CN111718764B - 一种气化炉灰渣残炭燃烧及冷却系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物质气化燃烧利用技术领域，本发明涉及一种气化炉灰渣残炭燃烧及冷却系统和方法。包括气化炉、灰渣流化燃烧室、冷渣机，气化炉的底部排渣口与灰渣流化燃烧室连接，灰渣流化燃烧室的底部设置流化空气进口，灰渣流化燃烧室底部的灰渣口与冷渣机连接。通过气化炉残渣的充分燃烧，减少残炭量，使其应用于化肥中。并且回收焚烧和灰渣的热量，避免水冷却方法导致灰渣含水量较高的问题。

Description

一种气化炉灰渣残炭燃烧及冷却系统和方法
技术领域
本发明属于固体废弃物气化燃烧利用技术领域，具体涉及一种气化炉灰渣残炭燃烧及冷却系统和方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
流化床/鼓泡床气化技术已广泛应用于农林生物质、药渣等工业生物质、污泥及其他固体废弃物的环保处置中。生物质灰渣中含有较高的N、P、K等成分，可用于复合肥配料。然而，由于气化工艺的原料不完全燃烧特性，气化炉排出的灰渣中残炭含量约占20-30％。复合肥成分含量的要求，限制了较高残炭含量灰渣的掺混用量。另外，气化炉长时间连续运行时，会有部分灰渣堆积于气化炉底部风帽处造成系统运行压力升高，通过气化炉底部设置的排渣装置将灰渣排出炉外可以降低气化炉内部压力，但对于处理生物质掺混污泥或其他高灰分物料时，气化炉排渣频次会有明显的增加，并且排渣温度一般高于400℃，高温灰渣接触空气时极易引发明火燃烧，造成安全隐患。目前灰渣冷却方法多采用水冷工艺，致使生物质灰中含水量高，影响后续利用，同时也造成了能量的浪费。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种气化炉灰渣残炭燃烧及冷却系统和方法。本发明的燃烧及冷却系统和方法，具有工艺简单、安全适用的优势。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
第一方面，一种气化炉灰渣残炭燃烧及冷却系统，包括气化炉、灰渣流化燃烧室、冷渣机，气化炉的底部排渣口与灰渣流化燃烧室连接，灰渣流化燃烧室位于气化炉的下方，灰渣流化燃烧室的底部设置流化空气进口，灰渣流化燃烧室底部的灰渣口与冷渣机连接，冷渣机位于灰渣流化燃烧室的下方。
气化炉为生物质等物料进行气化反应的主要场所，气化反应(物料发生热解和氧化、还原重整的反应)产生气化气体和气化炉灰渣，气化气体排出进行后续处理或利用，气化炉灰渣主要成分为生物质灰分(不可燃成分，重量为70-80％气化炉灰渣总重量)和残炭(20-30％气化炉灰渣总重量)，部分气化炉灰渣以飞灰的形式随气化气体排出，也有部分灰渣会沉积在气化炉底部。
沉积的灰渣经过气化炉底部排渣口进入灰渣燃烧室，在灰渣燃烧室内，气化炉灰渣与流化空气接触后进行鼓泡式燃烧，产生烟气和焚烧灰渣，烟气排出进行后续处理或利用，焚烧灰渣进入冷渣机冷却，此时焚烧灰渣的成分为生物质灰分(95-99％焚烧灰渣总重量)和残炭(1-5％焚烧灰渣总重量)。
通过对气化炉灰渣残炭的再燃烧，使气化炉排渣中的残炭量降至最低，同时可对燃烧烟气与气化气体一同进行热量利用。焚烧灰渣进入冷渣机进行冷却，也可以实现对焚烧灰渣中部分显热的回收利用，并且避免了常规水冷方法导致的排渣含水量高的问题。气化炉灰渣经过焚烧后残炭量减少，并且对灰渣进行了冷却处理，避免了排渣过程中及排渣后灰渣复燃的可能，也利于生物质灰渣直接作为肥料配料使用。
第二方面，一种气化炉灰渣残炭燃烧及冷却方法，所述方法为：
气化原料在气化炉中进行气化反应，产生的气化炉灰渣进入灰渣流化燃烧室进行焚烧，焚烧产生的焚烧灰渣进入冷渣机，冷却后从冷渣机排出装袋进行后续处理或利用。
