CN111853801A - 一种垃圾热解气化焚烧系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种垃圾热解气化焚烧系统及工艺。本发明提供的垃圾热解气化焚烧系统，其中热解气化炉、高温换热器、急冷塔、除雾器、除尘器及排气装置依次连接。所述热解气化炉具有一体成型的干燥区、热解区、气化区、灰渣燃尽区和气体燃烧区。所述干燥区还具有废气回收管路，一方面抽取垃圾干化过程产生的水汽，提高垃圾热解气化及燃烧反应过程稳定性，另一方面该废弃气体干燥后还可以作为气体燃烧的一次燃烧风。垃圾焚烧产生的热量则重新配风进入焚烧炉中辅助垃圾燃烧。该系统通过控制配风比即可实现系统的稳定运行，无需额外能量助燃，还能够保证二噁英、重金属、氮氧化物、硫氧化物等污染物的低生成率，具有良好的推广应用价值。

Description

一种垃圾热解气化焚烧系统及工艺

技术领域

本发明属于固体废弃物处理技术领域，具体涉及一种垃圾热解气化焚烧系统及应用所述系统的垃圾焚烧工艺。

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。

目前，直接焚烧与热解气化焚烧是生活垃圾减量化处理的主要方式。由于垃圾原料不便于长途运输，且焚烧发电项目投资及运行成本较高，对于生活垃圾产生量较少的丘陵山区城镇地区，不适合将生活垃圾单独进行焚烧发电处理。垃圾热解气化焚烧是一种低污染高效率的处理技术，主要通过控制反应炉一次风的氧气量来实现生活垃圾在炉内的热解气化，热解气化产生的气化气在反应炉内进行焚烧处理，焚烧产生的热量作为原料干燥及热解气化的热源。

然而，在没有大规模推广实行生活垃圾分类收集处置或分类不细的背景下，生活垃圾物料成分繁杂、含水率较高，并且焚烧或热解气化处置前一般没有独立的干燥环节，垃圾中的水分与原料一起经过热解气化燃烧等过程后进入烟气中。水分拉低了垃圾原料的热值，影响反应炉稳定运行，易出现气体产物不稳定、灰渣残存有机质含量高、反应温度波动大甚至熄火的状况。一般需配备燃油或燃气等额外燃料，保持反应炉的稳定运行，实现垃圾原料的有效环保处置，运行费用高。另一方面，垃圾中的水分进入烟气中，还会造成烟气含湿量大引起设备腐蚀、烟气净化处理困难等问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种垃圾热解气化焚烧系统，所述垃圾热解焚烧系统通过设置负压吸引降低系统内部热解气化及燃烧反应环境的湿度，提高垃圾焚烧过程中的稳定性，另外，负压抽出的气体经过脱水后重新回到焚烧炉中为焚烧提供氧气，而气化气体燃烧产生的烟气则重新供给垃圾焚烧区域维持干燥及焚烧的稳定进行。本发明提供的焚烧系统无需额外加入燃料维持燃烧过程，并且对垃圾焚烧过程中的产生的热量进行了合理的配置和应用，不仅能够降低能源消耗，还能够有效的减少垃圾焚烧过程排放的废气量。

基于上述技术效果，本发明提供以下技术方案：

本发明第一方面，提供了一种垃圾热解气化焚烧系统，所述垃圾热解气化焚烧系统中，热解气化炉、高温换热器、急冷塔、除雾器、除尘器及排气装置依次连接；

所述热解气化炉具有一体成型的干燥区、热解区、气化区、灰渣燃尽区和气体燃烧区，其中所述干燥区、热解区、气化区构成一段连续向下倾斜的通道，通向灰渣燃尽区，所述气体燃烧区位于灰渣燃尽区上方；

所述干燥区上方设置气体回收管路，所述气体回收管路经脱水装置后通向气体燃烧区；所述气体燃烧区顶部具有管路通向高温换热器，灰渣燃尽区底部具有排渣口用于转移焚烧后的垃圾。

