煤的替代燃料是一种很有前景和方便的选择，可以产生可再生能源，减少碳排放。城市生活垃圾被认为是替代或补充化石燃料的潜在燃料来源之一。利用城市生活垃圾制备煤炭的替代品不仅是一种有效的垃圾处理方法，还是一种降低煤炭消耗的途径，是能源生产和环境保护进一步可持续发展的有效选择。
然而城市生活垃圾是一种物理成分不均匀的复杂混合物，阻碍了其用作煤替代品的可能性。为了解决此问题，可以采用热解技术将城市生活垃圾转化为致密固体燃料。垃圾的热解是指在缺乏氧气的情况下将生活垃圾加热，使其转化为三种主要产品:含碳固体残渣(焦炭),冷凝的液相(焦油),剩下的可燃气体,如CO，CH4，H2等。垃圾焦炭具有较高的能量密度，更高的碳含量及更低的氧含量，更高的热值，它的燃料特性远远优于原始垃圾。而不同的热解温度及热解反应时间会导致焦炭的燃料特性大幅变化，因此，有必要设计一种工艺，将垃圾稳定高效地转化为类煤焦炭，同时能够通过调节热解工况，得到不同品质标准的固体燃料，对标三种典型煤种—褐煤、烟煤及无烟煤。
发明内容
本发明要解决的问题：实现生活垃圾的高效稳定热解，并确定若干种热解工况，使产物焦炭的燃料品质达到中国几种典型煤种的标准，实现垃圾的资源化利用，同时达到减少煤耗及碳排放的目的。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样的：一种利用生活垃圾热解制备类煤焦炭的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)经过干燥破碎处理后的生活垃圾从热解炉左壁面上方进料后，受底部通入的高温载气的加热后升温，发生脱挥发份反应及热解还原反应，热解产生的固体产物焦炭从炉膛左下部排出；
2)热解产生的粗热解气进入热解炉旋风分离器进行气固分离，分离出灰渣后进入焦油冷凝器，进行粗热解气的洗涤及冷凝，经冷凝分离出焦油后合成气进入脱水器，进行热解气的干燥；
3)干燥后的热解气通过加压后打入燃气锅炉，空气由风机作用从燃气炉底部打入，炉膛内发生充分燃烧，加热炉膛水冷壁产生蒸汽用以供热，同时高温烟气携带走大量的热，部分进入余热锅炉，部分烟气循环利用返回热解炉作为热解载气，同时提供热解所需的热量。
优选地，所述步骤1)中的生活垃圾经过破碎干燥处理后，送入热解炉的垃圾原料含水率小于20％。
优选地，所述步骤1)中的热解产物焦炭，经过工业分析、元素分析检测，确定其组成特性，并与典型褐煤、烟煤及无烟煤作对比，判断燃料品质。
优选地，所述步骤1)中的固定床热解炉，通过调节批次给料及出料频率，调控原始物料在热解炉的停留时间，即热解反应时间；反应时间控制在3min-6min之间。
优选地，所述步骤3)中的高温烟气，经过流量控制阀门分配，可通过调节回收打入热解炉的量，来调控热解炉的反应温度，热解温度控制在500℃～700℃之间。
本发明提供的利用生活垃圾热解制备类煤焦炭的方法，相比现有的垃圾热解气化技术，具有以下优势：
(1)本发明通过调节热解温度和热解反应时间,使产物焦炭达到目标煤种的燃料品质，节约了煤耗，减少了碳排量。
(2)本发明使用热烟气再循环方式，充分利用了烟气里含有的CO2，对热解过程进行重整优化，增加热解过程的CO产量，提高了热解气的品质；
(3)本发明使用的固定床热解炉，其规模相对较小，适用于大型垃圾焚烧发电厂无法覆盖的乡镇地区，提供了乡镇地区垃圾问题的解决途径。
附图说明
以下结合附图和本发明的实施方式来作进一步详细说明
图1为本发明提供的利用生活垃圾热解制备类煤焦炭的系统示意图。
附图标记为：
固定床热解炉1、旋风分离器2、焦油冷凝器3、脱水器4、风机5、燃气锅炉6、a.原始垃圾、b.焦炭、c.焦油、d.烟气、e.灰渣。
具体实施方式
图1所示为利用生活垃圾热解制备类煤焦炭的系统，包括固定床热解炉1、旋风分离器2、焦油冷凝器3、脱水器4和燃气锅炉6，固定床热解炉1上方通过旋风分离器2连接至焦油冷凝器3，焦油冷凝器3上方连接至脱水器4，脱水器4连接至燃气锅炉6，燃气锅炉6下方通过风机5供风，上方连接至固定床热解炉1底部；所述固定床热解炉1左壁面上方为原始垃圾a的进料口，下方为焦炭b的出料口，旋风分离器2下方设有灰渣e的出口，焦油冷凝器3下方设有焦油c的出口，燃气锅炉6上方设有烟气d的出口。
