CN111925827A - 一种等离子气化熔融炉的合成气成分与热值调整方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种等离子气化熔融炉的合成气成分与热值调整方法，包括以下步骤：1）在等离子气化熔融炉开炉之前，首先在炉底铺上一定厚度的石英砂或碎玻璃，建立熔浆层，2）在石英砂或碎玻璃上方均匀铺上一层焦炭层；3）以上完成之后开始升温加热，当炉膛内各区间达到预定温度后，将已配伍的含有机物危险废物逐步向炉膛进料；4）在焦炭层和物料层设置若干补空气口，空气氧气浓度为25%‑95%，总补空气量为1000‑8000Nm3/h；5）合成气从等离子炉排出后再依次经过余热回收、急冷塔、多级碱洗工艺处理后，得到合成气达到城市煤气的标准，解决了合成气中有效成分有效成分（一氧化碳、氢气、甲烷）含量低和热值低以及氮气含量高的问题，可以确保合成气的热值等指标符合人工煤气的国家标准。

Description

一种等离子气化熔融炉的合成气成分与热值调整方法
技术领域
本发明涉及合成气处理技术领域，特别涉及一种等离子气化熔融炉的合成气成分与热值调整方法。
背景技术
等离子体是气体与电弧接触而产生的一种高温、离子化和传导性的气体状态。由于电离气体的导电性，使电弧能量迅速转移并变成气体的热能，形成一种高温气体射流（温度达 4000-7000℃以上）和高强度热源。等离子体是物质存在的一种状态，与固态、液态和气态并列，俗称“第四态”，是由大量相互作用但仍处在非束缚状态下的带电离子组成的宏观体系。和物质的另外三态相比，等离子体可以存在的参数范围异常的宽广，由于等离子体中含有离子、电子、激发态原子、分子、自由基等极活泼的化学反应物种，使它的化学反应性质与固、液、气三态有本质的区别，特别突出的一点是等离子体化学反应的能量水平高。
鉴于等离子体的高度活性和能量密度，等离子气化熔融技术被认为是处置危险废物的最佳技术，危险废物中的有机物在等离子气化熔融炉中发生彻底裂解气化，原有的物质被打碎为原子物质，能破坏有害成分或使其丧失活力，从而将复杂的物质转化为简单的具有热值的合成气。
目前，等离子气化熔融炉产生的合成气一般都是二燃室+尾气处理系统的工艺进行处理，国内少数企事业也在正在研究合成气的应用问题，但合成气的成分和其热值主要受物料性质和工艺影响，其品质远未达到人工煤气（GBT13612-2006）的标准，本发明通过在等离子气化熔融炉中建立焦炭床层并鼓入富氧空气的方法来调整合成气成分，使得合成气达到人工煤气的国家标准。
现有等离子气化炉产生的合成气成分主要受危险废物的中有机物成分和工艺所影响，由于危险废物中有机物含量以及有机物种类具有不确定性和复杂性，合成气的成分波动很大、稳定性很差，其质量标准远未达到人工煤气的国家标准，主要表现为有效成分（一氧化碳、氢气、甲烷）含量低和热值低以及氮气含量高，导致增加了后续净化合成气的应用难度，对终端用气设备、工艺的适应性提出更高的要求，不利于合成气的市场化，背离了等离子气化熔融炉生产合成气再利用的最终目的。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种等离子气化熔融炉的合成气成分与热值调整方法，解决了合成气中有效成分有效成分（一氧化碳、氢气、甲烷）含量低和热值低以及氮气含量高的问题，可以确保合成气的热值等指标符合人工煤气的国家标准。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术发明是：一种等离子气化熔融炉的合成气成分与热值调整方法，包括以下步骤：
1）在等离子气化熔融炉开炉之前，首先在炉底铺上一定厚度的石英砂或碎玻璃，建立熔浆层，
2）在石英砂或碎玻璃上方均匀铺上一层焦炭层；
3）以上完成之后开始升温加热，当炉膛内各区间达到预定温度后，将已配伍的含有机物危险废物逐步向炉膛进料，
4）在焦炭层和物料层设置若干补空气口，空气氧气浓度为25%-95%，总补空气量为1000-8000Nm3/h；
5）合成气从等离子炉排出后再依次经过余热回收、急冷塔、多级碱洗工艺处理后，得到合成气达到城市煤气的标准。
作为本发明的进一步改进，所述步骤1）的熔浆层厚度为0.5-1.5m；
作为本发明的进一步改进，所述焦炭层的厚度为0.2-1.2m，焦炭粒径为0.2-0.8cm，其质量标准为冶金焦或铸造焦国家标准。
作为本发明的进一步改进，所述步骤3）中物料中焦炭的质量比例为2-15%，焦炭粒径为0.2-0.8cm，物料层厚度为1-3m；
作为本发明的进一步改进，在焦炭层和物料层设置2-5个补空气口。
本发明的有益效果如下：
1）传统发明为合成气的成分和热值主要受物料组分影响，具有随机性和不可确定性，本发明采用建立焦炭层和富氧空气补风，此过程是不完全氧化燃烧过程而释放CO气体，可以调节合成气的组分整，不仅达到人工煤气的标准，还可以根据合成气的应用需求做相应调整；
2）本发明采用建立焦炭层和富氧空气补风，此过程是一个反应放热过程，可以释放大量热量，可以大大降低等离子炬的能耗和电极损耗；
3）本发明通过富氧空气补风，降低进入炉膛的氮气含量，从而降低合成气中氮气的含量，大大缓解合成气作为燃气燃烧后烟气氮氧化物含量过高的问题，减少了烟气脱硝压力，同时大大降低了烟气处理成本。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
一种等离子气化熔融炉的合成气成分与热值调整方法，包括以下步骤：
1）在等离子气化熔融炉开炉之前，首先在炉底铺上一定厚度的石英砂或碎玻璃，建立熔浆层，
2）在石英砂或碎玻璃上方均匀铺上一层焦炭层；
3）以上完成之后开始升温加热，当炉膛内各区间达到预定温度后，将已配伍的含有机物危险废物逐步向炉膛进料，
4）在焦炭层和物料层设置若干补空气口，空气氧气浓度为25%-95%，总补空气量为1000-8000Nm3/h；
5）合成气从等离子炉排出后再依次经过余热回收、急冷塔、多级碱洗工艺处理后，得到合成气达到城市煤气的标准。
所述步骤1）的熔浆层厚度为0.5-1.5m；
所述焦炭层的厚度为0.2-1.2m，焦炭粒径为0.2-0.8cm，其质量标准为冶金焦或铸造焦国家标准。
所述步骤3）中物料中焦炭的质量比例为2-15%，焦炭粒径为0.2-0.8cm，物料层厚度为1-3m；
在焦炭层和物料层设置2-5个补空气口。
以年处理20000吨/ 年含有机物危险废物的等离子炉为例，含有机物危险废物的入炉平均组分为：
Figure RE-620388DEST_PATH_IMAGE001
实例1:
(1) 建立熔浆层为0.8m；
(2) 建立焦炭层1m，焦炭粒径为5cm，焦炭标准为冶金焦炭二级；
(3) 建立物料层厚度2米，物料中焦炭添加比例6%；
(4) 焦炭层中部以下0.2m处平面设置补空气口3个，其位置角度呈120°；
(5) 物料层中部以下0.2m处平面设置补风口3个，其位置角度呈120°；
(6) 物料层和焦炭层总补空气量为1400Nm3/h，其中焦炭层补空气量1000Nm3/h，物料层补空气量400Nm3/h，空气氧含量为75%。
(7) 等离子炉出口的合成气经过净化处理，符合人工煤气的热值标准，其成分如下：
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE003
实例2:
（1）建立熔浆层为0.8m；
（2）建立焦炭层1m，焦炭粒径为5cm，焦炭标准为冶金焦炭二级；
（3）建立物料层厚度2米，物料中焦炭添加比例6%；
（4）焦炭层中部以下0.2m处平面设置补空气口3个，其位置角度呈120°；
（5）物料层中部以下0.2m处平面设置补风口3个，其位置角度呈120°；
（6）物料层和焦炭层总补空气量为3200Nm3/h，其中焦炭层补空气量2200Nm3/h，物料层补空气量1000Nm3/h，空气氧含量为35%。
（7）等离子炉出口的合成气经过净化处理，符合人工煤气的热值标准，其成分如下：
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE005