本发明提供的垃圾垃圾热解气化焚烧系统，通过合理的系统设计，可以有效地利用垃圾焚烧过程产生的热量，在运行之初需要采用引燃手段点燃焚烧系统中的垃圾，正常运行之后无需额外提供热源，垃圾加入所述系统中即可不断通过焚烧产生能量供给系统使用。

本发明第二方面，提供第一方面所述垃圾热解气化焚烧系统的焚烧工艺，所述工艺包括：将垃圾投入热解焚烧炉的干燥区中，干燥区的气体回收管路回收垃圾中的湿空气经脱水装置除水后进入气体燃烧区中作为燃烧一次风；干燥后的垃圾在热解区及气化区燃烧后产生灰渣落入灰渣燃尽区，燃烧殆尽的灰渣通过排渣口排出；燃烧过程中产生的气体进入气体燃烧区在扰流板的作用下进行充分的燃烧，所述气体燃烧区还具有空气通入管路通入空气作为燃烧二次风；

所述高温换热器将气体燃烧区排出的高温烟气进行降温，部分烟气进入急冷塔中进一步快速降温，经除雾、除尘净化处理后排放。

以上一个或多个技术方案的有益效果是：

1、采用高温烟气换取的热风作为干化介质，实现热解气化燃烧热量的直接利用，提高热量的利用效率，并且可以提供加热垃圾所需的热量，保证足够的干燥风量穿透垃圾料层，并携带出原料中的水分，提高原料的低位热值，保证后续的热解气化燃烧反应均匀稳定，避免了因局部原料水分过大导致的反应不充分甚至熄火或者需要提供额外燃料的问题，提高了对高含水率垃圾物料处置的适应性。

2、生活垃圾在炉内热解气化与燃烧分步进行并相互耦合，可实现对垃圾物料的扰动，使得反应充分均匀，促使固体可燃物在排渣前完全燃烧，实现垃圾原料的最大减量化。

3、热解气化与燃烧均在低氧或控氧的环境中运行，可以保证重金属、二噁英、氮氧化物、硫氧化物等污染物的低生成率。

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发明的进一步理解，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为实施例1中所述垃圾热解气化焚烧系统装置示意图；

其中，100为干燥区，101为气体回收管路，102为热解区，103为气化区，104为灰渣燃尽区，105为气体燃烧区，2为脱水装置，3为高温换热器，4为急冷塔，5为除雾器，6为除尘器，7为排气装置。

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发明的示例性实施方式。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。

正如背景技术所介绍的，针对现有技术中焚烧炉运行不稳定，可能产生有害气体的缺陷，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种垃圾热解气化焚烧系统。

本发明第一方面，提供了一种垃圾热解气化焚烧系统，所述垃圾热解气化焚烧系统中，热解气化炉、高温换热器、急冷塔、除雾器、除尘器及排气装置依次连接；

所述热解气化炉具有一体成型的干燥区、热解区、气化区、灰渣燃尽区和气体燃烧区，其中所述干燥区、热解区、气化区构成一段连续向下倾斜的通道，通向灰渣燃尽区，所述气体燃烧区位于灰渣燃尽区上方；

所述干燥区上方设置气体回收管路，所述气体回收管路经脱水装置后通向气体燃烧区；所述气体燃烧区顶部具有管路通向高温换热器，灰渣燃尽区底部具有排渣口用于转移焚烧后的垃圾。

本发明提供的垃圾垃圾热解气化焚烧系统，通过合理的系统设计，可以有效地利用垃圾焚烧过程产生的热量，在运行之初需要采用引燃手段点燃焚烧系统中的垃圾，正常运行之后无需额外提供热源，垃圾加入所述系统中即可不断通过焚烧产生能量供给系统使用。

优选的，所述干燥区、热解区、气化区呈阶梯状向下倾斜，并且倾斜程度逐级增大。

本发明中将垃圾干燥区、热解区及气化区设计成为阶梯状向下倾斜的一段通道，随着垃圾不断进入该热解气化炉中，垃圾会在重力和配风作用下自然的向下方滚落，即可实现垃圾的干燥、焚烧和气化。热解与气化生成的气体则会经过灰渣燃尽区进入气体燃烧区进行集中燃烧。