经过干燥破碎处理后的生活垃圾a从固定床热解炉1的左壁面上方进料后，受底部通入的高温载气的加热后升温，发生脱挥发份反应及热解还原反应，热解产生的固体产物焦炭b从炉膛左下部排出；热解产生的粗热解气进入旋风分离器2进行气固分离，分离出灰渣e后进入焦油冷凝器3，进行粗热解气的洗涤及冷凝，经冷凝分离出焦油c后合成气进入脱水器4，进行热解气的干燥；干燥后的热解气通过加压后打入燃气锅炉6，空气由风机5作用从燃气锅炉6底部打入，炉膛内发生充分燃烧，加热炉膛水冷壁产生蒸汽用以供热，同时高温烟气携带走大量的热，部分进入余热锅炉，部分烟气循环利用返回固定床热解炉1作为热解载气，同时提供热解所需的热量。
基于固定床热解炉的实验数据，使用不同的热解载气，对不同的热解温度及热解反应时间下，生活垃圾热解产生的焦炭进行工业分析与元素分析，并与三种典型煤种进行比对。
实施例使用的生活垃圾为模拟生活垃圾，由木屑与聚乙烯组成，质量配比为3：1，木屑代表生活垃圾可燃成分里的生物质类，聚乙烯代表非生物质类。将模拟生活垃圾研磨至粒径1mm以下，并进行工业分析及元素分析。
将实验室的电加热管式热解炉提前升温至500，600，700℃，通入热解载气CO2，加入垃圾物料，设定反应时间，控制在3分钟及6分钟之间。热解过程中收集产生的热解气，热解完成后，取出产物焦炭，检测热解气产量及成分，并对焦炭进行成分特性检测，通过工业分析确定其灰分(A)，挥发分(VM)，固定碳(FC)的质量百分比，通过元素分析确定其H,C,O元素的质量百分比；同时将VM/FC质量比、H/C及O/C的质量比作为焦炭燃料特性的评判标准，与三种典型煤种进行对比。
表1基于实验数据，对比不同温度及反应时间下垃圾热解焦炭、三种典型煤种、原始生活垃圾的燃料特性，可为本发明提出的热解炉工况控制提供参考。
表1不同热解温度及反应时间下的焦炭燃料特性

Claims (5)

1.一种利用生活垃圾热解制备类煤焦炭的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)经过干燥破碎处理后的生活垃圾从热解炉左壁面上方进料后，受底部通入的高温载气的加热后升温，发生脱挥发份反应及热解还原反应，热解产生的固体产物焦炭从炉膛左下部排出；
2)热解产生的粗热解气进入热解炉旋风分离器进行气固分离，分离出灰渣后进入焦油冷凝器，进行粗热解气的洗涤及冷凝，经冷凝分离出焦油后合成气进入脱水器，进行热解气的干燥；
3)干燥后的热解气通过加压后打入燃气锅炉，空气由风机作用从燃气炉底部打入，炉膛内发生充分燃烧，加热炉膛水冷壁产生蒸汽用以供热，同时高温烟气携带走大量的热，部分进入余热锅炉，部分烟气循环利用返回热解炉作为热解载气，同时提供热解所需的热量。
2.如权利要求1所述的一种利用生活垃圾热解制备类煤焦炭的方法，其特征在于：所述步骤1)中的生活垃圾经过破碎干燥处理后，送入热解炉的垃圾原料含水率小于20％。
3.如权利要求1所述的一种利用生活垃圾热解制备类煤焦炭的方法，其特征在于：所述步骤1)中的热解产物焦炭，经过工业分析、元素分析检测，确定其组成特性，并与典型褐煤、烟煤及无烟煤作对比，判断燃料品质。
4.如权利要求1所述的一种利用生活垃圾热解制备类煤焦炭的方法，其特征在于：所述步骤1)中的固定床热解炉，通过调节批次给料及出料频率，调控原始物料在热解炉的停留时间，即热解反应时间；反应时间控制在3min-6min之间。
5.如权利要求1所述的一种利用生活垃圾热解制备类煤焦炭的方法，其特征在于：所述步骤3)中的高温烟气，经过流量控制阀门分配，可通过调节回收打入热解炉的量，来调控热解炉的反应温度，热解温度控制在500℃～700℃之间。
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