本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：
1、在气化炉底部设置排渣装置，当气化炉运行压力升高时，可以通过排渣释放压力，保证气化系统的稳定运行；
2、采用鼓泡燃烧的方法降低气化炉灰渣中的残炭量，同时充分回收利用了残炭燃烧的热量，减少能量浪费；
3、避免了灰渣常规水冷工艺产生污水，同时也避免了灰渣直排可能造成的扬尘污染及火灾安全隐患；
4、降低了气化炉灰渣残炭量，控制了灰渣中的水分，使其满足后续作为肥料配料使用的需要，便于后续灰渣处理与利用。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为气化炉灰渣残炭燃烧及冷却系统结构图；
其中，1、气化炉燃烧室，2、气化炉风室，3、第一排渣杆，4、第一排渣阀，5、灰渣流化燃烧室，6、燃烧室风室，7、第二排渣杆，8、第二排渣阀，9、冷渣机，10进水，11、回水，12、冷却灰渣出口，13、重力沉降室，14、流化空气，15、排气阀，16、排气管，17、烟气。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
第一方面，一种气化炉灰渣残炭燃烧及冷却系统，包括气化炉、灰渣流化燃烧室、冷渣机，气化炉的底部排渣口与灰渣流化燃烧室连接，灰渣流化燃烧室位于气化炉的下方，灰渣流化燃烧室的底部设置流化空气进口，灰渣流化燃烧室底部的灰渣口与冷渣机连接，冷渣机位于灰渣流化燃烧室的下方。
气化炉产生的气化炉灰渣在排渣装置的作用下落入灰渣流化燃烧室。灰渣流化燃烧室的底部进入流化空气(新鲜空气)，使灰渣与空气进行混合燃烧，燃烧产生的烟气排出，产生的焚烧灰渣排到冷渣机中进行冷却。通过灰渣的充分燃烧，降低残炭量，使其满足肥料配料的要求，使得气化灰渣具有更好的应用性，并且可以回收利用灰渣燃烧的热量，减少能量浪费。按气化原料热值3500kcal/kg、灰分含量15％、气化炉灰渣残炭占灰渣总质量的25％、残炭热值7000kcal/kg计算，则气化炉灰渣残炭热量占气化原料总热量的15％/(1-25％)*25％*7000/3500*100％＝10％。如能回收利用气化炉灰渣中残炭的热量，则可显著提升气化系统的综合热效率。
在本发明的一些实施方式中，所述燃烧及冷却系统还包括烟气管，灰渣燃烧室的顶部设置烟气出口，烟气出口与烟气管一端连接。烟气管另一端与气化气体管路或气化气体燃烧后的烟气管路连接，进行热量的回收利用。
在本发明的一些实施方式中，所述燃烧及冷却系统还包括排气管，排气管一端与冷渣机的气体出口连接，排气管另一端与烟气管连接。排气管用于维持冷渣机内气体的压力平衡。
进一步的，所述排气管上还设置有依次连接的重力沉降室及排气阀，重力沉降室位于排气管靠近冷渣机气体出口的一侧，排气阀位于排气管靠近烟气管的一侧。当检测到冷渣机内部的气体压力较大时，开启排气阀，冷渣机内的气体经重力沉降室拦截飞灰颗粒物后被疏散至烟气管中；当冷渣机内部的气体压力降低至正常水平后，关闭排气阀，被拦截的颗粒物在重力作用下落回冷渣机内。
在本发明的一些实施方式中，气化炉包括气化炉燃烧室和底部的气化炉风室，气化炉风室的侧壁设置流化空气进口，气化炉风室与气化炉燃烧室通过风帽连接。
在本发明的一些实施方式中，气化炉包括气化炉排渣装置，气化炉排渣装置位于气化炉的底部，气化炉排渣装置包括第一排渣杆、第一排渣通道，第一排渣通道穿过气化炉风室，第一排渣杆的一端穿过第一排渣通道，进入到气化炉燃烧室，排渣通道与灰渣流化燃烧室之间连接的第一排渣管道上设置第一排渣阀，第一排渣杆的另一端由第一排渣管道的侧壁穿出。
在本发明的一些实施方式中，灰渣流化燃烧室的底部设置燃烧室风室，燃烧室风室的侧壁设置空气进口，燃烧室风室与灰渣流化燃烧室通过风帽连接。