优选的，所述热解气化炉底部具有配风室及风帽布风系统；所述配风室与高温换热器连通，接收高温换热器中的高温气体通过风帽布风系统向干燥区、热解区、气化区及灰渣燃尽区布风。

优选的，所述气体回收管路为具孔的负压管道。进一步优选的，所述气体回收管路设置于垃圾干燥区上方。

其中垃圾干燥区设置负压吸引去除垃圾干燥过程中挥发的湿气，该部分气体由于具有异味，还可能包含有害物质，经脱水后重新回到气体燃烧区进行焚烧处理，为气体焚烧区提供氧气，节省了干化废气排放所需的净化处置设备，避免了废气排放造成二次污染。

干燥后的垃圾原料低位热值提高，其热解、气化、燃烧反应更加稳定、充分。垃圾热解气化后产生的灰渣落入灰渣燃尽区灼烧，由于灰渣还含有一定的有机质含量与较高的温度，可以为气体燃烧提供一定的辅助作用。气体燃烧产生的热量则通过高温换热器再传递至干燥区、热解区及气化区。

优选的，所述气体燃烧区还具有空气通入管路。

在一些具体的实施方式中，所述气体燃烧区同时具有干化废气通入及空气通入，所述干化废气作为气体燃烧一次风、空气作为气体燃烧二次风。

优选的，所述气体燃烧区内壁具有向顶部方向延伸的扰流板。

进一步优选的，所述扰流板均匀分布于气体燃烧区的内部，数量为4～8片。

在一些具体的实施方式中，所述空气通入管路及干化废气通入管路分别位于扰流板下方。

上述扰流板主要起到扰流混合气体并延长在气体燃烧区停留时间的作用，热解与气化产生的可燃性气体在扰流板和多次燃烧风通入的条件下，可以更加充分的进行燃烧，保持气体燃烧区温度稳定达到850℃以上。

优选的，所述急冷塔为碱水直喷高温烟气的喷淋塔。

进一步优选的，所述急冷塔与除雾塔底部还具有管路用于将碱水循环至急冷塔。

优选的，所述排气装置包括排气筒、风机或管道中的一种或组合。

本发明第二方面，提供第一方面所述垃圾热解气化焚烧系统的焚烧工艺，所述工艺包括：将垃圾投入热解焚烧炉的干燥区中，干燥区的气体回收管路回收垃圾中的湿空气经脱水装置干燥后进入气体燃烧区中作为燃烧一次风；干燥后的垃圾在热解区及气化区燃烧后产生灰渣落入灰渣燃尽区，燃烧殆尽的灰渣通过排渣口排出；燃烧过程中产生的气体进入气体燃烧区在扰流板的作用下进行充分的燃烧，所述气体燃烧区还具有空气通入管路通入空气作为燃烧二次风；

所述高温换热器将气体燃烧区排出的高温烟气进行降温，部分烟气进入急冷塔中进一步降温，在经除雾、除尘之后进行排放。

优选的，所述高温换热器将气体燃烧区排出的高温烟气温度降至450～550℃。

优选的，所述急冷塔将烟气温度降至150～250℃。

优选的，所述配风室中的配风为高温换热器与高温烟气换热后的200～400℃热空气。

优选的，所述干燥区、热解区、气化区、灰渣燃尽区及燃烧二次风配风量之比为(0.3～0.4):(0.08～0.12):(0.2～0.3):(0.08～0.12):(0.2～0.3)。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。

实施例1

如附图1所示，本实施例中，提供一种垃圾热解气化焚烧系统，所述垃圾热解气化焚烧系统中，热解气化炉、高温换热器、急冷塔、除雾器、除尘器及排气装置依次连接；

所述热解气化炉具有一体成型的干燥区100、热解区102、气化区103、灰渣燃尽区104和气体燃烧区105，其中所述干燥区100、热解区102、气化区103构成一段阶梯状向下倾斜的通道，通向灰渣燃尽区104，所述气体燃烧区105位于灰渣燃尽区104上方；