Claims (5)

1.一种等离子气化熔融炉的合成气成分与热值调整方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）在等离子气化熔融炉开炉之前，首先在炉底铺上石英砂或碎玻璃，建立熔浆层，
2）在石英砂或碎玻璃上方均匀铺上一层焦炭层；
3）以上完成之后开始升温加热，当炉膛内各区间达到预定温度后，将已配伍的含有机物危险废物逐步向炉膛进料；
4）在焦炭层和物料层设置若干补空气口，空气氧气浓度为25%-95%，总补空气量为1000-8000Nm3/h；
5）合成气从等离子炉排出后再依次经过余热回收、急冷塔、多级碱洗工艺处理后，得到合成气达到城市煤气的标准。
2.根据权利要求1所述的一种等离子气化熔融炉的合成气成分与热值调整方法，其特征在于：所述步骤1）的熔浆层厚度为0.5-1.5m。
3.根据权利要求1所述的一种等离子气化熔融炉的合成气成分与热值调整方法，其特征在于：所述焦炭层的厚度为0.2-1.2m，焦炭粒径为0.2-0.8cm，其质量标准为冶金焦或铸造焦国家标准。
4.根据权利要求1所述的一种等离子气化熔融炉的合成气成分与热值调整方法，其特征在于：所述步骤3）中物料中焦炭的质量比例为2-15%，焦炭粒径为0.2-0.8cm，物料层厚度为1-3m。
5.根据权利要求1所述的一种等离子气化熔融炉的合成气成分与热值调整方法，其特征在于：在焦炭层和物料层设置2-5个补空气口。
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