在本发明的一些实施方式中，燃烧室风室包括燃烧室排渣装置，燃烧室排渣装置包括第二排渣杆、第二排渣通道，第二排渣通道穿过燃烧室风室，第二排渣杆的一端穿过第二排渣通道，进入到灰渣流化燃烧室，第二排渣通道与灰渣流化燃烧室之间连接的第二排渣管道上设置第二排渣阀，第二排渣杆的另一端由第二排渣管道的侧壁穿出。第二排渣杆与第一排渣杆的工作方式相同。
在本发明的一些实施方式中，冷渣机为夹套式滚筒冷渣机，筒体两侧端分别设置进渣口与出渣口，靠近出渣口一侧还与排气管连接，筒体内设置螺旋叶片，进渣口、出渣口与筒体之间分别通过旋转接头连接，筒体转轴及筒体外壳夹套为冷却水通道，分别与冷却水进水口、出水口连通，进水口、出水口与筒体之间通过旋转接头连接相通。
在本发明的一些实施方式中，所述燃烧及冷却系统还包括二燃室，气化炉的顶部或上部侧壁设置气体出口，气体出口与二燃室连接。
第二方面，一种气化炉灰渣残炭燃烧及冷却方法，所述方法为：
气化原料在气化炉中进行气化反应，产生的气化炉灰渣进入灰渣流化燃烧室进行焚烧，焚烧后产生的焚烧灰渣进入冷渣机中进行冷却。
在本发明的一些实施方式中，气化炉中进行热解气化的温度为600-800℃，气化炉排渣时间因生物质原料特性及物料灰分含量而异，排渣间隔时间一般为2-6h，单次排渣持续时间15-30min，气化炉排渣的温度480-520℃。
在本发明的一些实施方式中，灰渣流化燃烧室中焚烧的温度为400-700℃，焚烧的时间与气化炉排渣间歇的时间相同，为2-6h。当检测到灰渣流化燃烧室运行温度出现连续下降且低于300℃时，通过灰渣流化燃烧室底部设置的排渣装置将焚烧灰渣排至冷渣机。
在本发明的一些实施方式中，在冷渣机出口端设置温度检测器，当灰渣温度小于等于50℃时排出冷渣机。
下面结合实施例对本发明进一步说明
实施例1
以药渣与污泥混合物料(灰分15％、热值3500kcal/kg)为原料，在流化床气化炉燃烧室1中700℃温度下进行连续热解气化，产生的气体从气化炉顶部的排气口排出到二燃室，气化炉底部沉积的灰渣间歇式间隔4h通过气化炉的第一排渣通道排出到灰渣流化燃烧室5，单次排渣持续时间约20min；气化炉排渣的温度约500℃，灰渣中的残炭约占灰渣质量的25％。
进一步的，气化炉进行间歇式排渣的间隔时间可根据气化炉运行工况调整，一般为2-6h，单次排渣持续时间为15-30min。
单次排渣结束后，向燃烧室风室6通入新鲜空气，与气化炉灰渣混合进行焚烧，在约600℃温度下焚烧3h后，焚烧灰渣通过第二排渣通道排出到冷渣机9，在冷渣机9中冷却到50℃以下后通过冷却灰渣出口12排出装袋进行后续处理。
气化炉包括第一排渣杆3、第一排渣通道，第一排渣通道穿过气化炉风室2，与气化炉风室2之间密封设置，第一排渣杆3的一端穿过第一排渣通道，进入到气化炉燃烧室1，第一排渣通道与灰渣流化燃烧室5之间连接的第一排渣管道上设置第一排渣阀4，第一排渣杆3的另一端由第一排渣管道的侧壁穿出。气化炉灰渣在第一排渣杆的作用下，进入到第一排渣通道，再进入第一排渣管道，然后进入灰渣流化燃烧室5。
燃烧室风室6包括第二排渣杆7、第二排渣通道，第二排渣通道穿过燃烧室风室6，与燃烧室风室6之间密封设置，第二排渣杆7的一端穿过第二排渣通道，进入到灰渣流化燃烧室5，第二排渣通道与灰渣流化燃烧室5之间连接的第二排渣管道上设置第二排渣阀8，第二排渣杆7的另一端由第二排渣管道的侧壁穿出。焚烧灰渣在在第二排渣杆的作用下进入到第二排渣通道，然后进入第二排渣管道，再进入冷渣机。
灰渣流化燃烧室5产生的烟气、冷渣机9通过重力沉降室13排出的烟气均通过烟气管排出到后续的工序中进行热量利用，重力沉降室13收集的飞灰返回冷渣机9。