所述干燥区100上方设置气体回收管路101，所述气体回收管路101经脱水装置后通向气体燃烧区105；所述气体燃烧区105顶部具有管路通向高温换热器，灰渣燃尽区底部具有排渣口用于转移焚烧后的垃圾灰渣。

所述气体燃烧区105侧壁具有两处用于通入空气的入口，位于下方的入口用于通入气体回收管路101中的干化废气，位于上方的入口用于通入空气。所述气体燃烧区105内还设置有扰流板，所述扰流板一端设置于气体燃烧区内壁，另一端向顶部延伸。所述扰流板的数量为4块，错落分布于气体燃烧区内。另外，上述空气通入口位于扰流板下方。

气体燃烧区105顶部具有管路通向高温换热器3，所述高温换热器将高温烟气换热降温至500℃后对高温烟气进行分流，一部分通过管路进入热解焚烧炉底部的配风室及风帽布风系统通向热解焚烧炉内，另一部分进入急冷塔4中，急冷降温至200℃。所述急冷塔4为碱水直喷高温烟气的喷淋塔，所述除雾器5用于去除烟气急冷降温过程产生的雾气，由于急冷塔4在向高温烟气中加入了碱水，除雾器5在除雾过程中可以对该部分碱水进行回收并循环利用。除雾后的烟气经过除尘器6除尘之后经排气装置7进行排放。所述排气装置7为排气筒及风机。

实施例2

本实施例中，提供一种基于实施例1中所述垃圾热解气化焚烧系统进行垃圾热解焚烧的工艺，所述垃圾通过干燥区100的进料口进料，热解焚烧炉内的高温、炉体底部的配风以及干燥区顶部的气体回收管路101共同配合将垃圾中的湿空气抽取，降低垃圾含水量，使其能够较为容易的在炉内被引燃，无需额外加入燃料。含有水汽的干化废气经由干燥区100上部设置的开有小孔的负压管道101抽出热解气化燃烧炉，经脱水装置2进行冷凝除水后作为燃烧一次风送回热解气化燃烧炉燃烧。

所述热解焚烧炉内，其中干燥区100温度为80-150℃，热解区102温度为200-400℃，气化区103温度为400-650℃，灰渣燃尽区温度为600-750℃，气体燃烧区温度为850-1000℃。

经过干燥的垃圾原料在底部倾斜阶梯供风及后续进料原料的推送作用下，依次经过热解区102与气化区103进行热解气化反应，热解气化气体产物进入气体燃烧区105进行燃烧，固体产物进入灰渣燃尽区104进行鼓泡燃烧，保证灰渣中的残余有机质充分灼烧，基本燃尽残炭等有机物的灰渣经排渣口排出，烟气进入气体燃烧区105与主烟气混合。

进一步的，热解气化气体产物经灰渣燃尽区104进入气体燃烧区105前，也会有一部分气体与灰渣燃尽区104底部的配风接触发生燃烧，有利于促进灰渣燃尽区104内灰渣中有机质的分解与燃烧完全。

所述气体燃烧区105的侧壁设有四处扰流板和至少两级燃烧配风，其中燃烧一次风为干燥区抽出气体冷凝除水后的废气，燃烧二次风为常温的环境空气，既能满足热解气化燃气的燃烧温度高于850℃、增大对烟气的扰动、延长高温段烟气停留时间、提高燃烧效率，保证二噁英前驱物的充分分解，又能实现梯度浓淡燃烧，抑制氮氧化物的产生量，并可减少烟气中的飞灰含量，降低后续烟气净化处理的难度与压力。

气体燃烧区燃烧产生的烟气，经高温换热器换热降至500℃后，通入急冷塔急冷降温至200℃，避免二噁英的产生；所述急冷塔为碱水直喷高温烟气的喷淋塔，既能保证烟气的快速急冷，又可吸收中和烟气中的硫化物、氯化物、氟化物等酸性气体成分；急冷后的烟气经除雾、除尘后达标排放。

所述干燥区、热解区、气化区、灰渣燃尽区配风均为环境空气经高温换热器与高温烟气换热后的200～400℃热空气，干燥区、热解区、气化区、灰渣燃尽区及燃烧二次风配风量之比为(0.3～0.4):0.1:0.25:0.1:0.25。

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 (10)

1.一种垃圾热解气化焚烧系统，其特征在于，所述垃圾热解气化焚烧系统中，热解气化炉、高温换热器、急冷塔、除雾器、除尘器及排气装置依次连接；

所述热解气化炉具有一体成型的干燥区、热解区、气化区、灰渣燃尽区和气体燃烧区，其中所述干燥区、热解区、气化区构成一段连续向下倾斜的通道，通向灰渣燃尽区，所述气体燃烧区位于灰渣燃尽区上方；

所述干燥区上方设置气体回收管路，所述气体回收管路经脱水装置后通向气体燃烧区；所述气体燃烧区顶部具有管路通向高温换热器，灰渣燃尽区底部具有排渣口用于转移焚烧后的垃圾。

2.如权利要求1所述垃圾热解气化焚烧系统，其特征在于，所述干燥区、热解区、气化区呈阶梯状向下倾斜，并且倾斜程度逐级增大。

3.如权利要求1所述垃圾热解气化焚烧系统，其特征在于，所述热解气化炉底部具有配风室及风帽布风系统；所述配风室与高温换热器连通，接收高温换热器中的高温气体通过风帽布风系统向干燥区、热解区、气化区及灰渣燃尽区布风。

4.如权利要求1所述垃圾热解气化焚烧系统，其特征在于，所述气体回收管路为具孔的负压管道；优选的，所述废气回收管路设置于垃圾干燥区上方。

5.如权利要求1所述垃圾热解气化焚烧系统，其特征在于，所述气体燃烧区还具有空气通入管路；

优选的，所述气体燃烧区同时具有干化废气通入及空气通入，所述干化废气通入位于空气通入管路的下方。

6.如权利要求1所述垃圾热解气化焚烧系统，其特征在于，所述气体燃烧区内壁具有向顶部方向延伸的扰流板；

优选的，所述扰流板均匀分布于气体燃烧区的内部，数量为4～8片；

进一步的，所述空气通入管路及干化废气通入管路分别位于扰流板下方。

7.如权利要求1所述垃圾热解气化焚烧系统，其特征在于，所述急冷塔为碱水直喷高温烟气的喷淋塔；

优选的，所述急冷塔与除雾塔底部还具有管路用于将碱水循环至急冷塔。

8.如权利要求1所述垃圾热解气化焚烧系统，其特征在于，所述排气装置包括排气筒、风机或管道中的一种或组合。

9.权利要求1-8任一项所述垃圾热解气化焚烧系统，其特征在于，所述工艺包括：将垃圾投入热解焚烧炉的干燥区中，干燥区的气体回收管路回收垃圾中的湿空气经脱水装置干燥后进入气体燃烧区中作为燃烧一次风；干燥后的垃圾在热解区及气化区燃烧后产生灰渣落入灰渣燃尽区，燃烧殆尽的灰渣通过排渣口排出；燃烧过程中产生的气体进入气体燃烧区在扰流板的作用下进行充分的燃烧，所述气体燃烧区还具有空气通入管路通入空气作为燃烧二次风；

所述高温换热器将气体燃烧区排出的高温烟气进行降温，部分烟气进入急冷塔中进一步降温，在经除雾、除尘之后进行排放。

10.权利要求9所述垃圾热解气化焚烧系统，其特征在于，所述高温换热器将将气体燃烧区排出的高温烟气温度将至450～550℃；

或，所述急冷塔将温度降至150～250℃；

或，所述配风室中的配风为高温换热器与高温烟气换热后的200～400℃热空气；

或，所述干燥区、热解区、气化区、灰渣燃尽区及燃烧二次风配风量之比为(0.3～0.4):0.1:0.25:0.1:0.25。

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