按25％的气化炉灰渣进入灰渣流化燃烧室5进行再燃烧、热效率80％计算，则可回收的热量为15％/(1-25％)*25％*7000/3500*25％*80％＝2.0％，即可回收约2％的气化原料总热量。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种气化炉灰渣残炭燃烧及冷却系统，其特征在于：
所述气化炉灰渣残炭燃烧及冷却系统，包括气化炉、灰渣流化燃烧室、冷渣机，气化炉的底部排渣口与灰渣流化燃烧室连接，灰渣流化燃烧室位于气化炉的下方，灰渣流化燃烧室的底部设置流化空气进口，灰渣流化燃烧室底部的灰渣口与冷渣机连接，冷渣机位于灰渣流化燃烧室的下方；
气化炉包括气化炉燃烧室和底部的气化炉风室，气化炉风室的侧壁设置流化空气进口，气化炉风室与气化炉燃烧室通过风帽连接；
气化炉包括气化炉排渣装置，气化炉排渣装置位于气化炉的下部，气化炉排渣装置包括第一排渣杆、第一排渣通道，第一排渣通道穿过气化炉风室，第一排渣杆的一端穿过第一排渣通道，进入到气化炉燃烧室，排渣通道与灰渣流化燃烧室之间连接的第一排渣管道上设置第一排渣阀，第一排渣杆的另一端由第一排渣管道的侧壁穿出。
2.如权利要求1所述的气化炉灰渣残炭燃烧及冷却系统，其特征在于：所述燃烧及冷却系统还包括烟气管，灰渣燃烧室的顶部设置烟气出口，烟气出口与烟气管一端连接。
3.如权利要求2所述的气化炉灰渣残炭燃烧及冷却系统，其特征在于：所述燃烧及冷却系统还包括排气管，排气管一端与冷渣机的气体出口连接，排气管另一端与烟气管连接。
4.如权利要求3所述的气化炉灰渣残炭燃烧及冷却系统，其特征在于：所述排气管上还设置有依次连接的重力沉降室及排气阀，重力沉降室位于排气管靠近冷渣机气体出口的一侧，排气阀位于排气管靠近烟气管的一侧。
5.如权利要求1所述的气化炉灰渣残炭燃烧及冷却系统，其特征在于：灰渣流化燃烧室的底部设置燃烧室风室，燃烧室风室的侧壁设置空气进口，燃烧室风室与灰渣流化燃烧室通过风帽连接。
6.如权利要求5所述的气化炉灰渣残炭燃烧及冷却系统，其特征在于：灰渣流化燃烧室包括燃烧室排渣装置，燃烧室排渣装置位于灰渣流化燃烧室的下部，燃烧室排渣装置包括第二排渣杆、第二排渣通道，第二排渣通道穿过燃烧室风室，第二排渣杆的一端穿过第二排渣通道，进入到灰渣流化燃烧室，第二排渣通道与灰渣流化燃烧室之间连接的第二排渣管道上设置第二排渣阀，第二排渣杆的另一端由第二排渣管道的侧壁穿出。
7.如权利要求1所述的气化炉灰渣残炭燃烧及冷却系统，其特征在于：冷渣机为夹套式滚筒冷渣机，筒体两侧端分别设置进渣口与出渣口，靠近出渣口一侧还与排气管连接，筒体内设置螺旋叶片，进渣口、出渣口与筒体之间分别通过旋转接头连接，筒体转轴及筒体外壳夹套为冷却水通道，分别与冷却水进水口、出水口连通，进水口、出水口与筒体之间通过旋转接头连接相通。
8.利用如权利要求1-7任一所述的气化炉灰渣残炭燃烧及冷却系统 进行气化炉灰渣残炭燃烧及冷却的方法，其特征在于：所述方法为：
气化原料在气化炉中进行气化反应，产生的气化炉灰渣进入灰渣流化燃烧室进行焚烧，焚烧后产生的焚烧灰渣进入冷渣机中进行冷却。
9.如权利要求8所述的气化炉灰渣残炭燃烧及冷却的方法，其特征在于：气化炉中进行热解气化的温度为600-800℃，气化炉排渣时间因生物质原料特性及物料灰分含量而异，排渣间隔时间为2-6h，单次排渣持续时间15-30min，气化炉排渣的温度480-520℃。
10.如权利要求8所述的气化炉灰渣残炭燃烧及冷却的方法，其特征在于灰渣流化燃烧室中焚烧的温度为400-700℃，焚烧的时间与气化炉排渣间歇的时间相同，为2-6h。
11.如权利要求8所述的气化炉灰渣残炭燃烧及冷却的方法，其特征在于冷渣机出口的灰渣的温度小于等于50℃。
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